00's Adventure

第四周:制作电路板 [FabNotes008]

这周学习 PCB(Printed Circuit Board 印刷电路板) 制作。

制作方法

PCB 制作方法可分为消除和加成两类:

  • 消除法(Subtractive):利用化学品或机械将空白的电路板上不需要的地方除去

    • 丝网印刷:把设计好的电路图制成丝网遮罩,不需要的部分覆盖蜡或者不透水物料,然后把丝网遮罩放到空白线路板上面,再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂,把线路板放到腐蚀液中蚀刻(etching)。

    • 感光板:把设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上,把需要的部分印成不透明的颜色,再在空白线路板上涂上感光颜料,将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟,除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来,然后腐蚀。

    • 刻印:利用铣床或激光雕刻机直接把空白线路上不需要的部分除去。
  • 加成法(Additive):普遍做法是在一块预先镀上薄铜的基板上,覆盖光阻剂(D/F),经紫外光曝光再显影,把需要的地方露出,然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂-金属薄锡,最后除去光阻剂,再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。

在实验室我们都用机器刻印的方式,虽然不适合量产,但是用来做快速原型很方便,也更环保一些。

用来刻印的机器是 milling machine (铣床), 1/64 bit endmill(立铣刀)用来刻电路轨迹,1/32 bit 立铣刀用来切出整块板的外缘。

材料

常见的基材及主要成分有:

  • FR-1 ──酚醛棉纸,这基材通称电木板(比FR-2较高经济性)
  • FR-2 ──酚醛棉纸,
  • FR-3 ──棉纸(Cotton paper)、环氧树脂
  • FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、环氧树脂
  • FR-5 ──玻璃布、环氧树脂
  • FR-6 ──毛面玻璃、聚酯
  • G-10 ──玻璃布、环氧树脂
  • CEM-1 ──棉纸、环氧树脂(阻燃)
  • CEM-2 ──棉纸、环氧树脂(非阻燃)
  • CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂
  • CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂
  • CEM-5 ──玻璃布、多元酯
  • AIN ──氮化铝
  • SIC ──碳化硅

Kapton / #1 epoxy film(环氧胶膜) / #1126 copper tape(铜箔胶带) 可用于制作柔性电路 (用刻字机).

我们选 FR-1 用于机器刻印。

刻印步骤

  • fixturing 装夹,紧固(用双面胶)
  • underlay (衬底)
  • orientation
  • zeroing (针头刚好接触板面)
  • set-screws (固定螺丝)
  • lifetime
  • deburring (去毛刺)
  • cleaning

具体教程, 视频教程

注意: 刻印线路之间要留出至少 5 mils

组装

把元器件焊到电路上,接头需要做到光亮平滑。

课程资源

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