4 測量方法改良
4.1 改良思路
對比共面度定義以及PCBA貼裝和焊接過程對器件引腳共面度值的測量方法，結(jié)合公司前期共面度測量、分析經(jīng)驗，公司現(xiàn)有的埋嵌銅塊共面度的測量方法有如下待改進之處(表7)。
4.2 改良方法
從表7的分析可知，使用三維坐標(biāo)儀測量公司埋嵌銅塊的共面度，需要在參考平面選取、測量數(shù)據(jù)量、計算方法和結(jié)果評價方法方面進行優(yōu)化，以使其更加符合共面度原始定義，測量結(jié)果更能與客戶需求呼應(yīng)。
4.2.1 參考平面選取
根據(jù)共面度定義，被測點的共面度值反映該點與基準(zhǔn)面之間的偏移量，對于PCB上的埋嵌銅塊而言，其基準(zhǔn)面應(yīng)是銅塊所在的PCB局部區(qū)域，而非整個PCB板面。而為便于區(qū)分埋嵌銅塊不同位置的共面度值，我們?nèi)詼y量器件的四角與中央共五個點，同時測量PCB板面對應(yīng)銅塊四角位置的四個點(板面上點與銅塊的距離一般為0.5 mm ~ 1.0 mm)，銅塊對應(yīng)的基準(zhǔn)面由PCB板面的這四個點構(gòu)造。
三維坐標(biāo)儀輸出的各點測量結(jié)果是三個數(shù)字一組的數(shù)據(jù)(如(5.012,10.251,-0.026))，分別代表測量點所在的X、Y、Z坐標(biāo)，這一個個點在一個三維空間內(nèi)。
在高等數(shù)學(xué)內(nèi)有如下定義和定理：
定理一：空間內(nèi)任意兩個點之間的連線，以及其連接方向，可以確定一個向量;
定理二：不在同一直線上的三個點，可以確定一個平面;
定理三：過一點做點外一個平面的垂線，則點與垂足組成的線段的長度即為該點到平面的距離。
基于上述定義和定理，我們可以把PCB板面的各測量點組成向量，并構(gòu)造出平面，然后計算銅塊表面各測量點到平面的距離，就可以得到測量點的共面度值。
測量PCB板面呈方形的四個點A1、B1、C1、D1,對于每個測量點，選取與其直角相鄰的2個點構(gòu)造一個平面，則可構(gòu)造四個平面，如圖9所示。定義A1、B1、C1、D1對應(yīng)的平面為α1、α2、α3、α4.
下文以構(gòu)造點A1、B1、D1對應(yīng)的平面α1為例，介紹使用PCB板面測量點的坐標(biāo)、采用點法式方法構(gòu)造基準(zhǔn)平面的過程：
(1)選取構(gòu)造點：設(shè)A1點坐標(biāo)為(x1,y1,z1)，B1點坐標(biāo)為(x2,y2,z2)，D1點坐標(biāo)為(x4,y4,z4);
(2)構(gòu)造向量：向量A1D1記為a1{(x4-x1)，(y4-y1)，(z4-z1)},向量A1B1記為b1{(x2-x1)，(y2-y1)，(z2z1)};
(3)計算平面法向量：
(4)構(gòu)造平面α1:點法式方程為：
同理可利用A1、B1、C1點構(gòu)造B1點對應(yīng)的基準(zhǔn)平面α2,B1、C1、D1點構(gòu)造C1點對應(yīng)的基準(zhǔn)平面α3,C1、D1、A1點構(gòu)造D1點對應(yīng)的基準(zhǔn)平面α4.
