CN108200731B

CN108200731B - 一种改善车载fpc和铝端子超声波焊接强度的方法

Info

Publication number: CN108200731B
Application number: CN201711382798.0A
Authority: CN
Inventors: 丁澄; 张祖琼; 慎华兵
Original assignee: Shenzhen BYD Electronic Components Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Holitech Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN108200731A

Abstract

本发明公开了一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法，清洗和干燥铝片—贴镂空双面胶与铝片—压合(一定温度，一定压力，一定时间，真空)—双面胶同时撕去双面胶的保护膜—贴镂空柔性线路板焊盘于铝片(铜箔光面与铝片光面接触)—真空压合(一定温度，一定压力，真空)—烘烤(一定温度，一定时间，真空或保护气氛下，)—超声波焊接—点胶(环氧树脂胶或丙烯酸树脂胶)—固化。从而获得18～105μm纯铜与铝片的有效焊接，使焊接后焊盘的剪切强度高，导通性好；并且解决超声波焊接过程中18～105μm铜箔变形量大的问题。通过自动化机械操作，同时提高焊接效率，降低柔性线路板搭载的成本；显著提高了超声波焊接后焊盘的耐环境性能。

Description

一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法

技术领域

本发明涉及到超声波焊接技术，尤其涉及到一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法。

背景技术

超声波焊接技术已经广泛应用于手机、仪器仪表、电力电子和汽车等领域，但在FPC领域的应用范围较窄，主要局限于COB工艺中。本发明主要应用于镂空FPC板与铝片端子焊接。

另外，1，超声波焊接手机壳，手机壳上铜与铝焊接，焊点为直径约1mm半圆形，焊盘四周点状焊接，中间不焊，这种设计缺点是铜箔压痕深、焊点少、焊接强度低、铜与铝的焊接面积小进而导电性差等。

2，锂离子电池中多层铜箔之间超声波焊接工艺，由于铜箔层数多，且为同种金属之间的焊接，和本方案有本质的差异。

3， COB或ICBT中Al线绑定，焊盘小且铝材为丝状，和本方案的应用有本质差异。

4，现有SMT工艺的缺点：

（1）焊接时间长。30~60S完成一个焊点；

（2）能耗大。回流焊机每小时功耗约40~100KWh电量。

（3）污染大。SMT工艺中要用助焊剂、锡膏、OSP和电镀等辅助材料和工艺，导致制作工序污染大。

（4）投入的设备多，成本高。SMT工艺中需要用到印刷机、贴片机、SPI、回流炉和AOI等设备。

在保证良好焊接性能的前提下，现有的超声波焊接工艺和叠层方法会对（18-105）μm的铜箔产生明显的压痕，甚至严重压伤，进而导致铜箔的抗拉强度显著降低。而采用此专利方案改善后，可以有效的保护铜箔，减小变形，

发明内容

本发明提供一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法,通过超声波焊接工艺替代ＦＰＣ制作中的ＳＭＴ工艺；从而获得18～105μｍ纯铜与铝片的有效焊接，使焊接后焊盘的剪切强度高，导通性好；并且解决超声波焊接过程中18～105μｍ铜箔变形量大的问题。通过自动化机械操作，同时提高焊接效率，降低柔性线路板搭载的成本；显著提高了超声波焊接后焊盘的耐环境性能

