热转印法制作

热转印法手工自制单面电路板是使用激光打印机将设计的PCB图形打印到热转印纸上，再将热转印纸紧贴在敷铜板的铜箔面上， 以适当的温度加热， 转印纸上原先打印上去的图形（其实是碳粉） 就会受热融化， 并转移到铜箔面上， 形成腐蚀保护层。 这种方法比常规制板印刷的方法更简单， 而且现在大多数的电路都是使用计算机CAD设计， 激光打印机也相当普及， 这个工艺还比较容易实现。 下面介绍相关知识：

1. 三氯化铁蚀刻液

三氯化铁蚀刻液在印制电路、 电子和金属精饰等工业中被广泛采用， 一般用来蚀刻铜、铜合金、 不锈钢、 铁及锌、 铝等。 虽然近些年来越来越要求再生容易、 更加环保的蚀刻液，但由于三氯化铁蚀刻液它的工艺稳定， 操作方便， 价格便宜， 因此还仍然被广大蚀刻加工企事业单位采用。

三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料、 液体感光胶、 干膜、 镀金抗蚀层等抗蚀层的PCB板的蚀刻， 但不适用于镍、 锡、 锡－铅合金等抗蚀层的PCB板的蚀刻。

（1） 蚀刻时的主要化学反应。

三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化－还原过程。在铜表面Fe3＋使铜氧化成氯化亚铜。同时Fe3＋被还原成Fe2＋。Cu Cl具有还原性，可以和Fe Cl3进一步发生反应生成氯化铜。

Cu2＋具有氧化性，与铜发生氧化反应。

Fe Cl3蚀刻液对Cu的蚀刻是靠Fe3＋和Cu2＋共同完成的。其中Fe3＋的蚀刻速率快，蚀刻质量好；而Cu2＋的蚀刻速率慢，蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有Fe3＋，所以蚀刻速率较快。但是随着蚀刻反应的进行，Fe3＋不断消耗，而Cu2＋不断增加。当Fe3＋消耗掉35％时，Cu2＋已增加到相当大的浓度，这时Fe3＋和Cu2＋对Cu的蚀刻量几乎相等；当Fe3＋消耗掉50％时， Cu2＋的蚀刻作用由次要地位而跃居主要地位，此时蚀刻速率慢，即应考虑蚀刻液的更新。

一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量， 多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的再生与更新。

蚀刻铜箔的同时，还伴有一些副反应，就是Cu Cl2和Fe Cl3的水解反应，生成的氢氧化物很不稳定， 受热后易分解， 结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒， 悬浮于蚀刻液中， 对抗蚀层有一定的破坏作用。

（2） 影响蚀刻速率的因素。

1） Fe3＋的浓度和蚀刻液的温度。

蚀刻液温度越高，蚀刻速率越快， 温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则。 一般以40℃～50℃为宜。

Fe3＋的浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe3＋浓度逐渐增加，对铜的蚀刻速率相应加快。当所含Fe3＋超过某一浓度时，由于溶液黏度增加，蚀刻速率反而有所降低。其重量百分比、 浓度和比重的关系见表5－1。

表5－1 三氯化铁溶液的浓度、 重量百分比和比重

2） 盐酸的添加量。

在蚀刻液中加入盐酸，可以抑制Fe Cl3的水解，并可提高蚀刻速率。尤其是当溶铜量达到37.4g／L后， 盐酸的作用更明显。

3） 蚀刻液的搅拌。

静止腐蚀的效率和质量都是很差的。 原因是在腐蚀过程中在板面和溶液里会有沉淀生成， 而使溶液呈暗绿色， 这些沉淀会影响进一步的腐蚀。 使用喷淋或泼溅操作都可以加快蚀刻反应。

2. 相关设备介绍

（1） Create－SHP热转印机。

1） 设备外形如图5－15所示。

2） 设备操作面板如图5－16所示。

图5－15 热转印机

①进料口； ②控制面板

图5－16 操作面板

①READY指示灯； ②REV键； ③数码管显示； ④∧键； ⑤键∨

3） 使用方法。

a. 启动热转印机。

打开电源开关， 即启动热转印机。

b. 温度设置。

按 【∨】 ／ 【∧】 设置热转印温度。 当温度达到设置值时， READY指示灯亮， 此时热转印机可工作。一般温度设定为：170℃～180℃。

c. 关闭热转印机。

如果热转印机使用完毕后， 关闭电源开关。 显示电路和加热电路断电， 但传动电路继续工作， 胶辊继续转动防止胶辊局部受热烧毁。 待胶辊温度降低到150℃后， 传动电路断电，设备关闭。

