11.1PCB手工制作工藝

傳統(tǒng)的PCB手工制作有雕刻法、手工描繪法、油印法、使用預(yù)涂布感光覆銅板法、熱熔塑膜制版法、貼圖法、熱轉(zhuǎn)印法等多種。11.1.1雕刻法用雕刻法制作PCB是一種最簡(jiǎn)單、最直接的方法，只適用于一些小電路實(shí)驗(yàn)板的制作。將設(shè)計(jì)好的線路圖形用復(fù)寫紙復(fù)寫到覆銅板銅箔面，使用鋼鋸片磨制的特殊雕刻刀具，直接在覆銅板上沿著銅箔圖形的邊緣用力刻畫，盡量切割到深處，然后再撕去圖形以外不需要的銅箔，再用手電鉆打孔就可以了。此法的關(guān)鍵是：刻畫的力度要夠；撕去多余銅箔要從板的邊緣開始，如果操作的好，可以成片的逐步撕去，一般使用小的尖嘴鉗來(lái)完成這個(gè)步驟。11.1.2手工描繪法手工描繪法就是用筆直接將印刷圖形畫在覆銅板上，然后再進(jìn)行化學(xué)腐蝕等步驟。使用鴨嘴筆勾畫，具體方法如下：將漆片一份，溶于三份無(wú)水酒精中，并適當(dāng)攪拌，待其全部溶解后，滴上幾滴醫(yī)用紫藥水（龍膽紫），使其呈現(xiàn)一定的顏色，攪拌均勻后，即可作為后續(xù)蝕刻的保護(hù)漆用來(lái)描繪電路板。先用細(xì)砂紙把覆銅板銅箔面打磨光亮，然后采用繪圖儀器中的鴨嘴筆，進(jìn)行描繪，鴨嘴筆上有調(diào)整筆劃粗細(xì)的螺母，筆劃粗細(xì)可調(diào)，并可借用直尺、三角尺描繪出很細(xì)的直線，且描繪出的線條光滑、均勻，無(wú)邊緣鋸齒，給人以順暢、流利的感覺；同時(shí)，還可以在電路板的空閑處寫上漢字或符號(hào)。描繪時(shí)若筆道向周圍浸潤(rùn)，則是濃度太小，可以加一點(diǎn)漆片；若是拖不開筆，則是溶液太稠了，需滴上幾滴無(wú)水酒精予以稀釋。11.1.3油印法把蠟紙放在鋼板上，用鐵筆將電路圖按1:1的比例刻在蠟紙上，并把刻在蠟紙上的電路圖按電路板尺寸剪下，剪下的蠟紙放在待印的敷銅板上，取少量油漆與滑石粉調(diào)成稀稠合適的印料，用毛刷蘸取印料，均勻地涂到蠟紙上，反復(fù)幾遍，印制圖形即可印上覆銅板。這種刻板可反復(fù)使用，適于小批量制作。利用光電謄印機(jī)，可以按照設(shè)計(jì)圖紙自動(dòng)刻制成1：1尺寸的蠟紙。但由于目前很少有人刻寫蠟紙，相關(guān)工具已難以找到。11.1.4熱轉(zhuǎn)印法熱轉(zhuǎn)印法制作PCB的原理：用protel

或其他繪圖軟件，設(shè)計(jì)、繪制PCB圖，將PCB圖形用激光打印機(jī)打印至熱轉(zhuǎn)印紙上，然后將熱轉(zhuǎn)印紙貼在覆銅板上，加溫，使碳粉融化粘到覆銅板上，完成后將熱轉(zhuǎn)印紙除去，在這個(gè)過(guò)程中盡可能多的將墨留在PCB板上而不是隨著紙撕掉；將轉(zhuǎn)印后的覆銅板用三氯化鐵（FeCl3）溶液進(jìn)行腐蝕，由于需要保留的銅箔有墨跡覆蓋，不會(huì)被腐蝕掉，所以當(dāng)旁邊的銅被腐蝕之后，所需要的線路就顯露出來(lái)了，然后鉆孔，將墨層洗掉，打磨，涂上酒精松香水，一塊PCB就制作完成了。在這種方法中，需要使用以下設(shè)備和耗材：

1）一臺(tái)用于產(chǎn)生高精度線路圖形的打印輸出設(shè)備，即一臺(tái)激光打印機(jī)或者一臺(tái)復(fù)印機(jī)，如果使用復(fù)印機(jī)，需要有復(fù)印原稿，原稿可以用激光打印機(jī)或噴墨打印機(jī)打印出來(lái)。

