电路板是电子电路的载体,任何的电路设计都需要被安装在一块电路板上,才可以实现其功能。而加工电路板,又是业余下令人感到最头痛的事。往往是:半天时间就设计好的电路,可加工电路板却花费了几天的时间。甚至一些很好的电路设计创意,却因为加工电路板太花时间而被迫放弃了实验,无法继续实现。
将原理图转化为电路板,专业厂家的方法是怎样的呢?
正规生产印刷电路板自然与印刷有关,通常采用的是丝网印刷工艺,其基本过程如下:设计版图→描图→晒板(制作印刷底版)→印刷→化学方法腐蚀→清洗及表面处理→印刷助焊、标识、阻焊等层→切割、打孔等机械加工→成品电路版
业余条件下,可以省去“印刷助焊、标识、阻焊等层”的工序,难点在制版和印刷环节上。由于只需要制作少量(一块或几块)电路版,采用正规的制版和印刷工序显然是不经济的,于是就有了各种非印刷,或亚印刷的制作方法。
1、雕刻法
此法最直接。将设计好的铜箔图形用复写纸,复写到覆铜板铜箔面,使用钢锯片磨制的特殊雕刻刀具,直接在覆铜板上沿着铜箔图形的边缘用力刻画,尽量切割到深处,然后再撕去图形以外不需要的铜箔,再打上元件的插孔就可以了。此法的关键是:刻画的力度要够;撕去多余铜箔要从板的边缘开始,操作的好的话,可以成片的逐步撕去,可以使用指甲剪来完成这个步骤。一些小电路实验版适合用此法制作。
还有一种雕刻法指的是用印制板雕刻机来代替人进行雕刻。雕刻的精度和速度都比人工要好很多。
2、手工描绘法
就是用笔直接将印刷图形(原理图)画在覆铜板上,然后再进行化学腐蚀等步骤。此法看似简单,实际操作起来很不容易!现在的电子元件体积小,引脚间距更小(毫米量级),铜箔走线也同样细小,而且画上去的线条还很难修改,要画好这样的板就完全看你的笔头工夫了。
经验是:“颜料”和画笔的选用都很关键。有用红色指甲油装在医用注射器中,描绘电路板,效果不错,但针头的尖端要适当加工;也有人介绍用漆片溶于无水酒精中,使用鸭嘴笔勾画,具体方法如下:
将漆片(即虫胶,化工原料店有售)一份,溶于三份无水酒精中,并适当搅拌,待其全部溶解后,滴上几滴医用紫药水(龙胆紫),使其呈现一定的颜色,搅拌均匀后,即可作为保护漆用来描绘电路板。先用细砂纸把敷铜板擦亮,然后采用绘图仪器中的鸭嘴笔(或圆规上用来画图形的墨水鸭嘴笔),进行描绘,鸭嘴笔上有调整笔划粗细的螺母,笔划粗细可调,并可借用直尺、三角尺描绘出很细的直线,且描绘出的线条光滑、均匀,无边缘锯齿,给人以顺畅、流利的感觉;同时,还可以在电路板的空闲处写上汉字、英语、拼音或符号。描绘出的线条,若向周围浸润,则是浓度太小,可以加一点漆片;若是拖不开笔,则是太稠了,需滴上几滴无水酒精。万一描错了也没关系,只要用一小棍(火柴杆),做一个小棉签,蘸上一点无水酒精,即可方便地擦掉,然后重新描绘即可。一旦电路板图绘好后,即可在三氯化铁溶液中腐蚀。电路板腐蚀好后,去漆也很方便,用棉球蘸上无水酒精,就可以将保护漆擦掉,略一晾干,就可随之涂上松香水使用。
3、帖图法
电子商店有售一种“标准的预切符号及胶带”,预切符号常用规格有D373(0D-2.79,ID-0.79),D266(0D-2.00,ID-0.80),D237(OD-3.50, ID-1.50)等几种,最好购买纸基材料做的(黑色),塑基(红色)材料尽量不用。胶带常用规格有0.3、0.9、1.8、2.3、3.7等几种。单位均为毫米。可以根据电路设计版图,选用对应的符号及胶带,粘贴到覆铜版的铜箔面上。用软一点的小锤,如光滑的橡胶、塑料等敲打图贴,使之与铜箔充分粘连。重点敲击线条转弯处、搭接处。天冷时,最好用取暖器使表面加温以加强粘连效果。张贴好后就可以进行腐蚀工序了。
4、油印法
把蜡纸放在钢板上,用笔将电路图按1:1刻在蜡纸上,并把刻在蜡纸上的电路图按电路板尺寸剪下,剪下的蜡纸放在所印敷铜板上。取少量油漆与滑石粉调成稀稠合适的印料,用毛刷蘸取印料,均匀地涂到蜡纸上,反复几遍,印制板即可印上电路。这种刻板可反复使用,适于小批量制作。提示:利用光电誊印机,可以按照设计图纸自动刻制成1:1尺寸的蜡纸。
5、热熔塑膜制版法
①在打印机上将电路板图按1∶1的比例打印在80克复印纸上。手工绘制也可以,但底纸要平整。
