線路板制作機(jī)

線路板制作機(jī)是一種機(jī)電、軟件、硬件互相結(jié)合的高新科技產(chǎn)品。作為線路板的生產(chǎn)工具，它能夠利用物理雕刻過程，通過計(jì)算機(jī)程序控制，在空白的覆銅板上把不必要的銅泊銑去，形成用戶定定制的線路板。與傳統(tǒng)的電路板焊接制造相比，電路板焊接在較小規(guī)模的生產(chǎn)中或較大的器件焊接中采用人工焊接，在大規(guī)模焊接時(shí)，或批量生產(chǎn)時(shí)都采用機(jī)器貼片及機(jī)器焊接，盡管這樣，電路板上不規(guī)則的器件及較大的器件仍需要人工插件和焊接。線路板制作機(jī)的缺點(diǎn)是：價(jià)格居高不下、使用過程復(fù)雜，以至于沒有得到大面積的推廣。

電子線路板制作機(jī)介紹

電子線路板制作機(jī)研制的國(guó)內(nèi)外技術(shù)背景 

線路板制作機(jī)是一種機(jī)電、軟件、硬件互相結(jié)合的高新科技產(chǎn)品。它利用物理雕刻過程，通過計(jì)算機(jī)控制，在空白的覆銅板上把不必要的銅泊銑去，形成用戶定定制的線路板。臺(tái)灣禾宇、民智、嶸耀等公司已有產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售，但由于價(jià)格居高不下、使用過程復(fù)雜等原因，一直沒有得到大面積推廣。國(guó)內(nèi)方面，廣告雕刻機(jī)已有十多家廠批量生產(chǎn)，但沒有一家專業(yè)為線路板制作專門配套軟件，大多數(shù)機(jī)器只能適合于廣 告行業(yè)。雖然有些機(jī)器宣稱可以雕刻PCB板，但需要經(jīng)過三至四個(gè)軟件的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)過程中造成較多精度、時(shí)間和材料的損失以及不必要的麻煩。2001年開始我們對(duì)各種雕刻機(jī)工作原理及PCB軟件深入研究，自主產(chǎn)權(quán)開發(fā)的一套專業(yè)線路板制作系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，兼容國(guó)內(nèi)使用率最高的PROTEL軟件，直接利用PROTEL的PCB文件信息，在不需要任何轉(zhuǎn)過程的情況下直接輸出雕刻數(shù)據(jù)，通過自定義的數(shù)據(jù)格式控制制作機(jī)做雕刻、鉆孔、切邊工作。  

當(dāng)前電子線路板制作的現(xiàn)狀 

線路板(PCB板)的試制過程是一個(gè)電子產(chǎn)品在開發(fā)過程不可避免的，最常用的方法是“打樣”：把設(shè)計(jì)好的PCB文件送到專業(yè)的線路板廠直接制作，通常這種過程要經(jīng)過三天到一周的時(shí)間。由于產(chǎn)品開發(fā)過程中時(shí)問就是產(chǎn)品的生命，一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中少則經(jīng)過三五次，多則十幾次的修改使開發(fā)人員無法忍耐過多的等待，于是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開發(fā)人員通過各種各樣的方法實(shí)現(xiàn)快速制板。主要有物理方法和化學(xué)方法。
物理方法：通過利用各種刀具及電動(dòng)工具等，手工把線路板上不需要的銅刻去。這種方法比較費(fèi)力，而且精度低，只有相對(duì)極簡(jiǎn)單的線路才可能采用。 
化學(xué)方法：通過在空白覆銅板上覆蓋保護(hù)層，在腐蝕性溶液里把不必要的銅蝕去，是當(dāng)前大部份開發(fā)者使用的方法。覆蓋保護(hù)層的方法多種多樣，主要有最傳統(tǒng)的手工描 漆方粘貼定制的不干膠方法、膠片感光方法以及近年才發(fā)展起來的熱轉(zhuǎn)印打印    PCB板方法。    手工描漆：把油漆用毛筆或硬筆在空白覆銅板上手工描繪線路的形狀，吹干后可放進(jìn)溶液里面腐蝕。    粘貼不干膠：市面上有各種不干膠被制成條狀和圓片狀，在空白線路板上根據(jù)需要組合不同的不干膠，粘緊后即可腐。    膠片感光：把PCB線路板圖通過激光打印機(jī)打印在膠片上，空白覆銅板上預(yù)先涂上一層感光材料(市面有已涂好的覆銅板出售)，在暗房環(huán)境下曝光、顯影、定影、清洗后即可在溶液里腐蝕。    熱轉(zhuǎn)印：通過熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)把線路直接打印在空白線路板上，然后放進(jìn)腐蝕液腐蝕。 

