机器人技术在 PCB 制造中的关键优势

原创 | 文 BFT机器人 

印刷电路板或 PCB 相当于神经系统的计算机。它是连接微型电子元件（电阻器、微芯片、连接器和电容器）的基础。它极其复杂，有些部分非常微小，只能在显微镜下才能看到。

机器人技术是 PCB 制造的核心。没有人能够灵活地将数以千计的完美间隔、几何排列的电线放入薄如纸的铜和绝缘层中，但自动化使这一切成为可能。

01

机器人技术的好处

与人工相比，自动化机械具有以下优势：

• 速度：一台快速贴片机每小时可以在 PCB 上安装数千个元件。就工作速度而言，机器人简直无与伦比。

• 灵巧性：由于某些电子元件非常微小，因此需要专门的机器将它们焊接到印刷电路板上。机器还可以在 PCB 上打印微小的字母和标记，以显示组件的放置位置。没有机器人，计算机永远不会小到装进人们口袋的程度。

• 取之不竭：机器可以不间断地不知疲倦地工作。与人不同，机器不会生病，不会因情绪而分心，甚至在重复数小时后也不会感到无聊。

• 安全：密封剂、粘合剂和焊接设备会对人类工人造成健康和安全风险。使用机器人技术来完成这项工作可以防止工作场所发生事故。

• 可见性： X 光机可以检测焊接缺陷，例如过量焊料、开路、焊桥和空洞。他们还可以看到组件问题以及 CSP 和 BGA 缺陷。这种机器可以一次检查多个电路板，从而可以在几分钟内部署产品线。

• 准确度：准确的光学检测 (AOI) 可以指出肉眼难以看到的近微观缺陷。AOI 相机使用摄影测量法来计算印刷电路板上不同组件的高度。它还使用软件来检测未接触 PCB 的部件。因此，AOI 可以发现焊接不均匀、墓碑、倾斜或缺失元件等缺陷。

• 一致性：机器可以重复复制相同的结果。拾放机器人可以连续地将产品从一个位置移动到另一个位置。激光打标机在每个 PCB 上打印一个唯一的序列号，以使其可追溯。PCB制造过程的每一部分都是高度重复的，但是设备使它保持一致。

所有这些品质使自动化机械成为 PCB 制造的重要组成部分。

02

PCB制造如何使用自动化

PCB 允许所有组件通过数百根铜线与片上系统 (SOC) 和其他微芯片通信。它由几个导电层组成。

顶层和底层用于安装组件。它们具有一层阻焊层——通常是蓝色或绿色——以提供绝缘，同时保持零件的安装垫可接触到。

PCB内部还有电源层和地层。剩余的铜层承载所有通信迹线或信号线。环氧树脂和绝缘玻璃纤维位于这些层之间以防止电流流动。

将所有这些小部件组装在一起时，自动机械是显而易见的选择。以下是依赖机器人技术的制造过程的步骤：

1.成像和开发/蚀刻/剥离 (DES)

在人们设计好 PCB、审查并打印出来之后，就该开始制作电路板了。首先，激光直接成像开始在面板上工作。机器显影干膜并蚀刻任何暴露的面板铜。然后剥离剩余的干膜，使铜图案留在后面，这将成为内层的一部分。

2.自动光学检测（AOI）

此过程仅适用于多层 PCB。AOI 在将它们层压在一起之前检查多层板的层。它通过将 PCB 设计数据与其在面板上查看的图像进行比较来实现这一点。这个过程很重要，因为它可以让制造商注意到并纠正缺陷。例如，AOI 可能会检测蚀刻图案中的针孔或微小切口。

3.化学处理

在层压之前，氧化物化学品会处理多层 PCB 的内层。这增加了包铜的粗糙度，这将提高层压板的结合强度。它有助于防止层在制造过程结束时分离。

4.层压

多层 PCB 中的许多层必须绑定在一起。液压机使用高温高压将导电芯材与环氧树脂注入的玻璃纤维板的交替层粘合在一起，使它们融合。冷却后，多层和双面 PCB 制造将遵循相同的过程。

5、钻孔

钻孔是 PCB 设计的重要组成部分。它们用于将 PCB 安装在其外壳中和连接部件。

它们还通过允许铜线垂直穿过电路板来连接

两层或多层。此过程称为垂直互连访问 (VIA)。VIA孔分为三种：

• 通孔：连接 PCB 的所有层。

• 盲孔：这种类型的孔将顶层或底层连接到中间层。

• 埋孔：埋孔连接内部层。这是唯一一种未连接到电路板顶部或底部的孔。

先进的精密钻孔系统可制造这些精确的孔。他们使用专为 PCB 设计的整体硬质合金切削工具。

6.化学镀铜

化学镀工艺涉及在 PCB 的所有外露表面上化学沉积一层薄铜。孔壁也有涂层，可以进行电镀。铜涂层非常薄——厚度在百万分之80 到 100 英寸之间。

7.干膜外层

层压机在铜面板的外层涂上干膜。然后，激光直接成像将其曝光。在显影未曝光的胶片时，曝光的胶片留在后面。

此过程为面板的电镀做准备。

8.电镀

在电镀过程中，机器将铜电镀到 PCB 的孔壁和导电图案上。此步骤可确保满足电路的设计要求。

PCB 连接到阴极棒。然后，镀铜槽使用直流电源施加电流，将铜镀层沉积到电路板上。接下来，PCB 进入镀锡槽，在其上沉积一层涂层。这将成为 PCB 制造过程中下一步的蚀刻屏障。

9.剥离和蚀刻

机器剥离抗蚀剂板，未被锡覆盖的裸露铜被蚀刻掉。接下来，机器用化学方法剥离覆盖孔和痕迹的剩余锡。

10.应用阻焊层和图例

一台机器使用液体光成像 (LPI) 阻焊层来保护铜表面。这种光敏环氧树脂基抗蚀剂完全覆盖了面板，面板经历了粘性固化周期。

胶片工具或激光直接成像将面板暴露在紫外线光源下。这个过程去除了所有未曝光的阻焊层。烤箱对其进行烘烤，以确保阻焊层硬化、固化并粘附在电路板上。

接下来，丝网印刷工艺应用图例，图例由字母或符号组成，在组装过程中用作参考点。

11.应用表面处理

机器通过化学工艺将表面光洁度应用于 PCB。它可以防止剩余的裸露铜被氧化。

12.电气测试

技术人员将 PCB 移入测试其导电性的机器中。它使用多个移动探针接触铜电路上的不同点并在它们之间发送电信号。这可以识别短路和开路。

13.制造

CNC 机器将每块板从较大的面板中取出，形成所需的尺寸和形状。它还切割槽和斜边。

14.检查

技术人员和机器会检查最终产品，以便在发货前发现任何错误。这在评估飞行控制系统或医疗设备中使用的 PCB 时至关重要。

任何使用智能手机的人都受益于机器人技术的使用。尽管 PCB 制造在没有自动化的情况下在技术上是可行的，但这将是一个缓慢、费力的过程，而且产出很少。在制造更小、更强大的印刷电路板时，机械允许速度、一致性和极高的精度。多亏了机器人技术，世界比以往任何时候都更加紧密地联系在一起。

文章来源：

https://roboticsbiz.com/critical-benefits-of-robotics-in-pcb-manufacturing/

更多精彩内容请关注公众号：BFT机器人
本文为原创文章，版权归BFT机器人所有，如需转载请与我们联系。若您对该文章内容有任何疑问，请与我们联系，将及时回应。