印制电路板(PCB板)是电子制作的必备材料,既起到元器件的固定安装作用,又起到元器件相互之间的电路连接作用,也就是说,只要有元器件就一定需要PCB板,而PCB板不可能从市场上直接选购,一定要根据电子制作(电子产品)的不同需要单独生产制作。产品生产中的PCB板通常要委托专业生产厂家制作,但在科研、产品试制、业余制作、学生的毕业设计和课程设计大赛及创新制作等环节中只需一两块PCB板时,委托专业厂家制作,不仅时间长(一周左右或更长)、费用高(百元以上),而且不便随时修改。电子制作中如何用最短时间(几十分钟)、最少费用(只需几分钱/cm2)、最简单的办法加工制作出精美的 PCB板呢?下面介绍几种简便易行的方法。
PCB板分单面板、双面板、多层板几种,在业余条件下只能实现单面板和双面板印制板的制作。制作通常要经过几个环节,如图5−2所示。
图5−2 印制电路板手工制作过程
1.设计
把电路原理图设计成印制电路布线图,可在计算机上通过多种PCB设计软件实现。简单电路可直接用手工布线完成。
2.准备覆铜板
覆铜板是制作PCB板的材料,分单面覆铜板和双面覆铜板,铜箔板(厚度有18 μm、35 μm、55 μm和70 μm几种)通过专用胶热压到PCB基板上(基板厚度有0.2 mm、0.5 mm、…、1 mm、1.6 mm等几种规格),如图5−3所示。
图5−3 覆铜板实物图
制作中PCB板厚度根据制作需求选择,常用规格为 1.6 mm,铜箔厚度尽量选择薄的覆铜板,这样腐蚀速度快、侧蚀少,适合高精度PCB板的制作。覆铜板外形尺寸的大小与形状完全根据制作需求而定,可用剪板机、剪刀、锯等工具实现。
3.转印图形
将设计好的PCB布线图(包括焊盘与导线)转印(或描绘)到覆铜板上。本环节要求线条清晰、无断线、无砂眼、无短接,且耐水洗、抗腐蚀。
1)手工描绘法
(1)将设计好的PCB图按1:1的比例画好,然后通过复写纸印到覆铜板上。
(2)用耐水洗、抗腐蚀的材料涂描焊盘和印制导线,可选用油漆、酒精、松香溶液、油性记号笔(必须是耐油性、耐水洗,文化用品商店有售)。
(3)检查无断线、无短接、无漏线、无砂眼后,晾干,待下一步腐蚀。
2)贴图法
(1)把不干胶纸或胶带裁成不同宽度贴在覆铜板上,覆盖焊盘与印制导线,裸露不需要的铜箔;或将整张不干胶纸(或胶带)覆盖整块覆铜板,然后剥去并裸露出焊盘和线条以外的部分。
(2)检查无误,并确认已粘牢,待下一步腐蚀。
3)热转印法
本方法适用于计算机设计的电路板,制作精度高(线宽0.2 mm)、速度快(几分钟)、成本低(几分钱/cm2)、操作方法简单,不受板面尺寸和复杂程度的限制,非常适合电子爱好者的业余制作和学生的课程设计、毕业设计、大赛、创新设计等活动。具体操作如下:
(1)用激光打印机将设计好的图形打印在热转印纸上。注意打印反图。
(2)对覆铜板表面进行处理,去除表面油污。可将覆铜板放入腐蚀液中浸泡 2~3 s,取出后水洗擦干;或用去污粉擦洗。禁止使用砂纸打磨。
(3)将打印出来的电路图附到处理过的覆铜板表面,并用胶带固定,防止转印时错位。
漆图法手工制作印制电路板
热转印法手工制作电路板(www.daowen.com)
(4)将覆铜板放入转印机中,经过加温、加压,3 min后移出。若无转印设备,也可采用家用电熨斗尝试。
(5)待转印好的覆铜板自然冷却后,揭掉转印纸,PCB图形即印到了覆铜板表面上了。
(6)用油性记号笔修补断线、砂眼,检查无缺陷后,待下一步腐蚀。
4.腐蚀
本环节留下覆铜板上的焊盘与印制导线,去除多余部分的铜箔。具体步骤如下:
(1)腐蚀液可自配,能将铜腐蚀掉的化学药品很多,这里推荐两种方便、安全的药液(任选一种,化工商店有售)。
① 三氯化铁(FeCl3)水溶液,三氯化铁和水可按1:2配制。
② 过硫化钠(Na2S2O8)水溶液,过硫化钠和水可按1:3配制。
(2)腐蚀液温度应在40~50 ℃之间,腐蚀时间一般为5~10 min。
(3)配好的溶液放入塑料盒中(可用塑料饭盒),将腐蚀的PCB板线路朝上放入盒内(药液量能淹没PCB板即可)。
(4)用长毛软刷(如排笔)或废旧的毛笔往返均匀轻刷,及时清除化学反应物,这样可以加快腐蚀速度(不能用硬毛刷,以免将导线或者焊盘刷掉)。
(5)待不需要的铜箔完全清除后,及时取出,清洗并擦干。
提示:腐蚀液呈酸性,对皮肤有一定的伤害,建议用镊子操作,并对人体采取防护措施(如戴橡胶手套)。
5.钻孔
将PCB板钻孔,插装焊接元器件。孔径要根据元器件引脚的直径来确定,通常孔径为元器件引脚直径 + 0.3 mm为宜。
(1)钻孔可用台钻或手持电钻,如图5−4所示。
图5−4 钻孔示意图
(2)钻孔时,钻头进给速度不要太快,以免焊盘出现毛刺。
6.表面处理
PCB的“表面”指的是PCB上为电子元器件或其他系统到PCB的电路之间提供电气连接的连接点,如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好,但是暴露在空气中很容易氧化,而且容易受到污染。这也是PCB必须要进行表面处理的原因。
表5−5给出了常见表面处理方法及特性。
表5−5 常见表面处理方法及特性
(1)表面处理成本比较:化镍浸金>浸银>浸锡>热风整平>有机焊料防护。
(2)实际可焊性比较:热风整平>有机焊料防护>化镍浸金>浸银>浸锡。
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