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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。3 Q4 n2 i; E0 }2 {" b
7 j. g! i$ a& T( J9 a0 p" C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。 o" J* N% w; S1 p b
- U+ p5 o: q# {9 _+ O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。, G5 B; o- e/ Z% |
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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。$ [: @. N7 J- x1 v1 ], h
, Y0 n5 ]: m: t$ SFPC板生产工艺与涨缩原理; O" v, g' u! K
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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：% h: {9 B1 k+ y4 r+ c2 z# @
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FPC板的材料主要有：挠性覆铜板、保护膜和聚酰亚胺补强膜。
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' A S% O6 n3 }2 g6 `/ m2 pFPC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。
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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。
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) n& ?1 M* b3 U% [' q5 y实验材料与设备
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& o1 g" G- e& _5 wFPC板10张，ASIDA JG13 UV激光切割机，影像投影仪（二次元）) N9 P! c4 @4 i, V: ]) q, p4 l
$ B0 l/ g' {; Y2 m实验方法与数据
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4 u4 ~1 m' {$ D0 }- [! `/ ^! o D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。
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设备的精度测试5 u3 M, W* Y, K! ?* g; T
2 r- o4 d; f6 Z/ Q; h+ t切割加工前先对设备运行状态和切割精度进行测试。0 A9 Y8 V" ~( Y; F7 Z X0 n( y
- f+ p$ u( M; w/ |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：
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/ n: G% u1 F6 k& k; W$ V表一、设备切割精度表
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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。( N" X7 w; s6 E! }+ d
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不同涨缩样板的切割精度. c, G3 D; Y! N9 G* }2 s9 _
; p5 v: e9 W' L5 G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。; G& ^ A, V% n: v2 X. R
' d- U4 m# M( m5 G# z8 z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。
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7 }1 l* m t1 ?. E9 G图1 FPC涨缩率-切割精度曲线3 }) X8 E1 m$ g1 G+ E0 x4 J; [
5 I7 v( b3 A+ s3 @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。# B" R; q( M! W5 E4 U7 M# \
* [( y1 p* Q1 z( o2 h1 I% }: |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。
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( B+ {+ p; m1 c+ D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。
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涨缩率大于0.8‰的FPC板切割技术
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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。
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图2 FPC插头切割外形
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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精确基准点。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。- D( Z% y% o/ N$ A
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: d( |3 t" |* o1 L* ?图3 插头高精度切割效果
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总结" O: Q, ~( U- D8 m6 G9 U
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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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发表于 2019-12-9 14:43
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