一、制作电路板的各种方法比较
有万能板、刀刻法、热转印法、油性笔画线、数控雕刻机雕刻、送专业PCB厂制作以及感光干膜法、感光湿膜(蓝油)法等等。万能板适合低密度电路,适合间距为100mil倍数的直插元件,所有的引线都要自己焊接,不需要打孔;刀刻法只适合有耐心和大量时间的人做点低密度小型电路;热转印可以制作复杂电路,转印质量和很多因素相关,线貌似不能做的太细,这个我没有自己试验过;油性笔(或者毛笔蘸油漆)画电路图显然也不太可能画出很细的线,线与线之间的距离也不好把握,用来做一些分立元件的模拟电路应该还是可以的;数控雕刻机可以雕刻出较高精度的电路板,适合已经拥有整套设备的人,专门用数控雕刻机雕刻电路似乎太大材小用;送专业PCB厂制作,这当然是很好的办法,而且现在10*10cm的电路板做10片也只要50元,已经是相当便宜了,我也做过两次,但是有一个问题,就是有时候根本就不需要那么多板子,看着那么多空电路板躺在那里睡觉,对于我来说感觉不是很好,扔掉吧觉得可惜,放起来吧又占地方而且以后几乎根本用不上,所以最后,我还是找到了感光法。
感光法其实包括很多种,可以用成品的感光板,可以用感光干膜,还可以用感光湿膜,也就是本文中的感光蓝油。成品的感光板应该不错,我没用过。感光干膜我用过一次,但很可惜我不是祖传贴膜的,贴的不好有气泡和褶皱,尽管这样我还是成功了,做了一块使用STM8S103F3P6单片机的小板子,这种TSSOP20封装的IC引脚间距0.65mm,引脚宽度最宽0.3mm。当时做的0.3mm的线宽、0.3mm的间距。这种精度基本可以满足大部分日常电路DIY的需求了。后来又看到很多人用感光蓝油,觉得这个比干膜更好,可以一试,于是就有了本文。
二、一次感光蓝油制作PCB的过程
感光蓝油制作PCB的过程大概是:PCB软件中画图->打印菲林->用感光蓝油自制感光电路板->曝光->显影->腐蚀->脱膜,后面的钻孔和上锡随实际需要而定。
1.PCB软件中画图
我使用的作图软件是AD10,这个可以有很多选择,不在本文讨论范围之内。画好PCB后,我用PDFCreator这个软件把PCB打印成一个PDF文件,供后面制作菲林使用。我这次只做单面板,而且元件和线路都放在顶层,所以我只需要打印顶层(TopLayer)。下图是我制作好的PDF文件的截图。我在上面放了两种PCB,一种4个,复制粘贴完成的。当然,放多少种多少个,这个就看你喜欢了。我多放几个是担心在拿到菲林后不小心刮到黑色的部分,搞的透光造成短路就不好了,所以多备几个。
2.打印菲林
在我们这里,“菲林”就是一张薄薄的打印着电路图的透明胶片。我打印菲林是在万能的某宝上找的,直接搜索“菲林输出”,几块钱就打印一张16开大小的。因为感光蓝油是感光后变硬、变得耐腐蚀,所以告诉打印店“要打印负片”,就是将上图反色打印。也可以我们自己在打印PDF的时候就反色打印,这个我还没试过。打印好的菲林如下图所示。可以看到我已经切了一块下来,这是为下面的步骤做准备。如果自己有打印机,也可以自己打印菲林,但效果肯定没有专业菲林输出店做的好。
3.用感光蓝油自制感光电路板
把蓝油刷到覆铜板上,并吹干。这一步比较关键,板子刷好了,基本就成功了一半。首先是处理覆铜板,切下一块大小合适的板子,用粗砂纸打磨好边角,再用细砂纸打磨覆铜面,最后用酒精清洗板子。我的粗砂纸是80目的,细砂纸是2000目的。打磨的时候可以一边打磨一边在水龙头下冲洗。板子处理好后,开始刷蓝油。蓝油一定要用稀释剂先稀释一下,一般卖蓝油的店都有这种稀释剂卖。我觉得稀释后明显比稀释前好刷。稀释到什么程度凭感觉吧,我这次大概一小瓶蓝油加了1/4瓶稀释剂。直接将稀释剂倒入蓝油瓶中,搅拌均匀,使得蓝油流动性较好久可以了。刷蓝油有人表示刷不好,但是我觉得比起贴膜来,刷油还是简单多了,不可能有气泡和褶皱之类的出现。直接像刷油漆一样刷就行,不要求刷的多完美,把铜都盖住,看不到明显的黄色就行。
打磨清洗干净的覆铜板:
刷完蓝油:
