埋嵌式元件共面度測量方法研究（二）

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(guò)程對器件引腳共面度值的測量方法，結合公司前期共面度測量、分析經(jīng)驗，公司現有的埋嵌銅塊共面度的測量方法有如下待改進(jìn)之處(表7)。

4.2 改良方法

從表7的分析可知，使用三維坐標儀測量公司埋嵌銅塊的共面度，需要在參考平面選取、測量數據量、計算方法和結果評價(jià)方法方面進(jìn)行優(yōu)化，以使其更加符合共面度原始定義，測量結果更能與客戶(hù)需求呼應。

4.2.1 參考平面選取

根據共面度定義，被測點(diǎn)的共面度值反映該點(diǎn)與基準面之間的偏移量，對于PCB上的埋嵌銅塊而言，其基準面應是銅塊所在的PCB局部區域，而非整個(gè)PCB板面。而為便于區分埋嵌銅塊不同位置的共面度值，我們仍測量器件的四角與中央共五個(gè)點(diǎn)，同時(shí)測量PCB板面對應銅塊四角位置的四個(gè)點(diǎn)(板面上點(diǎn)與銅塊的距離一般為0.5 mm ~ 1.0 mm)，銅塊對應的基準面由PCB板面的這四個(gè)點(diǎn)構造。

三維坐標儀輸出的各點(diǎn)測量結果是三個(gè)數字一組的數據(如(5.012,10.251,-0.026))，分別代表測量點(diǎn)所在的X、Y、Z坐標，這一個(gè)個(gè)點(diǎn)在一個(gè)三維空間內。

在高等數學(xué)內有如下定義和定理：

定理一：空間內任意兩個(gè)點(diǎn)之間的連線(xiàn)，以及其連接方向，可以確定一個(gè)向量;

定理二：不在同一直線(xiàn)上的三個(gè)點(diǎn)，可以確定一個(gè)平面;

定理三：過(guò)一點(diǎn)做點(diǎn)外一個(gè)平面的垂線(xiàn)，則點(diǎn)與垂足組成的線(xiàn)段的長(cháng)度即為該點(diǎn)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(diǎn)組成向量，并構造出平面，然后計算銅塊表面各測量點(diǎn)到平面的距離，就可以得到測量點(diǎn)的共面度值。

測量PCB板面呈方形的四個(gè)點(diǎn)A1、B1、C1、D1,對于每個(gè)測量點(diǎn)，選取與其直角相鄰的2個(gè)點(diǎn)構造一個(gè)平面，則可構造四個(gè)平面，如圖9所示。定義A1、B1、C1、D1對應的平面為α1、α2、α3、α4.

下文以構造點(diǎn)A1、B1、D1對應的平面α1為例，介紹使用PCB板面測量點(diǎn)的坐標、采用點(diǎn)法式方法構造基準平面的過(guò)程：

(1)選取構造點(diǎn)：設A1點(diǎn)坐標為(x1,y1,z1)，B1點(diǎn)坐標為(x2,y2,z2)，D1點(diǎn)坐標為(x4,y4,z4);

(2)構造向量：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)構造平面α1:點(diǎn)法式方程為：

同理可利用A1、B1、C1點(diǎn)構造B1點(diǎn)對應的基準平面α2,B1、C1、D1點(diǎn)構造C1點(diǎn)對應的基準平面α3,C1、D1、A1點(diǎn)構造D1點(diǎn)對應的基準平面α4.

4.2.2 測量數據量

為兼顧測量效率和測量結果準確性，設計每個(gè)點(diǎn)測量1、2、3次的計算方法，其中每個(gè)點(diǎn)測量2、3次時(shí)，每次測量時(shí)需對同一位置測量2、3次，計算共面度時(shí)各點(diǎn)坐標取測量的平均值。

計算共面度時(shí)的優(yōu)先順序為：?jiǎn)吸c(diǎn)3次>單點(diǎn)2次>單點(diǎn)1次?？稍趦?yōu)先(Excel)表格內編程，實(shí)現數據優(yōu)先級設定。

4.2.3 共面度值計算

如圖10,計算銅塊表面A(xA,yA,zA)點(diǎn)到基準面的共面度，基準面為點(diǎn)A1、B1、D1所構造的平面α1,已知A1點(diǎn)坐標為(x1,y1,z1)，平面α1的點(diǎn)法式方程為：

則A(xA,yA,zA)點(diǎn)到其基準平面α1的距離dA可用下式計算：

同理，可計算銅塊表面其它各點(diǎn)B、C、D距離其對應的基準平面的距離dB、dC、dD.對于銅塊表面中央點(diǎn)E,由于其距離PCB表面參考點(diǎn)A1、B1、C1、D1均較遠，故分別計算其到α1、α2、α3、α4四個(gè)基準平面的距離dE1、dE2、dE3、dE4,并考量四個(gè)計算值的差異，用以輔助評價(jià)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(diǎn)到基準平面的距離dA、dB、dC、dD、dE1、dE2、dE3、dE4,即為被測銅塊表面各點(diǎn)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。