2）一臺(tái)熱轉(zhuǎn)印機(jī)，如圖4-1所示。條件不允許時(shí)也可以用一個(gè)電熨斗替代。

3）覆銅板、熱轉(zhuǎn)印紙、三氯化鐵（FeCl3）。

4）用于鉆通孔的小型視頻鉆床，如圖4-2所示。此設(shè)備也可以用手電鉆替代。激光打印機(jī)熱轉(zhuǎn)印機(jī)機(jī)圖11-2小型視頻鉆床11.1.5預(yù)涂布感光覆銅板法

使用一種專用的覆銅板，其銅箔層表面預(yù)先涂布了一層感光材料，故稱為“預(yù)涂布感光覆銅板”，簡(jiǎn)稱“感光板”。制作方法如下：將電路圖1:1打印在比較透明（薄）的、最少有一面是比較光滑平整的紙上，要鏡象打印在平整的那一面。再將紙的光滑面緊貼感光電路板（用玻璃夾緊），放到太陽(yáng)下照射2～8min，時(shí)間長(zhǎng)短跟太陽(yáng)強(qiáng)弱有關(guān)，陰天可以照射20min左右。注意：以上是透明膠片的參考時(shí)間，用白紙的時(shí)間根據(jù)紙的透光度將時(shí)間再延長(zhǎng)。此過(guò)程一定不要移動(dòng)紙和電路板的相對(duì)位置，并且要貼緊。然后將曝光后的電路板放到顯影藥水中顯影（洗掉不需要的感光劑），留下的感光劑（曝光時(shí)發(fā)生反映的部分）會(huì)阻止其下面的銅箔跟下一步驟中的蝕刻液FeCl3反應(yīng)。此過(guò)程一般需要1～3min。顯影時(shí)間跟曝光程度成反比，如果曝光過(guò)度，顯影時(shí)間就會(huì)很短，曝光不足的話，顯影時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)到10min以上，另外，還跟顯影水的濃度有關(guān)。不過(guò)，盡量曝光不要過(guò)度，寧可顯影時(shí)間長(zhǎng)些，這樣不會(huì)出現(xiàn)失誤，可以保證100%成功。最后經(jīng)過(guò)FeCl3腐蝕，一般需要10～40min左右。由于以上過(guò)程是光直接決定銅箔的去留，所以精度可以做到很高。操作熟練者一般可以30min內(nèi)做出高精度的電路板，熱轉(zhuǎn)印紙也可以打印后用來(lái)曝光，不需要加熱轉(zhuǎn)印過(guò)程，效果要好一些。這種方法從原理上說(shuō)是最簡(jiǎn)單、實(shí)用的方法，但市售的“預(yù)涂布感光覆銅板”價(jià)格稍高，且不易買到。11.2實(shí)訓(xùn)1熱轉(zhuǎn)印法手工制作PCB

1.實(shí)訓(xùn)目的通過(guò)手工制作PCB，了解PCB制作的工藝原理，體驗(yàn)PCB制作工藝過(guò)程，掌握熱轉(zhuǎn)印法手工制作PCB的操作方法。

2.實(shí)訓(xùn)器材及場(chǎng)地要求

1）激光打印機(jī)(全班共用)2）熱轉(zhuǎn)印機(jī)(小組或全班共用)3）蝕刻槽(小組或全班共用)4）小型視頻臺(tái)鉆或手電鉆及鉆頭(小組或全班共用)5）裁板機(jī)(小組或全班共用)6）覆銅板、熱轉(zhuǎn)印紙、細(xì)砂紙1套/人

7）元件盤、鑷子、油性記號(hào)筆1套/人場(chǎng)地應(yīng)設(shè)有上、下水及清洗水槽。3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟按圖11-3所示的工藝流程圖進(jìn)行。

任務(wù)1：設(shè)計(jì)PCB

用portelDXP2004或其他制圖軟件設(shè)計(jì)繪制PCB圖形。也可以直接使用如圖4-4所示的圖形，圖形應(yīng)滿足以下要求并檢查：

1）焊盤尺寸應(yīng)大于75×75mil，線寬不小于15mil，線距定在10mil以上；如果有貼片元件，建議阻容件封裝采用0805，二極管類封裝為3216，三極管類封裝為SOT-23，集成芯片類封裝為SO-14。

2）孔位及尺寸是否準(zhǔn)確。

3）圖形是否完整，有無(wú)短、斷缺陷。PCB圖

任務(wù)2:打印及熱轉(zhuǎn)印圖形

1）用激光打印機(jī)打印設(shè)計(jì)圖形。將設(shè)計(jì)好的PCB圖用激光打印機(jī)打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，打印前確認(rèn)熱轉(zhuǎn)印紙的正反面，打印時(shí)用純色，色調(diào)深一些，注意打印比例一定要1:1，如果是利用portel布線設(shè)計(jì)的雙層板，那么頂層一定要鏡像打印，否則轉(zhuǎn)印出來(lái)就反了。