可以看到我没有刷的特别均匀,我用的非常普通的刷油漆的大刷子,而且还偶尔掉毛,但这些都不太重要,因为我就是随意的刷下来的。这个时候不要拿手去碰板子,不然弄的一手蓝油,万一再晒个太阳曝个光,就不是很好处理了。直接拿电吹风开高温档对着吹,吹干为止。不干的话,后面菲林贴上去再拿下来的时候可能会粘住不好拿。差不多吹10分钟左右,这时候稀释过的蓝油的好处也有体现,就是稀释过的干的更快。自然晾干我也试过,放在抽屉里一下午,再用手碰还是粘手。可能需要更长时间。
下图是刷好,吹干的感光蓝油覆铜板:
4.曝光
将菲林放在板子上,用一张透明PVC板压住菲林和板子,放在紫外线下曝光。紫外线的来源有阳光、紫外线灯等。感光蓝油在紫外线的作用下会固化,变的耐腐蚀。这一步主要是时间的控制,这次曝光了两块板子,一块在上午9点阴天,时间3分钟,一块在上午10点有太阳,1分钟,两块板都成功了。曝光前后的板子看不出差别。曝光不足的蓝油必然将在显影的时候溶解,过度曝光可能将被曝光的范围变大,导致短路。过度曝光的危害小于曝光不足。曝光的时候,将板子正对着阳光,按好压实PVC板,避免在菲林和覆铜板之间出现空隙,提高曝光精度。还可以使用紫外线灯曝光,这个速度具体我没试过,但是肯定比阳光更稳定。我也尝试过在晚上使用一个10W的节能灯曝光,第一次距离5cm曝光10分钟,第二次距离10cm曝光20分钟,两次都失败了,蓝油根本没有固化,在显影的时候基本全部溶解。
5.显影
取少量显影剂,放在可以没过电路板的少量的水里面,配好显影液。将曝光后的板子放进显影液里,马上就能看到我们想要的线路。用刷子轻刷铜板,使得线路全部显现出来。显影剂的成分是碳酸钠,呈粉末状。下图是已经显影的电路板,原本无色的显影液已经变蓝。
拿出来到水龙头下冲洗干净,下图近距离观察电路板,可以看到蓝油固化情况很好,没有短路或者断路。这上面也有一个TSSOP20的封装。
6.腐蚀
腐蚀可以使用一种叫做“蓝色环保蚀刻剂”的东东,也可以使用三氯化铁,也可以自行网络搜索尝试更猛烈快速的其他方法。我只试过这种“蓝色环保蚀刻剂”,其成分是过硫酸钠,一种白色的晶体。取适量的水和这种蚀刻剂配好溶液,放入曝光好的铜板,水温50度的时候,20分钟左右可以腐蚀完毕。水温越高腐蚀速度越快。下图是刚放进去的情景。
在中间比较狭小的缝隙内出现了一些黑色的东东,腐蚀明显的开始了:
小面积的已经腐蚀完毕,大面积的才刚刚开始,所以把PCB上用不到的地方铺铜,在这里是一个比较好的选择:
等待裸露的铜皮全部腐蚀完毕,用清水将电路板冲洗干净。可以看到没有断线和短路,线路很清晰,固化的蓝油附着的很好:
7.脱膜
脱膜可以用专用的脱膜剂兑水来浸泡电路板,也可以用细砂纸打磨,我选择了后者,因为我发现我使用的不明成分的脱膜剂(可能是氢氧化钠,片状的晶体,溶于水时会发热)会把电路板搞黑。砂纸仍然选择2000号的。不用担心会把线路打磨断,我用正常的力度来回打磨得到了下面的电路板:
最后去掉不想要的部分,得到了本次制作的成果,一个完美的电路板:
下面一张图是在菲林中看到的第二种电路板的结果,这块板上有一个TQFP44的封装,制作完成之后我去AD10里面查看,发现它的引脚间距是0.2mm,但是本次没有出现短路的情况,同样很成功:
三、对这次制作的总结
1.必需准备的材料:覆铜板,打印好的菲林,感光蓝油,稀释剂,显影剂(碳酸钠),蚀刻剂(蓝色环保蚀刻剂,即过硫酸钠),细砂纸(>1000目),毛刷(毛细的好,不掉毛的好,宽窄随意,我喜欢宽的)。
2.为了提高制作成功率,建议所有的最小间距至少保持在0.3mm以上。有的IC做好的封装,焊盘间距较小,可以适当改小焊盘的宽度以增加间距。间距大的话,只要菲林质量好,够黑,就不怕过度曝光。0.2mm的间距虽然也可以成功,但短路的危险较大。线宽0.2mm应该没有问题,这次的制作做大部分线是10mil宽。
3.做这种板子,应该多用贴片元件,少打洞。我这两个板子用了不少直插元件,打洞成了一个不小的问题。
4.做了阻焊层更好。做阻焊层的原理是一样的,应该相当于固化好蓝油之后不脱膜。
5.稀释后的感光蓝油更好用。
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