LPKF快速电路板制作

LPKF快速电路板制作内容：主讲：单位：1LPKFIn-houseRapidPCBprototyping

一、实训目的了解LPKF快速电路板制作系统的工作原理、特点、应用范围；了解LPKF快速电路板的制作过程，并学会双面板的制作；掌握基本的数据处理；掌握电化学孔金属化法的原理；掌握LPKFPCB制作设备的基本操作。由此并进一步了解机械加工与传统腐蚀方法的区别，自优势等等。

了解更多应用2LPKFIn-houseRapidPCBprototyping二、关于快速PCB制作系统的基本知识LPKF快速PCB制作系统，以先进的机械或激光加工为核心，具有高柔性、高精度、环境友好的特点，适合样品电路板快速制作和小批量、多品种PCB生产。ProtoMatH100是一个数控加工中心，采用机械钻铣的方法制作电路板，配有隔音罩、吸尘器，是环保型的实验室制作系统。PCB制作系统配有孔金属化、多层板层压设备、光化学阻焊装置、贴片装置等等，可在实验室内直接制造单面板、双面板和多层电路板。3LPKFIn-houseRapidPCBprototyping三、快速PCB制作系统工作原理设计人员用各种CAD/EDA设计软件设计好图形后，导出标准的CAM格式数据（Gerber、Excellon、DXF等），然后用LPKF提供的数据处理软件CircuitCAM导入、处理，处理出来的加工轨迹数据输出到刻板机驱动软件BoardMaster，去驱动刻板机制作电路板。4LPKFIn-houseRapidPCBprototyping刻板机根据钻孔数据在覆铜板上钻孔。用孔金属化设备往孔壁上沉积金属，使覆铜板两面实现电气连接；刻板机用铣刀沿设计图形中的导线、焊盘周围的包络线运动，铣掉包络线上的铜箔，在导线、焊盘周围形成绝缘沟道；覆铜板翻面，铣出另一面的绝缘沟道。刻板机用轮廓铣刀把做好的电路板切割下来。孔金属化钻孔铣底、顶层线路切割外形5LPKFIn-houseRapidPCBprototypingcopper四、电路板基材介绍半固化片(prepreg)：简称PP，是将环氧树脂涂覆于电子级玻璃布（无碱平纹玻璃布）上烘干形成的。覆铜箔基板（Copper-cladLaminate)：简称CCL,为PC板的重要机构组件。是将电解铜箔或压延铜箔与半固化片（补强材料及其它功能补强添加物组成）层压粘接后形成的。双面覆铜板积层法多层板结构PPPCB6LPKFIn-houseRapidPCBprototypingPC板种类层数应用领域纸质酚醛树脂单、双面板(FR1＆FR2)——电视、显示器、电源供应器、音响、复印机、录放机、计算器、电话机、游乐器、键盘等；环氧树脂复合基材单、双面板(CEM1&CEM3)——电视、显示器、电源供应器、高级音响、电话机、游乐器、汽车用电子产品、鼠标等；电子级玻纤布环氧树脂单、双面板(FR4)——适配卡、计算机外设设备、通讯设备、无线电话机、手表、游乐器等；玻纤布环氧树脂多层板(FR4&FR5)——桌上型计算机、笔记型计算机、掌上型计算机、硬盘机、文书处理机、呼叫器、行动电话、IC卡、数字电视音响、传真机、汽车工业、军用设备等。7LPKFIn-houseRapidPCBprototyping五、快速电路板制作全过程一、准备工作连接各硬件及配套设施、设置好电脑COM通讯端口，安装软件并配置好软件及机器参数；从EDA或CAD软件中导出Gerber数据、Excellon数据或DXF等格式数据；本处以Protel99设计双面板为例子，导出Gerber数据：设置图层输出文件*.GTLToplayer顶层图形（Gerber)文件*.GBLBottomlayer底层图形（Gerber)文件*.GKOKeepoutlayer外框禁止布线层（Gerber)文件若需要做阻焊应同时导出Topsoldermask顶层阻焊、Bottomsoldermask底层阻焊。设置NCDrill钻孔刀具表及文件数据*.DRR钻孔刀具表*.TXT钻孔文件数据8LPKFIn-houseRapidPCBprototyping文件名数据类型CircuitCAM一般导入选择【Gerber格式数据文件】*.aprgerber绘图光圈表ProtelxaptGermilInch23AbsTrail*.GTL顶层数据TopLayer*.GTS顶层阻焊数据SolderMaskTop*.GBL底层数据BottomLayer*.GBS底层阻焊数据SolderMaskBottom*.GKO外框层数据BoardOutline*.GP1内部电或地层数据Layer2*.GP2内部电或地层数据Layer3【NCDrill（Excellon）格式数据文件】*.DDRNCDrill钻孔刀具表ProtelxdrrExcmilInch23AbsLead*.TXT钻孔层数据DrillPlated注：有的钻孔层数据导入后，和Gerber的各层图形数据是沿Y轴镜像的。需要选择钻孔层图形执行镜像Edit->Mirror/Rotaterelative->MirrorY，与Gerber图形保持一致。二、用CircuitCAM软件做数据处理