②找一台传真机,将机里的传真纸取出,换上热熔塑膜(据说可以买到)。把电路图放入传真机入口,利用传真机的复印键,将线路图复制在热熔塑膜上。这时印刷电路板的“印刷原稿”就做好了。
③用双面胶带纸将制好图的塑膜平整地贴在敷铜板上。
注意要平整,不能起皱,胶带纸不能遮住熔化部分,否则影响线路板的制作效果。
④用漆刷将油漆均匀地刷在塑膜上,注意:不能往复地刷,只能顺着一个方向依次刷,否则塑膜一起皱,铜板上的线条就会出现重叠。待电路图全被刷遍,小心地将塑膜拿掉。这时一块印刷线路板就印刷好了。待干后,即可腐蚀了。
如要印制多块,可做一个比电路板大一点的木框,将丝网平整地敷在木框上,固定好。再用双面胶带纸将定好影的塑膜贴在丝网下面。将敷铜板放在桌上,合上丝网架(印刷图与敷铜板要左右对齐),用漆刷将漆顺一个方向依次刷好,拿掉网架。印刷电路板就印好了。如有缺陷,可用油漆和竹片修改。
以上过程须注意,刷漆时,手用力要轻重得当,太重漆膜太厚,线条会跑花边,太轻线条会出现断线。塑膜一定要正面朝上。
6、使用预涂布感光敷铜板
使用一种专用的覆铜板,其铜箔层表面预先涂布了一层感光材料,故称为“预涂布感光敷铜板”,也叫“感光板”。制作方法如下:
①单面板的制作:将电脑画好的PCB图,用喷墨专用纸打印出1:1黑白720dpi图纸(元件面),如果用激光打印机输出图纸也可以。取一块与图纸大小相当的光敏板,撕去保护膜。用玻璃板或塑料透明板把图纸与光敏PCB板压紧,在阳光下曝光5-10分钟。用附带的显影药1:20配水进行显影,当曝光部分(不需要的敷铜皮)完全裸露出来时,用水冲净,即可用三氯化铁进行腐蚀了。操作熟练后,可制出精度达0.1mm的走线!
②双面线路板的制作:步骤参考单面板,双面板主要是两面定位要准确。可以两面分别曝光,但时间要一致,一面在曝光时另一面要用黑纸保护。
此法从原理上说是最简单、实用的方法,但因市售的“预涂布感光敷铜板”价格比较高,且不易买到。所以此法还不为多数业余爱好者所认识。
7、热转印法
使用激光打印机,将画好的PCB图形打印到热转印纸上,再将热转印纸有图形的一面紧贴在覆铜板的铜箔面上,以适当的温度加热,转印纸上原先打印上去的图形(其实是碳粉)就会受热融化,并转移到铜箔面上,形成腐蚀保护层。最后是腐蚀、钻孔。这种方法比常规制版印刷的方法更简单,而且现在大多数的电路都是使用计算机CAD设计,激光打印机也相当普及,因此这种方法还比较容易实现。
热转印制作电路板详解
一、 特点
热转印制作PCB与传统方法相比,简单、制作精度高、速度快、成本较低。
二、热转印的设备:
1、一台电脑,装有相应的EDA软件。
2、一台激光打印机或者一台复印机(复印机的话需要有复印原稿,原稿可以用喷墨打印机打印出来)。
3、一台热转印机或一个电熨斗(调温的更好)。
4、热转印纸。
5、油性记号笔一只。
6、三氯化铁或其它的腐蚀剂。
7、腐蚀容器一只。
8、覆铜板一块(单面或双面)。
9、小台钻或小电转一把,配0.5mm~3mm的钻头。
10、钢锯据条一片,木工细砂纸一张,美工刀一把,透明胶。
三、部分工具介绍
1、热转印纸
2、下面是覆铜板,左边的单面,右边的双面:
3、热转印机
操作步骤:
1)通电预热。所有开关均是将上部带红点处按下。
2)温度设定。一般130~140度,大约3分钟预热结束,温控指示灯熄灭。
3)转印。将打印好的图形,贴在已处理干净的敷铜板上,一起送入转印机,稍候片刻,敷铜板将从转印机的后部送出。待板子温度下降后,小心揭
起转印纸的一角,看看图形是否已经都转移到了敷铜板上。
4、腐蚀箱
5、小台钻
6、裁板机
四、制作步骤
1、用EDA软件(protel、power PCB)布线,我这里以Protel为例。由于热转印制版的特点,在布线时要注意以下方面:
[1]线宽不小于15mil,线间距不小于10mil。为确保安全,线宽要在25~30mil,大电流线按照一般布线原则加宽。为布通线路,局部可以到20mil。15mil要谨慎使用。导线间距要大于10mil(0.254mm),焊盘间距最好大于15mil(0.381mm)。
