LPKF快速電路板制作

LPKF快速電路板制作內(nèi)容：主講：單位：1LPKFIn-houseRapidPCBprototyping

一、實(shí)訓(xùn)目的了解LPKF快速電路板制作系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍；了解LPKF快速電路板的制作過程，并學(xué)會(huì)雙面板的制作；掌握基本的數(shù)據(jù)處理；掌握電化學(xué)孔金屬化法的原理；掌握LPKFPCB制作設(shè)備的基本操作。由此并進(jìn)一步了解機(jī)械加工與傳統(tǒng)腐蝕方法的區(qū)別，自優(yōu)勢等等。

了解更多應(yīng)用2LPKFIn-houseRapidPCBprototyping二、關(guān)于快速PCB制作系統(tǒng)的基本知識(shí)LPKF快速PCB制作系統(tǒng)，以先進(jìn)的機(jī)械或激光加工為核心，具有高柔性、高精度、環(huán)境友好的特點(diǎn)，適合樣品電路板快速制作和小批量、多品種PCB生產(chǎn)。ProtoMatH100是一個(gè)數(shù)控加工中心，采用機(jī)械鉆銑的方法制作電路板，配有隔音罩、吸塵器，是環(huán)保型的實(shí)驗(yàn)室制作系統(tǒng)。PCB制作系統(tǒng)配有孔金屬化、多層板層壓設(shè)備、光化學(xué)阻焊裝置、貼片裝置等等，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)直接制造單面板、雙面板和多層電路板。3LPKFIn-houseRapidPCBprototyping三、快速PCB制作系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)人員用各種CAD/EDA設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)好圖形后，導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)的CAM格式數(shù)據(jù)（Gerber、Excellon、DXF等），然后用LPKF提供的數(shù)據(jù)處理軟件CircuitCAM導(dǎo)入、處理，處理出來的加工軌跡數(shù)據(jù)輸出到刻板機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件BoardMaster，去驅(qū)動(dòng)刻板機(jī)制作電路板。4LPKFIn-houseRapidPCBprototyping刻板機(jī)根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)在覆銅板上鉆孔。用孔金屬化設(shè)備往孔壁上沉積金屬，使覆銅板兩面實(shí)現(xiàn)電氣連接；刻板機(jī)用銑刀沿設(shè)計(jì)圖形中的導(dǎo)線、焊盤周圍的包絡(luò)線運(yùn)動(dòng)，銑掉包絡(luò)線上的銅箔，在導(dǎo)線、焊盤周圍形成絕緣溝道；覆銅板翻面，銑出另一面的絕緣溝道?？贪鍣C(jī)用輪廓銑刀把做好的電路板切割下來。孔金屬化鉆孔銑底、頂層線路切割外形5LPKFIn-houseRapidPCBprototypingcopper四、電路板基材介紹半固化片(prepreg)：簡稱PP，是將環(huán)氧樹脂涂覆于電子級(jí)玻璃布（無堿平紋玻璃布）上烘干形成的。覆銅箔基板（Copper-cladLaminate)：簡稱CCL,為PC板的重要機(jī)構(gòu)組件。是將電解銅箔或壓延銅箔與半固化片（補(bǔ)強(qiáng)材料及其它功能補(bǔ)強(qiáng)添加物組成）層壓粘接后形成的。雙面覆銅板積層法多層板結(jié)構(gòu)PPPCB6LPKFIn-houseRapidPCBprototypingPC板種類層數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域紙質(zhì)酚醛樹脂單、雙面板(FR1＆FR2)——電視、顯示器、電源供應(yīng)器、音響、復(fù)印機(jī)、錄放機(jī)、計(jì)算器、電話機(jī)、游樂器、鍵盤等；環(huán)氧樹脂復(fù)合基材單、雙面板(CEM1&CEM3)——電視、顯示器、電源供應(yīng)器、高級(jí)音響、電話機(jī)、游樂器、汽車用電子產(chǎn)品、鼠標(biāo)等；電子級(jí)玻纖布環(huán)氧樹脂單、雙面板(FR4)——適配卡、計(jì)算機(jī)外設(shè)設(shè)備、通訊設(shè)備、無線電話機(jī)、手表、游樂器等；玻纖布環(huán)氧樹脂多層板(FR4&FR5)——桌上型計(jì)算機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)、掌上型計(jì)算機(jī)、硬盤機(jī)、文書處理機(jī)、呼叫器、行動(dòng)電話、IC卡、數(shù)字電視音響、傳真機(jī)、汽車工業(yè)、軍用設(shè)備等。7LPKFIn-houseRapidPCBprototyping五、快速電路板制作全過程一、準(zhǔn)備工作連接各硬件及配套設(shè)施、設(shè)置好電腦COM通訊端口，安裝軟件并配置好軟件及機(jī)器參數(shù)；從EDA或CAD軟件中導(dǎo)出Gerber數(shù)據(jù)、Excellon數(shù)據(jù)或DXF等格式數(shù)據(jù)；本處以Protel99設(shè)計(jì)雙面板為例子，導(dǎo)出Gerber數(shù)據(jù)：設(shè)置圖層輸出文件*.GTLToplayer頂層圖形（Gerber)文件*.GBLBottomlayer底層圖形（Gerber)文件*.GKOKeepoutlayer外框禁止布線層（Gerber)文件若需要做阻焊應(yīng)同時(shí)導(dǎo)出Topsoldermask頂層阻焊、Bottomsoldermask底層阻焊。設(shè)置NCDrill鉆孔刀具表及文件數(shù)據(jù)*.DRR鉆孔刀具表*.TXT鉆孔文件數(shù)據(jù)8LPKFIn-houseRapidPCBprototyping文件名數(shù)據(jù)類型CircuitCAM一般導(dǎo)入選擇【Gerber格式數(shù)據(jù)文件】*.aprgerber繪圖光圈表ProtelxaptGermilInch23AbsTrail*.GTL頂層數(shù)據(jù)TopLayer*.GTS頂層阻焊數(shù)據(jù)SolderMaskTop*.GBL底層數(shù)據(jù)BottomLayer*.GBS底層阻焊數(shù)據(jù)SolderMaskBottom*.GKO外框?qū)訑?shù)據(jù)BoardOutline*.GP1內(nèi)部電或地層數(shù)據(jù)Layer2*.GP2內(nèi)部電或地層數(shù)據(jù)Layer3【NCDrill（Excellon）格式數(shù)據(jù)文件】*.DDRNCDrill鉆孔刀具表ProtelxdrrExcmilInch23AbsLead*.TXT鉆孔層數(shù)據(jù)DrillPlated注：有的鉆孔層數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，和Gerber的各層圖形數(shù)據(jù)是沿Y軸鏡像的。需要選擇鉆孔層圖形執(zhí)行鏡像Edit->Mirror/Rotaterelative->MirrorY，與Gerber圖形保持一致。二、用CircuitCAM軟件做數(shù)據(jù)處理

