富士康A(chǔ)CF熱壓機(脈沖熱壓機)作業(yè)制程規(guī)范
1.適用范圍
本規(guī)范適用于軟硬板連接技術(shù)中的ACF熱壓作業(yè)制程﹐規(guī)范此制程的方法﹑要求和注意事項。避免制程設(shè)計不合理﹐產(chǎn)品設(shè)計不合理,影響產(chǎn)品良率與質(zhì)量,或出現(xiàn)缺漏現(xiàn)象。
注:ACF連接主要應(yīng)用于LCD顯示產(chǎn)品。包含FPC與PCB連接、FPC與Panel連接、PCB與IC連接、FPC與Ceramic連接、IC Card與IC Tag連接。本規(guī)范主要是以FPC與PCB連接(即FOB)為例進(jìn)行描述,其他方面連接的特異之處,此處不作描述。
2.ACF膠介紹
ACF(Anisotropic Conductive Film),中文名稱叫異方性導(dǎo)電膠,如圖2-1、2-2所示,是由3~10um導(dǎo)電粒子和樹脂組成的連接介質(zhì)。在經(jīng)過熱壓后,信號PAD通過導(dǎo)電粒子上下電氣導(dǎo)通,而左右不導(dǎo)通,實現(xiàn)電氣連接。樹脂經(jīng)過熱固化后,實現(xiàn)機械粘接。
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ACF產(chǎn)品是由ACF膠承載基帶與ACF膠迭合在一起的卷帶狀產(chǎn)品。如圖2-3所示,每卷標(biāo)準(zhǔn)長度有50m、100m、200m;寬度有1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm或者更寬;厚度一般為80um(其中ACF膠厚30um,承載基帶厚50um)。ACF膠又由樹脂與均勻分布于樹脂中的導(dǎo)電粒子組成。導(dǎo)電粒子目前主要分類有樹脂外部鍍鎳/金圓球狀粒子與星狀的鎳粒子兩種。樹脂鍍鎳/金粒子可應(yīng)用于玻璃類產(chǎn)品之間的連接,不會刺傷破壞玻璃線路。鎳粒子受壓后,會刺進(jìn)被壓接線路,一般只應(yīng)用于金屬線路間的連接。
樹脂分為熱塑性樹脂與熱固性樹脂兩大類。熱塑性材料主要有熱壓溫度較低,組裝快速極容易重工之優(yōu)點,但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性缺點,使其處于高溫下易劣化,無法符合可靠性、信賴性之需求。熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚酰亞胺(Polyimide)等,具有高溫安定性、熱膨脹性和吸濕性低、可靠性高的優(yōu)點。但需要較高之熱壓溫度。因其可靠性高,是目前采用最廣泛之材料。
社內(nèi)目前對于ACF的使用暫處于驗證階段。目前主要有使用日立、索尼兩家廠商的ACF膠。相關(guān)型號料號在建中。此兩種料的驗證結(jié)果均OK,均可選用。(廣州藍(lán)能電子,最專業(yè)的脈沖熱壓機制造商)
3. ACF熱壓連接的基本原理及特性
ACF電氣導(dǎo)通主要依賴于ACF的異方導(dǎo)電特性,即Z軸方向與XY絕緣平面的電氣導(dǎo)通具有明顯的差異性。如圖3-1接觸阻抗與導(dǎo)電粒子密度的關(guān)系曲線所示:在Z軸方向,電極間ACF受壓,樹脂熔化流向其他地方,電極間導(dǎo)電粒子密度迅速提高,兩電極均與導(dǎo)電粒子接觸并將導(dǎo)電粒子壓迫變形,兩電極間導(dǎo)通;在X,Y軸方向,因空間相對較大,熱壓后,粒子密度小,仍然比較分散,水平方向上,電極無連接,處于絕緣狀態(tài)。在電氣連接方面,ACF熱壓垂直方向上電極間接觸阻抗可小于0.1奧姆;水平方向上,電極間阻抗為十的九次方奧姆。
如圖3-2 ACF熱熔粘度、反應(yīng)率與熱壓時間關(guān)系。熱壓過程中,樹脂進(jìn)入熔融狀態(tài),溫度下降時,樹脂固化。ACF熱壓反應(yīng)率要求在80%以上。ACF熱壓拉力強度可達(dá)5N/cm以上。
4. ACF熱壓作業(yè)流程,所需設(shè)備、治工具、耗材
表4-1 ACF熱壓作業(yè)流程,相關(guān)設(shè)備、治工具、耗材
站別 |
作業(yè)內(nèi)容 |
產(chǎn)能/作業(yè)員數(shù)量 |
