桌面式电路板加工机如何实现PCB制作大众化

April 17, 2024

Fanny Hu

发布于2024-04-18

近年来，对数字工程、快速原型制作、小批量生产和DIY电子制作的需求推动了桌面式电路板加工机的重大创新。这些机器使业余爱好者、研究人员和小规模生产商能够在内部设计、迭代和制造电路板，从而大大缩短了从概念到原型的时间。虽然电路板生产周期是桌面式加工机的主要优势，但在选择这种机器时还是要考虑许多其他因素。成本是一个重要因素，可用于桌面级电路板制造的机器价格从数千美元到数万美元不等。显然，这种成本差异是由不同类别机器的可用功能和底层技术决定的。本文将重点介绍桌面级电路板制造与传统制造技术之间的一些差异，另外还将探讨市场上用于桌面级电路板制造的不同机器类别和数字工具。

桌面级制造与工业级制造

使用桌面式加工机在本地制造电路板有许多优点，当然也有缺点。如果您的电路板布局最初是面向传统电路板制造基础设施而设计的，那么很可能需要进行重大改动。下面我们先来看看使用桌面式加工机制造电路板的一些好处。

原型制作成本低：无需外包给大型制造商，公司和个人只需花费极少的成本即可生产小批量的印刷电路板 (PCB)。
原型制作速度快：迭代周期变短。可以在内部测试和修改设计，无需等待外部制造商。由于缩短了交付周期，因此无需等待发货，也无需处理外部制造商可能造成的延误。
方便：现场机器可以立即调整，并可以减少与第三方制造商沟通所带来的后勤保障挑战。
学习机会：对于教育机构和业余爱好者来说，这些机器可以让他们亲身体验PCB的制作过程，从而加深对这一过程的理解。
控制知识产权：将原型制作流程留在内部，可以保护知识产权和敏感设计不被泄露。
定制：小规模生产允许更高程度的定制，不像大型制造商那样经常受限。

当然，每一项工程决策都有正负两方面的影响。在决定使用桌面式电路板加工机时，应注意诸多差异和潜在的负面影响，包括：

可扩展性受限：桌面式加工机不适合大规模生产。要进行大批量生产，仍然需要大型工业设备或外包。
质量差异：桌面式加工机生产的PCB质量不一定能与工业级专用设备生产的PCB相媲美。
材料限制：桌面式加工机能使用的材料类型有限，或者可能无法针对所有类型的PCB材料进行优化。单面和双面覆铜板FR-1和FR-4是入门级机器最常用的材料。
维护：与所有机械一样，桌面式PCB加工机也需要定期维护，这可能很费时间，而且需要专业知识。
空间要求：虽然这些机器设计用于桌上使用，但仍会占用一定的空间，可能需要特定的环境条件才能达到理想运行状态。
前期投资：尽管从长远来看具有成本效益，但购买机器的前期费用也相当可观。
技能要求：机器的正常运行、维护和故障排除需要培训和经验。
功能有限：根据具体型号，部分桌面式加工机可能不支持先进表面处理等高级功能，无法制作多层PCB，不适合超精密元器件。

可用于桌面级电路板制造的数字工程工具

有多种工程工具适用于桌面级电路板制造，了解它们之间的细微差别有助于您挑选既符合您的需求，又适合您的经济能力的机器。让我们来看看桌面级电路板制造中最常用的几种数字工程工具。

铣床

铣床使用旋转切削刀头在PCB板坯上刻出电路轨迹。最受欢迎的桌面式PCB加工铣床包括Bantam Tools（前身为OtherMill）的桌面式数控铣床和Makera Carvera。这些机器快速、可靠，是生产电路板的理想选择。它们使用方便，可在PCB上铣削出非常精细的导电迹线，适合SMD元器件。铣削作业通常使用FR-1和FR-4覆

PCB打印机

与铣床的减法性质不同，电路板打印机做的是加法，它是将导电油墨沉积到基板上形成电路图案。市场上流行的机器包括Voltera V-One，它不仅能打印PCB，还能分配焊膏和进行回流焊，是一种功能全面的桌面式电路板制造解决方案。BotFactory Squink是另一种创新型PCB打印机，除了打印电路外，它还可以放置元器件和固化油墨，从而在桌面上完成整个电路板生产流程。PCB打印机的主要优点是相当干净，生产过程中产生的碎屑很少。这里提到的机器还提供其他功能，几乎可以一站式生产小批量PCB。PCB打印机的缺点之一是导电油墨可能不如传统的蚀刻铜表现稳定。此外，由于打印头的分辨率问题，迹线和焊盘的精细度受限，可能会使PCB打印机不适合精细度非常高的元器件。

激光蚀刻机和切割机

另一类数控机床包括激光蚀刻机和切割机。虽然激光切割机可能不是专为PCB制造而设计的，但它们既可以用来蚀刻掉PCB上多余的铜，也可以用来切割PCB材料本身。激光技术的最新进展正在使成本不断降低，再加上其超高精细度，激光在PCB生产中正变得越来越受欢迎。激光切割机越来越多地出现在车间的工作台上，可以切割出精细的图案，非常适合制作电路板。LPKF Laser & Electronics和Glowforge等公司提供一系列激光PCB原型机，适用于从简单PCB到射频电路等各种应用。激光技术的主要优点是边缘整齐，精度高，这对于非常精细的元器件和迹线来说是再好不过了。另外，激光还适用于蚀刻和切割任务。不过激光切割机也有缺点，那就是使用激光时明显的安全问题。它需要HEPA级过滤器来快速、安全地排出切割过程中产生的烟雾。激光切割机容易受到蚀刻过程中产生的烟雾的影响，从而影响到质量。最后，与其他方法相比，激光切割机，尤其是大功率切割机，可能更加昂贵。

完整的桌面式PCB生产系统

制作PCB只是战斗的一部分，电子元件必须连接到电路板上才能成为可以工作的系统，最终形成印制电路板 (PCBA)。除了PCB制造硬件外，回焊炉和贴片机也是从PCB到PCBA所必需的设备。一些公司（如Neoden）提供的机器拥有全面的PCBA解决方案，整合了电路板生产流程的多个阶段。Nedoen提供一系列桌面式产品，用于小批量但专业的PCBA制造。Neoden FP2636模板打印机提供可靠、可重复的机制，将焊料涂覆到PCB上。Neoden YY1是一款桌面式贴片机，用于将元器件从卷轴上移到PCB上。最后，Neoden IN6提供回流焊。这些机器组合在一起，非常适合那些不仅想制作PCB，还想涉足完整电路板组装的用户。虽然这些机器是简化了生产流程的一站式解决方案，但它们并非完全不适合专业、严肃的PCB制造，因为它们的成本只有几千美元。不过它们确实扩展了桌面级制造的定义，因为它们往往需要更大的物理和电气尺寸。