當(dāng)前制作電子線路板的各種方法比較  

從成品板的附著力方面來比較: 
化學(xué)腐蝕方法由于必須將整塊板泡在溶液里腐蝕，腐蝕后必須清洗及烘干。在這一過程里，線路板經(jīng)過一冷一熱、一干一濕，大大影響覆銅的附著力，實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中可能由于更換不同參數(shù)的電子原件引起銅片剝離脫落。所以物理雕刻在成品質(zhì)量上比化學(xué)蝕刻好。
從線條邊緣方面比較：物理雕刻出來的線條斷面逞正梯形，邊緣角度和刻刀角度相同，線性良好?；瘜W(xué)方法在顯微鏡下看可看出線條逞倒梯形，邊緣不規(guī)則。    
從操作工藝上比較： 物理方法由于所有過程都是手工操作，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且由于人手穩(wěn)定因素，不可能做到高精度的線路板。另外，存在不可恢復(fù)性，整個(gè)操作必須小心翼翼，一不小心刻斷了不該刻的線條，一切必須重來。相對(duì)來說，化學(xué)方法操作簡(jiǎn)單得多了。除了手工描漆方法近年已很少人采用之外，其它各種方法是當(dāng)前手工制板的主流。激光打印機(jī)的降價(jià)更使感光板方法為大多數(shù)人樂意采用。追求質(zhì)量的單位甚至采用了價(jià)值不菲的熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)直接打印線路板。

各種制板方法存在的問題 

全手工方法費(fèi)工費(fèi)時(shí)是最主要的缺點(diǎn)，而且精度不易控制，已較少人采用。這里主要討論目前使用最廣泛的化學(xué)蝕刻存在的問題。 

1. 打印精度決定于所采用的打印機(jī)墨盒的精度，差一點(diǎn)的打印機(jī)打印出來的線條不均勻腐蝕過程中容易造成斷線、粘連。
2. 感覺板的曝光及顯影時(shí)間不易控制，而且每一批板的最佳曝光時(shí)間不同，需要經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)。
3. 腐蝕過程的控制難度高。單片腐蝕不同于大批量生產(chǎn)，溶液的溫度、濃度、酸堿度都影響腐蝕質(zhì)量，想要做好一片線路板，必須有多次的經(jīng)驗(yàn)積累。否則，報(bào)廢很多材料。 
4. 感光板必須在全黑低溫條件下保存，曝光過程也必須在暗房條件下。
5. 銀鹽(感光材料)及銅鹽(腐蝕產(chǎn)物)均有毒性，腐蝕過程在操作要小心，腐蝕后廢液處理麻煩。 
6. 成品板很難控制手工打孔精度。 

電子線路制作機(jī)的研制意義 

所以的PCB電子線路設(shè)計(jì)者都要面對(duì)PCB板制作這一環(huán)節(jié)，因?yàn)槿绻麤]有成品，再好的電路設(shè)計(jì)都是白費(fèi)功夫。但是很多初學(xué)者和部分經(jīng)驗(yàn)不足的電子線路設(shè)計(jì)工程師，往往由于PCB板而放棄一個(gè)個(gè)很好的設(shè)計(jì)靈感。這對(duì)于國(guó)內(nèi)的線路板人才培養(yǎng)也是非常不利的：國(guó)內(nèi)高等院校及電子專業(yè)的技工學(xué)校、職業(yè)學(xué)校、軍地兩用人材培訓(xùn)中心，也由于PCB板而放棄實(shí)驗(yàn)課程，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺少學(xué)習(xí)興趣，畢業(yè)后完全沒有動(dòng)手能力，對(duì)學(xué)到的知識(shí)不能鞏固，甚至于連紙上談兵都有所不能。國(guó)外線路板制作機(jī)雖然已進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，昂貴的價(jià)格使目前缺乏經(jīng)費(fèi)的學(xué)校和剛剛起步的中國(guó)電子行業(yè)難以接受。國(guó)內(nèi)電子行業(yè)急需一種高效、自動(dòng)、操作簡(jiǎn)單、低價(jià)的線路板制作機(jī)。 

電子線路板制作機(jī)的研制思路

由以上所述可知，利用物理過程制作的PCB板具有很高的附著力以及良好的邊緣質(zhì)量，我們經(jīng)過一段時(shí)間的探索發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)控制刀具的精確運(yùn)動(dòng)，通過高速刀具對(duì)空白線路板的切削，完全可以制作出精美的PCB板。同時(shí)，可以利用機(jī)器的精確運(yùn)動(dòng)由程序控制在相應(yīng)的位置上鉆出符合PCB設(shè)計(jì)要求的孔。 
PROTEL公司是世界上PCB板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件最大生產(chǎn)商之一，八十年代已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。由PROTEL所設(shè)計(jì)的PCB文件格式成為各設(shè)計(jì)者和線路板廠溝通的橋梁，PCB文件包含了所有的設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，線路板廠可以完全根據(jù)PCB文件按圖施工?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)高校很多把PROTEL設(shè)計(jì)列入專業(yè)課程，電子設(shè)計(jì)大多數(shù)采用PROTEL軟件完成線路板設(shè)計(jì)。