感光法在pcb手工制作中应用探析

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感光法在PCB手工制作中应用探析【摘要】阐述运用感光法手工制作PCB的过程，主要步骤包括制作菲林片、基板处理和涂抹感光蓝油墨、曝光、显影、修膜、蚀刻、脱膜、制作阻焊层。【关键词】感光法手工制作PCB【中图分类号】G【文献标识码】A【文章编号】0450-9889(2012)09C-0187-02激发中职生学习兴趣，培养学生的动手操作能力，从而拓展毕业生的就业路子，是广大中职教师肩负的重任。笔者发现，组织和指导学生利用简单器材，在学校开展手工制作PCB,能极大地调动学生的学习兴趣。PCB是电子线路板的简称，是承载电子元件和线路的基板。电子、机电类的专业课电子装配工艺、电子技术实训等都安排有电子电路安装，制作PCB板是其中的一个项目和组装电子电路的环节，但教材介绍制作PCB的篇幅非常少，不能详细指导学生进行实训。其实只要懂得了其中的原理，可以有多种方法简单自制PCB板，教学时，可结合实际，选择适当的方法。本文主要介绍笔者手工制作PCB的一种新颖方法，这个方法笔者称之为紫光油墨制作PCB,即感光法。一、制作PCB所需材料和设备制作前需要准备的材料和设备及其数量和用途，如表1 所示。二、制作PCB的过程制作一块单面的PCB,其过程如下：基板处理一涂沫一烘烤一制作菲林片一曝光一显影一清洗/静置一蚀刻一脱膜一水洗一吹干一涂阻焊绿油一曝光一清洗。（一）制作菲林片制作菲林片是在电脑上完成设计的，电脑软件可使用protelDxp2004SP2,基本步骤有三个。1绘制电路原理图设计PCB。包括焊盘和孔径都要设计完整，做出来的电路板是否好用，很大程度上与设计质量有关，如果要在电路板上写上一些数字或英文字母，比如制作日期及一些英文字母，在输入文字时，可用镜像输入。2设置成负片打印。即PCB图上表示覆铜线路（导电部分）的地方是白色的，绝缘地方是黑色的。设置输出负图时，在打开已设计的PCB界面下，作相应的设置。第一，选择Mechanical1机械层。第二，单击菜单“放置”"矩形填充”，然后用光标在图上画出长方形区域，得到粉红色矩形区域，将光标在图外空处右击退出画矩形状态。第三，打开文件菜单，进行页面设定，在弹出的窗口中选择灰度、缩放比例选择scaledPrint刻度先1.0,进入高级选项，按下面顺序排列各机械层和设置各层颜色（用“优先设定”按钮设定颜色）。其中，Multi-Layer选择白色；TopLayer选择白色；Mechanical1选 择黑色；另选PadHolse层为黑色，选择孔打钩。确定退出这个设置，回到矩形选择区域的状态。第四，选择BottomLayer机械层，重新进入''页面设定”界面，进入高级选项，进行如下机械层的顺序设置：Multi-layer；Bottomlayer；Mechanical1o并且设置上面的三层颜色为Multi-layer（白色），Bottomlayer（白色），Mechanical1（黑色）。单击确认退出，重新回到原先的矩形填充的粉红色选择界面。第五，打开打印预览，可看到孔是黑色的，线路是白色的，这就是PCB线路图的负图。通过设置打印机，上述负图打印出来就可以实现黑的地方更黑，白的地方更白。需要注意的是，不是打印在白纸上，而是打印在透明胶片的涂层上（无涂层的另一面比较光滑），透明胶片就是预先准备好的菲林纸，如果没有菲林纸，也可以用硫酸纸，对着太阳，黑色的区域不能透过阳光，白色地方不能有污点，黑白分界明显清晰，这是能否做出优质电路板的关键。最后小心保存胶片。3打印焊盘。在PCB文件界面下，打开“文件”“输出制造文件""GerberFiles",在光绘设定的层栏下，勾选BottomSolde后面的绘制和镜像，确认退出，点击打印文件。在打印胶片时，如果感觉图案不是很黑，仍有透光现象，可以将胶片浸在增黑剂中再取出晾干，这样效果会更好。（二）基板处理和涂抹感光蓝油墨选择比较暗的房间或在晩间背灯光处操作感光蓝油，因为感 光蓝油容易受紫外线的照射而失效，太阳光直射最易受影响，因而不能在阳光下操作。先用天那水稀释紫光蓝油墨,这种油墨比较绸，按约1：4的体积比进行稀释，即油少天那水多，使油墨流动性好，调至均匀即可。用砂纸细磨铜板至干净后，用油刷均匀地在覆铜板上涂上感光蓝油墨，油层能全部覆盖即可，不用太厚。接下来可以选择两种方式让油墨晾干，一是放在完全黑的地方阴干（要花一天以上的时间），二是用热风筒吹干或用烤箱烘干。为了提高效率，建议用烤箱烘干，温度设到40〜50度即可，不要太高。这个过程，注意不要让紫外线照射，确认干燥不粘手后置于黑暗处待用。