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法；

1、准备需要焊接的各种类型的FPC元件、相匹配的铝片和制作相匹配的镂空双面胶；同时检测相应的设备和调整相应的参数。

２、清洗和干燥铝片，通过碱洗或者酸洗的方式清洗铝片表面异物，清洗后干燥铝片；首先检查铝片是否符合生产需求，对于不合格的铝片进行修理或者丢弃；碱洗：使用NaOH的水溶液：配置浓度：3wt%的溶液，清洗铝片：若冲洗，则水压3kg/cm2, ,时间5min，,若浸泡，则需浸泡3次，每次1 min，；成分：进而清除铝片上的油渍；一次清洗：使用去离子水或纯水浸泡或冲洗，若冲洗，则水压：4kg/cm2,时间2min,若浸泡，则需浸泡6次；酸中和：使用浓度为1wt%的H2SO4的水溶液浸泡或冲洗，若冲洗，水压3kg/cm2；二次清洗：使用去离子水或纯水浸泡或冲洗，若冲洗，则水压：1~8kg/cm2,时间1~4min，若浸泡，则需浸泡3~10次，铝片冷风干燥：为了方便和快速可以使用风扇或者吹风机等设备时间10~90min，干燥至恒重；在干燥放置要求，铝片不要重叠,在清洗不干净的情况下，可以按照需求多次中和和清洗，为了避免多次中和，导致表面呈酸性或者盐类过多，可以不经过酸中和二多次清洗。清洗后干燥铝片，铝片不要重叠放置，同时电扇或吹风机吹干，时间保持在10-90min ,优选60min，同时也可以选泽使用风刀吹干。

3、贴镂空双面胶到与铝片，制作符合需求的镂空双面胶，使双面胶和铝片结合在一起；双面胶成分：环氧树脂双面胶或丙烯酸树脂双面胶；双面胶厚度：10~60μm，优选35μm；铝材选择1系，优选1060铝，铝片厚度0.5~3mm，优选2mm，铝片表面哑光处理。

通过采用0.2-0.5网纹焊点间距且将焊点尖角打磨处理来避免焊接过程中网纹焊点对铜箔的损伤，进而保护了铜箔；双面胶粘贴在铝片光滑面。

4、压合双面胶同时撕去双面胶的保护膜；双面胶朝上，样品上下均放20~190μm离型纸，在以下条件下压合，温度：90~160℃，压力：8kg/cm2~30Kg/cm2,真空度：0~20pa，优选0pa；时间：10~100S；压合后手动撕去双面胶的保护膜或者使用机器自动粘贴撕除；

5、贴镂空柔性线路板于铝片上：样品的处理使用手工处理，在量产生产时可使用治具贴合，如在铝片上制作出对位孔或者对位标识，使用机械手定位抓取镂空柔性线路板，然后定位孔或者对位标对位贴合；又如X-ray扫描对位，利用光的穿透性扫描抓取对位点对位放置；镂空线路板光滑面与铝片贴合，可采用电解铜或压延铜，优选电解铜。

6、真空压合：FPC在上或铝片在上，优选FPC在上，样品上下均放20~190μm离型纸，优选100μm；温度：150~300℃，优选200℃；压力：8kg/cm2~30Kg/cm2,优选20kg/cm2;真空度：0~20pa，优选0pa；时间：10~200S，优选100S；

7、烘烤：真空或保护气氛（N2或Ar）下，温度150~250℃，优选200℃；时间30~120min,优选100min；

8、超声波焊接：频率：20~60KHZ，优选40KHZ；时间：0.3~0.8S；压力1~6bar，优选3bar；能量60~800J选400J；

9、点胶：使用环氧树脂胶或丙烯酸树脂胶，

10、固化；通过紫外光照射固化。

相对于现有技术的有益效果是，本发明与传统SMT焊接工艺相比较：

（1）焊接时间短，0.3~0.6S焊接一个焊盘；

（2）能耗小，超声波焊接属于低温固相焊接。

（3）污染少，超声波焊接装置使用铝材和铜箔的表面不需要进行电镀或OSP处理。

（4）超声波焊接工艺简单，成本低，低温度和低能耗等优点。

与当前的超声波焊接工艺相比较:

（1）实现薄铜（约18～105μm）与铝片的焊接；

（2）结构设计的焊盘的耐环境性能更优秀，可靠性更优；

（3）剪切强度高。35μm纯铜制作的镂空板与铝片端子焊接后的剪切强度可达约9±1 MPa，剥离后焊盘处的铜残留面积占焊盘面积的50%以上，70μm纯铜制作的镂空板与铝片端子焊接后的剪切强度可达13±1MPa，剥离后焊盘处的铜残留面积占焊盘面积的50%以上。