1，打開CircuitCAM，選取對(duì)應(yīng)模板，如果為雙面板，則選取“Default”選取項(xiàng)；

2，用CircuitCAM導(dǎo)入各數(shù)據(jù)文件，并使之一一對(duì)應(yīng)好相關(guān)層的關(guān)系；9LPKFIn-houseRapidPCBprototyping3，在CircuitCAM軟件的圖形界面中對(duì)PCB板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：

【設(shè)置外形】分板外形邊框切割軌跡；

【設(shè)計(jì)規(guī)則檢查】檢查導(dǎo)線間距以便選擇合適的刀具；

【絕緣計(jì)算】沿著焊盤和線路周圍生成絕緣包絡(luò)線，大面積剝銅方式的刀具加工軌跡；

【設(shè)置靶標(biāo)】靶標(biāo)識(shí)別孔，用攝像頭自動(dòng)識(shí)別、定位等作用；

【文字編輯】加載漢字，注意陰刻還是陽刻等；4，導(dǎo)出文件CircuitCAM軟件可編輯修改的*.CAM圖形、驅(qū)動(dòng)機(jī)器加工的*.LMD文件、我想了解更多10LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四、用BoardMaster軟件操縱機(jī)器加工電路板

1，檢查各機(jī)臺(tái)上有無雜物，開啟壓縮機(jī)，打開刻板機(jī)電源;

2，雙擊打開BMaster軟件，按照提示確認(rèn)刀具狀態(tài)及刀具號(hào)、位置等，進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。

3，在新建菜單里選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂０澹?.phs），用BoardMaster軟件導(dǎo)入需加工的*.LMD文件數(shù)據(jù)。

