專用自動(dòng)PCB顯影機(jī)

趙 永

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十三研究所，安徽 合肥 230000）

0 引言

受手機(jī)、電腦、家電、汽車電子等行業(yè)的迅猛發(fā)展的帶動(dòng)，國(guó)內(nèi)PCB 產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展的黃金時(shí)期。隨著對(duì)PCB 行業(yè)的發(fā)展，客戶對(duì)PCB 的外觀及各種導(dǎo)線間的阻抗要求越來越高，要求對(duì)導(dǎo)線的寬度控制更加嚴(yán)格。顯影是PCB 板制作過程影響PCB 外觀的重要工序，顯影的質(zhì)量直接影響到PCB 板的品質(zhì)。顯影工序是通過化學(xué)反應(yīng)的方法將未曝光的部分去掉，露出須蝕刻去除的銅面圖形線路[1]。顯影控制著印制板的外觀，使印制板看上去更舒服，并起到保護(hù)作用，保證印制板的質(zhì)量[2]。

傳統(tǒng)的人工顯影設(shè)備對(duì)工人的技能、經(jīng)驗(yàn)要求較高，在實(shí)際使用過程中存在工藝一致性較差，效率低下等缺點(diǎn)[3]。在充分消化吸收同類設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)和深入分析顯影工藝過程的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)廣東某電子公司的工藝要求，獨(dú)立開發(fā)了專用自動(dòng)PCB 顯影機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)和客戶使用驗(yàn)證，目前該設(shè)備已經(jīng)取代了客戶以前使用手動(dòng)設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的一致性。

1 PCB 板內(nèi)層顯影工藝過程及原理

常見的PCB 板內(nèi)層制作過程如圖1 所示：

圖1 PCB 板內(nèi)層制作過程

在PCB 板內(nèi)層制作過程中，顯影是極其關(guān)鍵的工序。顯影是利用弱堿性溶液與感光膜上未曝光的活性基團(tuán)反應(yīng)，生成可溶性物質(zhì)溶解下來；未曝光的感光膜與顯影液反應(yīng)被溶解掉，已經(jīng)曝光的感光膜與顯影液發(fā)生聚合反應(yīng)而被保存下來，從而得到所需的線路圖形[4]。

2 設(shè)備組成及功能

2.1 設(shè)備組成

自動(dòng)PCB 顯影機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，設(shè)備由框架、工藝槽、抽風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)過濾系統(tǒng)、自動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及管路系統(tǒng)等組成。

圖2 自動(dòng)顯影機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

由于顯影液具有一定的腐蝕性，設(shè)備采取了以下防腐措施：（1）所有的工藝槽體選用進(jìn)口NPP 板制作；（2）設(shè)備框架采用瓷白PP 焊接制成，骨架采用不銹鋼制成并外包瓷白PP 板；（3）電氣元件放置在設(shè)備前上方的腔體內(nèi)，并設(shè)獨(dú)立抽風(fēng)、散熱裝置；（4）機(jī)械手懸臂采用不銹鋼制作，表面噴涂特氟龍；（5）工件載具選用耐酸堿塑料；（6）選用耐酸堿磁力泵；（7）選用PFA 電加熱器。

設(shè)備抽風(fēng)系統(tǒng)，位于機(jī)臺(tái)后上部，排風(fēng)通道內(nèi)設(shè)有風(fēng)量導(dǎo)流板，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)量大小。設(shè)備臺(tái)面采用雙層結(jié)構(gòu)：上層為可落水臺(tái)面，下層為斜底接水盤，可接駁上臺(tái)面的落水。

2.2 設(shè)備工藝槽排布

設(shè)備有共顯影槽、噴洗槽兩個(gè)槽位。所有槽工作在潔凈、半封閉的結(jié)構(gòu)中，槽位上方有可推拉的透明PVC 觀察視窗。自動(dòng)PCB 顯影機(jī)的工藝過程為：上料—顯影（鼓泡、上下拋動(dòng)）—噴淋清洗（上下拋動(dòng)）—風(fēng)嘴吹干（上下拋動(dòng)）—下料。工作時(shí)將工件放在掛籃上，按下啟動(dòng)按鈕，由自動(dòng)機(jī)械臂按照設(shè)定的工藝程序自動(dòng)完成工件的顯影、清洗、吹干工作，工作完成后系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴提示信號(hào)，由人工取出顯影后的PCB 板。

