高精度FPC插头激光切割技术

便携式产品需求的增长，推动了PCB从单面向双面、多层、软硬结合复合板不断发展，也向高精度、高密度、高可靠性方向发展。

柔性线路板（FPC板）的基材是铜，所以需要在线路上覆盖一层覆盖膜。 覆盖膜材料一般为聚酰亚胺。 热固性胶在高温下将覆盖膜与电路板紧密结合，压合对电路板表面起到保护作用。 FPC板生产后期，需要进行外形加工。 形状上有一排插头，用于连接其他电子产品。 PCB连接的可靠性对激光切割精度要求更高。

目前批量加工FPC外形的方法是冲裁，小批量FPC和FPC样品主要采用激光切割加工。 到目前为止，国内外已有多家厂商开发了紫外激光切割机来制作FPC样品。 但FPC板插头形状常用的切割方法：光标点识别法和字符识别法尚未见文献报道，而该方法使得FPC板激光切割的操作更加方便简单，切割精度也 更高。

本文通过高精度FPC板的生产工艺，为解决FPC板因胀缩引起的切割偏差问题，利用现有的激光加工设备，采用CCD识别新塞边的方法 用于补偿膨胀收缩变形较大的PCB尺寸，将轮廓切割控制在精度要求之内。

FPC板生产工艺及缩水原理

FPC电路板主要分为单面、双面和多层电路板。 双面线路板是单面板发展而来的产品

FPC板主要由柔性覆铜板、保护膜和聚酰亚胺补强膜制成。

FPC板生产过程中的每一道工序都会影响电路板形状的膨胀和收缩。 原因是对于柔性覆铜板、聚酰亚胺和聚酰亚胺增强膜组成的电路板，在层压过程中需要将材料温度提高到170℃以上。 冷却后，由于铜和聚酰亚胺的热胀冷缩系数不同，产生内应力，破坏材料平衡力，使基材收缩变形，使基材电路图扭曲，造成热胀冷缩不均匀 FPC电路板。

FPC板胀缩不均容易导致外形加工精度达不到要求。 本文采用轮廓激光切割技术，测量电路板不同胀缩率的切割偏差值，绘制激光切割的胀缩精度曲线，再通过胀缩精度曲线，为 针对涨缩率较大的FPC板，采用全新的CCD参考点识别技术，对FPC板的畸变进行校正，从而提高FPC板插件的加工精度。

实验材料与设备

FPC板10块，ASIDA JG13 紫外激光切割机，影像投影仪（动漫）

实验方法和数据

首先测量激光设备的切割精度，判断设备是否满足设计精度要求。 然后选择并切割几种具有膨胀收缩率的PCB，测量其切割精度，绘制膨胀收缩率与切割精度的曲线。

设备精度测试

切割前测试设备的运行状态和切割精度。

测量方法：测量板材到边缘的距离，然后减去相应的理论值，得到偏差值。

不同胀缩模板的切割精度

PCB生产过程中，由于拼接、电镀、层压、高低温差等原因造成样板膨胀收缩变形。 激光设备本身对FPC板的胀缩进行了适当的补偿，但当FPC板的胀缩变形过大时，无法将切割轮廓精度控制在客户要求的范围内。

为了测量不同涨缩率的FPC板的切割精度，选取涨缩率为0.1‰、0.2‰、0.5‰、0.8‰、1.0‰、2.0‰、3.0‰的七种线路板材料 分别选择。 定位后，用激光切割形状，然后用动漫法测量切割尺寸。 与理论数值相比较，计算偏差值，然后计算平均偏差值和方差。

FPC板涨缩率与切割精度曲线图显示，当涨缩率小于0.8‰时，切割精度在±0.05mm范围内波动。 随着收缩率的增加，平均切割偏差和方差增加。 当收缩率大于0.8‰时，切割精度达不到客户±0.05mm的要求。

收缩率大于0.8‰，平均切割偏差大于0.020mm，方差大于0.025mm。 这说明FPC板的切割精度在升降率超过0.8‰后，不能满足型材±0.05mm的精度要求。

将收缩率大于0.8‰的FPC板的切割精度控制在±0.05mm以内，是激光切割的难题。 国内文献报道了利用软件算法理论补偿PCB变形以提高切割精度，但没有实测切割精度数据的报道。

收缩率大于0.8‰的FPC板切割技术

根据文献报道和电路板厂商的质量要求，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缘作为畸形校正计算的参考点时，可以减少电路板过度膨胀和收缩引起的插头检查尺寸和边缘距离的偏差，从而保证切割精度。

实验中使用的激光切割机定位系统的分辨率为±3μm。 塞头与普通柔性板的分界线可清晰区分，为工件变形校正补偿提供准确的参考点。 激光切割新技术可控制大涨缩率FPC板的尺寸精度，PCB生产现场验证

概括

本文统计了激光切割机切割不同涨缩率电路板的尺寸偏差，并对测量数据进行了分析。 得出结论，当FPC板的伸缩量大于0.8‰时，切割精度无法控制在±0.05mm的尺寸公差范围内。 为解决膨胀收缩变形大的PCB切割精度问题，采用新型CCD系统识别插塞新定位参考点，补偿变形变量，控制成品板形状精度。