注意：轉(zhuǎn)印紙為一次性用紙，也不可用一般紙?zhí)娲?/p>

2）裁板與處理。①用裁板機(jī)剪裁大小合適的覆銅板，尺寸最好比圖紙大一些，如果沒有裁板機(jī)也可以用鋼鋸根據(jù)PCB規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的尺寸對(duì)覆銅板進(jìn)行下料。②用挫刀將四周邊緣毛刺去掉。③用細(xì)砂紙將敷銅面打磨光滑，再用洗衣粉或洗滌靈溶液洗凈并用清水漂洗后晾干，清洗后的覆銅板銅面要保持清潔，不要直接用手拿也不要接觸其他物品。

注意:此道工序關(guān)系到轉(zhuǎn)印效果，一定不能省略或馬虎從事。3）將熱轉(zhuǎn)印紙貼到覆銅板上。①將熱轉(zhuǎn)印紙平鋪于桌面，有圖案的一面朝上。②將單面板置于熱轉(zhuǎn)印紙上，有覆銅的一面朝下。③將覆銅板的邊緣與熱轉(zhuǎn)印紙上的印制圖的邊緣對(duì)齊。④將熱轉(zhuǎn)印紙按左右和上下彎折180°，然后在交接處用透明膠帶粘接。4）PCB圖的轉(zhuǎn)印。①將熱轉(zhuǎn)印機(jī)放置平穩(wěn)，接通電源，輕觸電源啟動(dòng)鍵兩秒，電機(jī)和加熱器將同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)。②按下[溫度]鍵，同時(shí)再按下“上”或“下”鍵，將溫度設(shè)定在150℃～180℃之間。③按下[轉(zhuǎn)速]鍵，同時(shí)再按下“上”或“下”鍵，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速比，可采用默認(rèn)值。④當(dāng)顯示器上的溫度顯示在接近設(shè)定溫度時(shí)，將貼有熱轉(zhuǎn)印紙的覆銅板放進(jìn)熱轉(zhuǎn)印機(jī)中進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印。⑤轉(zhuǎn)印完畢，按下[加熱]鍵，工作狀態(tài)顯示為閃動(dòng)的“C”，待膠輥溫度降至100％以下時(shí)，機(jī)器將自動(dòng)關(guān)閉電源；膠輥溫度顯示在100℃以內(nèi)時(shí)，按下[加熱]鍵，電源將立即關(guān)閉。5）轉(zhuǎn)印PCB圖的處理。轉(zhuǎn)印后，待其冷卻后將轉(zhuǎn)印紙輕輕掀起一角進(jìn)行觀察，此時(shí)轉(zhuǎn)印紙上的圖形應(yīng)完全被轉(zhuǎn)印在覆銅板上。如果有較大缺陷，應(yīng)將轉(zhuǎn)印紙按原位置貼好，送入轉(zhuǎn)印機(jī)再轉(zhuǎn)印一次。如果只有較小缺陷，可以用油性記號(hào)筆進(jìn)行修補(bǔ)。圖11-5轉(zhuǎn)印后的效果任務(wù)3：蝕刻1）三氯化鐵（FeCl3

）溶液的配制。①戴好乳膠手套，按3:5的比例混合好三氯化鐵溶液。②將配制的溶液進(jìn)行過(guò)濾。③將過(guò)濾后的腐蝕液倒入快速腐蝕機(jī)中，以不超過(guò)腐蝕平臺(tái)為宜。④準(zhǔn)備一塊抹布，以防止三氯化鐵溶液濺出。2）PCB板的腐蝕。①將裝有三氯化鐵溶液的腐蝕機(jī)放置平穩(wěn)。②帶好乳膠手套，以防腐蝕液侵蝕皮膚。③將“橡膠吸盤”吸在工作臺(tái)上，再將經(jīng)轉(zhuǎn)印得到的線路板卡在橡膠吸盤上，使線路板與工作臺(tái)成一夾角。④接通電源，觀察水流是否覆蓋整個(gè)電路板。如不能覆蓋整個(gè)線路板，在切斷電源后，調(diào)整橡膠吸盤在工作臺(tái)上的位置，以求水流覆蓋整個(gè)電路板。⑤蓋上腐蝕機(jī)的蓋子，接通電源進(jìn)行腐蝕，待線路板上裸露銅箔被完全腐蝕掉后，斷開電源。如果沒有腐蝕機(jī)，可以用其他大小合適的器皿盛裝腐蝕液。將轉(zhuǎn)印有印刷圖形的覆銅板放入器皿中，用鑷子夾住覆銅板輕輕晃動(dòng)，待敷銅板上裸露銅箔被完全腐蝕掉后撈出。

