【導(dǎo)讀】如果你能夠以低價(jià)格獲得商業(yè)制作的印刷電路板,為什么還要自己去做呢?一個(gè)原因是,你可能需要花1至4周的時(shí)間才能拿到板子。喜歡自己動(dòng)手的人可以用一個(gè)晚上就做好電路板,并完成所有部件的裝配。這個(gè)優(yōu)勢真的很難打破。本文就為大家提供了一個(gè)高質(zhì)量雙面PCB板的全過程,很長哦,分為兩次為大家講解,希望大家有耐心看完哦!
除了時(shí)間因素外,自己制作電路板還有其它原因。商業(yè)服務(wù)根據(jù)電路板尺寸而不是復(fù)雜性進(jìn)行收費(fèi)。較大的板子價(jià)格更高,即使它們整個(gè)是空板。我曾經(jīng)做過一塊很大的PCB,因?yàn)樯厦娴脑仨氶g隔很遠(yuǎn)。這是一塊密度很小的板子,但即便是交給最便宜的商業(yè)廠家去做,費(fèi)用也非常昂貴。
但是話說回來,真正的原因并不是節(jié)省時(shí)間或金錢。如果“搭建你自己的”這個(gè)詞語不能令你感到興奮,那么就不要再讀下去了。搭建一個(gè)電路板可能不需要花兩個(gè)整周的時(shí)間,但也要花許多個(gè)小時(shí)。就像每件事一樣,都有一個(gè)學(xué)習(xí)曲線。第一次不能正常工作很常見。記住,我們是在討論搭建一塊接近專業(yè)質(zhì)量的電路板,而不只是堆在一起檢查電路功能的東西。如果這個(gè)過程本身是一件不愉快的經(jīng)歷,那么就不值得節(jié)省下來的任意時(shí)間或金錢。人們自己搭建而不是購買的理由是他們喜歡學(xué)習(xí),喜歡讓新的技巧變得更加完美。如果你十分注重細(xì)節(jié),有許多耐心,對(duì)手工技藝引以為豪,那么自己動(dòng)手做PCB也許就非常適合你。
下面介紹細(xì)節(jié)……
激光打印碳粉轉(zhuǎn)印方法
對(duì)家庭制作者來說,激光打印碳粉轉(zhuǎn)印方法是至今最容易也是可以獲得最高質(zhì)量的一種方法,甚至比預(yù)涂感光板的紫外光照射法還好。個(gè)中的原因需要做些解釋。PCB制造商使用光致抗蝕劑紫外光照射方法,這種方法使用光繪(不是激光打印)模板。光繪分辨率可以超過50000DPI,而激光打印機(jī)最多也只能達(dá)到2400DPI。為了利用光繪模板的優(yōu)勢,你需要一個(gè)非常均勻的紫外光源和強(qiáng)大的對(duì)齊能力,這個(gè)要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通家庭作坊的負(fù)擔(dān)。使用紫外光的大多數(shù)家庭制作者會(huì)使用激光打印機(jī)生成幻燈片,然后使用這種幻燈片作為模板去曝光涂有光致抗蝕劑的電路板。這種方法不是很管用。為什么呢?激光碳粉對(duì)紫外光不是完全不透明,因?yàn)樗写罅康尼樠邸W贤夤獠ㄩL只有365nm,因此很難密封這些針眼,使得它變得不透明。加上薄膜中的光學(xué)衍射和散射,不難見到生成的圖像比原始打印圖更差。另一方面,碳粉的直接熔化并不受任何這些效應(yīng)的影響。我可以用碳粉轉(zhuǎn)印方法得到5mil的線,這與任何商用PCB服務(wù)幾乎一樣好。
現(xiàn)在讓我們回到碳粉轉(zhuǎn)印方法上來。這種方法要求涂覆有脫模劑的專用紙。表面上看,某些光面紙也可以用,但最好是從www.pcbfx.com買一些貨真價(jià)實(shí)的專用紙,也可以從Mouser和Digikey等主要折扣店買到。每張紙大概1美元。你還需要層壓機(jī),亞馬遜報(bào)價(jià)大概在90美元左右。一些人用過電熨斗,但層壓機(jī)的溫度和壓力可以產(chǎn)生好得多的一致性結(jié)果。
碳粉轉(zhuǎn)印成功的關(guān)鍵是找到一個(gè)好的打印機(jī)。這是極有技巧的部分,因?yàn)榇蛴C(jī)從一個(gè)品牌到另一個(gè)品牌似乎存在巨大的差異,不管宣傳的DPI分辨率是多少。你需要做一個(gè)細(xì)線測試圖案,并試著在不同打印機(jī)上打印,然后用顯微鏡進(jìn)行檢查。我們要尋找的是線中高密度的碳粉覆蓋率、干凈的空白區(qū)域和正確的線間距。我辦公室里價(jià)格很高的惠普打印機(jī)在顯微鏡下看到的是一個(gè)奇差無比的結(jié)果。下圖顯示了這個(gè)打印機(jī)打印出來的間距為5mil、線寬為5mil的線。注意空白處的碳粉斑點(diǎn)和兩根并到一起的線。