1，打开CircuitCAM，选取对应模板，如果为双面板，则选取“Default”选取项；

2，用CircuitCAM导入各数据文件，并使之一一对应好相关层的关系；9LPKFIn-houseRapidPCBprototyping3，在CircuitCAM软件的图形界面中对PCB板进行数据处理：

【设置外形】分板外形边框切割轨迹；

【设计规则检查】检查导线间距以便选择合适的刀具；

【绝缘计算】沿着焊盘和线路周围生成绝缘包络线，大面积剥铜方式的刀具加工轨迹；

【设置靶标】靶标识别孔，用摄像头自动识别、定位等作用；

【文字编辑】加载汉字，注意阴刻还是阳刻等；4，导出文件CircuitCAM软件可编辑修改的*.CAM图形、驱动机器加工的*.LMD文件、我想了解更多10LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四、用BoardMaster软件操纵机器加工电路板

1，检查各机台上有无杂物，开启压缩机，打开刻板机电源;

2，双击打开BMaster软件，按照提示确认刀具状态及刀具号、位置等，进入待机工作状态。

3，在新建菜单里选择适当的工作模板（*.phs），用BoardMaster软件导入需加工的*.LMD文件数据。

显示的图形都是刀具加工轨迹，即要钻孔或去掉铜箔的部分。

定义好加工范围，实际位置、确定是否拼版等，并保存好需加工的文件（*.Job)

4，按照菜单上的加工项PHASE下拉菜单提示的顺序进行加工。

需要注意的是，对于采取不同的孔金属化方法来实现层间电气互连导通，其加工顺序根据可操作性有所不同；另外，铣线路绝缘沟道时需要确认一下刀具深度，调至对应的宽度。当然，在加工完毕后，我们还可以根据需要，进一步做阻焊、印字符，化学镀锡或OSP防氧化、点胶以及贴片等处理。11LPKFIn-houseRapidPCBprototyping采用LPKF电化学镀铜方式，制作一块双面板包含下列步骤：MarkingDrills（打导向孔）

DrillingPlated(钻镀通孔）Info，Plating（在孔金属化设备上电镀通孔）ReadBottom（底层靶标识别）MillingBottom

（铣底面图）Readtop（顶层靶标识别)MillingTop

（铣底面图形)DrillingUnplated(钻非金属孔)CuttingInside（切割内槽）CuttingOutside（切割外形）注：划线部分为根据实际加工要求选用。12LPKFIn-houseRapidPCBprototyping孔金属化

通过孔壁上的导电层使不同绝缘层上的导电图形层之间实现电气互连。孔金属化方法：加空心铆钉法、孔壁涂导电膏法和电化学孔金属化法电化学孔金属化系统ContacRS，适合用于制作样品和小批量电路板，整个孔金属化过程需要60~120分钟，孔化质量好，能可靠的孔化直径为0.2mm的小孔。不论电路板上孔有多少，都是一次性完成。适合孔数多，要求导电性好的双面及多层电路板。a.空心铆钉法b.涂导电膏法c.电化学金属化法更多详情13LPKFIn-houseRapidPCBprototyping【1除油槽】——清洁电路板表面及孔壁氧化物等。CLEANER100溶液，弱碱性，温度55℃、时间15min；【2水洗槽】——市水冲洗，防止残留药液带入其他槽而相互污染。时间5Min；【3予浸槽】——调整应力，清洁表面。CLEANER

