线路板制作机

线路板制作机是一种机电、软件、硬件互相结合的高新科技产品。作为线路板的生产工具，它能够利用物理雕刻过程，通过计算机程序控制，在空白的覆铜板上把不必要的铜泊铣去，形成用户定定制的线路板。与传统的电路板焊接制造相比，电路板焊接在较小规模的生产中或较大的器件焊接中采用人工焊接，在大规模焊接时，或批量生产时都采用机器贴片及机器焊接，尽管这样，电路板上不规则的器件及较大的器件仍需要人工插件和焊接。线路板制作机的缺点是：价格居高不下、使用过程复杂，以至于没有得到大面积的推广。

电子线路板制作机介绍

电子线路板制作机研制的国内外技术背景 

线路板制作机是一种机电、软件、硬件互相结合的高新科技产品。它利用物理雕刻过程，通过计算机控制，在空白的覆铜板上把不必要的铜泊铣去，形成用户定定制的线路板。台湾禾宇、民智、嵘耀等公司已有产品在国内市场销售，但由于价格居高不下、使用过程复杂等原因，一直没有得到大面积推广。国内方面，广告雕刻机已有十多家厂批量生产，但没有一家专业为线路板制作专门配套软件，大多数机器只能适合于广 告行业。虽然有些机器宣称可以雕刻PCB板，但需要经过三至四个软件的转换，在转过程中造成较多精度、时间和材料的损失以及不必要的麻烦。2001年开始我们对各种雕刻机工作原理及PCB软件深入研究，自主产权开发的一套专业线路板制作系统。根据国内实际情况，兼容国内使用率最高的PROTEL软件，直接利用PROTEL的PCB文件信息，在不需要任何转过程的情况下直接输出雕刻数据，通过自定义的数据格式控制制作机做雕刻、钻孔、切边工作。  

当前电子线路板制作的现状 

线路板(PCB板)的试制过程是一个电子产品在开发过程不可避免的，最常用的方法是“打样”：把设计好的PCB文件送到专业的线路板厂直接制作，通常这种过程要经过三天到一周的时间。由于产品开发过程中时问就是产品的生命，一个产品开发过程中少则经过三五次，多则十几次的修改使开发人员无法忍耐过多的等待，于是实验室环境下开发人员通过各种各样的方法实现快速制板。主要有物理方法和化学方法。
物理方法：通过利用各种刀具及电动工具等，手工把线路板上不需要的铜刻去。这种方法比较费力，而且精度低，只有相对极简单的线路才可能采用。 
化学方法：通过在空白覆铜板上覆盖保护层，在腐蚀性溶液里把不必要的铜蚀去，是当前大部份开发者使用的方法。覆盖保护层的方法多种多样，主要有最传统的手工描 漆方粘贴定制的不干胶方法、胶片感光方法以及近年才发展起来的热转印打印    PCB板方法。    手工描漆：把油漆用毛笔或硬笔在空白覆铜板上手工描绘线路的形状，吹干后可放进溶液里面腐蚀。    粘贴不干胶：市面上有各种不干胶被制成条状和圆片状，在空白线路板上根据需要组合不同的不干胶，粘紧后即可腐。    胶片感光：把PCB线路板图通过激光打印机打印在胶片上，空白覆铜板上预先涂上一层感光材料(市面有已涂好的覆铜板出售)，在暗房环境下曝光、显影、定影、清洗后即可在溶液里腐蚀。    热转印：通过热转印打印机把线路直接打印在空白线路板上，然后放进腐蚀液腐蚀。 

当前制作电子线路板的各种方法比较  

从成品板的附着力方面来比较: 
化学腐蚀方法由于必须将整块板泡在溶液里腐蚀，腐蚀后必须清洗及烘干。在这一过程里，线路板经过一冷一热、一干一湿，大大影响覆铜的附着力，实验调试过程中可能由于更换不同参数的电子原件引起铜片剥离脱落。所以物理雕刻在成品质量上比化学蚀刻好。
从线条边缘方面比较：物理雕刻出来的线条断面逞正梯形，边缘角度和刻刀角度相同，线性良好。化学方法在显微镜下看可看出线条逞倒梯形，边缘不规则。    
从操作工艺上比较： 物理方法由于所有过程都是手工操作，费工费时，而且由于人手稳定因素，不可能做到高精度的线路板。另外，存在不可恢复性，整个操作必须小心翼翼，一不小心刻断了不该刻的线条，一切必须重来。相对来说，化学方法操作简单得多了。除了手工描漆方法近年已很少人采用之外，其它各种方法是当前手工制板的主流。激光打印机的降价更使感光板方法为大多数人乐意采用。追求质量的单位甚至采用了价值不菲的热转印打印机直接打印线路板。

各种制板方法存在的问题 

全手工方法费工费时是最主要的缺点，而且精度不易控制，已较少人采用。这里主要讨论目前使用最广泛的化学蚀刻存在的问题。 

1. 打印精度决定于所采用的打印机墨盒的精度，差一点的打印机打印出来的线条不均匀腐蚀过程中容易造成断线、粘连。
2. 感觉板的曝光及显影时间不易控制，而且每一批板的最佳曝光时间不同，需要经过反复的试验。
3. 腐蚀过程的控制难度高。单片腐蚀不同于大批量生产，溶液的温度、浓度、酸碱度都影响腐蚀质量，想要做好一片线路板，必须有多次的经验积累。否则，报废很多材料。 
4. 感光板必须在全黑低温条件下保存，曝光过程也必须在暗房条件下。
5. 银盐(感光材料)及铜盐(腐蚀产物)均有毒性，腐蚀过程在操作要小心，腐蚀后废液处理麻烦。 
6. 成品板很难控制手工打孔精度。 

电子线路制作机的研制意义 

所以的PCB电子线路设计者都要面对PCB板制作这一环节，因为如果没有成品，再好的电路设计都是白费功夫。但是很多初学者和部分经验不足的电子线路设计工程师，往往由于PCB板而放弃一个个很好的设计灵感。这对于国内的线路板人才培养也是非常不利的：国内高等院校及电子专业的技工学校、职业学校、军地两用人材培训中心，也由于PCB板而放弃实验课程，造成学生在学习过程中缺少学习兴趣，毕业后完全没有动手能力，对学到的知识不能巩固，甚至于连纸上谈兵都有所不能。国外线路板制作机虽然已进入国内市场，昂贵的价格使目前缺乏经费的学校和刚刚起步的中国电子行业难以接受。国内电子行业急需一种高效、自动、操作简单、低价的线路板制作机。 

电子线路板制作机的研制思路

由以上所述可知，利用物理过程制作的PCB板具有很高的附着力以及良好的边缘质量，我们经过一段时间的探索发现，应用现代数控技术控制刀具的精确运动，通过高速刀具对空白线路板的切削，完全可以制作出精美的PCB板。同时，可以利用机器的精确运动由程序控制在相应的位置上钻出符合PCB设计要求的孔。 
PROTEL公司是世界上PCB板计算机辅助设计软件最大生产商之一，八十年代已经进入中国市场。由PROTEL所设计的PCB文件格式成为各设计者和线路板厂沟通的桥梁，PCB文件包含了所有的设计者的设计意图，线路板厂可以完全根据PCB文件按图施工。现国内高校很多把PROTEL设计列入专业课程，电子设计大多数采用PROTEL软件完成线路板设计。