倪清華（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）（滬士電子股份有限公司，江蘇 昆山 215301）

一種基于在線檢測(cè)技術(shù)的PCB表銅薄化的工藝模型

倪清華
（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）
（滬士電子股份有限公司，江蘇 昆山 215301）

介紹了目前PCB表銅薄化加工流程，分析了生產(chǎn)過程中存在的主要問題，提出了一種基于在線檢測(cè)技術(shù)的新工藝。

在線檢測(cè)；印刷電路板；薄化工藝；傳感器；數(shù)學(xué)模型

1 引言

伴隨著市場(chǎng)對(duì)PCB產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格，生產(chǎn)設(shè)備也越來越先進(jìn)，許多工藝已逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，比如利用自動(dòng)收放料裝置代替人工作業(yè)、紅外測(cè)溫技術(shù)對(duì)槽體藥水進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等。但真正實(shí)現(xiàn)對(duì)加工在線檢測(cè)的設(shè)備卻非常少。

本文擬對(duì)目前PCB生產(chǎn)過程中的表銅薄化（減薄銅）工藝流程及存在的缺點(diǎn)進(jìn)行論述，并提出一種可以實(shí)現(xiàn)加工檢測(cè)自動(dòng)化的新工藝。

2 目前PCB表銅薄化工藝流程及存在的問題

所謂表銅薄化，即減薄銅是指在PCB加工過程中，利用化學(xué)方法將PCB表層的銅箔蝕刻掉一定的厚度，以達(dá)到預(yù)期的要求。

2.1 工藝流程圖

目前較為普遍的PCB表銅薄化工藝如圖1所示，主要包括來料檢驗(yàn)、薄化加工和產(chǎn)品檢驗(yàn)三個(gè)流程。

圖1 目前工藝流程圖

來料檢驗(yàn)：用手持式銅厚測(cè)量?jī)x，測(cè)量 PCB表銅厚度，作為設(shè)定薄化參數(shù)的依據(jù)。

薄化加工：利用薄化線（設(shè)備）對(duì)PCB表銅進(jìn)行蝕刻。

產(chǎn)品檢驗(yàn)：用銅厚測(cè)量?jī)x對(duì)薄化過的PCB表銅厚度進(jìn)行測(cè)量，判定是否合格。

其中，來料和產(chǎn)品檢驗(yàn)均為離線作業(yè)。

2.2 存在的主要問題

從薄化工藝流程圖可以看到，目前的檢驗(yàn)和加工是分開進(jìn)行的。在批量生產(chǎn)過程中，若要做到100%檢驗(yàn)，不僅要耗費(fèi)大量的人力資源，而且會(huì)大大降低生產(chǎn)效率，既不經(jīng)濟(jì)也不符合現(xiàn)代質(zhì)量管理理念。因此，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，一般會(huì)采用抽樣檢驗(yàn)的方式，往往無法保證薄化后產(chǎn)品的一致性，給后工序的加工帶來困擾，甚至可能會(huì)影響到客戶的功能性要求。

3 加工檢測(cè)一體化的表銅薄化工藝

3.1 基于在線檢測(cè)技術(shù)的工藝流程圖

圖2為一種集表銅厚度檢測(cè)與薄化加工于一體的新工藝。

圖2 檢測(cè)加工一體化的流程圖

首先，將“來料檢驗(yàn)（測(cè)量表銅厚度）”過程加入到薄化線（設(shè)備）中“薄化”之前，用傳感器測(cè)量代替人工檢驗(yàn)；然后，測(cè)量結(jié)果被傳輸至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整薄化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工；最后，在“出料”之前，加入“產(chǎn)品檢驗(yàn)（測(cè)表銅厚度）”功能，自動(dòng)判定產(chǎn)品是否合格，并通過控制電路，實(shí)現(xiàn)合格品與不合格品的分揀動(dòng)作。

3.2 測(cè)表銅厚度傳感器及其原理

按照銅厚測(cè)量方式不同，有接觸式和非接觸式兩種。前者以牛津儀器研制生產(chǎn)的CMI系列表面銅厚測(cè)量?jī)x為代表，后者主要有射線熒光法和射線反向散射法。射線和射線法裝置復(fù)雜昂貴，且?guī)в蟹派湓?，一般用于?shí)驗(yàn)室測(cè)量。在PCB制造業(yè)中，通常使用的牛津儀器的CMI系列測(cè)厚儀，其模型相當(dāng)于微電阻測(cè)量傳感器，如圖3所示。利用四根接觸式探頭在表面銅箔上產(chǎn)生電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)探頭接觸銅箔時(shí)，恒定電流通過外側(cè)兩根探針，而內(nèi)側(cè)兩根探針測(cè)得該電壓的變化值。根據(jù)歐姆定律，電壓值被轉(zhuǎn)換為電阻值，再利用一定的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出厚度值。

圖3 牛津儀器微電阻測(cè)量銅厚原理

3.3 薄化的數(shù)學(xué)模型

薄化厚度可以用式（1）來表示。

X＝f（v，p，k，ρ，E，T） （1）

式中：v——薄化設(shè)備的傳動(dòng)速度，單位：m/min

p——薄化藥水噴盤的噴壓，單位：bar

k——導(dǎo)電度，單位：ms

ρ——溶液比重，單位：g/L

E——氧化還原電位，單位：mV

T——薄化藥水的溫度，單位：℃

X——理論薄化的銅厚，單位：μm

可通過設(shè)計(jì)DOE交叉實(shí)驗(yàn)，求得薄化厚度與各參數(shù)v、p、k、ρ、E及T之間的定量關(guān)系。

當(dāng)式（2）確定后，再通過測(cè)銅厚傳感器測(cè)得來料的表銅厚度，結(jié)合已知的產(chǎn)品目標(biāo)規(guī)格，可計(jì)算出需要薄化的銅厚，并利用計(jì)算機(jī)軟件得到各參數(shù)的最優(yōu)解：

式中：X0——薄化前表銅厚度，單位：μm

Y——薄化后表銅厚度，單位：μm

X'——實(shí)際需要薄化的銅厚，單位：μm

4 結(jié)語

從發(fā)展的角度來看，隨著各種傳感器、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)日漸走向成熟，利用這些新技術(shù)來提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，將成為企業(yè)節(jié)約成本、提升競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)有力手段。

[1]何麗梅. SMT工藝與PCB制造[M]. 北京∶電子工業(yè)出版社, 2013∶189-193.

[2]童志義. 蝕刻設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電子工業(yè)專用設(shè)備,2008,7(161)∶3-9.

[3]趙凱岐等. 傳感器技術(shù)及工程應(yīng)用[M]. 北京∶中國電力出版社, 2011∶66-68.

倪清華，工程師，蘇州大學(xué)在讀機(jī)械工程碩士，主要從事多層印制電路板加工技術(shù)的研究工作。

Process model based on on-line detection for PCB surface copper reducing

NI Qing-hua

The current process of PCB copper reducing was introduced, and a new process based on on-line detection was proposed after analyzing the major problems existing in the current process.

On-Line Detection; PCB; Reducing Process; Sensor; Mathematical Model

TN41

A

1009-0096（2014）09-0055-02