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电路板制作原理与结构!自制电路板最常用的五种方法比较

出处:电子发烧友 发布于:2019-05-17 13:54:12 | 126 次阅读

  电路板(Printed Circuit Board,简称PCB),又称线路板、PCB板、铝基板、高频板、超薄线路板、超薄电路板、印刷(铜刻蚀技术)电路板等,是重要的电子部件,是电子元件的支撑体,是电子元器件线路连接的提供者。传统的电路板,采用印刷蚀刻阻剂的工法,做出电路的线路及图面,因此被称为印刷电路板或印刷线路板。由于电子产品不断微小化跟精细化,目前大多数的电路板都是采用贴附蚀刻阻剂(压膜或涂布),经过曝光显影后,再以蚀刻做出电路板。
 

  电路板原理—结构
  电路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界等组成。常见的板层结构包括单层板(Single Layer PCB)、双层板(Double Layer PCB)和多层板(Multi Layer PCB)三种。各组成部分的主要功能如下:
  焊盘:用于焊接元器件引脚的金属孔。
  过孔:有金属过孔和非金属过孔,其中金属过孔用于连接各层之间元器件引脚。
  安装孔:用于固定电路板。
  导线:用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。
  接插件:用于电路板之间连接的元器件。
  填充:用于地线网络的敷铜,可以有效的减小阻抗。
  电气边界:用于确定电路板的尺寸,所有电路板上的元器件都不能超过该边界。
  电路板的制作过程
  电路板图设计完成后,接下来的工作便是制作电路板,这是电子小制作中的一项重要工作。制作电路板的过程就是将依据电路原理图设计出的电路板图实物化的过程,可以说制作出一块符合要求的电路板,小制作项目也就成功了一半。
  制作电路板的过程包括描绘、腐蚀、钻孔和表面处理等步骤。我们仍以下图所示集成电路调频无线话筒为例,作具体制作方法的介绍。
  一、电路板图的描绘
  描绘是指将设计
  电路板图设计完成后,接下来的工作便是制作电路板,这是电子小制作中的一项重要工作。制作电路板的过程就是将依据电路原理图设计出的电路板图实物化的过程,可以说制作出一块符合要求的电路板,小制作项目也就成功了一半。
  制作电路板的过程包括描绘、腐蚀、钻孔和表面处理等步骤。我们仍以下图所示集成电路调频无线话筒为例,作具体制作方法的介绍。
 

  描绘是指将设计好的电路板图复印到敷铜板上,并用耐腐蚀材料将线路覆盖。
  1.复印
  按需要大小裁切一块单面敷铜板,将上图所示电路板图用复写纸复印到敷铜板的铜箔面,如下图所示。
  

  2.覆盖
  覆盖的目的是将需要的铜箔部分(即线路)掩盖住,以便在腐蚀后保留下来。覆盖可以采用任何便于操作的耐腐蚀材料,一例如油漆、树脂胶、涤纶胶带、耐腐蚀油彩等。
  (1)油漆覆盖法。用小毛笔蘸少许油漆,沿敷铜板铜箔面上复印出的线路细心涂覆,涂覆过程中应保持线路平直,该覆盖的部分应全部严密覆盖。涂覆中万一发生溢出,可在油漆干透以后用美工刀修去。
  也可用鸭嘴铁笔蘸取油漆涂覆,如上图所示。鸭嘴铁笔是硬笔,画直线效果较好。调节鸭嘴铁笔上的螺帽可改变鸭嘴铁笔端部缝隙,从而控制线条宽度。
  (2)记号笔覆盖法。市面上有一种耐腐蚀的油性记号笔,用来描涂电路板十分方便,记号笔的笔尖有粗细若干规格,可根据线条宽度选用,还可用美工刀将笔尖切削至符合自己的要求。记号笔配合直尺能够描涂出十分平直的线条,还能够在敷铜板铜箔面上书写字符,制作出漂亮的电路板。
  (3)涤纶胶带覆盖法。将透明涤纶胶带粘贴到敷铜板铜箔面上,用美工刀沿复印的线路细心刻制,然后揭去空余部位的涤纶胶带,只保留线路部位的涤纶胶带,制作中应确保涤纶胶带粘贴紧密、无气泡,所有电路线条均被严密覆盖。
  (4)喷漆法。准备一张比电路板略大的硬纸,将电路板图用复写纸复印到硬纸上,用美工刀将硬纸上的线路部分刻去(掏空),即成为电路板的模板,将模板紧密覆盖在敷铜板铜箔面上,然后进行喷漆即可,如下图所示。喷漆法特别适合小批量制作电路板。
  二、电路板的腐蚀成形
  腐蚀是指将描绘好线路的敷铜板放入腐蚀液中腐蚀去多余的铜箔部分,最终形成电路板。常用的电路板腐蚀成形方法有以下几种。
  1.三氯化铁溶液腐蚀法
  (1)取一只能够容纳电路板的耐腐蚀容器,例如塑料小盆,放入适量的三氯化铁(一般为固体),并加入2至3倍的水,以能够完全淹没需腐蚀的敷铜板为准。三氯化铁与水的配比没有严格要求,浓度高一些则腐蚀速度快一些。
  (2)将描绘好线路的敷铜板投入三氯化铁溶液中,敷铜板上没有被覆盖的铜箔部分即会逐渐被腐蚀掉,如下图所示。为了加快腐蚀速度,可以晃动容器使三氯化铁溶液流动。