（4）焊接过程对薄铜（18～105μm）的损伤小；

（5）薄铜（18～105μm）和铝片的焊接强度更优，剥离后铜残留的面积占焊盘面积的50%以上。

附图说明

为了更清楚的说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的网纹结构示意图；

图2为本发明的叠层示意图。

指示说明：1-焊头压合方向和位置、点胶位置，2-镂空线路板上的铜焊盘，3-双面胶，4-双面胶镂空区，5-铝片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

如图1所示，本发明的一个实施例是：一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法,通过超声波焊接工艺替代ＦＰＣ制作中的ＳＭＴ工艺；从而获得18～105μｍ纯铜与铝片的有效焊接，使焊接后焊盘的剪切强度高，导通性好；并且解决超声波焊接过程中18～105μｍ铜箔变形量大的问题。通过自动化机械操作，同时提高焊接效率，降低柔性线路板搭载的成本；显著提高了超声波焊接后焊盘的耐环境性能

实施例一：

一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法；

２、清洗和干燥铝片，通过碱洗或者酸洗的方式清洗铝片表面异物，清洗后干燥铝片；首先检查铝片是否符合生产需求，对于不合格的铝片进行修理或者丢弃；碱洗：使用NaOH的水溶液：浓度：1~5wt%清洗铝片：可以浸泡或冲洗，若冲洗，则水压1~5kg/cm2, ,时间1~10min，,若浸泡，则需浸泡1~6次，每次1~3min，；成分：，优选3wt%。进而清除铝片上的油渍；一次清洗：使用去离子水或纯水浸泡或冲洗，若冲洗，则水压：1~8kg/cm2,时间1~4min,若浸泡，则需浸泡3~10次；酸中和：使用浓度为0.5~3wt%的H2SO4的水溶液浸泡或冲洗，若冲洗，水压1~5kg/cm2；二次清洗：使用去离子水或纯水浸泡或冲洗，若冲洗，则水压：1~8kg/cm2,时间1~4min,，若浸泡，则需浸泡3~10次，铝片冷风干燥：为了方便和快速可以使用风扇或者吹风机等设备时间10~90min，干燥至恒重；在干燥放置要求，铝片不要重叠)

3、贴镂空双面胶到与铝片，制作符合需求的镂空双面胶，使双面胶和铝片结合在一起；双面胶成分：环氧树脂双面胶或丙烯酸树脂双面胶；双面胶厚度：10~60μm，优选35μm；铝材优先1系铝，铝片厚度0.1-3mm，优先2mm，铝片表面哑光处理。

通过采用0.2-0.5网纹焊点间距且将焊点尖角打磨处理来避免焊接过程中网纹焊点对铜箔的损伤，进而保护了铜箔；双面胶贴合在铝片的光滑面。

5、贴镂空柔性线路板于铝片上：样品的处理使用手工处理，量产生产使用治具贴合，如在铝片上制作出对位孔或者对位标识，使用机械手定位抓取镂空柔性线路板，然后定位孔或者对位标对位贴合；又如X-ray扫描对位，利用光的穿透性扫描抓取对位点对位放置；

9、点胶：使用环氧树脂胶或丙烯酸树脂胶，可以通过多种方式点胶，例如喷胶，使胶液通过喷头均匀的喷出；针头点胶，形成点状使胶液自由扩散覆盖；又如刷胶，胶液通过刷体刷在需要覆盖区域；

