二维码技术在印制电路板上的应用研究
2020-05-19秦守军王正坤
秦守军 王正坤
（江西景旺精密电路有限公司，江西 吉安 343000）
（江西省高端印制电路板工程技术研究中心，江西 吉安 JB028800）
0 前言
产品的可追溯性是目前质量管理的一个重要手段，它不仅仅是产品发生异常时便于召回那么简单，将决定企业的命运，也跟人类的生命安全息息相关。印制电路板的生产同样需要追溯，要追溯就面临着如何将追溯码标记到产品上的问题。标记的方式传统的做法是网版印刷图形，手工印刷效率低，已基本淘汰。机械印刷适用于大批量，通常采用年周的方式标记，但追溯性不强。随着无线网络技术及移动通信技术（4G/5G）的快速发展，代表了较先进应用的二维码技术已经在我们的生活中随处可见，将二维码技术应用到印制电路板上的识别，具有追溯性强、信息容量大、效率高等特点，是未来印制电路板行业发展的趋势。
激光刻印二维码光源可采用532 nm的绿激光，打码清晰、易读，最小可刻出3 mm×3 mm多达40位字符的二维码，精度可达±0.05 mm。激光刻印速度快，对基板的批量大小无要求，容易实现自动化，后续的制程也不会对刻印的效果造成影响。本文基于上述原理，研究二维码技术在实际应用过程中的产品品质状况，并做相应的分析和总结。
1 二维码简介
二维码，又被称作二维条码。它选择使用某种特定的几何图形，利用计算机中比特流概念，按一定规律（码制）在水平和垂直方向（二维方向）分布的黑白相间的图形来记录数据符号信息。在网络数据里唯一的二维码和条形码、字符码、网络域名同为数字对象唯一标识符，这类似于人类社会里的标识唯一性的身份证号码。
早在二十纪80年代末，国外研究人员开始研究二维码技术并研制出多种码制，常见的有PDF417、QR code、Code49、Data Matrix、Veri Code等（见图1）。国际自动识别制造商协会（AIM）、美国标准化协会（ANSI）已完成了上述码制的符号标准化研究。国际标准技术委员会和国际电工委员会成立了条码自动识别技术委员会，已制定QR code的国际标准。美国、日本等国的设备制造商生产的识读设备、符号生成设备，已广泛应用于各类二维码应用系统。
图1 多种常见码制
国内在国家有关部门的大力支持下，中国物品编码中心在沿用国外相关技术资料的基础上，制定了两个二维码的具有自主知识产权技术的国家标准：二维码网格矩阵码（SJ/T 11349-2006）和二维码紧密矩阵码（SJ/T 11350-2006）。在二维码生成设备和识读设备的生产方面，我国并不甘于落后，国内的设备制造商生产的商品也已被广泛应用到二维码应用系统中。
2 试验
2.1 试验材料与设备
材料：PCB用阻焊油墨、字符油墨。
设备：二维码激光扫描机、读码器。
2.2 试验方法
在印制电路板行业，常用的二维码码制为Data Matrix，故重点对该类型二维码做相关试验研究。根据厂内客户需求，目前主要有两种二维码标识模块，包括阻焊油墨模块和字符油墨模块，具体如图2所示。另按照二维码激光作业流程，将二维码应用技术研究分为如表1内容进行试验。
图2 二维码标识模块（绿油和白油）
表1 试验方法
3 结果与讨论
表2 等级评定表
根据汽车类应用二维码通用标准（ISO/IEC TR 29158）指出，二维码优劣主要由等级评定来衡量，而等级评定依据单元对比度来区分，其中单元对比度计算公式如下：
单元对比度 CC=（ML-MD）/ML
ML：亮单元的平均亮度值
MD：暗单元的平均亮度值
同时，标准中还对单元对比度与二维码评定等级进行了匹配，具体如表2所示。
3.1 阻焊油墨模块激光参数分析
为确保所有加工出来的二维码评定在A级以上，经过反复的测试验证分析，影响二维码评级重点在激光机最佳参数的研究，而镭射机最佳参数主要决定于功率和频率的控制，具体结果如图3和图4所示。
图3 功率与二维码等级关系图
图4 频率与二维码等级关系图
3.2 字符油墨模块激光参数分析
因白油亮度及硬度相比绿油会有一定的差异，激光参数也会有相应的变化，具体如下图5和图6所示。
图5 功率与二维码等级关系图
图6 频率与二维码等级关系图
3.3 小结
综合以上试验结果，针对阻焊油墨和符号油墨二维码激光机最佳加工参数如表3所示。
表3 二维码激光机加工参数
4 批量试用验证
根据试验结果，利用最佳加工参数进行批量生产验证，两种模块分别生产200 pnl，总体二维码评定都在A级以上，且客户扫码识别反馈无差异。
5 结语
本文分别从两种不同二维码识别模块进行逐一分析激光机生产参数，最终获得适合二维码评定等级在A级以上的最佳参数。该项技术的研究应用，夯实了二维码在印制电路板上的技术应用，为公司满足了更多的汽车用电路板客户需求。
该项目得到2017年江西省第一批省级科技项目（项目编号：20171BCD40060）的资助。