  (3)腐蚀过程中要注意观察,只要裸露的铜箔已被腐蚀干净,就应及时将敷铜板取出,并用清水冲洗干净,以防腐蚀过度。
  2.电解盐水腐蚀法
  (1)取一只容量合适的耐腐蚀容器,加入一汤匙食盐和适量的水,以能够完全淹没需腐蚀的敷铜板为准。
  (2)在敷铜板上裸露的铜箔部分任意处焊上一截20cm左右长度的焊锡丝作为电解的正电极引线(因为铜导线作电极引线会被腐蚀掉)。如果敷铜板上裸露的铜箔被线路分割为若干部分,则应从每个铜箔部分焊出一条焊锡丝,再将这些焊锡丝连接在一起作为正电极引线。
  (3)取一2cm×3cm左右的铜片作为电解的负极板,并焊上一截导线作为负电极引线。
  (4)将敷铜板和负极板放入盐水中,注意敷铜板和负极板不能相碰。正、负电极引线接至可调直流电源,如下图所示。从低到高逐渐调高电源电压,当负极板上有水泡产生,敷铜板铜箔部分有黄绿色絮状物(氧化铜)产生,表示电解腐蚀已经开始。
  (5)电解腐蚀完毕,及时取出敷铜板并冲洗干净即可。
  3.刀刻法
  如果电路较简单,也可以采用刀刻法制作电路板,即用美工刀等锋利刻刀将敷铜板上不需要的铜箔部分刻去,留下电路线条即可。采用刀刻法制作时焊盘与线条均为直线,便于刻制,如下图所示。采用刀刻法制作电路板还可以省去用耐腐蚀材料覆盖铜箔线路的步骤。
 

  4.数控设备自动制板
  采用小型数控设备进行自动制作电路板,具有精度高、质量好、适合批量生产的特点。
  (1)快速腐蚀机。通过耐腐蚀水泵使腐蚀液以漫流方式不停地流过敷铜板,提高了制板速度和质量。
  (2)数控自动制板机。输入设计好的电路板图,约20分钟即可制作出精美的电路板。
  (3)数控精密钻铣机。国际标准指令接口,可兼容各种流行的雕刻软件,采用雕刻的方法完成电路板的制作,如下图所示。

 

 三、电路板的钻孔和表面处理
  电路板腐蚀成形后,还需要进行钻孔和表面处理。
  1.钻孔
  用0.8mm~1mm的钻头在电路板焊盘处钻出元器件安装孔,用大小合适的钻头钻出电位器、可变电容器、变压器等较大元器件的固定孔和电路板安装孔。
  对于用刀刻法制作的电路板,如果电路较简单,可将元器件直接焊在铜箔面,免去钻孔的麻烦,使制作更简便。
  2.电路板表面处理
  (1)清除覆盖物。对于油漆涂覆层,可以用开水烫一下后小心揭去,也可用竹木筷子等刮去。对于记号笔迹可用酒精或香蕉水擦去,或用细砂纸磨去。对于涤纶胶带等覆盖物,揭去即可。
  (2)清除铜箔面氧化层。电路板制好后,首先应彻底清除铜箔面氧化层,一般情况下可用橡皮撩,这样不易损伤铜箔。
  有些印制电路板,由于受潮或存放时间较久,铜箔面氧化严重,用橡皮不易擦净的,可先用细砂纸轻轻打磨,然后再用橡皮擦,直至铜箔面光洁如新。
  (3)涂覆助焊保护层。清洁好的电路板,最好涂上一层松香水作为助焊保护层。松香水的配制方法是:将松香碾压成粉末,溶解于2-3倍的酒精中即可。松香水浓一些效果较好。
  用干净毛笔或小刷子蘸上松香水,在电路板的铜箔面均匀地涂刷一层,然后晾干即可。松香水涂层很容易挥发硬结,覆盖在电路板上既是保护层(保护铜箔不再氧化),又是良好的助焊剂。至此,一块美观实用的电路板即制作完成。
  自制电路板最常用的五种方法比较
  1、描绘法 是制作电路板所需要工具最少,制作过程最简单的一种方法。但精度不是很高2、感光板法制作较简单,特别是大面积接地线条时更能显示出优势。精度较高。但制作细线条时曝光需要经验。
  3、感光干膜法 这种方法比起感光板法在成本上占有一定的优势, 比起热转印法在制作电路质量上有一定的优势。但她的缺点是操作上有- -定的难度,不象热转印法和感光板法那样简单。因此到低选用那种方法还应该根据您自己的感觉。
  4、热转印法制作较简单,特别是细线条时更能显示出优势,制作精度很大程度取决于设备,与人操作熟练程序基本上无关。初学者也能制作出精美的线路板。但需要激光打印机,对于大面积接地线条往往会有一些不足。
  5、丝网印法制作相对复杂,对操作者的熟练程度有很大关系,特别是制版时的曝光控制很是关键,但对细线条和大面积接地线均能很好的表现,特别是在大批量生产时更能显示出她的优势。
  如果只需要制作几张线路板您会觉得这种方法很麻烦,但当您需要制作几百张几千张线路板时,那么您非选她不可。

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