一种用于流水线的电路板电性能检测方法与流程

本发明应用于电路板生产领域，主要针对于电路板工业生产流水线的多批次产品的电性能，进行快速、实时的微波测试。

背景技术：

随着电子技术的迅猛发展，pcb印制电路板的生产需求也不断提高。为了实现pcb印制电路板生产线的高效化生产，提出了对工业生产中的电路板进行快速测试、实时测试、实时反馈的需求。达到减少电路板生产线的测试时间，提升生产商整体生产速度。5g时代的到来，对于高频电路板的生产效率与测试方式也有了新的要求。

目前，针对电路板流水线的主流检测方法是激光测试方法，通过多角度的激光发射器对样板进行激光扫描，并通过镜头获取激光的反射信息，实现对电路板的缺陷分析。该测试方法仅针对于电路板表面物理缺陷进行检测，不能对电路板的材料性能进行检测。传统的电路板电性能针床测试方法需要对样品进行接触放电，该方法在接触过程中会对产品质量产生影响，并且测试速度较慢。而通过微波扫描的方式可以提供一种非接触式的材料电性能测试方法。

pcb印制电路板生产中，基于微波的测试方法可以有效测量出电路板基材的介电性能与损耗。在大批量生产线上微波测试方法具备实时反馈的作用，可以对生产线上的电路板基材的电性能进行快速的获取。并且，基于流水线所设计的微波测试装置，不仅降低了电路板的测试成本的同时，而且良好的解决了工厂的改装成本问题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于流水线的电路板电性能检测方法，该发明利用网络分析仪装置产生射频信号，通过扫描探头对电路板基材进行微波测试，结合信息处理模块获取电路板基材的测试信息。最终，通过电性能计算模块对电路板基材的介电常数与损耗因数进行输出，从而实现对电路板生产线上产品的实时检测。并且该方法装置结构模块化，易于对工业流水线进行加装，且使用设备的成本低廉。

本发明提供了提供了一种用于流水线的电路板电性能检测方法，步骤如下：

1、通过微波谐振探头获取微波频率信息，在微波谐振探头下未经过电路板基材时，可默认该状况为测试区域无测量样品状态，此时微波谐振探头存在受空气温度与湿度引起的误差，需要进行扫频源空腔初始化校准；

2、通过电性能数据显示模块获取被测试样品的谐振峰值是否在所需频率段内,以此对测试设备的可靠性与稳定性进行检验；

3、检测射频信号的谐振范围是否符合测试要求；

4、对进入测试区域的电路板基材进行测试，微波网络分析仪会根据定时模块，周期性发送射频信号，通过谐振探头对测试样品进行微波测试，而样本因自身电学性能会对返回波产生影响；

5、电性能计算模块中附带了前端程序用于数据显示，该模块中集成了频谱分析法与电性能查表法。频谱分析法可对信息处理模块的输入频率信息进行分析，基于最大谐振频率值与3db频率带宽值计算被测样品的谐振峰值与品质因数。获取的样品谐振峰与样品品质因数，将结合电性能计算模块的电性能查表方法对被测样品的电性能参数进行映射，获取材料的介电常数与样品损耗参数。介电常数与样品损耗参数将通过前端程序进行显示输出，并以文本的形式对材料测试结果进行存储。

6、测试人员可通过该方法快速获取测试信息，并通过相应的电路板材料性能规范对产品性能参数进行对比，快速掌握测试样品质量情况。

本发明针对测试点位偏移问题提出了解决方法，由于流水线上的电路板基材在运作过程中，扫频检波装置需要对固定的测试点进行扫描。为实现样品检测点位在同一周期测试射频信号发射过程中与谐振探头位置相对静止，提供了同步滑轨的解决方法。

本发明通过对电路板基材进行微波测试，结合微波网络分析仪、电性能计算模块对电路板基材的介电性能与损耗进行获取。微波谐振探头通过同步滑轨在固定周期内实现同一点位的电路板基材的扫描，从而快速检测出产品的电学性能是否合格，并且该方法利于在流水线上实现大批量测试，且加装结构便捷、具备较高的测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实例描述中所需的附图进行简单地介绍。下面描述中的附图是本发明的一些实施例：