使用設(shè)備/治工具/耗材 |
預(yù)壓站 |
PCB金手指清潔; PCB放置到預(yù)壓機上,熱壓區(qū)域上貼附ACF膠; 取下PCB。 |
6s/pcs 1人 |
預(yù)壓機,熱壓上模(熱壓頭), 熱壓下模(PCB固定治具), 硅膠帶,感壓紙,酒精,抹布。 |
本壓站 |
已貼好ACF膠的PCB、FPC放到本壓機上; PCB與FPC辨識對位; 熱壓;取下產(chǎn)品。 |
25s/pcs 1人 |
本壓機,熱壓上模(熱壓頭), 熱壓下模(PCB、FPC固定治具), 硅膠帶,感壓紙。 |
維修站 |
NG品FPC拆卸; PCB上熱壓區(qū)域除膠; |
5min/pcs 1人 |
清潔劑,尖鑷子,顯微鏡,酒精,抹布。 |
ACF熱壓作業(yè)流程,所使用的相關(guān)設(shè)備、治工具、耗材如表4-1所列。
a. ACF預(yù)壓機(貼附ACF膠)
ACF預(yù)壓機采用的是恒溫式加熱。熱壓頭采用高強度優(yōu)質(zhì)合金材料,使壓頭經(jīng)過高溫后端面可保持平整。
b. ACF本壓機(軟硬板壓合)
ACF本壓機采用的是脈沖電源加熱方式,即是利用脈沖電流流過鉬、鈦等高電阻材料時產(chǎn)生的焦耳能量進(jìn)行加熱。利用一個高功率(5000W)的變壓器產(chǎn)生一個低電壓的大電流,通過焊接頭令其迅速發(fā)熱。脈沖電流就是指電流的ON及OFF頻率比例,此脈沖比例越大,電流輸出越大,焊接頭升溫越快。
c. 熱壓上模(熱壓頭)
熱壓上模(熱壓頭)需針對每一個產(chǎn)品而具體設(shè)計。熱壓頭尺寸的設(shè)計主要考慮的是需保證可Cover因治具公差和PCB固定有松動,進(jìn)而導(dǎo)致的貼膠位置&熱壓位置偏差。一般地,壓頭寬需比ACF膠寬度單邊至少大0.30mm;在長度上,壓頭需比ACF貼膠長度單邊寬0.25mm。
d. 熱壓下模(產(chǎn)品的定位治具)
預(yù)壓機的下模(固定治具)一般同時可固定多個產(chǎn)品,以便一次性接連進(jìn)行多個產(chǎn)品的貼膠動作,提升效率。對于下模的質(zhì)量要求,就需保證其對PCB的定位不可太松動,同時多個產(chǎn)品固定OK后,其前后位置相差不大,如此才能確??赏瑫r將ACF貼到一定的熱壓區(qū)域上。本壓機的下模(固定治具),需確保對PCB,FPC的良好固定,以確保CCD辨識系統(tǒng)鎖定的辨識點,不會因松動,而有所變化。
e. 其他耗材
硅膠帶:放置在熱壓機上,位于壓頭與產(chǎn)品之間,起到緩沖平整作用。
感壓紙:應(yīng)用于平整度測試時,確認(rèn)平整度。
清潔劑:重工維修時,清潔PCB上的ACF膠的溶劑。目前社內(nèi)使用的清潔劑型號為RW-66。
酒精、抹布:在PCB預(yù)貼膠時,對PCB金手指清潔;重工維修時,清潔除ACF膠。
5. ACF熱壓產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計規(guī)范(含PCB、FPC、熱壓頭)
PE作為ACF熱壓制程的主導(dǎo)部門,對于RD設(shè)計之產(chǎn)品(如PCB,FPC)需依據(jù)下述規(guī)范進(jìn)行check,不當(dāng)之處提出并作建議修改。具體請參照附件《ACF熱壓相關(guān)設(shè)計規(guī)范》。
廣州藍(lán)能電子,最專業(yè)的脈沖熱壓機制造商。
6. 熱壓制程注意事項
a. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項1:溫度
ACF膠來料均有明確之熱壓到達(dá)溫度規(guī)格,即熱壓頭經(jīng)過硅膠帶&FPC后,到達(dá)熱壓區(qū)域表面之溫度。例如,預(yù)壓到達(dá)溫度80+/-10℃,本壓到達(dá)溫度180+/-10℃。不同類型ACF膠,到達(dá)溫度規(guī)格會不相同。在試線階段中,需調(diào)整機臺溫度設(shè)定,使到達(dá)溫度在規(guī)格內(nèi),同時確認(rèn)此溫度下,熱壓質(zhì)量OK。在SOP里,需注明機臺溫度設(shè)定值、到達(dá)溫度規(guī)格值、點檢方法、點檢頻率。
點檢儀器:溫度計(型號:Center 300)
