LPKF电路板快速制作系统
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当前,电子/微电子领域正在经历重大转变,我们认为,这种技术方面的变化基以下三个因素:
1. 半导体及其封装技术飞速发展,芯片尺寸缩小的同时,I/O数目大幅度增加,BGA,CSP等新一代封装节省空间可达80-90%,使整个电子模块的集成度又上了一个台阶。在电子产品开发方面,电子电路要更小、更精细才能与其相适应,这就呼唤新的电路加工技术。
2. 设计、配套、生产周期大幅度缩短,产品成功与否,不仅要看功能、价格,还要看推向市场的时机。时间上不允许一次又一次的制作—不合格拒收—再制作的往复循环。
3. 生产方法不仅仅要经济、高效、可靠,而且还必须环保,可持续。
正是由于电子/微电子领域发生了如此大的变革,才要求电路板的生产周期大幅度缩短,一次性成功率高,精度高,焊盘、导线、孔密度高。现 已对微孔、埋盲孔、HDI等高密度的电路板有批量的需求。
可是,作为电子研发人员,您也许已经经历以下种种困扰:
— 电路板制作周期太长,项目进度无法控制;
— 单件制作环节多,交接手续烦琐,分散设计师精力;
— 样品电路板成本高,质量不稳定;
— 当您对导电图形的几何形状、尺寸有严格要求时,传统电路板加工技术无法定量实现,电路板参数与设计参数误差大;
— 制作普通电路板还相对容易一些,但高精度或特别品种、特别材料的电路板就更难,小厂做不来,专业厂、大厂又不情愿做;
— 贴片元件安装,点焊膏/印焊膏,回流焊,制作配套面板,……
焊盘线条,乃是性情流露,电路设计,亦皆心血凝成!奇思妙想,怎能半途而废?创造灵感,岂可无果而终?市场良机,谁容失之交臂?
工欲善其事,必先利其器。面对难题,LPKF可以助您一臂之力!
一.LPKF公司简介
德国LPKF公司专业设计、制造电子/微电子行业专用设备和软件,并开发、推广适合电子/微电子行业特殊加工的新工艺、新材料。面向研发部门,适应小型化,注重环境保护。
目前,全世界有几千家公司使用LPKF实验室快速PCB制作系统开发高速数字电路、模拟和数模混合电路、无线通讯、射频和微波电路。
二.快速板系统加工PCB的流程(以双面为例)
随机CAM软件接受设计数据à 计算机驱动刻板机钻孔à 用MiniContac做孔金属化à计算机驱动刻板机铣出双面图形
仅需2个仪器,1-2个小时完成双面板的制作。同时还可以在电路板上贴加阻焊膜、镀锡。
三.快速板系统可加工的范围
LPKF快速PCB制作系统,在实验室内几乎可以独立、高效、经济、环保地完成开发过程中所有加工任务,包括:
— 单面板、双面板和多层板,最高可达六层;孔金属化、可以加阻焊膜(替代绿色油墨的,免去了丝印工艺)。最细线宽:0.1mm;最小线间距:0.1mm;最小孔径:0.2mm;在两个2.54mm焊盘中间可以走五条导线,符合现在和未来精细间距SMD技术对电路板要求;有若干种孔金属化方法和设备可供选择,可以满足不同需求。专用层压设备,即使是六层板,制作时间也不超过24小时。不论形状如何复杂,都可以用刻板机轻松铣出来。因为加工精度高,电路板上导电图形尺寸直接来自电脑设计数据而无失真、变形,因此电性能重复性、一致性好。
— 射频、微波等高频电路板;目前,装备可以生产射频基材电路板的电路板厂不多,能达到LPKF刻板机精度的厂家更少;LPKF样品板快速制作系统是这种需求的最佳选择:可以加工任何通用的射频基材,比如聚四氟乙烯类基板材料RT/Duroid®和TMM®,专用工具保证导电图形几何尺寸精确,侧壁平直整齐,保证加工过的基板材料一致性,参数重复性。不论是实验,还是小量生产,什么时候需要,什么时候加工。
— 柔性电路板、红膜、薄膜、电路板返修;传统方法生产柔性电路板:外型复杂需要专开模具,易曲扭弯折需要专用设备,因此让设计望而却步。LPKF刻板机加工深度可以精确控制,非接触加工,不会损害柔软的基材,适合加工各种常见基材和外型的柔性电路板。同理,用于PCB大批量生产的底片、用于漏版印刷焊锡膏的高聚物印版,各种阻焊膜、红膜、高分子薄膜都可以雕刻;甚至已经装上元件的电路板上,也可以用LPKF刻板机成型、补孔、修整。
— 铜铝铭牌面板、背板加工,塑料板图形雕刻,电路板及电路板测试针床打孔;
— 点胶,点焊膏,LPKF刻板机,实质上是专用加工中心,配上LPKF专用装置,可以定量在电路板上点焊锡膏、点贴片胶或其它油墨。
— LPKF电路板安装系统,包括:点贴片胶、点焊膏,贴片,回流、返修、检测设备。设计精巧、控制简单准确,手工操作,散装元器件和编带元器件都可以贴装,适合实验室和小批量制作。
您一定用过绘图机或打印机把电路设计方案输出到纸面上,LPKF的刻板机就象打印机和绘图机一样方便、快捷。
直接读入电脑设计数据,钻孔,铣导线,铣外型,直接制出PCB板。布局、布线、到电路板实物,不用腐蚀,无污染,一切在实验室内完成,在几十分钟、几个小时内完成。
构思、设计、实现、验证、修改,一切尽在掌握中!再也不需要等,设计构思,立马实现,创造激情,任意挥洒!
