快速制作PCB中的秘密

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作者: 卓晴,来源:TsinghuaJoking

简 介: 如果你是一个急性子的电子狂热者,那么快速PCB制作是一个可以让你把硬件开发变得和软件开发一样容易的技术。掌握它,可以事半功倍,抚平你那躁动的狂野心灵。

01 提问

卓老师,我想问哈。可以给我们做一期关于:如何快制作pcb板。这样更有利于节能组测试。

图1.1  通过快速制版进行MM32F3277的测试

图1.1 通过快速制版进行MM32F3277的测试

02 快速制版

一、快速制版简介

 关于快速制版的话题,我在之前的微信推文中已经详细介绍过多次。快速制版的方法很多比如:

1、机械雕刻

  这种方法就是使用物理雕刻的方法,将PCB板上的引线和焊盘与不要的敷铜分离开来。当然,如果没有这样高昂专业设备,也可以使用美工刀自行刻画,对于一些非常简单的电路还是可以的。

图2.1.1 用于快速制版的雕刻机
▲ 图2.1.1 用于快速制版的雕刻机

  特殊情况下,也可以通过高功率激光来对PCB铜层进行雕刻,这适应于一些特殊基材电路板,比如陶瓷基材PCB、铝基材PCB的制作等。

2、化学腐蚀

  这一大类方法所采用的原理与传统的PCB生产工艺类似,都是在PCB的敷铜面上,通过曝光、热转印、喷墨打印、油笔手绘等方式将需要保留的焊盘和引线覆盖住,然后再使用化学腐蚀的方法将其余的敷铜去掉,从而形成可以使用的PCB。

图2.1.2 通过三氯化铁腐蚀电路板
▲ 图2.1.2 通过三氯化铁腐蚀电路板

其中:

  • 曝光方法: 需要专用预涂抹感光胶的PCB板,使用紫外线灯完成曝光。之后还需要经过显影和腐蚀两个步骤才可以获得电路板;

  • 热转印方法: 只需要通过激光打印机将PCB线路图打印在热转印纸上,然后通过特定的热转印机将墨粉固定在PCB覆铜层上,经过腐蚀便可以获得所需要的电路板;

  • **喷墨打印:**是需要特殊改造的 喷墨打印机[1] ,将线路直接在PCB上进行打印;

  • 油笔绘制: 最简单,只需要使用普通的油性标记笔,再加上心灵手巧的绘制,便可。

Epson R800改造后的喷墨打印机在PCB上打印电路图
▲ 图2.1.3 Epson R800改造后的喷墨打印机在PCB上打印电路图

  绘制电路图也可以使用步进电机带动油笔在电路板上完成电路的绘制。

利用步进电机在电路板上绘制电路图
▲ 图2.1.4 利用步进电机在电路板上绘制电路图

3、粘贴电路

  对于一些引线比较简单,通过电流比较大的电路,可以通过铜箔胶带进行粘贴。

使用铜箔粘贴形成的测试电路
▲ 图2.1.5 使用铜箔粘贴形成的测试电路

  下面是来自 西瓜视频中Love机械电子[2] 中的一些通过粘贴铜箔简易制作方法所制作的实验演示电路:

1

2

3

4

5

4、导电墨水

  这是在墨水中加入一些纳米银粒子,使得墨水可以快速变干并导电,形成导电的金属薄膜。在此基础上可以形成所需要的电路。

导电墨水
▲ 图2.1.6 导电墨水

  这种方式所形成的电路的优点就是可以在任何物体表面形成所需要的电路,但线路的宽度比较大,而且线路的电阻较大,适合于一些简单的控制信号电路制作。

导电墨水形成的电路
▲ 图2.1.7 导电墨水形成的电路

5、空中楼阁

  实现电路的最高境界,那就是没有电路板的电路。实际上在早期的电路制作中,由于电子元器件的个头都比较大,电路则使用引线直接在元器件管脚之间进行焊接的。现在的器件比比较小,在特殊的情况下,去除电路板可以大大缩小电路的体积的。

  下图展示了利用橡皮泥固定,将八个表贴器件焊接形成双电机驱动电路。

直接表贴器件焊接形成微小的双电机驱动电路
▲ 图2.1.8 直接表贴器件焊接形成微小的双电机驱动电路
无电路板的电路
▲ 图2.1.9 无电路板的电路

  下面的这个电路看起来好像没有电路,实际上它是玻璃基板的电路。是有电路板的。

玻璃基板的电路
▲ 图2.1.10 玻璃基板的电路

二、我喜欢的快速制板

1、为什么喜欢热转印?

  在我的工作中,我所喜欢的快速制板方法,还是利用热转印方法。它不仅制作起来非常快速,基本上可以在 一分钟之内完成电路板制作[3] ,而且所需材料非常便宜。

  • 激光打印机;
  • 热转印纸;
  • 热转印机;
  • 腐蚀液:盐酸和双氧水;
  • 单面覆铜板;

  其中热转印机的价格也非常便宜,只有几百块钱。其它的耗材都是可以很容易获得的。

热转印机
▲ 图2.2.1 热转印机

  正是这种方法的快捷,满足了急性子工程师们的需求。具体制作方法,可以参见以下链接:

  • 一分钟制版法[4] :https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104120559
  • 一分钟制版之后[4] : https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104133981
热转印一分钟制板方法
▲ 图2.2.2 热转印一分钟制板方法

2、快速制版中的小秘密

  为了即省时,又能够获得高精度的电路板,其中有一个小秘密,也就是可能大多数制作PCB的人往往忽略的。那就是采用覆铜层薄的PCB进行电路板的制作。

  在 电路板减肥-使用减铜后PCB在热转印制版中的效果[5] 对于不同敷铜厚度的PCB制作电路板的效果进行了对比。可以看到经过减铜之后的薄PCB可以实现线宽4mil的电路制作。这已经达到了普通PCB生产工艺的标准了。

一分钟制版所获得到的电路
▲ 图2.2.3 一分钟制版所获得到的电路

  当然,为了达到双面板的效果, 灵活使用0 Ω[6] 电阻是一项经验与灵感融合的办法。

总结

  如果你是一个急性子的电子狂热者,那么快速PCB制作是一个可以让你把硬件开发变得和软件开发一样容易的技术。掌握它,可以事半功倍,抚平你那躁动的狂野心灵。

参考资料

[1]喷墨打印机: http://www.pabr.org/pcbprt/pcbprt.en.html
[2]西瓜视频中Love机械电子: https://www.ixigua.com/home/86386584522/?source=pseries_author&list_entrance=pSeriesWatch
[3]一分钟之内完成电路板制作: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104120559
[4]一分钟制版之后: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104133981
[5]电路板减肥-使用减铜后PCB在热转印制版中的效果: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/117532847
[6]0 Ω: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjQyNjc2NQ==&mid=2452226536&idx=1&sn=7140c7c625cdb8ac3a3c98fe02ee866f&chksm=876eef8ab019669c5f3357d6e4518ce37a132c6627a2e96f6f101a615c8c502d9cebb9397233&token=683338789&lang=zh_CN#rd

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