辦公用品商店的打印服務(wù)是做試驗(yàn)的好地方,因?yàn)檫@些打印機(jī)維護(hù)得都比較好。在經(jīng)過一些嘗試后,我發(fā)現(xiàn)Officemax店的打印機(jī)效果相當(dāng)好。它是一臺(tái)施樂公司的Workcentre 5775打印機(jī)。只需支付1頁10美分,我就能得到相當(dāng)好的結(jié)果。
圖1:惠普(HP)Laserjet 600 M601(5mil的線寬和間距——顯微鏡圖像)。注意空白處的碳粉斑點(diǎn)和兩條并在一起的線。
圖2:施樂(Xerox) Workcentre 5775(5mil的線寬和間距——顯微鏡圖像)。這是一張好得多的打印圖。
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碳粉轉(zhuǎn)印
切割出來的FR-4雙面包銅板尺寸至少要比設(shè)計(jì)外形大半英寸。多出的空間主要方便電路板的操作。對(duì)電路板的邊沿進(jìn)行倒角,清潔電路板,然后將打印紙面朝上用
膠帶紙固定在電路板上。沿著板的邊沿至少鉆3個(gè)孔。這些孔用于對(duì)齊目的,應(yīng)該預(yù)先在電路板版圖上設(shè)計(jì)好??自叫≡胶谩N矣玫氖?80鉆頭。然后拿掉紙,用百潔布擦洗電路板,直到銅發(fā)亮嶄新后,再用丙醇擦試。不要用水去擦試,因?yàn)楹芗?xì)的銅顆粒將立即氧化,并粘附在電路板上,形成難看的殘?jiān)?。最后,用不起毛的布擦試。市場上銷售的用于清潔眼鏡的藥巾也適合做這個(gè)用途。等到電路板完全干燥和干凈后,將一張打印紙面朝下放在電路板上,并用小的別針或?qū)Ь€將它們與以前鉆的孔對(duì)齊。我使用10mil的線。仔細(xì)將紙沿著板子邊沿用膠帶固定到電路板上。聚酰亞胺膠帶要好于透明膠帶,因?yàn)樗苋淌軐訅焊邷?。然后將電路板翻轉(zhuǎn)過來,對(duì)另一面做同樣的操作。
圖3:對(duì)齊后的碳粉轉(zhuǎn)印紙。注意用于對(duì)齊的小細(xì)線。
最好一次做一面碳粉轉(zhuǎn)印。但這樣做確實(shí)會(huì)導(dǎo)致更多的問題。紙和板的膨脹系數(shù)不同,因此在加熱條件下膨脹幅度不同,如果我們一次做一面,很難做到正確對(duì)齊,特別是大板子。
將層壓機(jī)開機(jī),經(jīng)過大約15分鐘后達(dá)到全熱狀態(tài)。然后從全部4個(gè)邊的方向送板子進(jìn)去。我們不能認(rèn)為頂面和底面會(huì)同等加熱,因此最好將板子翻過來,再送4次。也就是說總共送8次進(jìn)層壓機(jī)。結(jié)束后在空氣中冷卻一會(huì)兒,再朝紙上噴一些水。脫模劑應(yīng)變得具有活性,不用費(fèi)力那些紙就能自己分開來。然后將膠帶小心的撕下來,將紙丟掉。將電路板放在干凈的自來水中沖幾分鐘。這一步很重要。我們必須徹底清除粘在碳粉轉(zhuǎn)印紙上的脫模劑,否則它會(huì)影響下一步密封材料的粘貼。
圖4:總共送8次電路板進(jìn)層壓機(jī)(每個(gè)方向兩次,先送一面,再送另一面)。
圖5:成功的碳粉轉(zhuǎn)印。
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密封材料
碳粉有許多氣孔,如果不使用密封材料的話會(huì)在銅線中產(chǎn)生凹點(diǎn)。密封材料進(jìn)入這些氣孔后,可以做成更好的蝕刻掩模板。密封材料采用大片形狀,看起來非常像老式的復(fù)寫紙,只是顏色是綠色的。它們可以從出售碳粉轉(zhuǎn)印紙的相同地方買到。將綠色薄膜包裹住電路板,在保持伸展的情況下用膠帶固定住,不要讓它折疊或起皺。然后像以前一樣送進(jìn)層壓機(jī)8次。最后去除膠帶,將綠色薄膜剝掉。
圖6:將安裝了密封薄膜的電路板再送進(jìn)層壓機(jī)8次。
圖7:將密封薄膜剝除。
這一步過后會(huì)在電路板上留下多余的密封材料。電路板上的線可能看起來像并在一起或很臟,特別是在非常窄的走線之間。在我前面幾次嘗試中,我錯(cuò)誤地認(rèn)為這一步失敗了,甚至決定從頭再來。事實(shí)上,這是非常正常的現(xiàn)象,多余的密封材料很容易清除。