4.2.2 測量數(shù)據(jù)量
為兼顧測量效率和測量結(jié)果準(zhǔn)確性，設(shè)計每個點測量1、2、3次的計算方法，其中每個點測量2、3次時，每次測量時需對同一位置測量2、3次，計算共面度時各點坐標(biāo)取測量的平均值。
計算共面度時的優(yōu)先順序為：單點3次>單點2次>單點1次?？稍趦?yōu)先(Excel)表格內(nèi)編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)先級設(shè)定。
4.2.3 共面度值計算
如圖10,計算銅塊表面A(xA,yA,zA)點到基準(zhǔn)面的共面度，基準(zhǔn)面為點A1、B1、D1所構(gòu)造的平面α1,已知A1點坐標(biāo)為(x1,y1,z1)，平面α1的點法式方程為：
則A(xA,yA,zA)點到其基準(zhǔn)平面α1的距離dA可用下式計算：
同理，可計算銅塊表面其它各點B、C、D距離其對應(yīng)的基準(zhǔn)平面的距離dB、dC、dD.對于銅塊表面中央點E,由于其距離PCB表面參考點A1、B1、C1、D1均較遠(yuǎn)，故分別計算其到α1、α2、α3、α4四個基準(zhǔn)平面的距離dE1、dE2、dE3、dE4,并考量四個計算值的差異，用以輔助評價被測PCB樣品是否存在翹曲、樣品在測量臺面上是否被水平放置。
上述銅塊上各點到基準(zhǔn)平面的距離dA、dB、dC、dD、dE1、dE2、dE3、dE4,即為被測銅塊表面各點的共面度值。dA、dB、dC、dD、dE1、dE2、dE3、dE4中絕對值最大者，即為被測銅塊的共面度值。[!--empirenews.page--]
4.2.3 結(jié)果評價
(1)各點共面度值：A、B、C、D點共面度值為dA、dB、dC、dD,E點共面度值為dE1、dE2、dE3、dE4中絕對值最大者;
(2)銅塊共面度值：dA、dB、dC、dD、dE1、dE2、dE3、dE4中絕對值最大者;
(3)測量結(jié)果有效性判定：
①被測PCB板應(yīng)被水平放置在測量臺面上：若被測PCB板上直角相鄰的兩個基準(zhǔn)點之間的高度差與其直線距離的比值>0,則視為被測PCB板可能存在斜放，需調(diào)整后重新測量。如：
(z2-z1)/(y2-y1)>0.5%或(z4-z1)/(x4-x1)>n‰，則被測PCB板可能存在斜放。
②被測PCB板在埋嵌銅塊區(qū)域內(nèi)存在翹曲：若被測PCB板上某個基準(zhǔn)點距其對角的基準(zhǔn)點所對應(yīng)的基準(zhǔn)面的距離與該兩點直線距離的比值>0,則視為被測PCB板在埋嵌銅塊區(qū)域內(nèi)可能存在翹曲，需更換PCB或銅塊樣品重新測量。
③被測埋嵌銅塊存在翹曲：若被測埋嵌銅塊上各測量點共面度值極差與該銅塊上對角線兩點直線距離的比值>0,則視為被測埋嵌銅塊可能存在翹曲，需更換PCB或銅塊樣品重新測量。
4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化和程序化
對使用公司三維坐標(biāo)儀測量埋嵌銅塊共面度的測量方法進行規(guī)范，如鏡頭放大倍率設(shè)定、聚焦取景范圍設(shè)定、光源類型和亮度設(shè)定等。
對于測量結(jié)果的計算和評價，設(shè)計專用表格和程序，處理數(shù)據(jù)時只需將原始數(shù)據(jù)(。txt格式)轉(zhuǎn)化成電子表格格式(。txt格式)后粘貼到指定表格內(nèi)，即可顯示測量結(jié)果和評價結(jié)果。
4.3 改良效果評價
4.3.1 改良前后的測量結(jié)果對比
使用公司三維坐標(biāo)儀，分別采用直接比較五點法和改良后的五點法測量同一嵌銅塊樣品的共面度，對比測量結(jié)果如表8、表9.
