高精度FPC插頭激光切割技術(shù)

覃賢德 劉澤民

廣東正業(yè)科技股份有限公司

1 前言

便攜式產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，推動(dòng)著電路板從單面不斷地發(fā)展到雙面、多層、撓性以及剛撓結(jié)合板，并不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展。

撓性電路板（FPC板）基材為銅，需要在線路覆蓋一層覆蓋膜，覆蓋膜材料一般為聚酰亞胺，熱固膠在高溫下將覆蓋膜與線路板緊密結(jié)合，壓合在線路板表面起到保護(hù)作用。而FPC板生產(chǎn)的后期需要加工外形，在外形處有一排插頭用于與其他電子產(chǎn)品進(jìn)行連接。電路板連接的可靠性對(duì)激光切割精度更嚴(yán)更高。

目前批量加工FPC外形的方法是沖切方法，小批量FPC和FPC樣品主要運(yùn)用激光切割加工。迄今為止，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多家廠商開(kāi)發(fā)出UV激光切割機(jī)用于制作FPC樣品，而FPC板插頭外形常用的切割方法：光標(biāo)點(diǎn)識(shí)別法和字符識(shí)別法，未有文獻(xiàn)報(bào)道插頭邊識(shí)別法，而這個(gè)方法使得FPC板激光切割的操作更方便更簡(jiǎn)單，切割精度也更高。

本文通過(guò)FPC板的生產(chǎn)工藝，為解決由漲縮造成FPC板切割偏差的問(wèn)題，使用現(xiàn)有激光加工設(shè)備，應(yīng)用CCD識(shí)別插頭邊的方法，補(bǔ)償漲縮變形大的電路板尺寸，控制外形切割在精度要求之內(nèi)。

2 FPC板生產(chǎn)工藝與漲縮原理

FPC主要分為單面和雙面及多層線路板，雙面線路板是從單面板發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品，單面FPC板的生產(chǎn)流程如下：

其中圖形生成流程：

FPC板的材料主要有：撓性覆銅板、保護(hù)膜和聚酰亞胺補(bǔ)強(qiáng)膜。FPC板生產(chǎn)流程的每個(gè)工序會(huì)影響電路板外形漲縮，其原因是：由撓性覆銅板、聚酰亞胺和聚酰亞胺補(bǔ)強(qiáng)膜等構(gòu)成的電路板，層壓過(guò)程需要將材料溫度升到170℃以上，冷卻后因銅與聚酰亞胺的漲縮系數(shù)差異而出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，破壞了材料平衡力，基材出現(xiàn)收縮變形，基材線路圖形失真，造成FPC的漲縮不均。FPC的漲縮不均，易造成外形加工精度達(dá)不到要求。本文應(yīng)用外形激光切割技術(shù)，測(cè)量出電路板不同漲縮率的切割偏差值，繪制出激光切割的漲縮-精度曲線，再通過(guò)漲縮-精度曲線，針對(duì)漲縮率大的FPC板，應(yīng)用新CCD基準(zhǔn)點(diǎn)識(shí)別技術(shù)，對(duì)FPC板進(jìn)行畸變校正，達(dá)到提高FPC板插頭加工精度目的。

3 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

FPC板10張，ASIDA JG13 UV激光切割機(jī)，影像投影儀（二次元）。

4 實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)

首先測(cè)量激光設(shè)備的切割精度，判斷設(shè)備是否達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求。然后選取切割幾種漲縮率的線路板，測(cè)量其切割精度，繪制出漲縮率和切割精度的曲線。

4.1 設(shè)備的精度測(cè)試

切割加工前先對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和切割精度進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)量方法：測(cè)量板到邊的距離，再減去對(duì)應(yīng)的理論值即得到偏差值。三次分別在電路板切割，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表1。從數(shù)據(jù)表得出，切割方差值為5 μm，加工精度符合要求，設(shè)備處于正常狀態(tài)。

4.2 不同漲縮樣板的切割精度

在電路板生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)槠窗?、電鍍、層壓和高低溫差的原因造成樣板的漲縮變形。激光設(shè)備本身對(duì)FPC板漲縮作適當(dāng)補(bǔ)償，但是當(dāng)FPC板的漲縮變形過(guò)大，就無(wú)法控制切割外形精度在客戶的要求范圍內(nèi)了。為了測(cè)量不同漲縮率的FPC板切割精度，分別選取7種漲縮率0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%、0.2%和0.3%的線路板材料，經(jīng)過(guò)定位后，激光切割外形，然后用二次元測(cè)量切割尺寸，與圖形理論值相比，計(jì)算出偏差值，然后統(tǒng)計(jì)出平均偏差值和方差。

表1 設(shè)備切割精度表

圖1 FPC漲縮率-切割精度曲線

FPC板漲縮率和切割精度曲線圖表明，當(dāng)漲縮率小于0.08%，切割精度在±0.05 mm范圍內(nèi)波動(dòng)。隨著漲縮率的增大，平均切割偏差值和方差值都增加，當(dāng)漲縮率大于0.08%時(shí)，切割精度達(dá)不到±0.05 mm的客戶要求。

漲縮率大于0.08%，切割平均偏差值超過(guò)0.020 mm且方差值大于0.025 mm。這表明漲縮率超過(guò)0.8‰后，F(xiàn)PC板切割精度無(wú)法滿足外形±0.05 mm的精度要求。

將漲縮率大于0.08%FPC板的切割精度控制在±0.05 mm范圍內(nèi)，成為激光切割加工的一個(gè)難題。國(guó)內(nèi)有文獻(xiàn)報(bào)道，用軟件算法理論補(bǔ)償線路板的變形來(lái)提高切割精度，但測(cè)算出切割加工精度數(shù)據(jù)未見(jiàn)有報(bào)導(dǎo)。

4.3 漲縮率大于0.08%的FPC板切割技術(shù)

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和線路板廠家品質(zhì)要求， FPC板插頭的關(guān)鍵尺寸是插頭尺寸和插頭到板邊的距離。當(dāng)定位系統(tǒng)以插頭邊為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行畸形校正計(jì)算，可消減線路板漲縮過(guò)大引起插頭檢驗(yàn)尺寸和邊距的偏差（如圖2所示），從而保證切割的精度。

實(shí)驗(yàn)使用的激光切割機(jī)定位系統(tǒng)的分辨率為±3 μm，清晰地判別插頭和普通撓性板材之間的界線，為工件的畸形校正補(bǔ)償提供精確基準(zhǔn)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)線路板生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)證，新激光切割技術(shù)能控制漲縮率大的FPC板外形尺寸精度，圖3為符合插頭切割偏差±0.05 mm的應(yīng)用實(shí)例。

5 總結(jié)

圖2 FPC插頭切割外形

圖3 插頭高精度切割效果

本文統(tǒng)計(jì)激光切割機(jī)切割不同漲縮率線路板的尺寸偏差，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，總結(jié)出FPC板的漲縮大于0.08%時(shí)，不能控制切割精度在尺寸公差±0.05 mm范圍。為解決漲縮變形量大線路板的切割精度問(wèn)題，本文應(yīng)用新CCD系統(tǒng)識(shí)別插頭新定位基準(zhǔn)點(diǎn)，補(bǔ)償畸變量，控制成品板的外形精度。

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