（三）曝光将做好的菲林片印刷面朝向覆铜板的油墨面压上去，再将它们放到两块透明且干净的玻璃板之间，用夹子夹紧边沿，贴得越紧越好，避免移位，注意夹子不要夹到有图的地方。将两支紫外线灯管相距5cm左右平行挂起来，将上面准备好的菲林置于灯光下10cm处照射15分钟，第五分钟时水平旋转玻璃夹板90度一次。这一步也可以放到太阳光下进行曝光，如果太阳较大，时间约2分钟，阳光不太强时，照射时间4分钟左右，阴天时候约7分钟，这个时间不用太准确，差别不大。（四）显影显影分三步处理，一是调制显像液。用塑料盆将显影剂按比例（显影剂：水=1：20）调配，即1包20g的显像剂加水500毫 升，稀释成显影液。二是将已曝光的覆铜板膜面朝上放入显像液，每隔数秒轻摇容器或感光板，当板上显出轻微图案时，用刷子轻轻地扫过板子的上面，将溶出来的膜扫除，使线条清晰显现，当铜箔清晰且不再有绿色雾状冒起则显像完成，显像时间约1分钟，此时需静待一会儿，确认显像百分百完成后进行水洗。显影适宜温度为10〜35度，温度高显影速度快。1包显像剂（20克）可显影约20片10X15cm单面感光板。显影过程中必须注意：使用过和未经使用的显像液不能混装一起，显像剂不能混有三氧化铁溶液，否则会失效。严防划伤膜面。显像液经显像后可保持一天左右，然后自行分解，不会造成环境污染。三是水洗。放人大盆水或在水龙头下冲洗残留下的显影液。（五）修膜为了确保膜面无任何损伤，将水洗后干燥了的感光板进行全面检查，如有短路处用小刀刮净，断线处用油性笔或用毛笔蘸一点蓝油墨修补，再用热风筒吹干。（六）蚀刻蚀刻的目的是将不需要的铜域（显影后露出来的铜域）用溶剂溶掉，而曝光过的部分，由于蓝油阻隔了溶剂入侵， 不被溶解，保留了下来，成为导电线路。可将三氯化铁配成1：2质量比腐蚀液加热至35〜45度，将感光板膜面朝上放入其中，轻摇容器，用刷子轻扫铜面，直至露出来的铜域被完全腐蚀掉，然后用水冲洗干净。需要注意的是，应用塑料盆装蚀刻液（忌用金属盆），蚀刻时间约为20〜40分钟。在蚀刻过程中应掌握的技巧及注意事项如下：一是蚀刻时注意勿伤膜面，以防蚀断线路；二是感光板只能使用酸性腐蚀液，不能使用碱性腐蚀液；三是三氯化铁蚀刻液越浓越慢，越稀也越慢。蚀刻后将线路板放入大盆水中浸洗或在水龙头下冲洗干净。（七）脱膜脱膜就是把最后线条上的蓝油去掉，最后露出铜线来。脱膜液的配制浓度按1：70的质量比兑水，将线路板浸入脱膜液中几分钟即可用刷子扫除残存的蓝油，露出线路铜来。脱膜结束后放入大盆水或在水龙头下冲洗（一定要洗净，避免腐蚀电路板）。将板晾干或吹干，待下一步操作使用。（A）制作阻焊层众所周知,日常中看到的成品电路板，除焊盘之外，均涂有一层绿色或深蓝色的紫外光固化油墨（UVCurableink）又称UV油墨，这个油层称为阻焊层，起到绝缘和防焊锡黏附作用。UV油墨在一定波长的紫外光的照射下内部发生交联反应，从液态转变为固态，完成固化，期间无溶剂挥发。 这个涂层的手工制作方法如下：首先，在板子表面涂一层很薄的UV绿油，覆盖上透明胶片，使绿油在隔离空气下让紫外线照射5分钟，这时再揭开胶片，就可以发现绿油已经硬化了，由于油层较薄，可以很好地吸附在板子上。其次，用细砂纸打磨，使焊盘位置的铜皮露出来，其他地方稍微磨一下就可以了，这一步主要目的是增加板子表面的粗糙度，为第二次上绿油增加亲和力。再次，涂抹一次绿油，用透明胶片覆盖在绿油上面，再用圆柱形的笔用力在胶片上滚动，将下面的空气泡排出压平，并使油层均匀分布，注意不要太厚，可尽量薄。也可以直接只上一次绿油，但需控制好油层的厚度，不能太薄，也不能太厚，太厚容易脱皮，太薄又不美观，露出铜皮。最后，将打印有焊盘的菲林胶片对准电路板相应位置,覆盖在透明胶片上，用夹子夹紧固定。用UV灯管曝光5〜10分钟后（油层厚，时间长；油层薄，时间短），关掉电源，静置5分钟左右，让它停止交联反应，然后揭开玻璃板和胶片，就会发现除焊盘处没有硬化外，其他的地方完全硬化了。接着用医院用的消毒酒精清洗焊盘处没硬化的绿油，露出铜色焊盘,硬化部分是洗不掉的,再用水浸洗残余的酒精，用工具裁剪多余的边缘，然后钻孔，得到成品板。需要注意，三氯化铁有腐蚀性，操作时，最好不要接触 皮肤，其他药品腐蚀性不大，但沾上手也不好清洗，所以操作过程中,最好戴上胶手套。只要腐蚀过程没有出现差错,其他步骤可以重复。由于这种制作PCB方法工序多，步步都要认真操作，否则有可能达不到良好的效果，因而可以培养学生耐心，做出来了，可获得很大的成就感。由上述可知，感光法手工制作PCB,所用器材简单，但效果却很好，做出来的线路板，区分度可达到0.3nini,生产效率高，适合中职生在校园内发挥，对电子爱好者有很大的帮助。