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摘要
PCB铜箔基板的品质随着电子系统的轻而短、高功能、高密度化以及高可靠性的倾向，要求变得严格。PCB铜箔基板制造、来自原材料玻璃纤维布的材料检查规格、膜烧结条件、橡胶含量、橡胶流量、粘结时间、转化程度和储藏条件等基板压接条件的设定，都影响PCB铜箔基板的厚度质量、厚度质量的管理控制，研究所有制处理的开始在处理能力方面进行一定程度的提高，不一味地选择，增加成本支出。目前PCB铜箔基板制造厂已经将非接触式雷射厚度测量全检取代人工分厘卡厚度提取，系统设计有特色，雷射测厚仪很多传感器机构协助现场设计施工，测试方法不同，维护及新功能的增加必须透过设备制造厂。台湾德联高科之测厚仪测厚仪从架构设计开始有参与和主导，拥有软件所有权。所以以后都可以自己增加统计、警告和网络监控等功能，现在我们分享这个实务经验，分析一下其结构和故障发生的原因。
1.吉兆
PCB铜箔基板提供电子部件安装在相互连接的支撑体上，随着电子系统的轻而短、高功能、高密度化以及高可靠性的倾向，PCB铜箔基板的质量直接影响电子产品的可靠性。
PCB铜箔基板的制造需要在厚度的质量控制管中多加注意，由于大致有膜半产品的品管及压接条件的配合，所以厚度结果表现为所有制行程控制的综合结果。
以前的PCB业者对于基板厚度IPC？虽然只要求41101CLASS B的级别，但是从2000年开始要求CLASS C以上的需求，印刷电路板是为了应对高层、高密度的市场倾向，但是这些要求PCB的业者还是觉得不够，开始引用统计制程管制（SPC、StatiCal process Control）2，最常用的是工艺精度Ca，Capability of accuracy，越接近0越好）以及处理能力指数Cpk，数字越高越好）。计算公式如下。
Ca=（实测平均-标准中心值）/标准公差的半*100%
Cpk=Min（规格上限-平均值、平均值-规格下限）/标准偏差3个
统计制程管制的引用不仅要求产品在规格的界限内，还要求集中在规格的中心值上，但是该方法主要用于工厂内的工程改善，一味Cpk达到高水平的话，不管制定的规格的上下限如何，都会说笑话，或者对产品进行全数筛选有可能增加成本支出。例如，假设6mil1/1的PCB铜箔基板的含铜厚度8.5mil为标准中值且厚度分布曲线为常态分布，实测平均值为8.5（（Ca＝0），厚度分布达到8.08~8.92，ClassC的标准上下限达到Cpk1.67，但在ClassD的标准中降低到1.33。
因此Cpk需要与规格一起经由供应商及制造商进行协商。
Cpk是一次数据计算，Cpk不合格的话，理论上是一次退货，直觉上不合理。不能因为生产符合规格的产品就降低。因此，即使在制造工序中能够生产合格的产品，但是一部分的制造工序不稳定，或者平均值不在标准的中心值，所以有可能Cpk不合格，可以理解制造工序有改善的余地。Cpk为了合格，可以筛选去除接近标准上下限的产品，之后可以要求较高Cpk，但是在良率降低、良率制定奖金的工厂，可能会招致现场员工的反对。
2.方法
初期人工测量了分厘卡micrometer）板边，因为有痕迹，全部检查困难，所以使用了非接触式的雷射位移传感器制作的雷射测厚仪。
等级划分遵循IPC的规定，等级方法可以采用标签机的方式，Class A红卷，ClassB蓝卷，如果客人有更严格的要求可以分局处理，分为4等级的4个栈板。图2为在线测厚仪试验流程的示意图3。
3.架构
雷射使用位移传感器开发的测厚仪是光电机械集成，由于光设计部分被设计为雷射位移传感器独立组件，所以仅通过进行机电集成就可以组合软件扩展功能。图3是测厚仪架构流程。
选择每个部分的零组件和每个组件的连接是非常重要的，否则误差和不稳定是必须的。
3.1 位移传感器
位移传感器的选择必须考虑PCB铜箔基板的特性、容许公差分辨率，通常能够比较其测量距离、分辨率以及线性度和采样周期。测量距离需要包括所有测量对象PCB铜箔基板的厚度。分辨率需要与传感器型记录注释一致，相同分辨率下采样数较少，显示良好。最好小于线性度，例如，测量距离+/秒63？5mm，线性度是1%F.S.amp。在0.1%F.S.中，最大误差分别为0.1mmamp。0.01mm （5mm*2*0.1%）；采样周期慢的话，变动变小。
3.2模拟数字转换卡
模拟数字转换卡（ADCCad）的选择，第一分辨率是因为现在的薄板占据了很多市场，所以薄板的容许公差必须使用到16bit，不到12bit是不够的。
接下来，考虑输入信道和输入电压的范围，在一般的行业设计中，需要6个位移传感器，即6个输入信道，仿真数字转换卡的大部分需要16个信道。位移传感器输出信号有两种类型，一种是电压，另一种是电流，一般范围分别为？5V~+5Vamp。是4~20mA，能够以适当的电阻将电流转换为电压（+/-10V内），输入模拟数字转换卡。
3.3数码卡
