PCB設(shè)計(jì)中的兩片檢測功能

前言

動上料裝置進(jìn)行生產(chǎn)活動。而消費(fèi)類PCB朝著更薄、更小、更輕的方向發(fā)展，一方面要求上料裝置能有效將粘連的兩片分開；另一方面，對兩片檢測功能提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的兩片檢測方式主要有接觸式、非接觸式，使用差動變壓器、電渦流傳感器實(shí)現(xiàn)，此類傳感器是基于板件厚度絕對值測量的基礎(chǔ)上判斷單雙片。但受測量精度限制，該種傳感器對超薄PCB的檢測效果不佳。

1、超聲波傳感器工作原理

超聲波是頻率高于20 kHz的聲波，在傳播過程中方向性強(qiáng)，能量易于集中，而且能在各種不同介質(zhì)中傳播，傳播距離遠(yuǎn)。超聲波是靠介質(zhì)傳播，PCB是由一定介質(zhì)組成（銅箔和樹脂），所以超聲波能夠在PCB中傳播。

一個(gè)高頻超聲波發(fā)射器在PCB下面發(fā)射超聲波束，聲波穿透PCB并引起振動，而穿透過程中便會產(chǎn)生衰減，最后這個(gè)小聲波被超聲波接收器接收。超聲波如果穿透兩張PCB，則穿透后的信號變的非常微弱，基本不能到達(dá)接收器。如圖1所示。因此超聲波技術(shù)可在PCB制造業(yè)實(shí)現(xiàn)兩片檢測功能。

2、超聲波傳感器特點(diǎn)

超聲波兩片檢測傳感器通常包含一個(gè)信號處理器和兩個(gè)超聲波傳感器（發(fā)射器和接收器），部分品牌傳感器將信號處理器集成于發(fā)射器或接收器中。

超聲波兩片檢測傳感器可檢測多層PCB、紙張、塑料板或金屬箔，感應(yīng)范圍20 mm ~ 60 mm；適應(yīng)材料范圍從20 g/m2到1200 g/m2的薄片，甚至還可以對材料進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶；通常有3種信號輸出（零片，一片，兩片），可進(jìn)行多種應(yīng)用。

3、超聲波傳感器安裝與設(shè)定

通過實(shí)驗(yàn)，超聲波兩片檢測傳感器應(yīng)垂直于PCB表面安裝，為消除駐波及減少反射波的干擾，通常需以一個(gè)偏離垂直方向的特殊傾角α安裝，方可達(dá)到最佳檢測效果，如圖2。

傾角α的確定需通過光板實(shí)驗(yàn)、實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，需結(jié)合“光板實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果進(jìn)行合并、取舍。

“光板實(shí)驗(yàn)”是一種理想實(shí)驗(yàn)，其介質(zhì)均勻，使用不同板厚試件，改變傳感器角度，可以反映出不同板厚對傳感器安裝角度的容忍范圍，從而確定理想的最佳安裝傾角。

“實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)”主要用于尋找最佳傾角的誤差容忍范圍。實(shí)際生產(chǎn)板由于介質(zhì)不均勻，理論上角度容忍范圍小于光板。該實(shí)驗(yàn)可用于尋找不同板件的角度容忍范圍，進(jìn)而量化傳感器安裝精度。通過改變傾角α，觀察輸出波形發(fā)現(xiàn)（圖3），最終確定安裝的精度指標(biāo)。

對于大部分的PCB，超聲波兩片檢測傳感器工作在“厚”模式亦可應(yīng)對；對于超薄PCB可設(shè)置在“標(biāo)準(zhǔn)”模式工作。

4、其它干擾因素及應(yīng)對措施

（1）水。

兩片PCB中間有均勻水膜，則會漏報(bào)警，這是目前發(fā)現(xiàn)的唯一漏報(bào)警條件。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，PCB拼板間的水膜只是存在于部分區(qū)域，難以整片板均勻覆蓋，故兩片板中只要有一小處沒有水膜，傳感器便可檢出兩片。

應(yīng)對措施：上游工序需杜絕烘不干的問題；板件上機(jī)前垂直靜止，可避免水膜均勻覆蓋。

（2）孔。

小孔、大孔、槽孔不會導(dǎo)致誤報(bào)警，通常傳感器檢測結(jié)果是：零片和一片臨界。

（3）干膜。

單面干膜的小孔、大孔、槽孔不會誤報(bào)警，通常傳感器檢測結(jié)果是：單片。

貼雙面干膜的大孔、槽孔會誤報(bào)警，主要是介質(zhì)中有空氣，聲波穿越不同介質(zhì)時(shí)衰減較大，此時(shí)被測模型接近兩片入料模型，但由于孔的區(qū)域有效，故傳感器只會輸出短暫的“兩片”信號。

應(yīng)對措施：可通過PLC程序?qū)⒏蓴_濾去，故影響不大。