裝配
柔性印刷電路板簡介
柔性印刷電路板（柔性電路板 或柔性電路）是一種由柔性絕緣材料（例如聚醯亞胺薄膜）製成的印刷電路板。與傳統剛性 PCB 不同，柔性 PCB 可以彎曲和彎曲，同時仍保持其電氣連接。使用柔性 PCB 的一些主要優點包括：
- 能夠彎曲和彎曲以適應具有機械挑戰性的空間
- 輕薄的外形
- 適合高密度互連組件
- 可以折疊並纏繞在邊緣上
- 耐振動、耐疲勞
- 通常用於小型消費性電子產品
柔性 PCB 組裝製程概述
在組裝過程中處理柔性材料需要專門的技能和設備。柔性 PCB 組裝過程的主要步驟是。
1. 設計與製作
第一步是柔性 PCB 的設計和製造。 PCB 佈局採用 CAD 軟體進行設計，考慮了彎曲半徑、剛撓 PCB 疊層、受控阻抗等因素。常用的柔性材料是聚醯亞胺和聚酯薄膜。
2. 元件附件
較大的通孔元件可以採用波峰焊接。黏合劑也可用於連接組件。
3. 板加固
由於柔性 PCB 很脆弱，因此在組裝過程中，通常在柔性板下方使用加強板，以提供支撐並防止電路板翹曲。臨時加強筋可以在組裝後剝離。
4. 互連電纜/連接器
電纜、連接器和線束組件透過焊接、壓接、黏合等方式連接到柔性 PCB 上，以提供電源和訊號。
5. 保形塗層
可以應用保護性保形塗層來使組裝的柔性電路與環境因素隔離。
6. 測試與檢驗
組裝好的電路板經過電氣測試、自動光學檢查和功能測試。如果發現缺陷，將進行維修。
7. 最終整合
經過測試的柔性組件被整合到最終產品中，例如將其折疊在鉸鏈周圍或插入外殼中。如果需要，可以添加應力消除裝置。
柔性 PCB 組裝製程步驟說明
柔性PCB設計
- 工程團隊分析電路要求並建立原理圖。
- PCB佈局是根據原理圖用CAD軟體設計的。重要考慮因素：
- 彎曲半徑－避免尖銳的折疊，以防止痕跡破裂。通常定義最小彎曲半徑。
- 加強筋 – 添加加強筋以防止某些區域彎曲。
- 阻抗控制 – 匹配高速訊號的走線阻抗
- 疊層 – 使用的導電層和介電材料的數量
- 元件間距 - 考慮元件密度和間距
- 設計的 Gerber 檔案被送到電路板製造工廠。
柔性印刷電路板製造
- 採購原料－聚醯亞胺薄膜、覆蓋膜、黏合層、銅箔、阻焊膜等。
- 透過印刷和蝕刻製程將導電層壓印在聚醯亞胺薄膜上。
- 使用黏合劑或熱壓黏合將多個層黏合以形成多層疊層。
- 鑽孔和電鍍。
- 添加阻焊層以防止氧化。
- 圖例列印指示組件位置。
- 電氣測試可驗證走線的連續性。
- 面板或單獨的電路被佈線。
- 成品柔性板被送去組裝。
SMT組裝
表面貼裝元件連接過程包括：
- 錫膏印刷 – 焊膏印製到將放置元件的 PCB 焊盤上。將模板與 PCB 對齊，並將焊膏從模板孔中擠出。
- SMT 元件貼裝 – 使用自動取紙器精確拾取元件並將其放置到焊膏上。
- 回流焊 – PCB 透過具有溫度曲線的回焊爐來熔化焊膏並連接組件。
- 自動化光學檢查 – 相機檢查放置的組件是否有缺陷或未對準。
- 手動補漆 – 任何發現的有缺陷的接縫均需手動修補。
柔性板上 SMT 組裝的具體挑戰包括：
- 柔性板很薄且容易彎曲，在組裝過程中需要使用加強筋。
