杨 璐，程四化，孙亚芬，程 霄，曹 凯

(西安北方光电科技防务有限公司，陕西 西安 710043)

在电子制造领域，印制电路板作为电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体，已成为全球性的产业，在电子互联技术中占有重要地位。几乎所有的高精密产品都离不开复杂的电路设计，而印制电路板就是贯穿整个产品生产全过程的最初单元。

近年来，随着信息网络技术及通信技术的飞速发展[1]，特别是自动化工厂的建立，产品质量的可追溯性越来越受到重视，因其作为质量管控的重要手段，起着质量监控与快速响应的作用，也是连接产品-企业-客户的纽带。印制电路板的生产也是如此，条码技术以高精度、高效率、容量大、追溯性强等特点，在印制电路板上的广泛应用，实现了产品质量的可追溯性。

1 激光打标技术

激光打标技术是用激光束在物质表面打上永久的标记，目前打标方式有2种：热加工与冷加工。热加工指的是具有较高能量密度的激光束照射在材料上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面温度上升，产生变态、熔融、烧灼、蒸发等现象而形成特定标记；常用光源有光纤、CO2等。冷加工指具有很高负荷能量的光子，能够打断材料或周围介质内的化学键，致使材料发生非热过程破坏而形成特定标记；常用光源有紫外、绿光等。

印制电路板由于其特殊性，打标过程中不得损伤周围元器件，而目前印制电路板的集成度非常高，因此，对激光光束的最小线宽及最小打标尺寸要求较高，同时要考虑不能产生热效应影响元器件，对比不同激光器的参数(见表1)可知，电路板组装件激光打标应首选冷光源：紫外、绿光。

表1 激光器类型参数对比表

2 条码技术

条码是由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的识别标记，由条码符号和对应字符(包括数字、字母及特殊或专用字符集等)组成，用以表示一定的信息[2]。条形码的研究最早始于美国，从一维码的使用，到现在的类型几十余种，条码技术已发展十分成熟。条码最常见的应用领域为零售业、食品行业，但随着信息化产业的延伸与渗透，越来越多的工业企业开始关注条码在产品制造过程的监控、跟踪作用[3]。

条码的种类很多，常见的大概有20多种，包括Code39码、Codabar码、Code25码、ITF25码、Matrix25码、UPC-A码、UPC-E码、EAN-13码、EAN-8码、Code-B码、MSI码、Code11码、Code93码、Code128码等一维码和PDF417、QR Code、Data Matrix等二维码[4]。一维码虽然常用，但它的信息存储量小，尺寸偏大。与一维码相比，二维码有着数据容量大、无字母数字限制、尺寸更小以及抗损毁能力强等优点，对于高集成高密度的印制电路板，推荐使用二维码打标更为合适。

3 印制电路板打标验证

3.1 打标位置

印制电路板打标应尽量打在板内(非工艺边)，随板流转，才可记载原件到出厂的各个环节。由于目前印制板电路的集成化、密集化，二维码的打标要避开其他元器件，保障最小电气距离，打标尺寸至少满足2 mm×2 mm，且打一种印制板对应一个固定的打标位置。

3.2 打标颜色

目前较好的做法是在板上丝印一块区域作为固定打标位，为了验证油墨颜色的影响，选取了4种与阻焊层对比度较高的颜色，并在印制板(材料为环氧玻璃布层压板)上分别进行同一能量下的打标，打标效果如图1所示。通过打标效果可以看出，绿色与黑色油墨对比度最高，且经过电子显微镜观察到绿色油墨打标码壁粗糙度最低，因此推荐绿色的识别效果最佳。

a)白色丝印

3.3 参数调校

激光光束的能量、运动速度等因素决定着打标的深度、线型的粗细等，这些都会影响打标的效果。以某品牌PCB自动打标设备为例，打标时主要应调整如下参数。

1)打标速率：越快，单点能量越低，一般设置为1 000或1 200 mm/s。

2)空跳速率：一般设置为1 500或2 000 mm/s。

3)Q频：数值越大，能量越高。

4)电流：数值越大，能量越高，一般设置为23～25 A。

为达到最优的打标效果，笔者以打标速率300 mm/s、空跳速度2 000 mm/s、Q频70 kHz为定量，以电流大小与打标次数为变量，合理范围内调整了参数值，不同参数值对应效果如图2和图3所示。

a)1次

a)1次

由图2和图3可以看出，图2d能量已使覆铜层暴露，有电路连接风险，相比之下图2c打标效果最优，但对比度低、不易识别；图3d能量已使覆铜层暴露，图3c的对比度高、打标效果最佳、识别率高，因此推荐电流25 A，进行4次打标效果最优。

3.4 性能测试

打标后的印制电路板组装件应安装在样机上进行产品试验，综合评定产品的外观、结构、强度、绝缘、功能等指标满足设计要求。样机打标要求见表2。

表2 打标要求

4 激光打标技术在印制电路板上的应用

二维码在印制电路板上进行标识，与实物一一对应，作为最原始数据，是企业信息化系统中的基础，主要作用表现如下。

4.1 生产过程监控

在印制电路板组装件生产过程中，每个环节都应建立健全的过程监控系统，特别是在数字化工厂中，MES系统的应用也以条码为基础单元。印制电路板组装件的首道工序应为激光打标，随后进行的装配如锡膏印刷、贴片、焊接、检测等，每道工序中都会通过扫码，记录该板的生产情况。激光打码技术替代了复杂、量大的人工填写记录，使这些工作能自动完成。

4.2 生产信息管理

印制电路板组装件上的二维码信息，不仅是产品的“身份证”，更包含了产品从零部件到成品的全过程信息，这些质量数据直接影响到企业的决策和发展。许多企业目前生产过程中的质量信息采集还是人工填写、录入、计算及汇总，带来的问题就是数据的真实性、时效性及准确性存在隐患，人为操作总会带来误差；而进行打标后的产品，其物料信息、生产信息、操作人员信息、工艺信息、质检信息等都会以BOM表形式在MES系统中生成，在基础数据、业务流程上实现集成共享。

4.3 产品质量追溯

质量追溯是制造企业实现闭环生产最重要的一个环节[5]，出现问题后快速响应、准确定位、迅速解决是企业的核心竞争力之一，激光打标后的印制电路板组装件，一旦发生问题，就可通过扫描上面的二维码读取该产品的制造信息，快速、直观地掌握制造全过程，准确分析出关键质量点，达到迅速解决的目的。

5 结语

本文通过对印制电路板组装件激光打标技术的介绍，分析了在印制电路板组装件上打标的最佳方式与参数调整，并进一步强调了激光打标技术在印制电路板组装件生产过程中应用的必要性，该项技术的研究与应用，凸显了印制电路板组装件打标的重要作用，为印制电路板组装件制造行业提供了可行的解决思路。