高精度FPC金手指激光切割.doc

高精度FPC金手指激光切割技術(shù)摘要 本文描述柔性線路板生產(chǎn)對(duì)金手指外形加工精度的主要影響因素：線路板材料漲縮性。通過(guò)測(cè)量不同漲縮率線路板的切割精度，繪制出FPC板漲縮和精度曲線圖：樣線路板漲縮率增大，切割偏差增大，漲縮率超過(guò)0.8后，切割精度達(dá)不到0.05mm的要求。以金手指邊為定位基準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行畸變校正補(bǔ)償，保證切割精度。關(guān)鍵詞金手指,加工精度,漲縮,定位點(diǎn)Abstract It is described that main effect of flexible circuit production on cutting precision: FPC material Expansion and contraction. By measuring process deviation of FPC with different expansion-extraction ratio, curve of expansion-extraction and cutting precision is protracted.In the curve, cutting precision turns worse by rising of expansion-extraction ratio.When expansion-extraction ratio is bigger than 0.8, the cutting precision is not fit technical charactitcs of0.05mm. Meanwhile,the process precision is controlled by using goldfinger edges as positioning points to repair profile deviation. Keywords Goldfinger,Process precision,expansion and extraction,positioning point1.前言便攜式產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，推動(dòng)著線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。 撓性線路板（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，在外形處有一排金手指用于與其他電子產(chǎn)品進(jìn)行連接。線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板金手指外形常用的切割方法：MARK點(diǎn)識(shí)別法和字符識(shí)別法，未有文獻(xiàn)報(bào)道金手指邊識(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)別新金手指邊的方法，補(bǔ)償漲縮變形大的線路板尺寸，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線路板主要分為單面和雙面線路板，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：產(chǎn)品質(zhì)量檢查粘貼補(bǔ)強(qiáng)沖產(chǎn)品外形沖定位孔產(chǎn)品表面涂敷絲印保護(hù)膜層壓保護(hù)膜圖形生成鉆定位孔材料切割粘貼補(bǔ)強(qiáng)板 其中圖形生成流程：去膜蝕刻顯影曝光預(yù)清洗涂抗蝕劑FPC板的材料主要有：銅基板、保護(hù)膜材料和PI補(bǔ)強(qiáng)。FPC板生產(chǎn)流程的每個(gè)工序會(huì)影響線路板外形漲縮，而其中漲縮的原理：由銅基材、聚酰亞胺和PI補(bǔ)強(qiáng)等構(gòu)成的線路板，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差異而出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，破壞材料平衡力后，基材出現(xiàn)收縮變形，造成基材線路圖形失真，造成FPC線路板的漲縮不均。FPC板的漲縮不均，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)量出不同漲縮率線路板的切割偏差值，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板金手指加工精度目的。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) 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。再選取切割幾種漲縮率的線路板后，測(cè)量切割精度，繪制出漲縮率和切割精度的曲線。4.1 設(shè)備的精度測(cè)試切割加工前先進(jìn)行設(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)量邊到邊的距離，再減去對(duì)應(yīng)的理論值即得到偏差值。三次分別在線路板切割，測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：表一、設(shè)備切割精度表理論值（mm)測(cè)量值（mm)偏差（mm)理論值（mm)測(cè)量值（mm)偏差（mm)理論值（mm)測(cè)量值（mm)偏差（mm)0.770 0.7710.0010.770 0.766 -0.0040.770 0.765-0.0050.950 0.9530.0030.950 0.958 0.0080.950 0.949-0.0013.150 3.146-0.0043.150 3.130 -0.023.150 3.147-0.0031.900 1.9060.0061.900 1.904 0.0041.900 1.899-0.00115.000 14.996-0.00415.000 15.009 0.00915.000 15.0030.003方差值0.005平均偏差值0.005從數(shù)據(jù)表得出，切割方差值為5微米，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線路板生產(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)備有FPC板漲縮補(bǔ)償技術(shù)，但是當(dāng)FPC板的漲縮變形過(guò)大，無(wú)法控制切割外形精度在客戶的要求范圍內(nèi)。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0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、2.0和3.0的線路板材料，經(jīng)過(guò)定位后，激光切割外形，再用二次元測(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。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0.8，切割精度在0.05mm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0.8時(shí)，切割精度達(dá)不到0.05mm的客戶要求。漲縮率大于0.8，切割平均偏差值超過(guò)0.020mm且方差值大于0.025mm。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0.05mm的精度要求。將漲縮率大于0.8FPC板的切割精度控制在0.05mm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，卻未測(cè)算出切割加工精度數(shù)據(jù)。4.3 漲縮率大于0.8的FPC板切割技術(shù)據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和線路板廠商品質(zhì)要求， FPC板金手指的關(guān)鍵尺寸是金手指尺寸和手指到邊的距離。當(dāng)定位系統(tǒng)以金手指邊為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行畸形校正計(jì)算，可消減線路板漲縮過(guò)大引起金手指檢驗(yàn)尺寸和邊距的偏差（如圖2所示），從而保證切割的精度。圖2 FPC金手指切割外形金手指基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)使用的激光切割機(jī)定位系統(tǒng)的分辨率為3m，清晰地判別金手指和普通板材之間的界線，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)能控制漲縮率大有變形的FPC板外形尺寸精度，圖3為符合金手指切割偏差0.05mm的應(yīng)用實(shí)例。圖3 金手指高精度切割效果5、總結(jié)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0.8時(shí)，不能控制切割精度在尺寸公差0.05mm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)別金手指新定位基準(zhǔn)點(diǎn)，補(bǔ)償畸變量，控制成品板的外形精度。參考文獻(xiàn)1梁志立，中國(guó)FPC的現(xiàn)狀與未來(lái)，印制電路信息，2005,No.4:P11-152宗哲堅(jiān)，柔性電路的應(yīng)用和制造，電子工藝技術(shù)，1986，No.113吳志輝，雙面柔性線路板的生產(chǎn)工藝，絲網(wǎng)印刷，1998,No.3:P194熊祥玉，印制電路板外形加工工藝新議，電子工藝技術(shù)，1999,No.2:P61-645呂洪杰，UV激光切割撓性電路覆蓋膜的應(yīng)用研究,印制電路信息，2010,No.116江正全，板材補(bǔ)償系數(shù)淺談