图1为测试组件与各个功能模块的框架图；

图2为电路板流水线产品电性能微波测试器件安装示意图；

图3为本发明测试设备的操作流程；

图4为本发明测试设备的实例样品测试结果。

具体实施方式

本发明为工业式电路板生产流水线提供一种快速、便捷的电路板基材质量检测方法。该方法可在电路板生产流水线运作中，为电路板质量测试人员提供辅助测试，以便于快速获取被测样品的介电性能与损耗。

以下将结合本专利的原理附图，对本发明实施中的详细技术方法进行描述，并对本发明的实际测试方法进行具体阐述。

本发明涉及设备的测试原理：

电路板基材中，其主要成分为介电材料。该类材料在对射频信号的谐振影响下，对回波造成一定影响，使得原始射频波的谐振峰产生偏移，而这类频率信号可以通过本专利涉及设备进行采集。本发明专利包含的电性能计算模块可对频率频移量进行获取，并通过介电性能相关计算方法获取介电性能与损耗。通过对合格样品的性能参数比对，实现对被测试样品的质量检测。

如图1所示，该图为本发明中主要涉及的功能模块及各模块功能作用，以及各个模块之间的关联方式与传输信息。

微波网络分析仪中主要模块为处理器功能模块，其通过命令行设置测试频率范围与样品相关参数，完成设备的初始化设置。测试过程中，微波网络分析仪可对相应的误差进行分析与处理，并对射频信号进行转化，实现射频信号转通讯信号的作用。

微波网络分析仪通过信息处理模块的时钟指令，周期性向频率发生模块传输命令。频率发生模块产生所需频宽范围的射频信号，用于谐振腔体对被测样品进行微波测试。

微波谐振探头分为射频信号发射探头与射频信号接收探头，该组设备共同实现谐振腔体功能，负责扫描被测试的电路板基材。谐振腔体完成样品扫描后，向网络分析仪的频率接受模块传输接收射频信号。

频率接收模块完成射频信号接收，并将信息传输给处理器模块进行信号分析与转换。

电性能计算模块负责对实现结果的实时输出，该模块可对通讯信号进行相关计算，并快速获取样品的谐振峰值与样品的品质因数。电性能计算模块可通过电路板基材样品的谐振参数，获得样品的介电性能参数与损耗，并连接外接输出设配对计算结果进行参数显示。

本实例针对电路板生产流水线的应用环境进行阐述。

图2所示，为本发明应用场景的实例图，其主要包括测试设备的各个组件，与应用方式。其中，主要包括微波网络分析仪、显示输出设备、谐振扫描探头、同步滑轨。具体实施方法如下：

附图2中，被测对象1，实例为流水上承载的电路板基材，其根据流水线运行速度，与传送带同步单向前进。

同步滑轨装置2，该装置根据初始化设置中的射频信号扫描周期进行调节。滑轨运动速度以电路板基材在流水线上的传输速度为基准，进行扫面点位的滑动传动。同步滑轨装置依靠电机驱动，电机转动方向的改变周期主要由流水线运动速度检测与网络分析仪扫描周期参数计算得到。该部分主要实现在单个扫描周期内，保持扫描点位相对固定。

具体应用中，微波网络分析仪进入扫描周期时可视为网络分析仪进入扫描工作状态，滑轨依据电路板基材运行速度保持相对静止进行前进滑动，直至单个扫描周期结束，滑轨将返回到初始位置。

频率发射探头3，负责向被测电路板基材发射射频信号。

频率接收探头4，负责接收电路板基材谐振后的射频信号。

频率发射探头，频率接收探头以同一中心轴的位置进行安装，在运作过程中，探头与被测样品保持0.5～3.0mm的间距，避免与样品直接接触。

微波网络分析仪5，该部分集成了射频接发模块与信息处理模块。该设备是整体测试设备的控制中心。在进行样品测试前，需输入频率范围、测试周期与滑轨的运行参数。该设备为电路板基材提供9.2ghz～10.3ghz频段的射频信号。该设备单次对电路板基材样品的定点扫描速度为1秒，其扫描周期根据电路板运行速度与滑轨运行速度设置为2.5秒。网络分析仪通过内置的信息处理模块，对接收的射频信息进行通讯转化并将转换结果输出。

