谈挠性印制电路板用无框化垂直连续电镀铜设备的特点

江泽军 吴志鹏 江进利

（昆山东威电镀设备技术有限公司，苏州 昆山 215300）

0 前言

挠性印制电路板（FPCB）作为印制电路板的一种重要类别，与刚性印制电路板（PCB）相比，具有轻、薄、短、小，结构灵活，可弯曲、卷曲、折叠和立体组装等特点，能取代很多转接部件，便于最大使用有效空间，使电子产品在外观上变得更为轻薄，广泛应用于具有小型化、轻量化和移动要求的各类电子产品。

FPCB非常轻薄，厚度只有0.036 mm～0.3 mm。由于线路板厚度问题，在一般的电镀设备中其自身强度不足以保证板面平直（垂直度），单单通过位于电路板上方的夹具来夹装时，电路板的下端在电镀液槽中的垂直度无法保证，从而极易出现翘曲、撕裂、叠板的问题，导致镀层不均匀。

现有的FPCB电镀设备，包括传统的龙门式电镀线和垂直连续电镀铜设备为保证FPC线路板在电镀槽内能顺利电镀，需要通过人工加装边框提高其刚性，才能使其顺利电镀。在装夹及拆卸过程中，需要人工装、拆边框和固定夹，固定夹安装和拆卸的过程复杂，并且无法做到自动上下料，并且无法形成连续生产，工作效率极低。由于多了二次人工操作过程，容易将挠性板造成折皱，影响产品品质。现有的FPCB电镀铜设备是带边框电镀，费时费力，急需要一种新型设备改善这一状况。

1 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备

1.1 概要

FPC垂直连续无框电镀设备，用上下夹持挠性板的方式，以保证挠性板在传动中平稳的通过电镀槽进行电镀。上夹具夹持挠性板，并作为主动，挠性板带动下夹具，下夹具带有滑轮，被动限定在既定的轨道内运行，以保证板面的垂直度和上下夹的同步性。

采用上下夹持的挠性板的方式，以保证挠性板在传动中平稳的通过电镀槽进行电镀；使用机械手配合新式吸盘，实现自动上下板，少人无人化操作，向工业2025迈进。

1.2 难题和解决方案

（1）FPC板厚只有0.036 mm～0.3 mm厚，如何使其不加边框在垂直连续的电镀槽液中运行？

解决方案：采用上下夹持挠板的方式（如图1），以保证软板在传动中平稳的通过电镀槽进行电镀。

图1 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备上下夹图

（2）如何实现机械手自动上下板？

解决方案：

①采用世界先进的“那智不二越”（NACHI）六轴机械手；

②采用分区式面式吸盘（分区式可以满足不同FPC板面积要求）；

③在线吹烘干设计，为实现机械手自动下板提供条件（如图2）；

④连续生产不停线设计：上下料左右分料盒，实现不停线，更换、添加线路板；

⑤储存盒内的线路板数量自动感应检测、空存储盒自动弹出报警设计：机械手可自动感应储存盒内的线路板数量，自动切换储存盒，空存储盒可自动弹出，报警；

⑥增加机械手防护罩，保证人身安全。

图2 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备自动上下板图

（3）如何实现在机械手发生故障的时候可以使产品正常收线？

解决方案：配手动上料装置，可在机械手出现问题时候手动上料收（如图3）。

图3 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备手动下板图

（4）连续电镀铜线传动装置钢带传动和链条传动的选择？

采用链条传动时，链条在长时间运行过程中因为拉力的作用，使链条变长。由于每节链节受到的拉力不同，链条每节节距的不相同，造成链条上各处的瞬时速度不一致相同，使一同运动的电路板在不同时间的运行速度不同，最终造成电路板板面电镀后电路板上下边缘产生褶皱形成荷叶边。采用钢带传动时，钢带一体成型，各个位置拉力引起的变形基本接近。传动带各处的瞬时速度均相同，使电路板板面电镀后，上下边缘无荷叶边产生。

1.3 FPCB设备监控项目

设计新的FPCB设备监控系统（如图4），包括料号、泵、整流机、传动、设备异常等的监控。

1.4 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备能达到的技术要求

图4 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备监控界面图

（1）可连续同时生产产品(产品垂直方向固定250 mm～500 mm，板厚范围0.036 mm～0.3 mm，长度方向250 mm～500 mm。

（2）生产速度为0.5～2 m/min，可调节。

（3）镀层均匀度：表面镀铜为10 μm时（测试时用250 mm×25 0mm尺寸的基板），镀铜层R≤2 μm，镀层测量范围：上下各距板边10 mm；左右各距板边5 mm。（注：镀铜后不过微蚀进行均匀性测试）

1.5 FPC无框化垂直连续电镀铜设备获得的中国专利成果

从2016年至2018年本项目共获得已授权专利6项，其中：发明专利两项：一种板材输送机构以及电镀设备、一种料夹输送机构及电镀设备。

实用新型专利四项：一种上下料开夹装置、一种上下料吸取装置、一种滚动夹具、一种电路板吸附装置及电路板上下料机械手。

2 FPCB无框化垂直连续电镀铜设备与传统FPCB电镀铜设备的比较

2.1 在人员成本方面对比

（1）FPCB（加框式）垂直连续电镀铜设备

常规设置，上下板各一个人，装、拆边框3个人，共计5个人。

按照每个人工资5千/月/班，两班制大概每月5万元人民币。

（2）FPC无框化垂直连续电镀铜设备。

常规设置，巡线一人，兼职储存盒内放板和取板。

按照每个人5千/月/班，两班制大概每月1万元人民币。

2.2 在性能、产能和质量方面对比

FPCB垂直电镀线（A）与FPCB垂直连续无边框线（B）（如图5）。

图5 FPCB垂直电镀线（A）与FPCB垂直连续无边框线（B）

（1）FPC（加框式）垂直连续电镀铜设备

性能：板厚范围0.036 mm～0.3 mm，需要辅助治具（边框）；

产能：按照1.5 m/min产速，250宽线路板，一天（8 h）可生产2880张，需要5人；

质量：镀层均匀度：面铜为10 μm时（测试时用250 mm×250 mm尺寸的基板）, 镀铜层R≤3 μm，镀层测量范围：上下各距板边10 mm；左右各距板边5 mm（注：镀铜后不过微蚀进行均匀性测试）。

（2）FPC无框化垂直连续电镀铜设备。

性能：板厚范围0.036 mm～0.3 mm，无边框上板；

产能：按照1.5 m/min产速，250宽线路板，一天（8 h）可生产2880张，需要1人；

质量：镀层均匀度：面铜为10 μm时（测试时用250 mm×250 mm尺寸的基板），镀铜层R≤2 μm，镀层测量范围：上下各距板边10 mm；左右各距板边5 mm（注：镀铜后不过微蚀进行均匀性测试）。

表1 两种设备比较

2.3 综合对比

传统FPCB电镀铜设备和FPCB无框化垂直连续电镀铜设备的对比（见表1）。

均匀性差异的原因：FPCB加了边框后，喷管喷到边框后，药液会散开，导致边框附近的镀铜层均匀性差些，还有就是夹具夹点处，一面是边框，一面电路板，导电不均匀。

3 结语

FPCB无框化垂直连续电镀铜设备采用上下传动分开及机械手自动上下料设计，上链条/钢带做主传动运行，下滑块做从动运行，使线路板上下同时限位，保证线路板在电镀槽内顺利运行。实现全线少人或无人操作，保证线路板在电镀槽内顺利运行，不仅节约了人工，提高了生产效率，也提高了产品质量，综合技术水平达到先进水平。