高精度FPC插头激光切割技术

覃贤德 刘泽民

广东正业科技股份有限公司

1 前言

便携式产品需求的增长，推动着电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。

挠性电路板（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。电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识别插头边的方法，补偿涨缩变形大的电路板尺寸，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：

其中图形生成流程：

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电路板外形涨缩，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电路板，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的涨缩不均。FPC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，测量出电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。三次分别在电路板切割，测得的数据如表1。从数据表得出，切割方差值为5 µm，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

在电路板生产过程中，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0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%、0.2%和0.3%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。

表1 设备切割精度表

图1 FPC涨缩率-切割精度曲线

FPC板涨缩率和切割精度曲线图表明，当涨缩率小于0.08%，切割精度在±0.05 mm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0.08%时，切割精度达不到±0.05 mm的客户要求。

涨缩率大于0.08%，切割平均偏差值超过0.020 mm且方差值大于0.025 mm。这表明涨缩率超过0.8‰后，FPC板切割精度无法满足外形±0.05 mm的精度要求。

将涨缩率大于0.08%FPC板的切割精度控制在±0.05 mm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0.08%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±3 µm，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±0.05 mm的应用实例。

5 总结

图2 FPC插头切割外形

图3 插头高精度切割效果

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0.08%时，不能控制切割精度在尺寸公差±0.05 mm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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