四.随机软件
电路板制作系统中最重要的设备就是刻板机—ProtoMat以及随机软件CircuitCAM和BoardMastrer。
电路板设计数据用CircuitCAM读入、处理,输出到刻板机驱动软件BoardMaster,BoardMaster驱动刻板机。
在刻板机上固定好覆铜板,用钻头打孔,用铣刀铣(而不是腐蚀)焊接面导电图形—即把导线、焊盘周围的铜箔铣掉,在导线、焊盘周围形成绝缘包络(通道),实现该电气互连的部位电气互连,该电气绝缘的部位电气绝缘。精细部位用小直径铣刀铣通道,大面积铜箔用大直径铣刀剥掉。随后,进行孔金属化,覆铜箔板翻面固定在刻板机工作台上,铣元件面导电图形。最后,用铣刀把电路板从覆铜箔板上铣下来。
如果需要,还可以在同样的设备上,雕刻出阻焊膜,热压合在做出的电路板上。
LPKF系统数据处理软件CircuitCAM是一个功能强大、简单易用的电子领域CAM软件,可以读入的数据格式有:
标准Gerber(RS-274-D),扩展Gerber(RS-274-D);Excellon数控钻、Sieb & Meier数控钻;
HP-GLTM , Barco DPF,AutoCADTM DXF。
因为电子CAD或EDA软件都可以输出Gerber数据格式,所以,不论用那种软件设计,都可以导入到CircuitCAM中。更进一步,即使使用机械CAD或其它图形设计软件设计电路板,只要Windows下绘图仪能绘的,或可以生成DXF格式的,CircuitCAM都能处理。
此外,CircuitCAM还具有强大的图形功能,电子技术常用的各种图形,如各种形状的焊盘、对位标记、多边形、导线都可以绘制、编辑和处理。在这个软件中,用户可以指定绝缘通道的宽度,焊盘周围铜箔是否全部剥掉,以及无用的铜箔是否要完全去掉等等。
刻板机驱动软件BoardMaster是一个所见即所得的控制软件。转速、Z向进给速度、XY向进给速度,都可以控制。用她,可以完成有选择性的加工,即使加工完的电路板,也可以重定位,再加工。针对不同的电路板基板材料,不同的加工内容,可以匹配适合的加工参数,从而使刻板机既可以完成钻孔、在铜箔上铣图形,铣边框;又可以在塑料薄膜上进行图形加工,如刻红膜、刻阻焊膜、刻焊膏漏版薄膜,还可以进行铭牌面板加工,更进一步,配上LPKF装置,还可以用来点贴片胶、点焊膏。
五.刻板机所配备的刀具
刻板机使用的铣刀是专门为不同用途开发的刀具,包括:专门铣制精细导线、雕刻薄膜的Micro Cutter,专门铣绝缘通道的Universal Cutter,专门铣外型的Contour Router,专门剥离大面积铜箔和在铝/铜/塑料板上雕刻的End Mill。
此外,为了精确加工微带、射频电路板,LPKF还有射频铣刀RF End Mill,铣出导线侧壁光滑、平直整齐,与基板材料垂直。保证电路导电图型尺寸与设计尺寸一致,从而保证电气性能。相比之下,传统方式做微波板,需要光绘,贴膜爆光、显影、镀锡铅、腐蚀、退锡铅,多次图形转移,有多次失真机会,多次化学处理,药液浓度、配比、温度、速度等等参数影响,很难控制导线实际宽度和侧壁形状。最终的电路板与设计值会有较大偏差。
刀具、加工参数控制软件、专用工具、刻板机精确深度调节系统互相匹配,使得刻板机在电子实验室内几乎无所不能。
六.刻板机系列机型介绍
刻板机现在主要分成了两个系列:S系列和M系列,S系列设备小巧紧凑,能加工的电路板幅面为229mm*305mm;M系列设备工作台面大,能加工的电路板幅面为375mm*540mm。此外,LPKF刻板机中,还有全自动换刀的高档机H100。