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買一卷3M的潔凈遮蔽膠帶,將它粘貼到電路板的兩個(gè)整表面。用一個(gè)復(fù)印滾筒或有力的指壓將它牢牢粘貼到走線中。然后將膠帶撕掉。這樣就能去除不在原始碳粉表面的所有多余密封材料。這一步也會(huì)讓你相信,碳粉和密封材料非常牢固,不是那么容易就能擦除掉。
圖8:用遮蔽膠帶去除多余的密封材料。
圖9:撕掉膠帶就能帶走多余的密封材料。
圖10:在遮蔽膠帶撕掉后。
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下面的顯微鏡圖像顯示了沒用膠帶和用了膠帶后5mil測試圖案的差別。效果是很顯著的,因此這是不可錯(cuò)失的重要一步(我還沒在其它地方看到過這一步)。
圖11:這是碳粉轉(zhuǎn)印后的圖像(5mil線-顯微鏡圖像)。
圖12:這是應(yīng)用密封薄膜后的圖像(5mil線-顯微鏡圖像)。注意在間隙和合并的線中存在的多余密封材料。
圖13:在應(yīng)用遮蔽膠帶后,所有多余的密封材料都被清除了(5mil線-顯微鏡圖像)。
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下圖顯示了碳粉上的密封材料效應(yīng)。
圖14:碳粉本身含有大量極小的空隙。
圖15:在應(yīng)用密封材料后,所有空隙都被封住了。
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修補(bǔ)
接下來要仔細(xì)檢查走線中是否有任何斷點(diǎn)和針孔。這些斷點(diǎn)和針孔很容易用精細(xì)的記號(hào)筆加以修繕。記號(hào)筆的墨水似乎與蝕刻劑結(jié)合得非常好。
圖16:用記號(hào)筆修補(bǔ)少量缺陷。
蝕刻
現(xiàn)在電路板可以進(jìn)行蝕刻了。我使用的是氯化鐵,雖然也有腐蝕性較低的其它材料。為了不發(fā)生濺溢、混亂或廢氣,可以使用密封塑料袋進(jìn)行蝕刻。將電路板放入袋中,然后倒入一些蝕刻劑,封好袋口。為了防止滴漏,我在外面又套了一個(gè)袋子。將它放在平坦的桌子上,使用復(fù)印滾筒將液體鋪開,使電路板的所有部分都濕潤到。隔一分鐘將袋子翻轉(zhuǎn)一次,再使用滾筒輕壓另一面。蝕刻時(shí)間主要取決于溫度,因此用電吹風(fēng)可以顯著加快蝕刻速度。透過塑料袋應(yīng)能夠清晰地看到電路板,因此在完成蝕刻之前無需拿出來。等到蝕刻完成后,打開塑料袋,戴上手套取出電路板,將板子放在一疊紙巾上,擦掉化學(xué)物質(zhì)。然后在自來水中徹底清洗干凈。使用這種方法的話,整個(gè)蝕刻過程不會(huì)濺出一滴化學(xué)液體。
蝕刻完的廢液應(yīng)倒入瓶中并得到正確的廢棄處理。這種水有極強(qiáng)的腐蝕性,千萬不能直接倒入地漏中。
圖17:用密封袋進(jìn)行蝕刻。
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圖18:蝕刻板。注意記號(hào)筆墨水仍然非常完整。
清除墨粉
現(xiàn)在可以用丙酮等溶劑清除墨粉/密封材料了。但不要錯(cuò)誤地使用浸過丙酮的毛巾去擦試電路板。這樣做將不可挽回地將墨粉弄進(jìn)電路板,使電路板非常難看。相反,要將整塊電路板浸到丙酮桶中,等待2至3分鐘的時(shí)間使之滲透到墨粉中,在仍浸潤于丙酮之時(shí),使用軟鬃毛刷子將墨粉脫離電路板。在將所有墨粉完全從電路板分離之前,不要將電路板從丙酮液中拿出來。有些墨粉可能仍然粘在電路板上,但這似乎是無法避免的。
圖19:在清除墨粉之后。
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圖20:在清除墨粉之后(特寫)。
絲印
這一步是將一些標(biāo)記和文字印到電路板上,不過不是用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法,而是用同樣的墨粉轉(zhuǎn)印技術(shù),利用以前鉆好的對(duì)齊標(biāo)記將圖案打印到電路板上。因?yàn)樵诮?jīng)過銅蝕刻后表面不是完全平坦,位于銅箔邊緣的一些圖案將無法正確轉(zhuǎn)印。為了盡量減少問題,設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能避免跨越蝕刻區(qū)的邊界。
圖21:印上絲網(wǎng)文字。