第7章-PCB的制作(实例：呼吸灯、流水灯)

第7章PCB的制作7.1热转印工艺制作单面PCB【操作实例】呼吸灯电路的单面PCB制作、装配与调试7.2感光制板工艺制作双面PCB【操作实例】流水灯电路的双面圆形PCB制作、装配与调试7.1热转印制板工艺制作单面PCB【操作实例】呼吸灯电路的单面PCB制作、装配与调试7.1.1制作PCB的安全操作要求7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作7.1.3呼吸灯电路的装配与调试热转印制板工艺热转印制板工艺就是使用激光打印机，将设计好的PCB线路图形打印在热转印纸上，然后通过热转印设备加热，将热转印纸上的图形转印到覆铜板的铜箔面上，形成腐蚀保护层，然后用蚀刻（腐蚀）液腐蚀已完成热转印的电路板，最终得到所需的带线路图形的电路板。7.1.1制作PCB的安全操作要求PCB的制作是在实训室完成的，该加工过程比较复杂，既有机械加工，也有化学作业，操作失误容易造成人身安全受损和环境污染。所以在PCB制作过程中必须严格遵守安全操作规程。在实训操作过程中培养学生的安全意识和防范意识，应从以下几个方面去遵守执行。1．必须穿好工作服才能进入实训场地，扎紧袖口。2．开机工作前首先要观察设备外部的完整情况，如有破损或缺少部件等不完整现象应及时向老师反映。在确认原因并确保安全的情况下才能开机工作。3．每次开机前应检查水、电的供应和加注情况是否在规定的范围内，一定要确保电通水满的条件下再开机。操作过程中，确保用水用电安全，水电同时使用时一定要保持一定的安全距离，避免漏电和火灾的发生。4．如有外接辅助设备设施的要确定辅助设备的运转正常后再开启设备。5．使用腐蚀机等有化学液体的设备时，必须戴手套与口罩，杜绝不戴手套接触化学药品。7.1.1制作PCB的安全操作要求6．使用钻床时，不要戴手套或披散长发操作钻床。7．工作进行中要随时观察注意，有无异常声音、异味和不正常动作的出现。如发现有异常现象，应及时关闭电源停止设备的运转并报修。避免更大事故的发生。8．禁止将杂物放入设备的配电柜和控制箱内，保持配电柜和控制箱内部的环境整洁干燥。避免内部电路发生短路漏电现象。9．烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏，不能用力拉扯电线或敲打烙铁。因为电源线与烙铁芯的连接时依靠螺钉或绕接的哟农历拉扯会使电路断开，用力敲打会使烙铁芯的陶瓷、石英或云母片碎裂，影响绝缘，带来隐患或者电阻丝震断，无法通电。10．使用烙铁时，为了避免烫坏其他东西，在焊接间隙都应将烙铁放在烙铁架上。女生在焊接时应将长发扎到脑后，放置烙铁烧伤头发。11．工作完毕后一定要按5S要求清理现场工作垃圾，并且试机在确认设备运转正常之后再离开现场。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作热转印制单面板的工艺流程：裁板→输出钻孔文件→数控钻孔→抛光→水洗→烘干→打印热转印图形→覆铜板转帖→热转印→防蚀图形修补→腐蚀→退膜→水洗→烘干→表面处理。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤1：用Create_DCM数控钻孔软件生成钻孔文件用与科瑞特公司的Create_DCM数控钻孔机相匹配的3800上位机软件生成数控钻孔文件参数要求：钻头统一选用0.9mm规格覆铜板厚1.6mm，在软件中设置为2.5mm（防止钻头位置设置太高，打不穿覆铜板）7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤1：用Create_DCM数控钻孔软件生成钻孔文件打开3800上位机，点击（1）点击“文件”→“打开Gerber文件”，选择ProjectOutputsfor呼吸灯工程文件夹中的呼吸灯PCB.GBL文件（2）点击“配置”→“加工配置”。（3）选择“钻孔配置”选项卡，选中当前文件孔径中的所有内容，选择钻头0.9mm，点击“”按钮。勾选底层过孔。（4）选择“加工参数”选项卡，默认板厚（mm）设为2.5mm，点击“确定”。（5）点击“功能”→“生成G代码”→“过孔”，或者直接点击生成G代码按钮。