3 工藝槽結(jié)構(gòu)及原理

3.1 顯影槽

顯影槽為NPP 槽，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示，槽底布置有鼓泡管和擾流攪拌管，工作時(shí)，將顯影液加至指定液位，開啟過濾泵，對(duì)顯影液進(jìn)行過濾和攪拌，機(jī)械臂帶動(dòng)工件在槽內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖3 顯影槽結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)和客戶反饋?zhàn)C明：在槽內(nèi)增設(shè)空攪管、對(duì)顯影液進(jìn)行過濾攪拌、工件隨機(jī)械臂上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)這三個(gè)措施大大改善了PCB 的顯影效果。

3.2 噴洗槽

噴洗槽的結(jié)構(gòu)如圖4 所示，主要由槽體，上、下層噴淋管，吹風(fēng)管，溢流管及排放管組成。槽體采用進(jìn)口NPP 板材焊接加工而成。工作時(shí)，自動(dòng)機(jī)械臂帶動(dòng)PCB 板首先在槽內(nèi)上層噴淋管下方位置做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，清洗噴嘴對(duì)PCB 板進(jìn)行噴洗；噴洗結(jié)束后，自動(dòng)機(jī)械臂帶動(dòng)PCB 板上升至風(fēng)干噴嘴位置并做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)干噴嘴將PCB 板吹干。上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率及幅度可編程調(diào)節(jié)。

圖4 噴洗槽結(jié)構(gòu)

4 自動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)

自動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)用于橫向、縱向傳輸工件，主要由橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、載具等組成。橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用直線滑軌和伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。伺服電機(jī)通過滾珠絲杠、直線滑軌來實(shí)現(xiàn)工件橫向、縱向的運(yùn)動(dòng)，將工件準(zhǔn)確的移送至各工藝槽，執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝有原點(diǎn)檢測(cè)裝置，以檢測(cè)機(jī)械臂的起始點(diǎn)位置，兩端裝有越位開關(guān)，避免機(jī)械臂與本體發(fā)生碰撞。自動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)安裝在設(shè)備的后面，制程區(qū)內(nèi)的掛桿表面噴涂鐵氟龍，以防酸堿腐蝕。

5 電氣控制系統(tǒng)

設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)安裝在機(jī)臺(tái)的前上部的腔體內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、7 寸觸摸屏等組成。觸摸屏及電源啟停開關(guān)、照明等開關(guān)等安裝在設(shè)備前操作面板上。各工藝槽的工藝過程均由PLC 控制，在觸摸屏上可以修改和設(shè)定各工藝參數(shù)。

設(shè)備為自動(dòng)運(yùn)行，上下料由人工完成，顯影、清洗工序由PLC 根據(jù)用戶編制的工藝程序自動(dòng)完成。設(shè)備具有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行功能，控制系統(tǒng)可以預(yù)先存儲(chǔ)多套工藝程序，操作人員可通過觸摸屏調(diào)用預(yù)先編制好的工藝程序進(jìn)行相應(yīng)的工藝生產(chǎn)。觸摸屏上設(shè)有設(shè)備校準(zhǔn)、參數(shù)編程、工藝選擇、報(bào)警查詢、使用說明等功能菜單。控制軟件具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示機(jī)械手的速度、位置、上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)及時(shí)間，動(dòng)態(tài)顯示噴淋噴嘴、吹干噴嘴、循環(huán)過濾等功能的狀態(tài)。

6 結(jié)論

顯影是制作PCB 板的一個(gè)重要工序，顯影效果直接影響到后面的蝕刻工序從而決定PCB 的品質(zhì)。自動(dòng)化程度高、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的顯影設(shè)備是制作高質(zhì)量PCB 的保障。我們研制的自動(dòng)PCB 顯影機(jī)在用戶現(xiàn)場(chǎng)成功替代手工顯影機(jī)，達(dá)到了用戶的使用要求。

［1］張懷武，等.現(xiàn)代印制電路原理與工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，11.

［2］賈麗仕.印制電路板的內(nèi)層生產(chǎn)工藝[J].動(dòng)動(dòng)畫世界：教育技術(shù)研究，2011(9)：96-98.

［3］吳心.網(wǎng)版自動(dòng)顯影設(shè)備[J].網(wǎng)印工業(yè)，2005(6)：41-43.

［4］金鴻，陳森.印制電路技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.