高精度FPC插头激光切割技术BY正业科技

作者：覃贤德 刘泽民

原文出自正业商城：http://mall.zhengyee.com/article-50.html

摘要：本文描述挠性印制线路板生产对插头外形加工精度的主要影响因素：线路板材料涨缩性。通过测量不同涨缩率线路板的切割精度，绘制出FPC板涨缩和精度曲线图：样线路板涨缩率增大，切割偏差增大，涨缩率超过0.8‰后，切割精度达不到±0.05mm的要求。以插头边为定位基准点，进行畸变校正补偿，从而确保切割精度。

1.前言

便携式产品需求的增长，推动着线路板从单面不断地发展到双面、多层、挠性以及刚挠结合板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。

挠性线路板（FPC板）基材为铜，需要在线路覆盖一层覆盖膜，覆盖膜材料一般为聚酰亚胺，热固胶在高温下将覆盖膜与线路板紧密结合，压合在线路板表面起到保护作用。而FPC板生产的后期需要加工外形，在外形处有一排插头用于与其他电子产品进行连接。线路板连接的可靠性对激光切割精度更严更高。

目前批量加工FPC外形的方法是冲切方法，小批量FPC和FPC样品主要运用激光切割加工。迄今为止，国内外已经有多家厂商开发出UV激光切割机（http://mall.zhengyee.com/products-52.html复制到浏览器打开进入 ）用于制作FPC样品，而FPC板插头外形常用的切割方法：光标点识别法和字符识别法，未有文献报道插头边识别法，而这个方法使得FPC板激光切割的操作更方便更简单，切割精度也更高。

本文通过FPC板的生产工艺，为解决由涨缩造成FPC板切割偏差的问题，使用现有激光加工设备，应用CCD识别新插头边的方法，补偿涨缩变形大的线路板尺寸，控制外形切割在精度要求之内。

2.FPC板生产工艺与涨缩原理

FPC线路板主要分为单面和双面及多层线路板，双面线路板是从单面板发展起来的产品，单面FPC板的生产流程如下：

FPC板的材料主要有：挠性覆铜板、保护膜和聚酰亚胺补强膜。

FPC板生产流程的每个工序会影响线路板外形涨缩，其原因是：由挠性覆铜板、聚酰亚胺和聚酰亚胺补强膜等构成的线路板，层压过程需要将材料温度升到170℃以上，冷却后因铜与聚酰亚胺的涨缩系数差异而出现内应力，破坏了材料平衡力，基材出现收缩变形，基材线路图形失真，造成FPC线路板的涨缩不均。

FPC板的涨缩不均，易造成外形加工精度达不到要求。本文应用外形激光切割技术，测量出线路板不同涨缩率的切割偏差值，绘制出激光切割的涨缩-精度曲线，再通过涨缩-精度曲线，针对涨缩率大的FPC板，应用新CCD基准点识别技术，对FPC板进行畸变校正，达到提高FPC板插头加工精度目的。

3.实验材料与设备

FPC板10张，ASIDA JG13 UV激光切割机，影像投影仪（二次元）

4.实验方法与数据

首先测量激光设备的切割精度，判断设备是否达到设计的精度要求。然后选取切割几种涨缩率的线路板，测量其切割精度，绘制出涨缩率和切割精度的曲线。

4.1 设备的精度测试

切割加工前先对设备运行状态和切割精度进行测试。

测量方法：测量板到边的距离，再减去对应的理论值即得到偏差值。三次分别在线路板切割，测得的数据如下：

表一、设备切割精度表

从数据表得出，切割方差值为5微米，加工精度符合要求，设备处于正常状态。

4.2 不同涨缩样板的切割精度

在线路板生产过程中，因为拼板、电镀、层压和高低温差的原因造成样板的涨缩变形。激光设备本身对FPC板涨缩作适当补偿，但是当FPC板的涨缩变形过大，就无法控制切割外形精度在客户的要求范围内了。

为了测量不同涨缩率的FPC板切割精度，分别选取7种涨缩率0.1‰、0.2‰、0.5‰、0.8‰、1.0‰、2.0‰和3.0‰的线路板材料，经过定位后，激光切割外形，然后用二次元测量切割尺寸，与图形理论值相比，计算出偏差值，然后统计出平均偏差值和方差。

FPC板涨缩率和切割精度曲线图表明，当涨缩率小于0.8‰，切割精度在±0.05mm范围内波动。随着涨缩率的增大，平均切割偏差值和方差值都增加，当涨缩率大于0.8‰时，切割精度达不到±0.05mm的客户要求。

涨缩率大于0.8‰，切割平均偏差值超过0.020mm且方差值大于0.025mm。这表明涨缩率超过0.8‰后，FPC板切割精度无法满足外形±0.05mm的精度要求。

将涨缩率大于0.8‰FPC板的切割精度控制在±0.05mm范围内，成为激光切割加工的一个难题。国内有文献报道，用软件算法理论补偿线路板的变形来提高切割精度，但测算出切割加工精度数据未见有报导。

4.3 涨缩率大于0.8‰的FPC板切割技术

据文献报导和线路板厂家品质要求，FPC板插头的关键尺寸是插头尺寸和插头到板边的距离。当定位系统以插头边为基准点进行畸形校正计算，可消减线路板涨缩过大引起插头检验尺寸和边距的偏差（如图2所示），从而保证切割的精度。

实验使用的激光切割机定位系统的分辨率为±3μm，清晰地判别插头和普通挠性板材之间的界线，为工件的畸形校正补偿提供极ng确基准点。经过线路板生产现场的验证，新激光切割技术能控制涨缩率大的FPC板外形尺寸精度，图3为符合插头切割偏差±0.05mm的应用实例。

5、总结

本文统计激光切割机切割不同涨缩率线路板的尺寸偏差，分析测量数据，总结出FPC板的涨缩大于0.8‰时，不能控制切割精度在尺寸公差±0.05mm范围。为解决涨缩变形量大线路板的切割精度问题，本文应用新CCD系统识别插头新定位基准点，补偿畸变量，控制成品板的外形精度。

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作者简介：覃贤德（1980），男，广西人，硕士，广东正业科技股份有限公司，主任工程师，主要从事全固态紫外激光加工挠性线路板的应用研究。