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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。: S; b2 ~9 Y H6 _( n) E% ~1 b7 A
0 q4 g% t' }% C7 O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。
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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。
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5 A E2 b8 s6 `% A7 A8 k" @% {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。
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- C# a2 h- X$ G6 J5 I" g4 O6 A& aFPC板生产工艺与涨缩原理
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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：' M$ W6 E; Y1 d6 S
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4 i+ x# e& o7 ~9 D6 c( cFPC板的材料主要有：挠性覆铜板、保护膜和聚酰亚胺补强膜。- x& C7 ~# f7 g: C. a. ~9 H: d
' O. C) s8 R2 Q# AFPC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。- V* r' @$ C' L* ~' g/ `
; s( H A; l, R9 w, o实验材料与设备$ G, `2 r+ d5 P
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FPC板10张，ASIDA JG13 UV激光切割机，影像投影仪（二次元）. H2 s# P. {- Q2 ?4 I5 c. p. V
, N( M4 k# U8 z4 c0 m实验方法与数据2 V+ F, R( Y. u9 S9 {
2 ]3 L1 s& c4 N& `. G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。: _9 y- Z# U5 X0 u) _0 b- N
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设备的精度测试# J \: `; E' ]' t$ m& @
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切割加工前先对设备运行状态和切割精度进行测试。
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" J. d* H/ u) k% A/ Z% z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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表一、设备切割精度表
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3 b [' `$ U# f$ F, ]4 [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。
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不同涨缩样板的切割精度) y4 B) c: X* _: n! G
7 q- F) r, O( ^& y0 j% y( K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。
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9 I/ [8 p! l* y+ Y6 A, K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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图1 FPC涨缩率-切割精度曲线! X) n% i5 _" m% G0 l
+ l" m+ v7 {0 l; t! k3 ?9 iFPC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。
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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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/ S: g. R. K0 s- q" ?/ d J9 S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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7 |" y2 i) w- _# u; v4 I: L涨缩率大于0.8‰的FPC板切割技术5 m4 {9 q* V1 O5 g$ Z5 k% K
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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。2 A+ O) Y: ~8 m! V1 I1 I: o
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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。* F5 l: D* V) [: \9 [& P
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5 @5 y- w0 `+ ]) {9 V图3 插头高精度切割效果3 ^+ X6 J2 W' ?- q$ B8 ^
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总结' u3 u" X) N$ z$ o& M0 c8 f
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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。+ q1 z% h; Y, N. j' ?
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发表于 2019-12-9 14:43
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