[2]尽量布成单面板,无法布通时可以考虑跳接线。仍然无法布通时可以考虑使用双面板版权保护,但考虑到焊接时要焊两面的焊盘,并排双列或多列封装的元件在toplayer不要设置焊盘。布线时要合理布局,甚至可以考虑调换多单元器件(比如6非门)的单元顺序,以有利于布通。尽量使用手工布线,自动布线往往不能满足要求。
[3]有0.8mm(31.5mil)孔的焊盘要在70mil以上,推荐80mil。否则会由于打孔精度不高使焊盘损坏。
[4]孔的直径可以全部设成10~15mil,不必是实际大小,以利于钻孔时钻头对准。
[5]bottomlayer的字要翻转过来写,Toplayer的正着写。
2、 将PCB图打印到热转印纸上。注意:刚刚的布线,单层板要布到底层,这样在打印时就不用镜像。如果是双层布,那么顶层一定要镜像,不然我们转印出来就反了。
打印操作步骤:“setup Printer——HP LaserJet Final(这个选项是单层打印)——Layers(选择要打印的层)——BottomLayer(这里只要底层,我们选择它),如果是双层,我们在打印TopLayer时点Mirroring在Signal Layers栏选中TopLayers表示镜像顶层。选好后OK确定。在刚刚那个菜单,点击Options在Show hole前面打勾,这个是显示钻孔的。这个打开在我们钻孔时将方便很多。点OK;点Print打印出图。
注1:如在BottomLayer放字符,如学号,要将字符镜像处理一下。具体操作:选中字符,然后按“X”键即可。
注2:打印时要将图形打印在转印纸的光滑面上。
设置打印机:
选择打印设备:
设置打印层:
设置镜像打印:
显示钻孔:
下面是一个打印裁减好的照片:
3、用裁板机或者钢锯据条裁减覆铜板到合适大小,注意在裁减时留点余量,不要小了,用木工砂纸打磨覆铜板四边使边界光滑平整,防止毛刺损坏热转印机。
裁减好的图:
4、 把打印好的转印纸有字的一面平铺到覆铜板有铜的一面。用透明胶固定一个边。要是双面板就比较麻烦了,我们要在四个固定孔上用0.5mm的钻头打孔进行定位,用元件剪下来的元件脚固定四个脚,再用透明胶固定。
下面是固定的照片:
5、 这一步是关键,将转印纸上墨粉通过高温和一定压力转移到敷铜板上形成高精度的抗腐层。
A)使用热转印机。操作步骤:i通电预热。所有开关均是将上部带红点处按下。
ii)温度设定。一般130~140度,大约3分钟预热结束,温控指示灯熄灭。
iii)转印。将第四步处理好的敷铜板送入转印机,稍候片刻,敷铜板将从转印机的后部送出。待板子温度下降后,小心揭起转印纸的一角,看看图形是否已经都转移到了敷铜板上。如果没有好的话还可以把板子在转印机里重新走一遍。
B)使用电熨斗(140度~170度左右,要是用温度计更好)。先加热电熨斗,温度合适时用力压到电路板有纸的一面,不要移动,等有点温度时再移动,移动时电熨斗要顺着固定的那一面滑下去,用点力。熨时速度不要太快,让覆铜板均匀升温,当然也不能太慢,如果太慢铜皮可能和环氧树脂分离,覆铜板报废。电熨斗来回熨上几次。在室温下等电路板冷了再撕纸,注意:慢慢的撕,先撕开一点看看,如果不行我们可以再熨一次。重复上面的动作,直至完成。撕下后看看有没有断线的地方,如果有可以用记号笔补上。好的打印机出现断线的不多。
转印好的照片:
6、用三氯化铁溶液进行腐蚀,FeCl3和H2O的比例一般是3:5。将转印好的敷铜板用塑料夹子夹住一角放入腐蚀箱,要将板子全部浸入腐蚀液中。绑夹子的导线挂在腐蚀箱的壁上。插上气泵和加热器电源以加快腐蚀速度。
下面是腐蚀中的照片:
我们要时刻注意腐蚀的进度,特别是在线宽小的时候,腐蚀刚完成就要马上拿开并冲洗干净。
腐蚀效果:
背面的照片效果:
7、钻孔
钻孔就不用说什么了,一般用0.8mm的钻头,如果要用小的0.5mm也可以,大家可以根据实际的元件管脚大小来选择钻头的直径。打如固定孔这样大的孔时
可以先用小钻头打定位孔,然后再用大钻头扩孔。
打孔后照片:
8、至此,我们的热转印已经完成,后面就是一些清理和焊接准备工作了。
可以用木工细纱纸打磨,把铜箔上的墨粉除去。然后就可以焊接了。成品欣赏
双面板正面双面板背面
单面板
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