数字卡分为0和1，数字卡（Digital I/OCad）仅低电位和高电位，基本上0V是低电位0，5V是高电位1，数字信号输入（DI）是计数器，光电开关等，通过铜箔基板与设备周边的状况的显示，数字信号输出（DO）用于控制和警报可以控制包含品质分析结果的显示。表达方法可能是电脑画面显示OK/NG、警报或等级（返回程序逻辑控制器PLC）。
除了数字信号过多的情况外，模拟数字转换卡和被称为多功能卡（Multifunction I/OCard）的数字卡相结合。
3.4继电器
数字输出信号不能直接发送给工厂设备。例如PLC、电磁阀、警报铃等。这些设备需要12、24V来驱动。一般来说，数码卡的输出电压只有5V，所以需要继电器。接力的选择必须注意其使用频度和反应时间。磁簧开关已经足够了，但是如果连续快速使用，则弹性疲劳，反应时间变慢，可以变更为电子式继电器。但是，根据情况也有压降，这是另一个课题。
3.5电脑
电脑已经相当普遍了，但一般的桌面电脑不适合现场使用。必须考虑操作者的素质和环境。最好采用工业级计算机。可以容许较大的湿度和温度范围。而且必须要持续开一年车。
3.6软件
雷射测厚仪主画面可以直接完全显示三个断面，操作者基本输入锅号和材料号后，软件检查输入是否正确，根据材料号的编码原则计算所有等级上下限，可以避免人为错误主屏幕上也显示了分级设备的情况，并且可以及时注意，计算前锅的Cp（Capability of precision、过程精密度）、Cpk和平均值。此外，作业人员必须在作业指示书中明确表示在计算机上显示Class Aamp。B的数量参考品质管理检查员，双重确认厚度不良品不流入客户手中。
另外，除了将结果存储在盘中的本机的计算机之外，还通过网络盘参照服务器，在内部网络中想要实时监视所有测厚仪状态的情况下，当前业者测厚仪判定ClassC，在Cpk不满1.33的情况下，自动发行E-mAil通知相关人员。
3.7定位
IPC-4011仅规定厚度等级，量测仪器，未规定位置和数据数，在各家形成各家的规定。厚度数据应该是全断面，所以可以取几点。一张基板可以合理地取27点的存档（板边3，5，10，15，center，-15，-10，-5，-3inches）、厚度30mil以上的基板，加上测定板边1inch（计33点）来进行等级，无论哪一个点都不能超过规格。Cpk的计算必须有27个独立点。
3.8校正
测厚仪因为不能保证免除检查，所以需要修正的方法，一般使用标准样品进行检查。修正分为机构归零和软件归零，并每年定期测试其重复性和再现性。如果可能的话，需要进行雷射位移传感器线性度测试。
4.理论
实施厚度测试后，厚度测量设备可能会出现零件老化、损坏、客户需求为零，需要持续维护和改善。此时，如果不从理论着手，就无法判断异常原因。
4.1 雷射位移传感器
一般在行业中使用的雷射位移传感器是一种三角量测量系统，其发射特定波长雷射的光，遇到物体并反射、透射、散射等，传感器接收该特定波长的散射光，并从角度获得距离。
位移传感器为了转换成厚度，需要上方和下方各一个传感器，分别获得PCB铜箔基板上方和上方的传感器距离以及PCB铜箔基板下方和下方的传感器距离，减少与两个传感器头的距离而获得厚度。
由于传送带PCB与铜箔基板的散射光量不同，位移传感器的控制电路检测光束点对的各像素（pixel、更多像素表示硬件分辨率）的光量分布值，自动调整灵敏度并进行测量，所以厚度测量在板边有不稳定的现象。
雷射位移传感器、采样率慢的话，下陷被无视，下陷是否是主要的缺点。既有提供最直接数据的传感器，也有阶梯状变化的传感器控制电路。
4.2误差
有误差可能性的原因是零组件本身的原因是雷射位移传感器，模拟数字卡和在线，外部原因是温度和工作环境。雷射位移传感器和模拟数字卡比较后，发现雷射位移传感器的线性度是误差的最大源。
噪声是非规则的信号，并且可能由连接器、平坦电缆产生，并且信号以电压传输比进行电流传输，噪声的影响相对较高。可以通过图11的方法处理噪声的去除，并且获得相对缓慢的数据。
位移传感器）如果不提供这样的功能，则可以通过软件来处理，可以利用时间平均法、加权平均法等。
原始资料
X1, X2, X3 Xn-1, Xn, Xn+1,
三天平均
Xn = （Xn-1+Xn+Xn+1） divide; 3
五分平均
Xn = （Xn-2+Xn-1+Xn+Xn+1+Xn+2） divide; 5
加权平均
Xn = （c*Xn-2+b*Xn-1+a*Xn+b*Xn+1+c*Xn+2） divide;（a+2b+2c）
4.3故障排除
在设备异常发生的情况下，可以在理解图3的测厚仪架构的基础上，判断为输入或输出信号中发生了问题并进行检查。示例：
1.无厚度数据-信号输入平面电缆雷射位移传感器接通，确认传感器电源供给是否正常。
2.无法层级化-确认数字信号输出、供给继电器电压是否有异常。
5.结论
整体PCB铜箔基板雷射厚度测量系统包括雷射位移传感器（光）、机构设计（机）、电路、光电开关、布线（电）和软件的联合集成，各零组件与系统整体的好坏有关。因此，必须以警戒恐怖的心情来应用这个设备。