注意：在此過(guò)程中不要離開，以免腐蝕過(guò)度，導(dǎo)致走線變細(xì)或斷裂。3）取出被腐蝕的電路板，用清水反復(fù)清洗后擦干。4）用洗板水洗掉墨粉，或用細(xì)砂紙輕輕打磨掉。任務(wù)4：PCB板鉆孔1）將帶有定位錐的專用鉆頭裝在視頻鉆床(或微型電鉆)上，一般使用0.8mm鉆頭。2）對(duì)準(zhǔn)電路板上的焊盤中心進(jìn)行鉆孔。如果墨粉沒有洗掉，定位錐可以磨掉鉆孔附近的墨粉，形成一個(gè)非常干凈的焊盤。

注意：使用手電鉆時(shí)，鉆頭要垂直對(duì)準(zhǔn)板面，手不要顫抖。最后，配制酒精松香助焊劑，對(duì)焊盤涂蓋助焊劑進(jìn)行保護(hù)。11.3實(shí)訓(xùn)2貼片元件手工焊接1.實(shí)訓(xùn)目的通過(guò)手工焊接貼片元器件，體驗(yàn)SMT工藝過(guò)程，掌握利用電烙鐵焊接貼片0805、0603電阻，SOP-23晶體管，SO-14封裝及LQFP44封裝集成芯片的焊接方法。會(huì)使用熱風(fēng)槍拆焊與焊接集成芯片。2.實(shí)訓(xùn)器材3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟1）利用電烙鐵在焊接練習(xí)板上進(jìn)行手工貼片元器件焊接。2）利用熱風(fēng)槍在廢舊計(jì)算機(jī)主板（或其他PCBA）上進(jìn)行返修練習(xí)（集成芯片拆焊與焊接）。4.實(shí)訓(xùn)所需器材、工具的要求1）焊接練習(xí)板。練習(xí)板上應(yīng)具備0805、0603電阻、0805電容、0805排阻、3216二極管、SOT-23晶體管、SO-14集成塊、LQFP44集成塊焊盤，并設(shè)計(jì)測(cè)試孔。圖11-7焊接練習(xí)板模板

2）電烙鐵和鑷子。電烙鐵和鑷子是手工焊接貼片元器件的基本工具，有條件時(shí)盡量使用恒溫焊臺(tái)或恒溫電烙鐵，使用I形烙鐵頭，頂端要足夠細(xì)。焊接溫度一般控制在300～350℃之間。尖嘴鑷子最好是防靜電的。任務(wù)1：電烙鐵手工焊接貼片元器件1）清潔和固定PCB。在焊接前應(yīng)對(duì)要焊的PCB進(jìn)行檢查，確保其干凈，對(duì)其表面的油性手印以及氧化物之類的要進(jìn)行清除，避免影響上錫。如果條件允許，可以用焊臺(tái)之類的器具固定好PCB，從而方便焊接，一般情況下用手固定即可。2）固定貼片元件。貼片元件的固定是非常重要的。根據(jù)貼片元件的管腳多少，其固定方法大體上可以分為兩種——單腳固定法和多腳固定法。對(duì)于管腳數(shù)目少（一般為2～5個(gè)）的貼片元件如電阻、電容、二極管、晶體管等，一般采用單腳固定法。即先在板上對(duì)其中的一個(gè)焊盤上錫，然后左手拿鑷子夾持元件放到安裝位置并輕抵住電路板，右手拿烙鐵靠近已鍍錫焊盤熔化焊錫將該引腳焊好。圖11-9固定元件3）焊接剩余的管腳。元件固定好之后，繼續(xù)對(duì)剩余的管腳進(jìn)行焊接。對(duì)于管腳少的元件，可左手拿焊錫，右手拿烙鐵，依次點(diǎn)焊即可。對(duì)于管腳多而且密集的芯片，除了點(diǎn)焊外，可以采取拖焊，具體做法是：用毛刷將適量的松香焊劑涂于引腳或焊盤上，適當(dāng)傾斜線路板；在芯片引腳未固定那邊，用電烙鐵拉動(dòng)焊錫球沿芯片的引腳從上到下慢慢滾下，滾到頭的時(shí)候?qū)㈦娎予F提起，不讓焊錫球粘到周圍的焊盤上，如圖11-10所示。由于熔化的焊錫可以流動(dòng)，因此有時(shí)