LPKF快速電路板制作

LPKF快速電路板制作內容：主講：單位：1LPKFIn-houseRapidPCBprototyping

一、實訓目的了解LPKF快速電路板制作系統(tǒng)的工作原理、特點、應用范圍；了解LPKF快速電路板的制作過程，并學會雙面板的制作；掌握基本的數(shù)據(jù)處理；掌握電化學孔金屬化法的原理；掌握LPKFPCB制作設備的基本操作。由此并進一步了解機械加工與傳統(tǒng)腐蝕方法的區(qū)別，自優(yōu)勢等等。

了解更多應用2LPKFIn-houseRapidPCBprototyping二、關于快速PCB制作系統(tǒng)的基本知識LPKF快速PCB制作系統(tǒng)，以先進的機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，適合樣品電路板快速制作和小批量、多品種PCB生產。ProtoMatH100是一個數(shù)控加工中心，采用機械鉆銑的方法制作電路板，配有隔音罩、吸塵器，是環(huán)保型的實驗室制作系統(tǒng)。PCB制作系統(tǒng)配有孔金屬化、多層板層壓設備、光化學阻焊裝置、貼片裝置等等，可在實驗室內直接制造單面板、雙面板和多層電路板。3LPKFIn-houseRapidPCBprototyping三、快速PCB制作系統(tǒng)工作原理設計人員用各種CAD/EDA設計軟件設計好圖形后，導出標準的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導入、處理，處理出來的加工軌跡數(shù)據(jù)輸出到刻板機驅動軟件BoardMaster，去驅動刻板機制作電路板。4LPKFIn-houseRapidPCBprototyping刻板機根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)在覆銅板上鉆孔。用孔金屬化設備往孔壁上沉積金屬，使覆銅板兩面實現(xiàn)電氣連接；刻板機用銑刀沿設計圖形中的導線、焊盤周圍的包絡線運動，銑掉包絡線上的銅箔，在導線、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板的重要機構組件。是將電解銅箔或壓延銅箔與半固化片（補強材料及其它功能補強添加物組成）層壓粘接后形成的。雙面覆銅板積層法多層板結構PPPCB6LPKFIn-houseRapidPCBprototypingPC板種類層數(shù)應用領域紙質酚醛樹脂單、雙面板(FR1＆FR2)——電視、顯示器、電源供應器、音響、復印機、錄放機、計算器、電話機、游樂器、鍵盤等；環(huán)氧樹脂復合基材單、雙面板(CEM1&CEM3)——電視、顯示器、電源供應器、高級音響、電話機、游樂器、汽車用電子產品、鼠標等；電子級玻纖布環(huán)氧樹脂單、雙面板(FR4)——適配卡、計算機外設設備、通訊設備、無線電話機、手表、游樂器等；玻纖布環(huán)氧樹脂多層板(FR4&FR5)——桌上型計算機、筆記型計算機、掌上型計算機、硬盤機、文書處理機、呼叫器、行動電話、IC卡、數(shù)字電視音響、傳真機、汽車工業(yè)、軍用設備等。7LPKFIn-houseRapidPCBprototyping五、快速電路板制作全過程一、準備工作連接各硬件及配套設施、設置好電腦COM通訊端口，安裝軟件并配置好軟件及機器參數(shù)；從EDA或CAD軟件中導出Gerber數(shù)據(jù)、Excellon數(shù)據(jù)或DXF等格式數(shù)據(jù)；本處以Protel99設計雙面板為例子，導出Gerber數(shù)據(jù)：設置圖層輸出文件*.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同時導出Topsoldermask頂層阻焊、Bottomsoldermask底層阻焊。設置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外框層數(shù)據(jù)BoardOutline*.GP1內部電或地層數(shù)據(jù)Layer2*.GP2內部電或地層數(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，選取對應模板，如果為雙面板，則選取“Default”選取項；

2，用CircuitCAM導入各數(shù)據(jù)文件，并使之一一對應好相關層的關系；9LPKFIn-houseRapidPCBprototyping3，在CircuitCAM軟件的圖形界面中對PCB板進行數(shù)據(jù)處理：

【設置外形】分板外形邊框切割軌跡；

【設計規(guī)則檢查】檢查導線間距以便選擇合適的刀具；

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

【設置靶標】靶標識別孔，用攝像頭自動識別、定位等作用；

【文字編輯】加載漢字，注意陰刻還是陽刻等；4，導出文件CircuitCAM軟件可編輯修改的*.CAM圖形、驅動機器加工的*.LMD文件、我想了解更多10LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四、用BoardMaster軟件操縱機器加工電路板

1，檢查各機臺上有無雜物，開啟壓縮機，打開刻板機電源;

2，雙擊打開BMaster軟件，按照提示確認刀具狀態(tài)及刀具號、位置等，進入待機工作狀態(tài)。

3，在新建菜單里選擇適當?shù)墓ぷ髂０澹?.phs），用BoardMaster軟件導入需加工的*.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PHASE下拉菜單提示的順序進行加工。