- 它們對高溫和熱衝擊敏感。
- 較小的元件尺寸和間距需要專門的設備。
- 翹曲控制至關重要。
通孔元件連接
- 帶有引線的較大元件透過機械或機器插入 PCB 上的電鍍通孔中。
- 透過以下方式將引線焊接到另一側的電鍍通孔：
- 波峰焊 – 將 PCB 通過熔化的焊料波峰
- 選擇性焊接 – 使用專用焊頭
- 手工焊接 – 手工焊接每個接頭
- 可以在靠近通孔部件的柔性板下方提供額外的支撐。
- 對於雙面柔性 PCB，通孔元件連接是在 SMT 元件放置後完成的。
黏合組件附件
一些組件使用黏合劑而不是焊接連接到柔性 PCB：
- 表面貼裝黏合劑放置 – 將黏合膏或薄膜網印在板上。然後將組件放置在頂部，並透過熱或紫外線固化黏合劑。
- 點膠液體黏合劑 – 注射器或針頭在板上分配一小點黏合劑，並將組件放置在頂部。
- 組件上預塗黏合劑 – 元件端子上預先塗上黏合劑，放置後會黏在板上。
在某些情況下，黏合劑提供機械連接以及電氣連接。適用於將 SMT 連接到具有挑戰性的區域或柔性板上不平坦的表面。
加強筋的使用
由於柔性 PCB 在組裝過程中可能會彎曲和翹曲，因此通常使用加強件或剛性零件作為機械支撐。
加強筋的種類：
- 可拆卸的加強筋－在組裝過程中，丙烯酸板或金屬板暫時固定在柔性板下方，但在彎曲電路之前將其移除。
- 永久加強筋 – 永久連接到柔性電路的某些需要保持剛性的區域的 FR4 板或金屬板。
- 離散加強筋 – 僅連接在某些大型組件或連接器下方的小型加強筋。
- 工具孔 – 用於在組裝過程中將 PCB 保持平整的引腳的附加孔。
加強筋應用方法：
- 鎖緊 – 將金屬加強筋旋入工具孔或安裝孔中。
- 夾緊－將板夾在夾具和板之間。
- 黏合配件 – 黏性丙烯酸或環氧樹脂加強筋。
- 焊接－焊接金屬加強筋。需要承受回流溫度。
互連附件
電纜、線束和連接器連接到柔性板的邊緣，以提供電源、訊號和連接。
一些方法包括：
- 焊接 – 電線焊接到柔性板上的指定焊盤。
- 捲邊 – 使用機械壓接來刺穿導體絕緣並夾住電線。
- 絕緣位移 – 使用 IDC 連接器，切開電線絕緣層進行接觸。
- 各向異性黏合劑的應用 – 導電膠膜或導電膏。
- Z軸導電彈性體 – 使用導電橡膠連接器。
可以在焊接線連接上使用諸如熱縮管之類的增強材料。應力消除對於互連的長期可靠性至關重要。
保形塗層應用
保形塗層是塗在組裝 PCB 頂部的薄保護層。這提供了：
- 環境保護，防潮、防塵等。
- 透過將組件綁定在一起進行機械支撐。
- 走線之間的電氣絕緣。
流行的保形塗層材料：
- Acrylic（壓克力） – 最常見且最具成本效益。易於塗抹和修復。
- 矽膠 – 耐高溫。更靈活。
- 聚氨酯 – 耐磨。
- 聚對二甲苯 – 極薄的無針孔塗層。昂貴的。
- 環氧 – 堅硬耐用，但難以塗抹和修復。
申請流程：
- 清潔 – 確保電路板沒有污染物。
- 遮蔽－覆蓋連接器或測試點等必須保持無塗層的區域。
- 塗層－以浸塗、噴塗或刷塗的方式進行塗覆。
- 固化－加熱或紫外線將液體塗層固化成固體保護膜。
測試和檢驗
