赵 永
（中国电子科技集团公司第四十三研究所，安徽 合肥 230000）
【摘 要】显影是PCB板制作过程中的一个重要工序，它决定着PCB板的品质。介绍了PCB板显影的工艺原理、过程，并详细介绍了专用自动PCB显影机的组成、各单元结构及功能。
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关键词 PCB显影；显影设备；自动显影设备
作者简介：赵永（1986—），男，硕士，毕业于合肥工业大学机械电子工程专业，现主要从事表面处理设备的设计与研发。
0 引言
受手机、电脑、家电、汽车电子等行业的迅猛发展的带动，国内PCB产业迎来了快速发展的黄金时期。随着对PCB行业的发展，客户对PCB的外观及各种导线间的阻抗要求越来越高，要求对导线的宽度控制更加严格。显影是PCB板制作过程影响PCB外观的重要工序，显影的质量直接影响到PCB板的品质。显影工序是通过化学反应的方法将未曝光的部分去掉，露出须蚀刻去除的铜面图形线路[1]。显影控制着印制板的外观，使印制板看上去更舒服，并起到保护作用，保证印制板的质量[2]。
传统的人工显影设备对工人的技能、经验要求较高，在实际使用过程中存在工艺一致性较差，效率低下等缺点[3]。在充分消化吸收同类设备优缺点和深入分析显影工艺过程的基础上，我们根据广东某电子公司的工艺要求，独立开发了专用自动PCB显影机，经过试验和客户使用验证，目前该设备已经取代了客户以前使用手动设备，大大提高了生产效率和产品的一致性。
1 PCB板内层显影工艺过程及原理
常见的PCB板内层制作过程如图1所示：
在PCB板内层制作过程中，显影是极其关键的工序。显影是利用弱碱性溶液与感光膜上未曝光的活性基团反应，生成可溶性物质溶解下来；未曝光的感光膜与显影液反应被溶解掉，已经曝光的感光膜与显影液发生聚合反应而被保存下来，从而得到所需的线路图形[4]。
２ 设备组成及功能
２.1 设备组成
自动PCB显影机的结构如图2所示，设备由框架、工艺槽、抽风系统、循环过滤系统、自动机械臂系统、电气控制系统及管路系统等组成。
由于显影液具有一定的腐蚀性，设备采取了以下防腐措施：（1）所有的工艺槽体选用进口NPP板制作；（2）设备框架采用瓷白PP焊接制成，骨架采用不锈钢制成并外包瓷白PP板；（3）电气元件放置在设备前上方的腔体内，并设独立抽风、散热装置；（4）机械手悬臂采用不锈钢制作，表面喷涂特氟龙；（5）工件载具选用耐酸碱塑料；（6）选用耐酸碱磁力泵；（7）选用PFA电加热器。
设备抽风系统，位于机台后上部，排风通道内设有风量导流板，可以手动调节排风量大小。设备台面采用双层结构：上层为可落水台面，下层为斜底接水盘，可接驳上台面的落水。
２.2 设备工艺槽排布
设备有共显影槽、喷洗槽两个槽位。所有槽工作在洁净、半封闭的结构中，槽位上方有可推拉的透明PVC观察视窗。自动PCB显影机的工艺过程为：上料—显影（鼓泡、上下抛动）—喷淋清洗（上下抛动）—风嘴吹干（上下抛动）—下料。工作时将工件放在挂篮上，按下启动按钮，由自动机械臂按照设定的工艺程序自动完成工件的显影、清洗、吹干工作，工作完成后系统发出蜂鸣提示信号，由人工取出显影后的PCB板。
３ 工艺槽结构及原理
３.1 显影槽
显影槽为NPP槽，其结构如图3所示，槽底布置有鼓泡管和扰流搅拌管，工作时，将显影液加至指定液位，开启过滤泵，对显影液进行过滤和搅拌，机械臂带动工件在槽内做上下往复运动。
试验和客户反馈证明：在槽内增设空搅管、对显影液进行过滤搅拌、工件随机械臂上下往复运动这三个措施大大改善了PCB的显影效果。
３.2 喷洗槽
喷洗槽的结构如图4所示，主要由槽体，上、下层喷淋管，吹风管，溢流管及排放管组成。槽体采用进口NPP板材焊接加工而成。工作时，自动机械臂带动PCB板首先在槽内上层喷淋管下方位置做上下往复运动，清洗喷嘴对PCB板进行喷洗；喷洗结束后，自动机械臂带动PCB板上升至风干喷嘴位置并做上下往复运动，风干喷嘴将PCB板吹干。上下往复运动的频率及幅度可编程调节。
４ 自动机械臂系统
自动机械臂系统用于横向、纵向传输工件，主要由横向移动机构、纵向移动机构、载具等组成。横向移动机构、纵向移动机构均采用直线滑轨和伺服电机控制系统。伺服电机通过滚珠丝杠、直线滑轨来实现工件横向、纵向的运动，将工件准确的移送至各工艺槽，执行机构装有原点检测装置，以检测机械臂的起始点位置，两端装有越位开关，避免机械臂与本体发生碰撞。自动机械臂系统安装在设备的后面，制程区内的挂杆表面喷涂铁氟龙，以防酸碱腐蚀。
5 电气控制系统
设备的电气控制系统安装在机台的前上部的腔体内。控制系统主要由PLC、伺服电机驱动器、7寸触摸屏等组成。触摸屏及电源启停开关、照明等开关等安装在设备前操作面板上。各工艺槽的工艺过程均由PLC控制，在触摸屏上可以修改和设定各工艺参数。
设备为自动运行，上下料由人工完成，显影、清洗工序由PLC根据用户编制的工艺程序自动完成。设备具有手动、半自动、自动运行功能，控制系统可以预先存储多套工艺程序，操作人员可通过触摸屏调用预先编制好的工艺程序进行相应的工艺生产。触摸屏上设有设备校准、参数编程、工艺选择、报警查询、使用说明等功能菜单。控制软件具有实时监控功能，触摸屏上实时显示机械手的速度、位置、上下往复运动次数及时间，动态显示喷淋喷嘴、吹干喷嘴、循环过滤等功能的状态。
6 结论
显影是制作PCB板的一个重要工序，显影效果直接影响到后面的蚀刻工序从而决定PCB的品质。自动化程度高、性能可靠、运行稳定的显影设备是制作高质量PCB的保障。我们研制的自动PCB显影机在用户现场成功替代手工显影机，达到了用户的使用要求。
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参考文献
［１］张怀武,等.现代印制电路原理与工艺[M].北京:机械工业出版社,2009,11.
［２］贾丽仕.印制电路板的内层生产工艺[J].动动画世界:教育技术研究,2011(9):96-98.
［３］吴心.网版自动显影设备[J].网印工业,2005(6):41-43.
［４］金鸿,陈森.印制电路技术[M].北京:化学工业出版社,2006.
［责任编辑：邓丽丽］