需要注意的是，對于采取不同的孔金屬化方法來實現(xiàn)層間電氣互連導通，其加工順序根據(jù)可操作性有所不同；另外，銑線路絕緣溝道時需要確認一下刀具深度，調至對應的寬度。當然，在加工完畢后，我們還可以根據(jù)需要，進一步做阻焊、印字符，化學鍍錫或OSP防氧化、點膠以及貼片等處理。11LPKFIn-houseRapidPCBprototyping采用LPKF電化學鍍銅方式，制作一塊雙面板包含下列步驟：MarkingDrills（打導向孔）

DrillingPlated(鉆鍍通孔）Info，Plating（在孔金屬化設備上電鍍通孔）ReadBottom（底層靶標識別）MillingBottom

（銑底面圖）Readtop（頂層靶標識別)MillingTop

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

通過孔壁上的導電層使不同絕緣層上的導電圖形層之間實現(xiàn)電氣互連?？捉饘倩椒ǎ杭涌招你T釘法、孔壁涂導電膏法和電化學孔金屬化法電化學孔金屬化系統(tǒng)ContacRS，適合用于制作樣品和小批量電路板，整個孔金屬化過程需要60~120分鐘，孔化質量好，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，要求導電性好的雙面及多層電路板。a.空心鉚釘法b.涂導電膏法c.電化學金屬化法更多詳情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。時間5Min；【3予浸槽】——調整應力，清潔表面。CLEANER

200溶液，弱堿性，室溫、時間5min；

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

300溶液，弱堿性，室溫，時間15min

將多余的碳黑刮回原槽中，擦除表面多余碳黑，用電吹風吹干或烤箱（65-80度內烘10分鐘）烘干，保持干燥。【5鍍銅槽】——電鍍銅加厚孔壁導電層，使之滿足一定的電氣及機械性能要求。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，電流設定在10A左右，時間60-90min，銅的沉積速率為0.2-0.3μm/min，一般情況下60分鐘孔內鍍銅的厚度可達到12-18μm。注：第4槽嚴禁將水帶入，所有槽體內嚴禁將油類物質帶入，防止污染槽液，造成失效。

【6化學鍍錫或OSP槽】——在焊盤和導通孔上沉積一層化學純錫或形成一層有機保護膜，即有機助焊防氧化劑（OrganicSoderabilityPreservative），防止板面氧化，并有良好的助焊性（此項在阻焊結束后完成）。電化學孔金屬化過程：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（例如：壓合粘接技術、解決鉆孔時產生膠渣、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工時，且高密度化受限，因此并未實用化。增層法因制造方法相當復雜，加上雖具高密度化的優(yōu)點，但因當時對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。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)化學腐蝕方法制作多層板存在工序繁瑣，時間較長，投入較大等等一系列問題，利用LPKF實驗室快速電路板系統(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軟件設計，在一個工作日內即可制作出多層板。

LPKF提供兩種工藝來實現(xiàn)多層板的制作：層壓機與直接電鍍技術結合、層壓機與物理孔化技術結合（完全無化學過程）。ProtoMat刻板機+MultiPress層壓機+ProConduct納米銀漿貫孔層壓導電銀漿貫孔保護膜上鉆孔刻制內層導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層導電圖形ProtoMat刻板機+MultiPress層壓機+Contac孔金屬化設備16LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四層板制作流程示意圖三、多層電路板實例說明17LPKFIn-houseRapidPCBprototyping薄雙面覆銅箔板作為六層電路板的內層:第2,3,4和5層；先在內層板上預先鉆好定位孔；電路板刻制機銑制第2/3,4/5層絕緣溝道形成內層電路圖形；在內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：先用電路板刻制機雕刻，將焊盤出鏤空，然后使薄膜膠面對著電路板，調整位置對正圖形，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，預烘烤后，再用覆蓋上有阻焊圖形的底片（正片），利用LPKFUV-Exposure進行曝光，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，將起光化學反應硬化，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油墨層利用絲網印刷上元器件標示符等，（如電阻器件的阻值、公司標志、生產周期等等文字或符號）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，只是采取負片(有字符的地方沒有遮擋，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層，可以保護銅線，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（SurfaceMountedTechnology的縮寫），是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術和工藝。LPKFSMT設備，包括焊膏涂覆、貼片和回流焊接，多以用手動和半自動方式完成，效率雖然不高，但準確度高和質量好，可以精確安裝各種元器件。主要設備：ZelPrint-半自動焊膏漏印機，適合金屬模板或高聚物模板，能印刷精細節(jié)距的SMT。ProtoPlace-是一款半自動貼片系統(tǒng)，專門用來組裝樣品板和小批量生產?？梢栽谪撠煹碾娐钒迳线M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算機軟件控制，可以選裝4個溫度傳感器和一個微處理器，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，達成和存儲，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，也適用于精細節(jié)距和超細節(jié)距的零件組裝。22LPKFIn-houseRapidPCBprototypingSMT焊膏涂覆可以采用ProtoPlace的點焊錫膏功能，上膏簡單，數(shù)量準確，但效率不是很高，小批量及需要焊點較多時，可以采用金屬模板或采用LPKF刻板機雕刻的高聚物模板，在LPKFZelPrint上進行漏印。SMD元器件貼片

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