驗證柔性 PCB 組裝所需的多項測試：
- 目視檢查 - 驗證放置的所有組件和焊點是否良好。檢查是否有任何缺陷。
- 線上測試 (ICT) – 使用測試探針根據網表測試電路的電氣連續性。
- 飛針 – 在放置元件前測試裸板上各點的連通性。
- 功能測試 – 透過執行其功能來驗證組裝板是否如預期般運作。
- 自動 X 光檢查 – 尋找隱藏的缺陷，例如 BGA 下的空洞。
- 內視鏡檢查 – 使用內視鏡攝影機從多個角度檢查組件。
- 電阻測量 – 使用萬用電錶探頭測量電路板上的電阻值。
測試期間發現的任何缺陷都會被診斷和糾正。更換故障的元件並重新加工焊點。該板再次經過測試，直到沒有發現錯誤。
最終整合
完全組裝和測試的柔性板整合到最終產品中：
- 按照最初設計，仔細折疊、彎曲或包裹鉸鍊和邊緣。
- 連接器或電纜上添加了應力消除裝置。
- 透過安裝孔或黏合劑連接到外殼。
- 連接到產品中的配合連接器。
- 組裝額外的機械部件－護罩、支架等。
這樣就完成了可用於成品的柔性 PCB。正確的柔性 PCB 組裝製程規劃和製程對於確保柔性電路組裝可靠、功能齊全且堅固耐用至關重要。
柔性PCB組裝設備
SMT組裝設備
- 靈活的板材處理輸送機 – 可調式真空輸送機在通過裝配線的運輸過程中牢固地夾住柔性板。
- 靈活的板支撐工具 – 例如板下方的真空板或專門的夾具。
- 能夠拾取並放置薄板 – 可以處理較薄的電路板和較小的元件的機器。
- 雙車道運輸軌道 – 允許在不同的通道上裝載加固板和非加固板。
- 專用柔性板回流焊 – 具有可調節加熱器和冷卻裝置的回流焊爐以控制翹曲。
- 預熱器 – 逐漸控制升溫至回流溫度。
通孔組裝設備
- 引腳通孔電鍍 – 對於雙面板，允許在 SMT 元件之後插入 TH。
- 壓接裝配 – 無需焊接即可連接某些 TH 組件。
- 機器人焊接 – 用於可重複的自動化 TH 焊接和檢查。
其他設備
- 專用軟板波峰焊 – 更好地控制熱暴露時間、接觸角等。
- 保形塗裝系統 – 精密噴塗或塗層機器人經過最佳化，可一致地塗覆柔性板。
- 靈活的光學檢測 – 先進的光學檢測系統，可以處理柔性板翹曲。
- 飛針 – 允許在元件放置之前對軌道進行電氣測試。
- X射線檢查 – 偵測隱藏的缺陷，例如焊接後 BGA 下的空洞。
測試系統
- 釘床測試夾具 – 與柔性電路上的測試墊的可靠臨時連接。
- 飛針測試儀 – 自動探針無需測試夾具即可測試電氣節點。
- 功能板測試台 – 模擬現實世界的負載條件。
適用於柔性材料的正確的專用工具和製程可以極大地提高裝配品質和產量。
柔性 PCB 組裝挑戰
翹曲和起皺
柔性薄材料在組裝操作過程中容易變形和起皺：
慈善
- 焊接過程中的熱梯度
- 組件分佈不均勻
- 黏合劑在固化過程中的收縮
- 材料中的內應力
解決方案
- 優化回流期間的加熱和冷卻速率
- 添加加強筋和承載板以提供支撐
- 均勻分佈組件以平衡應力
- 仔細控制黏合劑固化過程
配準和公差控制
柔性板材料可能會收縮和膨脹，從而導致套準問題：
慈善
- 熱膨脹係數不匹配
- 柔性材料的拉伸和收縮