d. 胶辊反转。

热转印机使用过程中， 若想停止工作， 长按 【REV】 键可使胶辊反转。

注意： 关机过程严禁直接断开电源， 这样做极易造成胶辊局部受热烧毁。

4） 热转印基本操作流程。

a. 激光打印机打印出图；

b. 使用剪刀将热转印纸裁剪到小于敷铜板大小；

c. 将剪好的图纸贴于抛光好的敷铜板中心位置， 四周保留足够距离。 一般为1－2cm；

d. 在图纸正面用高温纸胶贴好固定；

e. 通过热转印机转印。 转印温度为：175℃～180℃， 重复转印次数为：2～3次；

f. 转印完毕后， 将表面的转印纸撕去就完成了图形转印过程。

（2） Create－MPD高精度微型台钻。

1） 设备外形如图5－17所示。

图5－17 高精度微型台钻

①压杆； ②电源插头； ③钻头夹具； ④固定旋钮； ⑤工作台； ⑥台钻底座

2） 使用方法。

a. 调试。

使用前先要检查钻头与工作台面上的钻头通孔圆心是否在一条垂直线上， 若不在同一垂直线上应调节工作台面至适宜位置， 以免钻头钻在到工作台面上， 折坏钻头。

b. 更换钻头。

根据设计的要求选择合适的钻头， 待电机停下来后， 方可更换钻头。

c. 钻孔。

接通电源， 把PCB板放在工作台面上， 待钻孔的孔心放在钻头的垂直线上， 左手压住PCB板， 右手抓住压杆慢慢往下压， 高精度台钻自带了软开关， 在压杆下压的同时， 电机开始转动， 当钻头把PCB板钻穿时， 右手慢慢上抬， 钻头缓缓抬起， 直至钻头抬出高于PCB板， 即完成了一次钻孔， 用同样的方法， 将其他孔钻完。

注意： 换钻头前先要关掉电源， 待电机停下来后才开始更换钻头。 钻孔时不要慌张， 左手压住PCB板， 保证PCB板不会被挪动， 防止撇断钻头。

3. 热转印法制作过程

（1） 电路设计。

根据原理图、 电路设计图以及其他需要， 设计符合要求的电路图。 这一过程， 一般需要使用PCB设计软件。 选择好的软件是成功设计PCB的重要前提。 本任务用Protel DXP2004 SP2软件绘制PCB图。 这一步的要点是所设计的电路图尽量紧凑， 面积尽量少， 这样做出的电路板不仅灵巧好看， 而且节省成本 （节省敷铜板和腐蚀液）， 经过多次修改完善， 优化， 最终可达到满意效果。 由于热转印制板的特点， 在布线时要注意线宽不小于15mil， 线间距不小于10mil。 为确保安全， 线宽应为25～30mil， 大电流线按照一般布线原则加宽； 尽量布成单面板， 无法布通时可以考虑跳接线。

（2） 打印PCB图。

将上一步设计好的PCB图， 打印到热转印纸上， 原则上是使用激光打印机。 如果没有激光打印机， 则可以先用普通打印机打印， 然后找激光复印机复印。

打印所用纸张为专用热转印纸， 必须打印到光滑一面， 方便热转印时碳粉的转印。

（3） 敷铜板的下料与处理。

1） 根据PCB所需板材大小， 对敷铜板进行裁剪。

2） 用锉刀或砂布将四周边缘毛刺去掉。

3） 用细砂布或少量的去污粉去掉敷铜板表面的氧化物。

4） 用清水洗干净后， 晾干或放入烘干机烤干。

（4） 热转印。

按照热转印基本操作流程进行操作。

（5） 修板。

热转印可适当反复几次， 取出敷铜板， 冷却至刚好不烫手为止， 温度高了、 低了都会影响热转印效果。 然后轻轻揭掉转印纸， 发现有断线， 则可用油性记号笔将断线的地方修补好。

在线宽或敷铜面积较大的地方可以用油性记号笔涂抹一下，避免蚀刻时出现筛子孔现象。

（6） 蚀刻。

一般采用三氯化铁蚀刻液来蚀刻线路板。 现在三氯化铁大部分是固体状态， 要配成蚀刻线路板的蚀刻液， 可按质量大小配比： 用35％的三氯化铁加65％的水配制或按一份三氯化铁加两份水配制。 在三氯化铁的存放过程中， 由于吸水后其浓度降低， 因此有时配制的比例可以按照1∶1进行配制。 三氯化铁蚀刻液的浓度并不是很严格的， 浓度大的蚀刻液腐蚀速度快一点， 浓度小的蚀刻液腐蚀速度慢一点。 配置好的三氯化铁蚀刻液可多次使用， 若发现蚀刻液中沉淀较多， 则应重新配制三氯化铁蚀刻液。

（7） 钻孔。

从三氯化铁蚀刻液中拿出敷铜板后， 先用清水将腐蚀液清洗干净， 再用碎布蘸去污剂后反复在敷铜板的板面上擦拭或用洗板水反复擦拭， 将敷铜板上的油墨清洗掉， 在经过反复冲洗后露出铜的光亮本色。 然后用台钻打孔， 钻头直径一般为0.8mm左右。 钻完孔后用酒精溶液洗净， 涂上酒精松香溶液以防止铜层被氧化。