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤1：用Create_DCM数控钻孔软件生成钻孔文件打开文件夹“ProjectOutputsfor呼吸灯工程\****输出文件\加工文件”将“过孔0_9.U00”文档拷至U盘根目录下，即可上数控机床使用。注意：因为所有钻孔文件的名字是一样的，所以最好各自的钻孔文件用各自单独的U盘装。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤2：按PCB尺寸对覆铜板进行裁板本例中用第3章中设计的呼吸灯，选用单面覆铜板。裁板的边长要大于设计的PCB图2cm左右。如本例呼吸灯的PCB设计的大小为30mm×30mm，可以裁剪覆铜板的大小为60mm×50mm。图7-5所示为精密手动裁板机的示意图，裁板步骤具体如下：（1）将待裁剪板材放入裁板平面后，左手将板材往前移动到与定位尺顶齐。（2）根据所需尺寸大小，移动板材通过定位尺来确定裁剪尺寸。（3）左手按住待裁剪板材，右手压下压杆，即完成了一块板材的剪裁。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤3：使用数控钻孔机床对电路板钻孔钻孔雕刻机体主机箱雕刻机手柄紧急制动键电源开关键主轴电机键7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤3：使用数控钻孔机床对电路板钻孔1.启动并换好钻头2.将覆铜板铜箔面朝上贴好。3.在手柄上设相对零点①按下“确定”回机械原点。②点X±或Y±，使钻头对准板子的左下角③按下手柄的“轴启动/停”键，轴启动以保护钻头，点“Z-”使钻头下调，使钻头距离板子1~1.5mm左右，再按下“轴启动/停”键，停止轴转动④坐标清零：点“XY-0”清零XY，点“Z-0”清零Z7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤3：使用数控钻孔机床对电路板钻孔4.插入带有钻孔文件的U盘5.点击“运行”键→点“X-”选择U盘文件→“确定”→点“X±”选钻孔文件→点“确定”→再点“确定”打孔6.每打完1个板子，清理钻台后才可进行下一轮钻孔操作。注意：清理钻台时，使用小扫子要避开钻头，不能将钻头碰断。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤4：覆铜板抛光抛光机的操作方法：（1）准备工件（如PCB板）。（2）连接好抛光机电源线，并打开进水阀门及抛光机电源开关。注意：必须打开进水阀门，否则电机会因为过热而烧坏。（3）按下面板上“传动”和“抛光”按钮，抛光机开始运行。（4）根据板材厚度调节抛光机上侧压力调节旋钮。（5）进料：将工件（如PCB板）平放在送料台上，轻轻用手推送到位，随后转动组件自动完成传送。（6）完成抛光后，抛光机后部有出料台，工件会自动弹出到出料台。注意：出料后请及时取回工件。（7）关闭“抛光”和“传动”按钮，关闭进水阀门及抛光机电源开关。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤5：热转印图形的转帖处理热转印就是利用静电成像原理，将PCB的线路图形打印在含树脂静电墨粉的热转印纸上，通过静电热转印，将热转印纸上的图案（其实是碳粉）转印到覆铜板上，形成电路板的防蚀图层。（1）打印热转印图形图7-11激光打印机7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤5：热转印图形的转帖处理（2）热转印纸的转帖操作将底层线路层及顶层丝印层图形两张热转印图形用光对准方法，紧压在覆铜板两侧，用纸胶带粘好。（a）线路层图形贴在铜箔面（b）字符层图形贴无铜箔面（c）最后双面对准7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤6：热转印PCB图形将贴好热转印纸的覆铜板，用热转印机加热将图形印到覆铜板上。具体的操作方法如下：①开启电源，将热转印的温度设置在160~200℃之间（注意最高温度不要超过200℃），等待几分钟，等预热温度达到要求。②将贴好热转印纸的覆铜板，纸朝上、板在下送入转印机入口，如图7-14所示。稍等片刻，覆铜板将从机器背部出口自动送出。取覆铜板时要注意防止烫伤。