專用自動PCB顯影機

趙 永

（中國電子科技集團公司第四十三研究所，安徽 合肥 230000）

0 引言

受手機、電腦、家電、汽車電子等行業的迅猛發展的帶動，國內PCB 產業迎來了快速發展的黃金時期。隨著對PCB 行業的發展，客戶對PCB 的外觀及各種導線間的阻抗要求越來越高，要求對導線的寬度控制更加嚴格。顯影是PCB 板制作過程影響PCB 外觀的重要工序，顯影的質量直接影響到PCB 板的品質。顯影工序是通過化學反應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，并起到保護作用，保證印制板的質量[2]。

傳統的人工顯影設備對工人的技能、經驗要求較高，在實際使用過程中存在工藝一致性較差，效率低下等缺點[3]。在充分消化吸收同類設備優缺點和深入分析顯影工藝過程的基礎上，我們根據廣東某電子公司的工藝要求，獨立開發了專用自動PCB 顯影機，經過試驗和客戶使用驗證，目前該設備已經取代了客戶以前使用手動設備，大大提高了生產效率和產品的一致性。

1 PCB 板內層顯影工藝過程及原理

常見的PCB 板內層制作過程如圖1 所示：

圖1 PCB 板內層制作過程

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

2 設備組成及功能

2.1 設備組成

自動PCB 顯影機的結構如圖2 所示，設備由框架、工藝槽、抽風系統、循環過濾系統、自動機械臂系統、電氣控制系統及管路系統等組成。

圖2 自動顯影機結構示意圖

由于顯影液具有一定的腐蝕性，設備采取了以下防腐措施：（1）所有的工藝槽體選用進口NPP 板制作；（2）設備框架采用瓷白PP 焊接制成，骨架采用不銹鋼制成并外包瓷白PP 板；（3）電氣元件放置在設備前上方的腔體內，并設獨立抽風、散熱裝置；（4）機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。

設備抽風系統，位于機臺后上部，排風通道內設有風量導流板，可以手動調節排風量大小。設備臺面采用雙層結構：上層為可落水臺面，下層為斜底接水盤，可接駁上臺面的落水。

2.2 設備工藝槽排布

設備有共顯影槽、噴洗槽兩個槽位。所有槽工作在潔凈、半封閉的結構中，槽位上方有可推拉的透明PVC 觀察視窗。自動PCB 顯影機的工藝過程為：上料—顯影（鼓泡、上下拋動）—噴淋清洗（上下拋動）—風嘴吹干（上下拋動）—下料。工作時將工件放在掛籃上，按下啟動按鈕，由自動機械臂按照設定的工藝程序自動完成工件的顯影、清洗、吹干工作，工作完成后系統發出蜂鳴提示信號，由人工取出顯影后的PCB 板。

3 工藝槽結構及原理

3.1 顯影槽

顯影槽為NPP 槽，其結構如圖3 所示，槽底布置有鼓泡管和擾流攪拌管，工作時，將顯影液加至指定液位，開啟過濾泵，對顯影液進行過濾和攪拌，機械臂帶動工件在槽內做上下往復運動。

圖3 顯影槽結構

試驗和客戶反饋證明：在槽內增設空攪管、對顯影液進行過濾攪拌、工件隨機械臂上下往復運動這三個措施大大改善了PCB 的顯影效果。

3.2 噴洗槽

噴洗槽的結構如圖4 所示，主要由槽體，上、下層噴淋管，吹風管，溢流管及排放管組成。槽體采用進口NPP 板材焊接加工而成。工作時，自動機械臂帶動PCB 板首先在槽內上層噴淋管下方位置做上下往復運動，清洗噴嘴對PCB 板進行噴洗；噴洗結束后，自動機械臂帶動PCB 板上升至風干噴嘴位置并做上下往復運動，風干噴嘴將PCB 板吹干。上下往復運動的頻率及幅度可編程調節。

圖4 噴洗槽結構

4 自動機械臂系統

自動機械臂系統用于橫向、縱向傳輸工件，主要由橫向移動機構、縱向移動機構、載具等組成。橫向移動機構、縱向移動機構均采用直線滑軌和伺服電機控制系統。伺服電機通過滾珠絲杠、直線滑軌來實現工件橫向、縱向的運動，將工件準確的移送至各工藝槽，執行機構裝有原點檢測裝置，以檢測機械臂的起始點位置，兩端裝有越位開關，避免機械臂與本體發生碰撞。自動機械臂系統安裝在設備的后面，制程區內的掛桿表面噴涂鐵氟龍，以防酸堿腐蝕。

5 電氣控制系統

設備的電氣控制系統安裝在機臺的前上部的腔體內。控制系統主要由PLC、伺服電機驅動器、7 寸觸摸屏等組成。觸摸屏及電源啟停開關、照明等開關等安裝在設備前操作面板上。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定各工藝參數。

設備為自動運行，上下料由人工完成，顯影、清洗工序由PLC 根據用戶編制的工藝程序自動完成。設備具有手動、半自動、自動運行功能，控制系統可以預先存儲多套工藝程序，操作人員可通過觸摸屏調用預先編制好的工藝程序進行相應的工藝生產。觸摸屏上設有設備校準、參數編程、工藝選擇、報警查詢、使用說明等功能菜單。控制軟件具有實時監控功能，觸摸屏上實時顯示機械手的速度、位置、上下往復運動次數及時間，動態顯示噴淋噴嘴、吹干噴嘴、循環過濾等功能的狀態。

6 結論

顯影是制作PCB 板的一個重要工序，顯影效果直接影響到后面的蝕刻工序從而決定PCB 的品質。自動化程度高、性能可靠、運行穩定的顯影設備是制作高質量PCB 的保障。我們研制的自動PCB 顯影機在用戶現場成功替代手工顯影機，達到了用戶的使用要求。

［1］張懷武，等.現代印制電路原理與工藝[M].北京：機械工業出版社，2009，11.

［2］賈麗仕.印制電路板的內層生產工藝[J].動動畫世界：教育技術研究，2011(9)：96-98.

［3］吳心.網版自動顯影設備[J].網印工業，2005(6)：41-43.

［4］金鴻，陳森.印制電路技術[M].北京：化學工業出版社，2006.