200溶液，弱碱性，室温、时间5min；

先用清水冲洗，再用去离子水清洗，最后必须用电吹风或烘箱烘干；【4活化槽】——在非导电的孔壁沉积上导电物质（碳膜或钯胶体）。ACTIVATOR

300溶液，弱碱性，室温，时间15min

将多余的碳黑刮回原槽中，擦除表面多余碳黑，用电吹风吹干或烤箱（65-80度内烘10分钟）烘干，保持干燥。【5镀铜槽】——电镀铜加厚孔壁导电层，使之满足一定的电气及机械性能要求。COPPERPLATER400（硫酸铜）溶液，酸性，有一定的腐蚀性，电镀铜，每平方米电流密度约2A，通常A4大小板材，电流设定在10A左右，时间60-90min，铜的沉积速率为0.2-0.3μm/min，一般情况下60分钟孔内镀铜的厚度可达到12-18μm。注：第4槽严禁将水带入，所有槽体内严禁将油类物质带入，防止污染槽液，造成失效。

【6化学镀锡或OSP槽】——在焊盘和导通孔上沉积一层化学纯锡或形成一层有机保护膜，即有机助焊防氧化剂（OrganicSoderabilityPreservative），防止板面氧化，并有良好的助焊性（此项在阻焊结束后完成）。电化学孔金属化过程：14LPKFIn-houseRapidPCBprototyping制作多层电路板一、简要概述

多层板的制作方法一般由内层图形先做，然后以印刷蚀刻法作成单面或双面基板，并纳入指定的层间中，再经加热、加压并予以粘合，至于之后的钻孔则和双面板的镀通孔法相同。这些基本制作方法与溯至1960年代的工法并无多大改变，不过随着材料及制程技术（例如：压合粘接技术、解决钻孔时产生胶渣、胶片的改善）更趋成熟，所附予多层板的特性则更多样化。

多层板以间隙(ClearanceHole)法、增层(BuildUp)法、镀通(PTH)法三种制造方法由于间隙孔法在制造上甚费工时，且高密度化受限，因此并未实用化。增层法因制造方法相当复杂，加上虽具高密度化的优点，但因当时对高密度化需求并不如现在来得迫切，一直默默无闻；而近则因高密度电路板的需求日殷，再度成为各家厂商研发的重点。至于与双面板同样制程的PTH法，目前仍是多层板的主流制造法。传统化学腐蚀方法制作多层板存在工序繁琐，时间较长，投入较大等等一系列问题，利用LPKF实验室快速电路板系统基本都能解决这些问题，只需4到5步就能获得多层板。具体情况可以参考以下链接http:///applications/rapid-pcb-prototyping/working-examples/index.htm15LPKFIn-houseRapidPCBprototyping二、多层电路板制作方法