點檢方法:將溫度計之熱電偶線放置于熱壓區(qū)域上,進(jìn)行一次熱壓,測量壓頭經(jīng)過硅膠帶&FPC,到達(dá)熱壓平面溫度。
點檢頻率:1次/周。
b. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項2:壓力
ACF膠來料均有明確之熱壓到達(dá)壓強規(guī)格。在實際應(yīng)用中,需轉(zhuǎn)化計算出熱壓到達(dá)壓力。如ACF來料熱壓壓強為1~3MPa,取壓強中間值2MPa,同時熱壓接觸面長*寬=19mm*2mm時計算,則熱壓到達(dá)壓力F=壓強P(2MPa)*面積(19*2 mm²)=76N。若實際測試所用的壓力表顯示單位為Kg,則需進(jìn)一步轉(zhuǎn)化F/G=76N/9.8N/Kg=7.76Kg。在新產(chǎn)品的試線中,需嘗試調(diào)校機臺氣壓值,得出多個到達(dá)壓力值,分別進(jìn)行熱壓試驗,通過分析比較熱壓之導(dǎo)電粒子情況,確認(rèn)最佳之熱壓到達(dá)壓力。在SOP里,需注明機臺氣壓設(shè)置值、到達(dá)壓力規(guī)格值、點檢方法、點檢頻率。
點檢儀器:壓力點檢儀(型號: XJC-CF490),如圖5-1所示。
點檢方法:將壓力點檢儀的壓力傳感探頭放置于圖5-2所示機臺位置 ,手動模式使壓頭壓下,壓力點檢儀顯示數(shù)值即是到達(dá)壓力值。
點檢頻率:1次/班。
ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項3:平整度
平整度實際是熱壓上模(熱壓頭)與熱壓下模(產(chǎn)品固定治具)相對的平行程度。在預(yù)壓機臺上,若平整度不良,會導(dǎo)致氣泡,ACF膠貼附不緊而翹起等問題。在ACF本壓上,對平整度要求尤為嚴(yán)格。因ACF連接是通過兩電極壓迫導(dǎo)電粒子而實現(xiàn)電氣導(dǎo)通。在本壓中,若平整度不良,有部分熱壓區(qū)域被壓OK,可接觸上;而另一區(qū)域熱壓頭與熱壓平面幾無接觸,此部分導(dǎo)電粒子無被壓迫,則有電氣連接失敗之風(fēng)險。在SOP上需注明平整度點檢方法、點檢頻率。
點檢儀器:使用感壓紙進(jìn)行點檢確認(rèn)。
點檢方法:通過調(diào)整機臺上的固定螺絲,頂起螺絲實現(xiàn)。實際中,機臺上有硅膠帶起緩沖作用,點檢時,是將產(chǎn)品(PCB)放置于治具上,將感壓紙放置于產(chǎn)品(PCB)上,無硅膠帶情況下,壓下壓頭,通過感壓紙顏色判斷平整度。
點檢頻率:1次/班。
d. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項4:時間
ACF膠來料對熱壓時間作限定。實際的機臺熱壓時間設(shè)定需嚴(yán)格依照規(guī)格書,同時,本壓機臺上需每天點檢確認(rèn)熱壓高溫時間。
點檢頻率:1次/班。
e. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項5:ACF存儲取用
一般,在密封狀態(tài)下,ACF膠保存于-10~5℃,ACF膠有效期為6個月。取用時,需在密封狀態(tài)下,靜置1H,而后使用。當(dāng)天未使用完之ACF膠,需封裝好后,放回-10~5℃環(huán)境中存儲。在SOP中,需對以上保存環(huán)境,使用方法進(jìn)行明確之說明管控。對ACF膠之取用時間、解凍時間、回存時間進(jìn)行詳細(xì)記錄,以作管控確認(rèn)。
存儲設(shè)備:冰箱。
管控方法:對冰箱溫度進(jìn)行點檢。存放取用時,做好相應(yīng)時間、存取人員記錄。
點檢頻率:1次/班。
f. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項6:ACF來料管控
ACF膠的異方性導(dǎo)電特性,對于ACF膠內(nèi)的導(dǎo)電粒子密度、均勻度具有很高的要求。在實際使用操作中,需對使用之ACF膠取樣,確認(rèn)其粒子密度、均勻度。
確認(rèn)設(shè)備:500倍以上顯微鏡