顯示的圖形都是刀具加工軌跡，即要鉆孔或去掉銅箔的部分。

定義好加工范圍，實(shí)際位置、確定是否拼版等，并保存好需加工的文件（*.Job)

4，按照菜單上的加工項(xiàng)PHASE下拉菜單提示的順序進(jìn)行加工。

需要注意的是，對(duì)于采取不同的孔金屬化方法來實(shí)現(xiàn)層間電氣互連導(dǎo)通，其加工順序根據(jù)可操作性有所不同；另外，銑線路絕緣溝道時(shí)需要確認(rèn)一下刀具深度，調(diào)至對(duì)應(yīng)的寬度。當(dāng)然，在加工完畢后，我們還可以根據(jù)需要，進(jìn)一步做阻焊、印字符，化學(xué)鍍錫或OSP防氧化、點(diǎn)膠以及貼片等處理。11LPKFIn-houseRapidPCBprototyping采用LPKF電化學(xué)鍍銅方式，制作一塊雙面板包含下列步驟：MarkingDrills（打?qū)蚩祝?/p>

DrillingPlated(鉆鍍通孔）Info，Plating（在孔金屬化設(shè)備上電鍍通孔）ReadBottom（底層靶標(biāo)識(shí)別）MillingBottom

（銑底面圖）Readtop（頂層靶標(biāo)識(shí)別)MillingTop

（銑底面圖形)DrillingUnplated(鉆非金屬孔)CuttingInside（切割內(nèi)槽）CuttingOutside（切割外形）注：劃線部分為根據(jù)實(shí)際加工要求選用。12LPKFIn-houseRapidPCBprototyping孔金屬化

通過孔壁上的導(dǎo)電層使不同絕緣層上的導(dǎo)電圖形層之間實(shí)現(xiàn)電氣互連?？捉饘倩椒ǎ杭涌招你T釘法、孔壁涂導(dǎo)電膏法和電化學(xué)孔金屬化法電化學(xué)孔金屬化系統(tǒng)ContacRS，適合用于制作樣品和小批量電路板，整個(gè)孔金屬化過程需要60~120分鐘，孔化質(zhì)量好，能可靠的孔化直徑為0.2mm的小孔。不論電路板上孔有多少，都是一次性完成。適合孔數(shù)多，要求導(dǎo)電性好的雙面及多層電路板。a.空心鉚釘法b.涂導(dǎo)電膏法c.電化學(xué)金屬化法更多詳情13LPKFIn-houseRapidPCBprototyping【1除油槽】——清潔電路板表面及孔壁氧化物等。CLEANER100溶液，弱堿性，溫度55℃、時(shí)間15min；【2水洗槽】——市水沖洗，防止殘留藥液帶入其他槽而相互污染。時(shí)間5Min；【3予浸槽】——調(diào)整應(yīng)力，清潔表面。CLEANER

200溶液，弱堿性，室溫、時(shí)間5min；

先用清水沖洗，再用去離子水清洗，最后必須用電吹風(fēng)或烘箱烘干；【4活化槽】——在非導(dǎo)電的孔壁沉積上導(dǎo)電物質(zhì)（碳膜或鈀膠體）。ACTIVATOR

300溶液，弱堿性，室溫，時(shí)間15min

將多余的碳黑刮回原槽中，擦除表面多余碳黑，用電吹風(fēng)吹干或烤箱（65-80度內(nèi)烘10分鐘）烘干，保持干燥。【5鍍銅槽】——電鍍銅加厚孔壁導(dǎo)電層，使之滿足一定的電氣及機(jī)械性能要求。COPPERPLATER400（硫酸銅）溶液，酸性，有一定的腐蝕性，電鍍銅，每平方米電流密度約2A，通常A4大小板材，電流設(shè)定在10A左右，時(shí)間60-90min，銅的沉積速率為0.2-0.3μm/min，一般情況下60分鐘孔內(nèi)鍍銅的厚度可達(dá)到12-18μm。注：第4槽嚴(yán)禁將水帶入，所有槽體內(nèi)嚴(yán)禁將油類物質(zhì)帶入，防止污染槽液，造成失效。

【6化學(xué)鍍錫或OSP槽】——在焊盤和導(dǎo)通孔上沉積一層化學(xué)純錫或形成一層有機(jī)保護(hù)膜，即有機(jī)助焊防氧化劑（OrganicSoderabilityPreservative），防止板面氧化，并有良好的助焊性（此項(xiàng)在阻焊結(jié)束后完成）。電化學(xué)孔金屬化過程：14LPKFIn-houseRapidPCBprototyping制作多層電路板一、簡要概述