每个系列设备都根据主轴转速有若干个型号,如S系列中有 S42,S62,S100等;如M系列中有M30/S,M60等。42型主轴转速在5,000-42,000转/分种之间连续可调,60型主轴转速在10,000-60,000转/分种之间连续可调,100型主轴转速在10,000-100,000转/分种之间连续可调。
除S系列和M系列之外,还有L系列和X系列。其中的L60加工幅面为1300mm*375mm,适合于制作微波天线和传感器的电路板。X60加工幅面为650mm*530mm,适合加工更大幅面的电路板或拼版制作。
这些刻板机的分辨率均为7.937μm或以上,重复精度:+/-0.005mm,孔定位精度:+/-0.02mm。
42型最细线宽:0.1mm,最小间距:0.1mm,最小孔径:0.2mm;
其最突出的特点是:
— 主轴转速高,在10,000-100,000转/分种之间连续可调,可以加工的材料品种多,省刀具;
— 用气动机构完成Z向进给行程控制(C60采用电磁机构),速度高,还可以精确控制行程距离,特别适合精细加工表面易磨、易损的材料。可以加工已经装有元件的电路板。
— 铣刀深度用带刻度的调节装置设置,加工深度控制采用非接触式气垫传感器,深度控制精度1μ。
— 加工精度更高,导电图形侧壁更光滑。最细线宽:100μm ,最细间距:100μm ,最小孔径:200μm。
七.孔金属化设备
ConntacⅡ是LPKF最新的电路板孔金属化设备,采用先进的直接电镀工艺,样品和小批量双面板、多层板的孔金属化均可在电子开发实验室内来完成。
它具有以下特点:
— 步骤少,整个孔金属化过程仅需4步药液处理,即可达到客户要求的孔内铜厚度。
— 不需要专门的化学或电路板制作知识,因为药液无需分析、维护。
— 不产生环保负担,药液中不含HCHO(甲醛)、EDTA、重金属等对环境和人体有害的物质,所有药液均可生物降解。
— 这套系统的药液成套供应,一套药水可以使用一年。
八.多层板层压设备及多层板制作方法
LPKF MultiPress II,多层电路板层压机,配上电路板钻孔/雕刻机和孔化设备,即使是六层电路板,也可以在实验室中,24小时之内完成。免去了外加工交接、核对、校验的烦琐,不仅经济上、时间上增加了竞争力,还使数据更加安全。
MultiPress II,小巧、紧凑、多用,微处理器控制,使原MultiPress的改进型,不仅可以层压通用如FR4基材,而且还可以层压特殊基板材料,例如高频电路用基板材料。设备具有存储功能,根据材料、时间、温度和压力可以设置不同的加工程序。最大层压面积:420mm*360mm,净电路板面积305mm*254mm。
制作多层板过程(以四层板为例):
— 用LPKF刻板机ProtoMat:用专用铣刀铣出电路板内层(第二和第三两层)的电路图形,即,把覆铜箔板上需要保留的导线周围的铜箔铣掉、在导线和焊盘周围形成电气绝缘的通道,多余的没有电气连接功能的铜箔,可以铣掉,也可以保留;
— 用LPKF层压机MultiPress:把有铜箔的绝缘材料(外层/第一、第四层/顶层、底层)与内层罗叠在一起,在层压机内加热、加压,最后热压在一起,得到多层板,但是外层电路图形和孔尚未加工;
— 用LPKF刻板机ProtoMat:给多层板打孔,使孔正好穿过内层焊盘中心;
— 用LPKF孔化设备Contac:进行孔金属化,使外层通过孔有选择性地与内层电路图形电气互连;
— 用LPKF刻板机ProtoMat:用专用铣刀铣出电路板外层(第一、第四层/顶层、底层)的电路图形,并用铣刀把净电路板从覆铜箔板上铣下来。
此后,还可以用LPKF刻板机ProtoMat镂空刻制出阻焊膜,再用层压机MultiPress热压合在电路板。