一种高效的PCB翘曲度测量方法

一种高效的PCB翘曲度测量方法侯志松;龙庆文;周江秀;刘欢;敖荟兰【摘要】文章在介绍大理石测量台测量PCB板弯、板翘传统的方法基础上，提出了一种基于激光CCD位移传感器的印制板(PCB施曲度检测方法，并将其应用到在线的覆铜板和PCB板翘曲度检测装置上，文章简述了本测试方法的工作原理，并以实验数据验证了本检测方法可行，检测精度高，效率也高.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷)，期】2015(023)006【总页数】4页(P57-60)【关键词】印制电路板;翘曲度;激光CCD位移传感器【作者】侯志松;龙庆文;周江秀;刘欢;敖荟兰【作者单位】广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808【正文语种】中文【中图分类】TN41一种高效的PCB翘曲度测量方法侯志松龙庆文周江秀刘欢敖荟兰（广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808）摘要文章在介绍大理石测量台测量PCB板弯、板翘传统的方法基础上，提出了一种基于激光CCD位移传感器的印制板（PCB）翘曲度检测方法，并将其应用到在线的覆铜板和PCB板翘曲度检测装置上，文章简述了本测试方法的工作原理，并以实验数据验证了本检测方法可行，检测精度高，效率也高。关键词印制电路板；翘曲度；激光CCD位移传感器中图分类号：TN41文献标识码：A文章编号：1009-0096（2015）06-0057-04AnefficientmeasuringequipmentofPCBwarpageHOUZhi-songLONGQing-wenZHOUJiang-xiuLIUHuanAOHui-lanAbstractThisarticleproposedanewmethodwhichisbasedonthetraditionalwayofmarbletabletestPCBtwistingbutdifferentfromit.ItusedLaserCCDsensortotesttwisting.AnditisalsopossibletoexpandintowiretypeCCLtesting.Testingdatahasshowedthatitisavailablewithhightestingaccuracyandefficiency.KeywordsPCB;Warpage;TheCCDLaserSensor电子行业的飞速发展及SMT自动化插件设备和贴片设备的广泛使用，对印制板质量要求越来越高。如今随着HDI板、IC载板出现，以及大量贴片元器件和IC芯片的应用，这对印制板的翘曲有着更严格要求。如果板平整达不到要求，将严重影响电路板的成品合格率，造成后续大量的虚焊、漏焊及无法焊接情况的发生，最终将严重影响电子产品的使用性能[3]。1传统的翘曲度测量方法目前，线路板生产厂家大多采用大理石测量台测量板翘曲度，将测量的印制板平放在大理石测量台上，人工用手轻轻敲打板的四角，来判断线路板是否有翘曲，再通过〃塞规”测出板翘的具体数据。此种采用人工判断板翘曲的测量方法，漏检机率较大，不同人员测量出数据有差异，且测量的效率不高[4][]。PCB板厂家主要根据IPC标准对基板翘曲定义为弓曲和扭曲。分别定义如下图：（1）弓曲最大百分率=弓曲最大垂直位移（D）/最大垂直位移所在边长度（L）x100%图1弓曲量测（2）扭曲最大百分率=扭曲最大垂直位移（D）/被测试样对角线长度（L）x100%图2扭曲量测根据IPC标准，通常板翘曲度小于0.%时，即为合格。有一些对覆铜板和线路板的翘曲度要求更高的，板翘曲度要求小于等于0.3%。当PCB板的翘曲度不能满足要求时，将严重影响SMT组装时的焊接质量，造成大量的不合格产品[][]。2翘曲度测量新方法2.1新方法检测原理为克服人工目测的缺陷，现提供一种板材翘曲度检测新方法，其基本检测原理：利用非接触式影像测量技术，通过一对位移传感器，包括一个接收装置和一个发射装置，当覆铜板或PCB经过这对位移传感器时，因为有板的地方将会阻挡发射装置发射的信号，从而在接收装置上无法响应相应位置的信号。通过位置的信息可以得到PCB的板厚曲线图，通过特定软件算法和翘曲度定义，计算出板翘曲度，并与设定判断条件得出OK和NG板，并通过收料台实现自动分类。由于此种方案采用了高精度的位移传感器和送料平台，从而实现了对PCB板的翘曲度的高效、准确的测量和判断。