多層板的制作方法一般由內(nèi)層圖形先做，然后以印刷蝕刻法作成單面或雙面基板，并納入指定的層間中，再經(jīng)加熱、加壓并予以粘合，至于之后的鉆孔則和雙面板的鍍通孔法相同。這些基本制作方法與溯至1960年代的工法并無多大改變，不過隨著材料及制程技術(shù)（例如：壓合粘接技術(shù)、解決鉆孔時(shí)產(chǎn)生膠渣、膠片的改善）更趨成熟，所附予多層板的特性則更多樣化。

多層板以間隙(ClearanceHole)法、增層(BuildUp)法、鍍通(PTH)法三種制造方法由于間隙孔法在制造上甚費(fèi)工時(shí)，且高密度化受限，因此并未實(shí)用化。增層法因制造方法相當(dāng)復(fù)雜，加上雖具高密度化的優(yōu)點(diǎn)，但因當(dāng)時(shí)對(duì)高密度化需求并不如現(xiàn)在來得迫切，一直默默無聞；而近則因高密度電路板的需求日殷，再度成為各家廠商研發(fā)的重點(diǎn)。至于與雙面板同樣制程的PTH法，目前仍是多層板的主流制造法。傳統(tǒng)化學(xué)腐蝕方法制作多層板存在工序繁瑣，時(shí)間較長，投入較大等等一系列問題，利用LPKF實(shí)驗(yàn)室快速電路板系統(tǒng)基本都能解決這些問題，只需4到5步就能獲得多層板。具體情況可以參考以下鏈接http:///applications/rapid-pcb-prototyping/working-examples/index.htm15LPKFIn-houseRapidPCBprototyping二、多層電路板制作方法