10、固化；通过紫外光照射固化，常规能量500~3000mJ，优选1500mJ；时间20S~120S,优选，70S。

在以上的操作中，双面胶粘贴在镂空线路板焊盘处铜箔的光滑面上，是因为1）通常铜箔有粗糙面和光面两面，其中粗糙面的粗糙度大且不易变形，而光滑面柔软且易变形。焊接时选择粗糙面与超声波焊接机焊头网纹接触可以减少铜箔变形量，且避免焊头与铜箔之间打滑，进而提升铜箔与铝材的焊接效果；2）叠层结构中用双面胶将焊盘四周的铜箔与铝固定，可以减小焊接过程中铜箔的翘曲，进而减小变形量。

实施例二网纹结构焊接如图1和图2

1、准备需要焊接的各种类型的FPC元件、相匹配的铝片、制作相匹配的镂空双面胶，双面胶镂空部分为边长为5mm方形口或直径为6mm圆形；同时检测相应的设备和调整相应的参数。

２、清洗和干燥铝片，通过碱洗或者酸洗的方式清洗铝片表面异物，清洗后干燥铝片；

3、首先检查铝片是否符合生产需求，对于不合格的铝片进行修理或者丢弃；

4、碱洗：使用NaOH的水溶液：浓度：1~5wt%清洗铝片，浸泡，则需浸泡3次，每次1min；

5、一次清洗：使用去离子水或纯水冲洗，则水压：5kg/cm2,时间2min；

6、酸中和：使用浓度为1wt%的H2SO4的水溶液浸泡，需浸泡5次；

7、二次清洗：使用去离子水或纯水冲洗，则水压：5kg/cm2,时间2min；

8、铝片冷风干燥：为了方便和快速可以使用风扇或者吹风机等设备时间60min，干燥至恒重；在干燥放置要求，铝片不要重叠)

9、贴镂空双面胶到铝片，制作符合需求的镂空双面胶，使双面胶和铝片结合在一起；双面胶成分：环氧树脂双面胶或丙烯酸树脂双面胶，双面胶厚度：10-30μm。

10、压合双面胶同时撕去双面胶的保护膜；双面胶朝上，样品上下均放20~190μm离型纸，在以下条件下压合，温度：90~160℃，压力：8kg/cm2~30Kg/cm2,真空度：0~20pa，优选0pa；时间：10~100S；压合后手动撕去双面胶的保护膜或者使用机器自动粘贴撕除；

通过采用0.2-0.5网纹焊点间距且将焊点尖角打磨处理来避免焊接过程中网纹焊点对铜箔的损伤，进而保护了铜箔；双面胶粘贴在铝片的光滑面上。

11、贴镂空柔性线路板于铝片上：样品的处理使用手工处理，量产生产使用治具贴合，如在铝片上制作出对位孔或者对位标识，使用机械手定位抓取镂空柔性线路板，然后定位孔或者对位标对位贴合；又如X-ray扫描对位，利用光的穿透性扫描抓取对位点对位放置；

12、真空压合：FPC在上或铝片在上，优选FPC在上，样品上下均放100μm离型纸，温度：200℃，压力：20kg/cm2,真空度：0pa，时间：100S；在压合是检查叠层结构。

13、烘烤：真空或保护气氛（N2或Ar）下，温度200℃，时间100min,

14、超声波焊接：频率：40KHZ，时间：0.5S；压力3bar，能量400J；在超声波焊接中使用带有尖端的平面结构，两个尖端夹角在60-90°之间，网纹焊点间距0.2~0.5mm。

15、点胶：使用环氧树脂胶或丙烯酸树脂胶，可以通过多种方式点胶，例如喷胶，使胶液通过喷头均匀的喷出；针头点胶，形成点状使胶液自由扩散覆盖；又如刷胶，胶液通过刷体刷在需要覆盖区域；