利用LPKF快速电路板系统，根据EDA软件设计，在一个工作日内即可制作出多层板。

LPKF提供两种工艺来实现多层板的制作：层压机与直接电镀技术结合、层压机与物理孔化技术结合（完全无化学过程）。ProtoMat刻板机+MultiPress层压机+ProConduct纳米银浆贯孔层压导电银浆贯孔保护膜上钻孔刻制内层导电图形层压刻外层图形及外形透铣层压钻孔后电镀孔化刻制内层导电图形ProtoMat刻板机+MultiPress层压机+Contac孔金属化设备16LPKFIn-houseRapidPCBprototyping四层板制作流程示意图三、多层电路板实例说明17LPKFIn-houseRapidPCBprototyping薄双面覆铜箔板作为六层电路板的内层:第2,3,4和5层；先在内层板上预先钻好定位孔；电路板刻制机铣制第2/3,4/5层绝缘沟道形成内层电路图形；在内层板间见放入半固化片；两张半固化片和一张单面覆铜箔板作为底面(第6层)；两张半固化片和一张单面覆铜箔板作为顶面(第1层)；2张半固化片2张半固化片1张半固化片定位销钉顶层单面覆铜箔板第5层第4层第3层第2层下压板上压板底层单面覆铜箔板层压示意图6层板叠配示意图18LPKFIn-houseRapidPCBprototypingLPKF6层板制作实例示意图Heating*2热压板Pressure液压c.层压后的材料b.全压（主层压）a.预压（加温加压）d.钻通孔e.孔金属化f.铣顶底层线路及切外形19LPKFIn-houseRapidPCBprototyping层压后的6层板制作完成后的多层板20LPKFIn-houseRapidPCBprototyping阻焊及字符（PCB表面处理）采用带背胶的阻焊膜法：先用电路板刻制机雕刻，将焊盘出镂空，然后使薄膜胶面对着电路板，调整位置对正图形，使露出电路板上的最后加热加压使其背胶热熔，这样，薄膜就被牢固地粘贴在覆铜板上，形成了阻焊掩蔽膜。采用光敏阻焊油墨法：将双组份阻焊感光油墨涂覆在电路板上，预烘烤后，再用覆盖上有阻焊图形的底片（正片），利用LPKFUV-Exposure进行曝光，受光照射的部位的阻焊油墨即除焊盘以外的全部电路板区域，将起光化学反应硬化，而焊盘部位因有底片上不透光的图案遮蔽，未被光照射，不发生变化，随后可以被溶液显影去掉。字符，也叫白字，主要作用是在PCB油墨层利用丝网印刷上元器件标示符等，（如电阻器件的阻值、公司标志、生产周期等等文字或符号）区分元器件摆放位置，方便厚工序的插装和表面贴装。LPKF提供的字符方式与LPKFProMask阻焊制作原理一样，只是采取负片(有字符的地方没有遮挡，是透光的)曝光后，显影形成所需的字符。阻焊，也叫防焊绿油，主要作用是在PCB表面形成一种绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。21LPKFIn-houseRapidPCBprototypingSMT电路板安装SMT也就是表面贴装技术（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。LPKFSMT设备，包括焊膏涂覆、贴片和回流焊接，多以用手动和半自动方式完成，效率虽然不高，但准确度高和质量好，可以精确安装各种元器件。主要设备：ZelPrint-半自动焊膏漏印机，适合金属模板或高聚物模板，能印刷精细节距的SMT。ProtoPlace-是一款半自动贴片系统，专门用来组装样品板和小批量生产。可以在负责的电路板上进行精确的组装，通过摄像系统和LCD显示屏，能容易和精确地控制零件的安置位置。ProtoFlow-无铅回流焊炉是采用计算机软件控制，可以选装4个温度传感器和一个微处理器，用来控制PCB周围的热分布，回流焊接的过程可以通过玻璃窗观察，方便操作者优化制程参数，而且直观的软件控制，可以使过程参数很方便的修正，达成和存储，使操作者可以更加友好地控制这种桌上型回焊炉。ZelPlaceBGA-BGA贴片机适用于精确组装不同类型的BGA、CSP和倒装晶片封装元件，也适用于精细节距和超细节距的零件组装。22LPKFIn-houseRapidPCBprototypingSMT焊膏涂覆可以采用ProtoPlace的点焊锡膏功能，上膏简单，数量准确，但效率不是很高，小批量及需要焊点较多时，可以采用金属模板或采用LPKF刻板机雕刻的高聚物模板，在LPKFZelPrint上进行漏印。SMD元器件贴片

ProtoPlace是桌面设备贴片机，需要手工操作，有半自动功能，操作简单，料仓可以存储多种元器件。将印有焊锡膏的电路板固定在台面上，人工移动真空吸头吸取元器件，并将吸头移到电路板上方，大致对位后，再利用摄像头捕捉到的视频，在监视器显示下，通过旋转、精调X、Y旋钮来完成精确地对位，按下按钮（或脚踏开关），真空吸头下降，接触到PCB时，元器件自动释放，完成贴片。对于BGA、CSP和倒装晶片封装元件，以及精细节距和超细节距的零件组装可以采用ZelPlaceBGA贴