电性能计算模块与显示模块6，该设备主要包含材料电性能计算程序。该设备可实现对宽频段信息的处理，对网络分析仪的通讯输出进行误差分析与结果计算。最终，电性能计算模块可获得当前扫描周期下的电路板基材测试点位的介电常数与损耗参数，并通过显示设备将测试结果实时输出给操作人员。

电性能计算与显示设备可提供多批次电路板基材样品的微波测试结果存储功能，将测试结果存入后台数据库，便于后续的数据查询工作。

本发明在实际应用场合中，测试设备还需要对相关仪器提供供电模块与电源部分，本实例中不对测试设备的供电模块进行专门描述，在实际的应用场合下可根据相关线路安排对测试设备进行电源供电。

本实例采用微波测试的方法，对电路板基材的电性能进行检测。由电性能计算模块对被测样品的电性能结果进行输出。该方法可以在电路板生产流水线上进行快速测试，以此减少人力测试成本，并提高整体电路板生产效率。

本发明在实施过程中，测试装置可以减少测试探头与电路板基材的接触，并结合微波的测试方法。该发明专利可减少测试过程中，设备对电路板基材的损伤与破坏。实例中，通过测试装置可对电路板基材性能合理性范围进行判断，实现样品测试到样品合格率反馈的自动化过程。

本发明中主要涉及的相关计算机设备，可通过相关技术领域的人员进行理解并划分流程。在实际操作中，可以通过对计算机程序相关指令的设置与修改来实现对部分硬件的操作。

图3所示为基于电路板基材测试样品实例下的设备操作流程，该结果源于附图2的测试设备的操作方法，具体包括：

步骤1：对网络分析仪进行测试参数设置，包括，测试频率范围、测试样品厚度，测试扫描周期；

步骤2：对设置参数进行检验，检验设置参数是否符合样品测试要求；

步骤3：检测谐振探头的中心位置是否在同一轴线，并对同步滑轨初始位置进行设置；

步骤4：在被测电路板基材进入测试区域前进行频率空腔校准，检测谐振锋位置是否在9.7～10.3ghz有效频段内；

步骤5：启动同步滑轨，检测是否周期性运转；

步骤6：被测电路板基材进入测试区域，开始对被测电路板基材进行宽频段扫描获取频率信息。

步骤7：在电性能计算与显示装置上获取计算信息，得到实时被测样品的材料介电常数与材料损耗参数；

针对本发明的测试方法，提供电路板样品的测试实例。

图4为本发明提供的测试样品的实例结果图，该测试结果通过附图3所示操作步骤获得。

针对电路板基材中有机树脂层，该层主要材料为聚四氟乙烯树脂，被测样品厚度约为2mm。结合本发明专利测试方法对样品进行微波测试，测试频段设置为10.245ghz～10.269ghz，通过微波网络分析仪得到测试频率结果图。微波测试结果具体如下：

未加样品频率曲线为附图3中步骤4所得的测试结果，显示空腔状态下测试频率结果，其谐振峰值为10.260ghz。

加载样品频率曲线为附图3中步骤6所得的测试结果，显示电路板基材进入测试区域下，其谐振峰值为10.255ghz.

通过微波网络分析仪可以得到，该样品造成了5mhz的频率偏移。结合电性能计算模块输出样品电信能参数结果，可以得到被测电路板基材样品的介电常数为2.11，与实际电路板基材介电常数2.10的结果相对符合。

由此可见，本发明的测试方法对于电路板基材的电性能变化相对敏感，可以有效的检测频率偏移。并可以通过电性能计算模块快速得到测试样品的测试参数。

本发明中，所实施的测试步骤可以根据实际的应用场景进行操作步骤的顺序调整，部分操作步骤可进行合并。

本发明中，功能模块的设计部分，可基于实际的使用设备进行功能模块的合并与拆分。