由上述數(shù)據(jù)可見，采用改良后的五點法測量結(jié)果極差減小，平整度值相對較小，原因是采用構(gòu)造平面的方法減小了直接對比法計算共面度值帶來的誤差。
4.3.2 重復(fù)性和再現(xiàn)性評價
使用公司三維坐標(biāo)儀、5個嵌入銅塊樣品、分別由3個不同測量人各隨機測量3次，對測量結(jié)果做重復(fù)性和再現(xiàn)性評價如表10、表11.
由上述分析可見：
(1)使用三維坐標(biāo)儀測量銅塊樣品的共面度，重復(fù)性變差0.006 mm,再現(xiàn)性變差0.004 mm,重復(fù)性和再現(xiàn)性變差0.009 mm,占樣品公差范圍(±0.152 mm)的6.03%,說明該方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性很好;
(2)五個被測銅塊樣品的共面度σ為0.003 mm、樣品變差 (PV)為0.015 mm、占銅塊樣品共面度公差范圍(±0.152 mm)的9.73%,說明被測銅塊樣品表面平整，公司埋嵌銅塊產(chǎn)品共面度良好。
4.4 測量方法標(biāo)準(zhǔn)化和程序化
針對該新開發(fā)的埋嵌銅塊共面度測量方法的測量操作(樣品放置、光源選擇、鏡頭放大倍率設(shè)定)、數(shù)據(jù)記錄、結(jié)果分析等要求，建立一套共面度測量操作和測量結(jié)果計算的規(guī)范。且針對埋嵌銅塊共面度測量結(jié)果的原始數(shù)據(jù)處理、基準(zhǔn)平面構(gòu)造、各測量點共面度值計算過程均已在EXCEL表格內(nèi)完成編程，形成埋嵌銅塊共面度測量數(shù)據(jù)處理專用軟件。使用人員只需將三坐標(biāo)儀測得的原始測量數(shù)據(jù)(。txt格式)轉(zhuǎn)化成電子表格(。xls)格式，再復(fù)制、粘貼到指定的表格區(qū)域內(nèi)，即可顯示共面度值計算結(jié)果和測量結(jié)果有效性判定結(jié)果。其余非操作界面和后臺計算界面均已加密處理，避免操作人員誤操作損害軟件。
5 總結(jié)
通過對電子行業(yè)內(nèi)有關(guān)共面度的定義、共面度的測量方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的了解和吸收，在公司原有較簡單的埋入/嵌入銅塊共面度測量方法(切片觀察法、直接比較五點法)基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種新的埋入/嵌入銅塊共面度測量方法及其軟件，該方法具有如下特點：
(1)可對埋入/嵌入銅塊樣品進行無損、重復(fù)、高精度在線測量，測量結(jié)果可智能計算，且包含測量結(jié)果有效性判定功能;
(2)利用高等數(shù)學(xué)方法對大量原始測量數(shù)據(jù)進行有效處理，從而得到準(zhǔn)確的埋嵌銅塊共面度測量結(jié)果;
(3)將原始數(shù)據(jù)處理過程、共面度值計算過程、共面度計算即時顯示功能以及計算結(jié)果有效性判定等功能實現(xiàn)程序化和模塊化，減少了埋嵌銅塊共面度測量的工作量和出錯概率，提高了該測量方法的實用性;
(4)相比電子行業(yè)常規(guī)測量方法，不需新增專用設(shè)備，節(jié)省了設(shè)備投資或改造費用。
科技、社會的發(fā)展推動著PCB行業(yè)的迅猛發(fā)展，在賦予我們無數(shù)機遇的同時也帶給我們前所未有的挑戰(zhàn)，它將永遠(yuǎn)鞭策著我們不畏艱險、迎難而上。在開創(chuàng)PCB新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品的道路上，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。
開啟新思維、提出新見解、采用新方法，不斷開發(fā)出符合客戶要求的高科技產(chǎn)品將是我們永遠(yuǎn)的追求和動力。
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