印刷电路板的制作方法

一、印刷电路板的制作方法

印制线路板也叫印制电路板或印刷电路板、印制板,在电子实践应用中作为基础组装部件,制作印刷电路板就是在敷铜板上加工和制造出导电图形。要获得印刷电路板,有手工制作和计算机软件抄板两种方法。

1.敷铜板

敷铜板也叫覆铜板,是将铜箔覆在绝缘基板上的一种电工材料。敷铜板的种类很多,按绝缘材料分,有纸基板、玻璃布基板、合成纤维板;按黏结剂树脂分,有酚醛、环氧、聚酯、聚四氟乙烯等;按印制方法分,有单面印制板、双面印制板、多层印制板、软印制板;按用途分,有通用型和特殊型。电工实践中,以单面印制板、双面印制板为主,基板材料以阻燃板和环氧板为主。单面印制板可以采用阻燃板,也可以采用环氧板;双面印制板只能采用环氧板。根据实际应用中印制板对机械强度的要求,厚度有1mm、1.5mm、2mm三种。

2.印刷电路板的手工制作方法

在印刷电路板上的导电图形比较简单,当加工数量极少(如一张)时,为降低制作成本,可以采用手工制作的方法。

(1)敷铜板的裁切

敷铜板在电子市场有售。可以用裁切铁板的剪子或锯子,根据确定的电路板尺寸裁切。印刷电路板的形状一般是长方形,长宽比以3∶2或4∶3为最佳,这样在焊装元件的过程中,印刷电路板不易受热变形。印刷电路板的厚度由电路板形状、尺寸、安装元件后的重量决定,如果电路板的尺寸较大,安装元件后较重,则印制板要选厚一些。一般来说,电路板的尺寸小于200×150mm²时,采用1.5mm厚,大于此尺寸,选2mm厚的板子。

(2)板上元器件的布局

①通常条件下,元器件布置在印刷电路板的一个面上,对单面印刷电路板上的元器件,只能安装在没有铜箔的那一面,如果需要绝缘,在元器件和电路板间垫以绝缘薄膜,或在元器件和电路板间留1mm～2mm的空隙。

②元器件尽量按顺序成直线排列,电路密集紧凑和整齐,走线尽可能近,且输入、输出走线不能并列平行。

③对发热元器件(如变压器、稳压管等),安排在有利于散热的位置,必要时设置散热器,以降低温度,为减小对邻近元器件的影响,要与其他元件隔开一定的距离。

④变压器安置在印制板上靠近固定端的位置,选择重心低的变压器,最好是能直接焊装在电路板上的变压器,以提高机械强度和耐振、耐冲击能力,减小电路板的负荷变形。

⑤在保证电气性能的前提下,元件应相互平行或垂直排列,以求整齐美观,一般情况下不允许将元件重叠起来,为紧缩平面尺寸而非重叠时,则要用机械支承件加以固定。

⑥在电路板上,地线(公共线)不能做成闭合回路。

⑦在电路板上的继电器,应尽可能靠近输出端子安装。

(3)确定电路板尺寸的方法

先把待安装的集成块和其他元件全部按布局要求,排列在一张纸上,各个元件之间的间隙一般为5mm～15mm,排列时要随时调整,使长宽比符合要求。

(4)绘制线路图

制线路图用描图纸按1∶1的比例绘制。

①一般导条宽度大于0.5mm,输出电路导条宽度大于3mm,输出电路导条要尽可能短。

②弱电导条和弱电导条的间距大于1mm,弱电导条和强电导条、强电导条和强电导条的间距大于2mm。

③焊盘以圆形为佳,焊盘的孔径稍大于元件引脚,在手工制作条件下,焊盘的直径一般选择1mm。

④根据前面的元器件布局图,确定元器件在电路板上的具体位置,找到对应的焊点位置,作上标记。电路板上的钻孔位置决定了焊装元件的位置,直接影响后面的安装质量,如果钻孔位置有偏差,则元件会安装歪斜,甚至装不下去,所以标记要清晰准确。