- 裝配過程中公差的累積
解決方案
- 緊公差工具插銷和固定裝置
- 用於精確放置的視覺對準系統
- 基於面板的組裝可最大限度地減少操作
- 組裝後對電路板進行雷射修整，以改善公差疊加
焊接問題
在薄的可彎曲材料上焊接小接頭可能具有挑戰性：
- 由於板厚導致傳熱不足
- 減少焊膏的毛細管作用
- 組件下方接縫的陰影
- 沿著面板邊緣的焊珠
解決方案
- 柔性板專用焊接設備
- 焊膏點膠優化
- 阻焊層限制焊錫擴散
- 針對陰影接頭的聚焦熱技術
清潔和污染
薄柔性電路容易受到污染，進而導致組裝缺陷：
慈善
- 柔性材料質地可以捕獲污染物
- 清潔溶劑可能殘留在組件下方
- 清潔過程中可能會損壞組件
解決方案
- 針對柔性板調整的專業清潔方法
- 焊接後和組裝後清潔工藝
- 盡可能在無塵室環境中組裝
透過可靠性
柔性板上的電鍍通孔容易破裂：
慈善
- 彎曲應力會導致鍍層裂縫擴展
- 柔性基材與電鍍筒體附著力差
- 組裝過程中遭受熱衝擊
解決方案
- 如果可能，減少電鍍通孔和過孔的使用
- 優化電鍍厚度和表面處理
- 使用保形塗層加固通孔。
- 仔細控制升溫速率
柔性 PCB 組裝缺陷
墊凹陷 – 由於組裝過程中薄層壓板過度彎曲，焊盤可能會破裂並與基底銅分離。
焊接球 – 多餘的焊錫會留下不需要的焊球，導致短路。
陰影關節 – 連接器等組件可能會遮擋下方的接縫，從而妨礙正確的焊角形成。
孤立的關節 – 焊點因彎曲而與其餘部分隔離並產生裂縫。
焊珠 – 焊錫沿著柔性板邊緣不均勻地堆積。
套準錯誤 – 由於材料膨脹和收縮，組件放置不正確。
墓碑 – 因回流焊接不均勻而導致 SMT 元件垂直豎立的情況。
黏合劑滲出 – 多餘的黏合劑從組件下方流出。
折疊損傷 – 沿著彎曲折疊線出現裂痕或破損痕跡。
通孔裂紋 – 鍍通孔管中的應力裂縫導致開路。
污染 – 異物顆粒滯留在元件下方或阻礙焊料流動。
透過優化柔性板的組裝流程和定期檢查，可以防止其中許多缺陷。
柔性 PCB 組裝指南
以下是可靠的柔性 PCB 組裝需要遵循的一些關鍵準則：
- 電路板處理 – 使用真空壓板、邊緣夾具並盡量減少直接接觸，以避免刮擦痕跡。盡可能處理面板而不是單獨的板。
- 靜電放電控制 – 請遵循正確的 ESD 程序，因為柔性板更容易受到靜電放電損壞。所有組裝人員應接地。
- 加強筋的使用 – 在大多數組裝步驟中都需要加強筋以避免翹曲。但在彎曲之前請移除所有臨時加強筋。
- 焊接 – 使用針對柔性板材料最佳化的回流溫度曲線。通常峰值溫度較低，液相線以上時間較長。
- 膠粘劑 – 避免黏合劑溢出或滲漏。使用所需的最小量並確保充分固化。
- 清潔 – 使用建議的柔性板清潔方法。避免直接在部件上高壓噴射。
- 品檢 – 在放大鏡下檢查焊接和放置缺陷。進行電氣測試。 X 射線檢查隱藏的問題。
- 保護塗層 – 應用敷形塗層以實現機械和環境保護。面罩連接器。
- 包裝 – 使用抗靜電袋或管子來存放已填充的柔性板。避免使板子扭結或起皺。
透過正確的組裝製程規劃、工具和操作員培訓，可以實現高產量和可靠的柔性 PCB 組裝。
柔性 PCB 組裝流程圖
