为什么要引进样品电路板快速制作系统 - 全文

一.为什么需要革新样品板制作机制

当前，电子技术正在以超常的速度发展，在2000年，世界电子产品市场将首次越过万亿美元大关。在这个飞速发展的市场上，在性能价格比不断攀升的同时，产品周期变得越来越短，平均只有二年时间。我们只是知道，现在我们刚刚到手的产品，再过两三年，肯定会过时；而两三年后究竟使用什么东西，今天的我们却无从知晓。

这种发展趋势必然会对电子设计师形成压力，几年前，一个产品从构思到推向市场往往有六个月至八个月的时间，而现在，更为复杂的的工作则需要在几周内完成。

面对挑战，必须在两方面进行革新：一方面在设计本身，另外一方面在于样品制作。

在电路设计方面，EDA（Electronic Design Automation-电子设计自动化）系统已经从本质上改变了电子产品的设计手段。用EDA进行设计，既能大幅度缩短产品开发周期，又能充分发挥设计师的经验、智慧和个性。目前，EDA系统的功能和价值已经被接受，计算机设计系统已经成为电子开发部门的基本配置，越来越多的计算机系统跃上了电子设计师的工作台，越来越多的中国的电子设计师和国外的同行一样，分享到了EDA这一现代化工具带来的益处，EDA技术已经/正在为我国电子业的发展作出了/着巨大贡献。

然而，在另外一方面，样品制作仍然沿袭传统，在某种程度上抵消了计算机设计系统带来的进步，已经成为研发活动中的瓶颈。

在电子、微电子行业，电路板的设计、制作是产品研发过程中最关键的环节。因为大多数元件、器件、集成电路在市场上都可以采购到，唯有电路板必须根据不同的产品去量身设计和制作。即使是同样功能的产品，甚至即使是相同的电路，不同的设计师，不同的公司，电路板也绝不相同，可以说：公司的、设计师的、产品的特性都会在电路板上体现。电子产品的竞争，一方面是产品的性能、价格的竞争，另一方面是推向市场时机和风格特性的竞争。这两方面，实质上都与电路板研发密切相关。

在电子行业，大部分工程师都知道样机阶段的时间紧迫性，在新产品即将推向展览会、即将参加鉴定会、即将向用户提供样机之际，常常需要夜以继日的设计、调试，修改，再设计，再调试。这时候，时间单位以小时计。长达数天甚至数周的样品电路板制造周期根本不能也不可能接受。 电路板之所以被称之为印刷电路板，就是因为其制造技术援引了印刷技术。类似印刷技术，印制板技术非常适合大批量生产，但是很不适和样品电路板制作。在普通的电路板生产厂中，即使只是一块电路板，即使电路板厂专门为这快板提供绿色通道，也同样需要进行数据准备、光绘制版，数控数据采集及数控钻孔，孔金属化，贴膜、曝光、显影，电镀锡铅合金，退膜，腐蚀……。如此多的过程，如此复杂的技术，自然需要周密的生产组织，也自然需要从容的时间。毫无疑问，这样的机制，不适合提供快速灵活样品板服务。

在注重速度和创新的今天，在大多数产品的研发阶段，仍然是把样品板的定单下给电路板厂。从和PCB厂家接触交接设计文件开始，到拿到电路板，通常都需要几天到一周，甚至数周时间。电子设计师在在这段时间里只能放下这个项目而进行新项目的开发设计，待样品电路板送来后只能放下现在的新项目转而进行上一个项目，这样所有项目都陷入了停停走走的泥潭中，不利于设计师灵感的发挥，更不利于项目的进行。

很显然，单单从速度方面，传统的样品板机制就不能适合研发阶段对供货时间的要求，市场渴望全新的样品板制作系统。

二、发展中的电子技术对样品板制作机制的要求

电子技术的发展有三个重要的趋势，一是设计、制造周期大幅度缩短；二是持续不断地小型化；三是越来越注重对环境的影响。计算机设计系统和制造技术是实现这样的技术进步的主要推动力。样品电路板制作系统必须适应这三个趋势，才会与EDA系统相匹配，成为不断推动技术创新的两个车轮。

首先，适合当代电子技术发展的样品板制作系统应该具备方便、快捷制出电路板的能力。只有这样，设计师才有可能把握住每一种可能，争取每一分优势。应用这种系统，电子设计师应该在EDA系统上设计出电路板后，不需要烦琐的数据交接、传递，马上可以从CAD数据得到电路板，立刻可以安装元件试验设计结果。特别是一个设计方案需要反复修改，或有多种实现途径时，必须可以象绘图、打印一样方便的得到电路板。只有这样，才不至于冷落设计师的创造激情，才可能捕捉稍纵即逝的灵感。相反，如果一两周甚或一两个月后才得到电路板，则可能连设计师本人兴趣都会打折扣，无形之中消耗创新的动力。

其次，样品板制作系统必须适合新一代的封装技术。若要产品不断翻新、出众超前，不仅仅需要前瞻的意识，更需要勇占潮头的实力。小型、精细是电子技术永恒的话题。人们使用的电子产品，包括手机、呼机、笔记本电脑等等必然会朝着更轻、更小、功能更强大的方向发展。半导体制造商早早就开始了这样的赛跑。SMD元件已经成为市场的主流产品，不用宽度在100μ和200μ之间的导线就无法实现这些元件管脚间的电气连接。这样精细的电路板必须用先进的装备，精心操作，才可以制造。即使对于一流的专业PCB厂，也是一个挑战；对于装备一般的厂则会是心有余而力不足，常常出现导线边缘不整齐、似断似连或绝缘间距过小的现象，影响产品性能和研发的质量。