16、固化；通过紫外光照射固化，常规能量1500mJ，时间70S。

如图1所示网纹结构进行超声波焊接可以有效的提高焊接面积，减小铜箔的变形量，进而提高导通性和减小薄铜箔的损伤！

如图2所示为焊接的叠层结构。铜箔粗糙面朝上目的是为提高超声波焊接过程中铜箔与焊头的摩擦力，进而避免焊接过程中焊头打滑。双面胶贴合和点胶处理均是为了保护焊盘，防止焊盘被侵蚀。此外，双面胶贴合可以固定铜箔，可以提高铜箔与铝片连接后的强度，同时可以避免焊盘边缘铜箔在焊接过程中产生过渡变形。

实施例三镂空柔性线路板与镍片的超声波焊接

1、准备需要焊接的各种类型的FPC元件、相匹配的镍片、制作相匹配的镂空双面胶，双面胶镂空部分为边长为5mm方形口或直径为6mm圆形；同时检测相应的设备和调整相应的参数。

２、清洗和干燥镍片，通过碱洗或者酸洗的方式清洗镍片表面异物，清洗后干燥镍片；

3、首先检查镍片是否符合生产需求，对于不合格的镍片进行修理或者丢弃，镍片纯度99.6wt%以上，镍片厚度0.1~1mm，优选0.2mm；

4、碱洗：使用NaOH的水溶液：浓度：1~5wt%清洗镍片，浸泡，则需浸泡3次，每次1min；

8、镍片冷风干燥：为了方便和快速可以使用风扇或者吹风机等设备时间60min，干燥至恒重；在干燥放置要求，镍片不要重叠)

9、贴镂空双面胶到镍片，制作符合需求的镂空双面胶，使双面胶和镍片结合在一起；双面胶成分：环氧树脂双面胶或丙烯酸树脂双面胶，双面胶厚度：10-30μm。

通过采用0.2-0.5网纹焊点间距且将焊点尖角打磨处理来避免焊接过程中网纹焊点对铜箔的损伤，进而保护了铜箔；双面胶粘贴在镍片的光滑面上。

11、贴镂空柔性线路板于镍片上：样品的处理使用手工处理，量产生产使用治具贴合，如在镍片上制作出对位孔或者对位标识，使用机械手定位抓取镂空柔性线路板，然后定位孔或者对位标对位贴合；又如X-ray扫描对位，利用光的穿透性扫描抓取对位点对位放置；

12、真空压合：FPC在上或镍片在上，优选FPC在上，样品上下均放100μm离型纸，温度：200℃，压力：20kg/cm2,真空度：0pa，时间：100S；在压合是检查叠层结构。

14、超声波焊接：频率：40KHZ，时间：0.5S；压力3bar，能量300J；在超声波焊接中使用带有尖端的平面结构，两个尖端夹角在60-90°之间，网纹焊点间距0.2~1.0mm。

16、固化；通过紫外光照射固化，常规能量1500mJ，时间70S。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法，其特征在于;

1) 准备需要焊接的各种类型的FPC元件、铝片和镂空双面胶；

２）清洗和干燥铝片，检查通过碱洗或者酸洗的方式清洗铝片表面异物，清洗后干燥铝片；

3）贴镂空双面胶到铝片，制作符合需求的镂空双面胶，使双面胶和铝片结合在一起；

4）压合双面胶同时撕去双面胶的保护膜；

5）贴镂空柔性线路板焊盘于铝片上：镂空柔性线路板由电解铜或压延铜制作，且铜箔的光滑面与铝片的光滑面粘合；

6）真空压合；放置方法为FPC在上或铝片在上，样品上下均放20~190μm离型纸；

7）烘烤：真空或保护气气氛下，所述保护气为N₂ 或Ar；

8）超声波焊接；选择频率在20~60KHZ的高频段，时间为0.3~0.8S，压力1~6bar，能量60~800J

9）点胶；使用环氧树脂胶或丙烯酸树脂胶；

10）固化。

2.根据权利要求1所述的一种改善车载FPC和铝端子超声波焊接强度的方法，其特征在于：所述清洗和干燥铝片，分为碱洗、一次清洗、酸中和、二次清洗。