利用LPKF快速電路板系統(tǒng)，根據(jù)EDA軟件設(shè)計(jì)，在一個(gè)工作日內(nèi)即可制作出多層板。

LPKF提供兩種工藝來實(shí)現(xiàn)多層板的制作：層壓機(jī)與直接電鍍技術(shù)結(jié)合、層壓機(jī)與物理孔化技術(shù)結(jié)合（完全無化學(xué)過程）。ProtoMat刻板機(jī)+MultiPress層壓機(jī)+ProConduct納米銀漿貫孔層壓導(dǎo)電銀漿貫孔保護(hù)膜上鉆孔刻制內(nèi)層導(dǎo)電圖形層壓刻外層圖形及外形透銑層壓鉆孔后電鍍孔化刻制內(nèi)層導(dǎo)電圖形ProtoMat刻板機(jī)+MultiPress層壓機(jī)+Contac孔金屬化設(shè)備16LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四層板制作流程示意圖三、多層電路板實(shí)例說明17LPKFIn-houseRapidPCBprototyping薄雙面覆銅箔板作為六層電路板的內(nèi)層:第2,3,4和5層；先在內(nèi)層板上預(yù)先鉆好定位孔；電路板刻制機(jī)銑制第2/3,4/5層絕緣溝道形成內(nèi)層電路圖形；在內(nèi)層板間見放入半固化片；兩張半固化片和一張單面覆銅箔板作為底面(第6層)；兩張半固化片和一張單面覆銅箔板作為頂面(第1層)；2張半固化片2張半固化片1張半固化片定位銷釘頂層單面覆銅箔板第5層第4層第3層第2層下壓板上壓板底層單面覆銅箔板層壓示意圖6層板疊配示意圖18LPKFIn-houseRapidPCBprototypingLPKF6層板制作實(shí)例示意圖Heating*2熱壓板Pressure液壓c.層壓后的材料b.全壓（主層壓）a.預(yù)壓（加溫加壓）d.鉆通孔e.孔金屬化f.銑頂?shù)讓泳€路及切外形19LPKFIn-houseRapidPCBprototyping層壓后的6層板制作完成后的多層板20LPKFIn-houseRapidPCBprototyping阻焊及字符（PCB表面處理）采用帶背膠的阻焊膜法：先用電路板刻制機(jī)雕刻，將焊盤出鏤空，然后使薄膜膠面對(duì)著電路板，調(diào)整位置對(duì)正圖形，使露出電路板上的最后加熱加壓使其背膠熱熔，這樣，薄膜就被牢固地粘貼在覆銅板上，形成了阻焊掩蔽膜。采用光敏阻焊油墨法：將雙組份阻焊感光油墨涂覆在電路板上，預(yù)烘烤后，再用覆蓋上有阻焊圖形的底片（正片），利用LPKFUV-Exposure進(jìn)行曝光，受光照射的部位的阻焊油墨即除焊盤以外的全部電路板區(qū)域，將起光化學(xué)反應(yīng)硬化，而焊盤部位因有底片上不透光的圖案遮蔽，未被光照射，不發(fā)生變化，隨后可以被溶液顯影去掉。字符，也叫白字，主要作用是在PCB油墨層利用絲網(wǎng)印刷上元器件標(biāo)示符等，（如電阻器件的阻值、公司標(biāo)志、生產(chǎn)周期等等文字或符號(hào)）區(qū)分元器件擺放位置，方便厚工序的插裝和表面貼裝。LPKF提供的字符方式與LPKFProMask阻焊制作原理一樣，只是采取負(fù)片(有字符的地方?jīng)]有遮擋，是透光的)曝光后，顯影形成所需的字符。阻焊，也叫防焊綠油，主要作用是在PCB表面形成一種絕緣的防護(hù)層，可以保護(hù)銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。21LPKFIn-houseRapidPCBprototypingSMT電路板安裝SMT也就是表面貼裝技術(shù)（SurfaceMountedTechnology的縮寫），是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。LPKFSMT設(shè)備，包括焊膏涂覆、貼片和回流焊接，多以用手動(dòng)和半自動(dòng)方式完成，效率雖然不高，但準(zhǔn)確度高和質(zhì)量好，可以精確安裝各種元器件。主要設(shè)備：ZelPrint-半自動(dòng)焊膏漏印機(jī)，適合金屬模板或高聚物模板，能印刷精細(xì)節(jié)距的SMT。ProtoPlace-是一款半自動(dòng)貼片系統(tǒng)，專門用來組裝樣品板和小批量生產(chǎn)。可以在負(fù)責(zé)的電路板上進(jìn)行精確的組裝，通過攝像系統(tǒng)和LCD顯示屏，能容易和精確地控制零件的安置位置。ProtoFlow-無鉛回流焊爐是采用計(jì)算機(jī)軟件控制，可以選裝4個(gè)溫度傳感器和一個(gè)微處理器，用來控制PCB周圍的熱分布，回流焊接的過程可以通過玻璃窗觀察，方便操作者優(yōu)化制程參數(shù)，而且直觀的軟件控制，可以使過程參數(shù)很方便的修正，達(dá)成和存儲(chǔ)，使操作者可以更加友好地控制這種桌上型回焊爐。ZelPlaceBGA-BGA貼片機(jī)適用于精確組裝不同類型的BGA、CSP和倒裝晶片封裝元件，也適用于精細(xì)節(jié)距和超細(xì)節(jié)距的零件組裝。22LPKFIn-houseRapidPCBprototypingSMT焊膏涂覆可以采用ProtoPlace的點(diǎn)焊錫膏功能，上膏簡單，數(shù)量準(zhǔn)確，但效率不是很高，小批量及需要焊點(diǎn)較多時(shí)，可以采用金屬模板或采用LPKF刻板機(jī)雕刻的高聚物模板，在LPKFZelPrint上進(jìn)行漏印。SMD元器件貼片

ProtoPlace是桌面設(shè)備貼片機(jī)，需要手工操作，有半自動(dòng)功能，操作簡單，料倉可以存儲(chǔ)多種元器件。將印有焊錫膏的電路板固定在臺(tái)面上，人工移動(dòng)真空吸頭吸取元器件，并將吸頭移到電路板上方，大致對(duì)位后，再利用攝像頭捕捉到的視頻，在監(jiān)視器顯示下，通過旋轉(zhuǎn)、精調(diào)X、Y旋鈕來完成精確地對(duì)位，按下按鈕（或腳踏開關(guān)），真空吸頭下降，接觸到PCB時(shí)，元器件自動(dòng)釋放，完成貼片。對(duì)于BGA、CSP和倒裝晶片封裝元件，以及精細(xì)節(jié)距和超細(xì)節(jié)距的零件組裝可以采用ZelPlaceBGA貼