检测原理如图3。图3翘曲度检测原理图2.2新方法应用2.2.1检测装置根据上述新方法的检测原理，设计出一种新型的在线式的覆铜板和PCB板翘曲度检测装置(ASIDA-QQ1000)，夕卜观见图4所示。该装置主要包括输送平台、对射式图像位移传感器、计算机、软件系统、以及收料台等。其简要的工作原理包含以下4点：输送平台采用六条较宽的平皮带，平皮带通过两个平行的辊轴带动，从而保证整板运动过程的一致性。对射式图像位移传感器，主要采用高精度的激光移位传感器，由于激光线性较好，因此通过激光的线性关系，当板出现弯曲时，会挡住激光的传输路径，这样只要测量出被挡住的高度，就可以测量出此点的高度值。通过移位传感器的高灵敏性，在测量时可能避免平皮带来的抖动，降低对送料平台的要求。而且通过位移传感器，可以直接获取PCB的各点厚度数据。计算机与软件系统主要对传感器获取的图片进行数据分析，并根据需求输出相应的图表，在数据显示区，将获得板的翘曲度，OK/NG区分图，以及同类板翘曲的变化曲线图。收料平台用于自动判断和分类检测，减少人力成本并实现快速收集和分板。图4夕卜观图1.机架2.显示支架3.测量模块4.输送装置.收料装置.分拣支架.传送装置板材翘曲度检查机包括以下操作步骤：作业员先开启机器，然后将待检测PCB或覆铜板放到第一送料装置上；第一送料装置会自动将PCB板或覆铜板往前输送，经过检测装置的时候，检测装置能够对PCB板或覆铜板进行扫描，并且将扫描到的板厚信息传递到控制装置；控制装置获取该板厚信息后通过计算可以得到PCB板或覆铜板的板厚曲线图，再通过特定软件算法和翘曲度定义，计算出板翘曲度;再与预设的判断条件（设定标准值）对比，得出0火板和NG板，并且将该信息传递到分拣装置；控制分拣装置根据接收到的是OK板还是NG板而将相应的PCB或覆铜板导入到第二送料装置的相应位置，第二送料装置将OK板或NG板往前输送，将其送入收料装置的对应位置，从而完成对PCB或覆铜板的翘曲度检测和分类。2.2.2翘曲度计算方法由于对基板翘曲的名词定义不同及测量方法不同，所得的基板翘曲值相差甚大。QQ1000可设置多点检测和单点检测，增加检测过程的可靠性和准确性，并通过标准库补偿方式减少不同标准之间的偏差。图5多点数据示意图多点数据如图所示，检测模块以最大的检测速度将当前被检测板的各个面的高度计算并保存起来，假设当前被检测板检测到的高度值为H1至H这些数据。（1）单点模式下的检测方法。在该检测模式下，判断模块会在这些数据之中查找到最大的那个数据，并将其作为当前被检测板的最大弯曲（翘曲）高度。（2）多点模式下的检测方法。在该检测模式下，判断模块会先判断当前被检测板的板弯或板翘状态，如果当前被检测板属于板弯状态，则将该些数据中最大的值作为当前板的最大弯曲高度，如果当前被检测板属于板翘状态，则综合考虑整块板的检测数据，以图为例，板翘状态时，当前被检测到的所有数据中，与当前板厚相比较，如果比板厚大的数据个数不超过当前被检测到的数据总量的％，则设定当前被检测板的最大翘曲高度为所有数据中最大的那个数据，否则当前被检测板的最大翘曲高度为（H1+H）-板厚。2.3相关实验及分析进入QQ1000软件界面，启动电机后，设置好平台速度.m/min或12.m/min，板料进行检测。在单点检测与多点检测时的操作界面及结果显示于操作视屏。在实验过程中，通过选择大小不同，不同翘曲度，不同的过板速度，平台有不同位置，在单点检测与多点检测两种模式下进行多次实验，截取部分实验数据见表1中所示。表1翘曲度精度实验数据从测试表格中数据，各组数据的重复度精度全部小于等于0.1mm，已经达到同行业板翘曲度检测设备的检测能力，符合PCB行业各项检测标准，最大检测速度达到12.m/min，在保证检测精度的同时，将检测效率比人工检测的提升了倍以上。另外，多点模式下检测比单点模式下检测更准确，更接近板弯翘的真实值。3结论现提出了一种新型的在线式的覆铜板和PCB翘曲度方法，并根据相关检测原理设计检测板材翘曲度检查机。该装置能够对覆铜板和线路板的翘曲度进行检测，并且自动将翘曲度小于设定标准值的合格品与翘曲度大于设定标准值的不合格品分开。该检测方法工艺简单，操作容易，检测精度高，准确率高，不存在漏检现象，测量效率高，降低了人力成本，提高了经济效益。参考文献金鸿,王钧铭.印制电路技术.北京:化学工业出版社[M].200,(3).陶仁君，孙忠新,董丽玲.印制板翘曲度分析及其测试方法[J].印制电路信息，2012,01.宋劭.基于影子云纹法的封装基板翘曲测量系统研究[J].武汉:华中科技大学,2012,1.陈培良