基于此，样品电路板制作系统必须具备制作高精度、细导线、采用SMD技术电路板的能力。只有这样，设计师才可以不受封装和样品PCB精度的限制，随心所欲的选择元器件，才能与EDA技术相一致，让采用新一代封装的、功能更强劲的半导体元器件在新产品中有用武之地。

最后，制作样品板时不应该造成环境与经济负担，让科技、人与自然和谐发展。这样的制作系统，应该象示波器，EDA系统一样，成为电子实验室中必备的工具，由设计师驱使。而普通的电路板生产方法并不适合样品电路板的制作。众所周知，印制电路板的生产有腐蚀、孔金属化、电镀等等多种化学处理过程，大量使用酸、碱、有机物等化学材料。其中有致癌物质甲醛，有不可以降解物质如EDTA和有机添加剂，有含金属废液和污泥等等。这些物质都会对环境造成极大的负担。

与此同时，因为生产工艺复杂，生产机制不适合单件生产，不适合电子人员使用。 由此可见，样品板制作系统应该采用不同于传统工艺的新方法。最好实现所见即所得、立等可得，并且在功能、精度上达到或超过传统工艺；另一方面还要不污染环境并降低制作成本；同时还应该小巧紧凑，易于操作。

三.LPKF的样品电路板快速制作系统适合电子工业发展的要求

自从1976年以来，LPKF公司的电路板刻制机问世以来遍销世界各地，已达9000多台，LPKF籍多年经验，在电路板刻制机系列产品最新技术开发上一直是独占螯头。作为行业的主导者，拥有IBM，Motorola，AT&T，Daimler-Chrysler，尼桑Nissan，奥迪Audi，SEL，Bosch，西门子Siemens和日立Hitachi等众多用户。

德国LPKF用于电子实验室的快速PCB制作系统是一套计算机辅助制作系统，与电子CAD/EDA系统相配合，构成了独立完整的计算机设计与验证体系。

这套系统就象绘图机一样小巧紧凑，操作简单，与设计PCB的计算机通过串口连接，可以在十来分钟作出单面板，1-2个小时作出双面板，8-12小时左右作出多层板，设计思想立即得到验证。这种设备就象计算机、EDA软件一样是现代电子设计环境中不可缺少的工具。

该系统与传统的电路板生产过程/工艺不同，对环境无污染，无需光绘、化学镀铜、贴膜腐蚀等投资高、占地大、污染严重的工序。

电路板刻制机随机软件直接读取设计数据，经过自动计算以后计算机直接驱动电路板刻制机在电路板基材上钻孔；用高速旋转的机械铣刀沿导线和焊盘铣掉不需要的铜箔，形成线路和焊盘；用外型铣刀将小的电路板从基材上铣下来。该系统的随机CAM软件与刻板机一起简化了整个PCB生产工艺，使得电子人员无需了解电路板复杂的生产过程和工艺。整个工艺环保、操作简单。

操作人员无需有专业的电路板制作知识和经验，经过简单的培训即可操作。

采用了专用刀具，配合刻板机的高精度体系，使得在实验室内作出线宽/间距为0.1mm/0.1mm，孔径为0.3mm的样品电路板成为可能。如此细的线宽和间距和小的孔径使得高密度的布线成为可能，这样可大大缩小电路板的尺寸。

应用范围广，快速板系统不仅可以制作普通基材FR-4、FR-3电路板，而且还能加工微波和射频电路板，采用专用刀具处理Teflon、RT/duioid微波板基材，线路侧壁陡直，精度高。

为适合不同密度的电路板，LPKF开发出了三种不同的孔金属化方式，可归结为物理孔金属化方式和化学孔金属化方式。物理孔金属化完全避免了化学药液的存在，适合于底、中密度的电路板。

化学孔金属化方式采用了先进的直接电镀工艺，仅用四步化学药液处理即可完成孔的导通。所有化学药液不含对人体有害的HCHO（甲醛）、铅、EDTA等物质，所有药液均可生物降解。药液在使用过程中不挥发，不可进行排放、全封闭处理，所以对环境无污染，符合欧洲环保要求。药液无需维护、分析、添加。可连续使用一年。

简单、小巧的压板机的存在使得在实验室内制作多层板成为可能（可作到6层）。制作多层板的层压设备采用程序化设计，操作简单。对于操作者来说无需有多层板制作知识和经验，只需输入所要压制的多层板的尺寸即可。 投资少，制作成本底是LPKF快速板系统的另一显著特征。

SMD安装系统是LPKF系列设备之一，配上它，您就有一套全新的电路板制作方案。裸板制作好了，电路板仅仅完成了一半，还需要安装元件。SMD安装系统正是利用表面贴装技术来完成SMD工艺过程，从面实现样品电路板的全套生产。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。 足不出户完成样品的设计、制作、元器件安装，是LPKF快速板系统为您提供的解决方案。

四.前景展望

LPKF样品电路板快速制作系统有很大的实用性。就象EDA软件一样，是电子工程师们方便、快捷的辅助工具，在电子设计过程中起着越来越重要的作用。在新产品的设计开发阶段，利用快速板系统方便、快捷的特点可以大大提高工作效率。在故障分析，和改进设计阶段，该系统更体现出充分的灵活性。 创新、环保、质量—是我们的理念。相信LPKF的样品电路板快速制作系统以其方便、快捷、高精度、环保的特点会越来越受到中国电子工程师的欢迎，也必将会向EDA软件一样给中国的电子工程师带来益处。