確認(rèn)方法:在500倍顯微鏡下,確認(rèn)其粒子密度、均勻度。如:來料導(dǎo)電粒子直徑規(guī)格:10um;來料導(dǎo)電粒子密度規(guī)格:1500+/-500 pcs/mm²。實際操作上,對每卷ACF膠(50m),開啟使用時,裁剪一小段。在500倍顯微鏡下,隨即抽取5個單位小面積(如0.08mm²),分別點數(shù)導(dǎo)電粒子數(shù)目,并與來料規(guī)格對比,確認(rèn)來料導(dǎo)電粒子密度是否符合規(guī)格,粒子分布是否均勻。同時,測量確認(rèn)導(dǎo)電粒子直徑。
確認(rèn)頻率:每卷ACF膠取樣確認(rèn)1次。
g. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項7:NG品重工管控
對于NG品,可將FPC拆掉,清潔PCB上的ACF膠。FPC報廢,PCB可回收進(jìn)行熱壓。
重工使用耗材設(shè)備:ACF膠清潔劑(型號:RW-66),酒精,棉簽,顯微鏡。
FPC拆卸規(guī)范:將熱風(fēng)槍調(diào)整為180℃(ACF本壓時溫度),將產(chǎn)品FPC面朝向熱風(fēng)槍口,加熱后,使用鑷子撕下FPC。
PCB除膠規(guī)范:拆除FPC后,在PCB的ACF膠面涂上ACF膠清除劑,待靜置20min后,在顯微鏡下使用尖鑷子劃挑PCB熱壓pad間ACF膠,而后利用酒精清洗;第一次除膠后,需確認(rèn)是否清潔干凈,若未干凈,則需再次涂清潔劑,再進(jìn)行一次除膠。除膠過程中,應(yīng)注意避免鑷子破壞PCB線路。
除膠效果確認(rèn):使用顯微鏡除膠效果進(jìn)行確認(rèn)。
h. ACF熱壓制程關(guān)鍵管控項8:作業(yè)環(huán)境管控
因避免灰塵掉到熱壓區(qū)域上,影響產(chǎn)品電氣導(dǎo)通,ACF熱壓需在無塵環(huán)境中進(jìn)行。
7.評價項目、方法
在新機種試線,或是導(dǎo)入新的ACF膠料時,需謹(jǐn)慎地作一系列的驗證,以確認(rèn)此ACF膠料質(zhì)量OK,并適用新機種。具體評價項目,方法見表7-1。
序號 |
項目 |
方法 |
使用設(shè)備 |
規(guī)格 |
備注 |
1 |
接觸阻抗 |
熱壓后,測試計算熱壓處接觸阻抗 |
mΩ萬用表 |
依照ACF膠規(guī)格書。如0.1Ω以下。 |
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2 |
拉力測試 |
使用拉力測試儀垂直向上拉FPC,確認(rèn)拉力強度 |
拉力測試儀 |
依照ACF膠規(guī)格書。如5N/cm以上。 |
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3 |
高溫高濕、溫度循環(huán)測試 |
進(jìn)行高溫高濕、溫度循環(huán)后,進(jìn)行第1、2兩項測試 |
高溫高濕,溫度循 環(huán)測試機以上第1、2兩項 |
與未進(jìn)行高溫高濕、溫度循環(huán)之板子進(jìn)行比較確認(rèn)。 |
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4 |
粒子狀況 (確認(rèn)熱壓壓力是否OK) |
將熱壓OK之板子,除掉FPC,在顯微鏡下觀察熱壓區(qū)域上的導(dǎo)電粒子情況,比例。 |
500倍顯微鏡 |
一般直徑為10um之粒子后長徑變?yōu)?/span>15um為OK。比例在90%以上。 |
適用于導(dǎo)電粒子為樹脂外鍍鎳/金類ACF膠。 |
5 |
切片試驗 |
進(jìn)行研磨操作,在500倍顯微鏡下察看PCB與FPC迭合狀況,導(dǎo)電粒子(僅限鎳粒子)刺進(jìn)被壓接線路狀況。 |
研磨設(shè)備,500倍顯微鏡 |
迭合OK,無偏位。鎳粒子正常刺進(jìn)被壓接線路。 |
適用于導(dǎo)電粒子為鎳粒子累ACF膠。 |
6 |
反應(yīng)率 (確認(rèn)ACF膠熔融粘度) |
由廠商使用FT-IR測試確認(rèn)。 |
FT-IR |
80%以上。 |
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7 |
外觀察看 |
顯微鏡下確認(rèn)FPC與PCB金手指是否有迭合偏位 |
顯微鏡 |
需迭合OK |
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