⑤焊盘直径一般不小于2mm,输出继电器焊盘不小于3mm。

⑥导条不能有急剧的弯曲和尖角。

(5)描绘线路保护膜

在敷铜板上描绘线路保护膜的方法是:先将敷铜板上的氧化膜和油污处理干净,然后把描图纸上的线路用复写纸复制到敷铜板上,用铁钉在每个钻孔位置的标记上用铁锤敲打一下,为钻孔定位。绘图液可以是油漆,也可以是虫胶或乳胶漆,用毛笔或鸭嘴笔,由上而下、由左到右、先点后线,最后填补大面积图形,这样不易弄脏敷铜板,确保图形清晰。绘图液干燥后就成了保护膜,经检查修板后,就可以蚀刻了。

(6)蚀刻工艺

①配置腐蚀液。

用1份三氯化铁加6份水配制腐蚀液。配置时先放三氯化铁,然后放水,并不断搅拌,有条件的话最好用纱布过滤一下再用,有利于提高蚀刻速度。

②腐蚀(蚀刻)。

为加快线路板的蚀刻速度,把待蚀刻的线路板悬挂浸没在腐蚀液中,可以用来回晃动腐蚀液的办法加快线路板的蚀刻速度。

③清水冲洗。

蚀刻好的线路板立即取出,用清水冲洗干净,否则,残存的腐蚀液会使铜箔线条、焊盘附近出现黄色沉迹。

④去除线路保护膜。

用酒精或汽油即可以去除线路保护膜。保护液如果是油漆,也可以直接剥离,最后再用纱布于清水中冲洗干净,去除氧化膜,然后倾斜或悬挂放置在阳光下晾干。

(7)线路板的成型

①线路板的钻孔。

一般可以采用手电钻、台钻、手摇钻,钻头的直径要稍大于元件的引脚直径,一般可以选择ϕ1mm的钻头。注意要钻得正,不要有歪斜现象。

②涂刷助焊剂。

先检查线路板上有无污渍,如有,用酒精去除;然后用排笔或毛笔蘸助焊剂均匀涂刷,并放在阳光下晾干,即可焊接元件了。涂刷助焊剂后不仅便于元件的焊接,而且可以保护线路铜箔不被氧化。助焊剂在电子市场有售。

③涂刷防潮防氧化液。

这是制作印刷电路板的最后一步,即在线路板上的元件焊接完毕后,为确保电气性能可靠,线路铜箔不会因受潮而氧化,必须进行防潮防氧化处理。方法是:用排笔或小毛刷蘸酒精或洗板水(电子市场有售)清洗线路板,然后晾干;晾干后用排笔或小毛刷涂刷防潮防氧化液,防潮防氧化液可以用虫胶或绝缘清漆。如果用绝缘清漆,注意不要涂得太厚,以便于干燥,干燥后线路板就制作完成了。如果用虫胶(五金店有售),配方是:虫胶(漆片)15g,无水酒精85g。配制方法是:充分搅拌,待虫胶完全溶解后即可使用,如果在溶液中加入少许次甲基蓝,涂液就会变成绿颜色,涂在线路板上更显得美观。

3.计算机软件抄板方法

下面介绍抄板软件Protel99se的用法。

(1)安装Protel99se的方法

进入Windows操作系统,接着运行Protel99se的“setup.exe”的安装程序;关掉其他Windows应用程序,然后单击【Next】,这时将会出现【Setup Options】对话框;在【Setup Options】对话框中,【Typical】代表典型安装,【Custom】代表自定义安装;单击【Custom】前的选项按钮,然后单击【Next】按钮,将出现【Select Components】对话框,单击各组件前的小方框,选择所有的组件;单击【Next】按钮,将出现【Select application folder】对话框;选择Protel99的安装路径,默认路径是C:Program Files\Design Explorer99;单击【Next】按钮,将出现【Program icon folder】对话框,选择程序图标文件夹,将出现【Ready】对话框;单击【Next】按钮,开始安装;安装结束后将出现【Setup was successful】对话框;单击【Finich】按钮。

(2)打开Protel99se创建文件的方法

软件安装后就可以使用了。打开Protel99se,点击菜单【File】,新建文件。菜单【File】是大家熟悉的Windows风格,菜单【File】的各个选项及功能如下:

【New】:新建一个空白文件,文件类型为Protel Design File,文件后缀名为.ddb。

【Open】:打开并装入一个已经存在的设计数据库文件(*.ddb)。

【Exit】:退出Protel99se。

创建文件后,点击菜单【View】,点击Toggle Linits(公制/英制转换),状态栏的(Status Bar)显示由mil转换为mm。

(3)单面印制板的抄板方法

导条宽度不小于0.5mm(20mil),间距大于0.3mm(12mil);孔径在0.8mm、1mm、1.2mm中选择。一般(如集成块、0.25W电阻器、电阻排等)为0.8mm,焊盘直径2mm;部分接线端子、二极管等为1mm,焊盘直径不小于2mm;输出继电器、输出接线端子等为1.2mm,焊盘直径不小于3mm;弱电导条和强电导条、强电导条和强电导条的间距大于1mm。

首先规划电路板的平面尺寸,单击工作窗口下方的【Mech1】,然后画出的图形就是电路板的平面尺寸,即所谓的电路板的物理边界,即对应绘制的线路图的边界。

单面电路板上有三个层面,即丝印层(Top Overlay)、布线层(Bottomlay)以及阻焊层(Top Sloder)。点击菜单【Desgin】就可以设置层面,抄板内容就是设计Top Overlay丝印层的内容和设计Bottomlay布线层的内容,Top Sloder阻焊层在PCB文件中自动生成,无须另行设计。

①丝印层就是元件安装面,单面电路板只有一面,即Top Overlay,在上面设计元器件符号、文字、标记等,手工制作没有这项内容。单击工作窗口下方的【Top Overlay】,然后画出的图形、符号、文字、标记等就是丝印层设计的内容。

②布线层就是在敷铜面上设计电子电路。单击工作窗口下方的【Bottomlay】,画出的图形、符号、文字、标记等就是布线层设计的内容,也是手工制作的蚀刻内容。

③阻焊层对应手工制作的防潮防氧化层,在PCB文件中自动生成,无须另行设计。如果不作说明,丝印层为电路板本身颜色,阻焊层为绿颜色;如果有说明,则按说明制作,如丝印层白底黑字。

(4)双面印制板的抄板方法

导条宽度不小于0.25mm(10mil),间距大于0.25mm(10mil),孔径在0.8mm、1mm、1.2mm中选择。一般(如集成块、0.25W电阻器、电阻排等)为0.8mm,焊盘直径2mm;部分接线端子、二极管等为1mm,焊盘直径不小于2mm;输出继电器、输出接线端子等为1.2mm,焊盘直径不小于2mm;弱电导条和强电导条、强电导条和强电导条的间距大于1mm。连接正反两面印制导线的孔称为过孔,过孔不应和焊盘孔共用。

双面电路板有六个层面,即Top Overlay/Bottom Overlay(上下丝印层)、Toplay/Bottomlay(上下布线层)和Top Sloder/Bottom Sloder(上下阻焊层)。抄板内容就是设计Top Overlay/Bottom Overlay丝印层内容和设计Toplay/Bottomlay布线层内容,Top Sloder/Bottom Sloder阻焊层在PCB文件中自动生成,无须另行设计。

首先规划电路板的平面尺寸(即线路图的物理边界)。点击菜单【Desgin】,设置禁止布线层(Keep Out Layer),单击工作窗口下方的【Keep Out Layer】,然后画出的图形就是双面电路板的平面尺寸,即所谓电路板的物理边界。

Top Overlay是印制板正面丝印层,在上面设计元器件符号、文字、标记等。单击工作窗口下方的【Top Overlay】,然后画出的图形、符号、文字、标记等就是Top Overlay丝印层设计的内容。Bottom Overlay是印制板反面丝印层,在上面设计元器件符号、文字、标记等。单击工作窗口下方的【Bottom Overlay】,然后画出的图形、符号、文字、标记等就是Bottom Overlay丝印层设计的内容。

Toplay布线层就是在敷铜板正面上设计电子电路。单击工作窗口下方的【Toplay】,画出的图形、符号、文字、标记等就是Toplay布线层设计的内容。Bottomlay布线层就是在敷铜板反面上设计电子电路。单击工作窗口下方的【Bottomlay】,然后画出的图形、符号、文字、标记等就是Bottomlay布线层设计的内容。