图7-14热转印机7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤6：热转印PCB图形③转印完成后，等温度下降后，先将铜箔面的线路图形转印纸从一边慢慢揭下，如图7-15所示。如果发现有没转印好的部分可以重新粘上热转印纸，再送入热转印机印一次。然后，揭下字符图形的热转印纸，如图7-16所示。图7-15揭下铜箔面的线路图形转印纸图7-16揭下字符图形转印纸7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤6：热转印PCB图形手工制作PCB时，也可以用熨斗来转印电路板图形，将覆铜板纸朝上放置，用熨斗加热印1~2分钟左右，如图所示。注意：转印过程中要在覆铜板下垫上隔热层，熨斗预热期间、转印间隙或印完后，要竖直放置，防止烫坏其他设备。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤7：修补防蚀图形（a）转印完成有缺陷的图形（b）修补完成的图形用油性笔7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤8：蚀刻电路板蚀刻电路板是利用腐蚀液去除覆铜板上的未被防蚀刻油墨覆盖的铜箔，最终留下被油墨盖住的线路图形和焊盘。常用的小型PCB腐蚀机如图所示，蚀刻电路板前需将腐蚀液预热至45℃~55℃左右。实训室中采用喷淋式腐蚀机的腐蚀时间一般30~90秒左右。需带化工橡胶手套操作，水洗后擦干或晾干电路板。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤9：退膜腐蚀后，要将覆在板上的防蚀刻保护层去掉的工序称为退膜。通常可以用专用的退膜剂来去除覆盖的膜，对于热转印的油墨保护层也可以用细砂纸来打磨抛光去掉，裸露出设计需要的铜箔线路图形。退膜后的呼吸灯电路板如图所示，退膜后的电路板需要水洗干净，并擦干或晾干。7.1.2呼吸灯电路的单面PCB制作步骤10：处理电路板表面因为制作的呼吸灯电路板是混装单面板，在铜箔面还有贴片元件需要焊接，所以还要打印底层字符层，并按步骤5和步骤6完成底层丝印字符图形的热转印。将制作完成的印制电路板，沿着边框线（保留一些间距）用裁板机手动裁剪掉多余的板面，并用砂纸、锉刀或角磨机等工具将边框的毛刺打磨平滑。如果发现制作完成的电路板铜箔面有氧化层，一般情况下可用橡皮擦去除氧化层，这样不易损伤铜箔。如果橡皮不易擦净的，可先用细砂纸轻轻打磨，再用橡皮擦，直至铜箔面光洁如新。最后通过目视法仔细对比PCB设计图，检查是否有线路断开或短路的地方，如果有断线的地方应该用导线将断开的线路焊接连通；如果有短路的地方则应该用刀片等尖锐的工具来划断被短路的线路。7.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤1：根据元器件清单，检测元件质量好坏7.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤2：焊接贴片式元件贴片元件的总体焊接方法是：先固定，后焊接。焊盘上锡固定并焊接贴片元件的一个引脚焊接另外一个引脚7.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤2：焊接贴片式元件贴片元件的总体焊接方法是：先固定，后焊接。焊接完成的贴片元件示意图标号注释R1~R347KR4100KR5100Q190137.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤3：焊接直插式元件直插式元器件的规格多种多样，引脚长短不一，安装时按照从低到高顺序，依次安装并焊接元件到电路板上，再焊接。直插式元件的焊接方法如下：（1）将烙铁接触焊接点，注意首先要保持烙铁加热焊件各部件（如印制板上的引线和焊盘）都受热，其次注意让烙铁头的扁平部分接触热容量较大的焊件，烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，以保持焊件均匀受热。（2）熔化焊料，在焊件加热到能熔化焊料的温度后，将焊丝置于焊点，焊料开始融化并润湿焊点。（3）移开焊锡，移开烙铁，在焊锡完全润湿焊点后移开烙铁，注意移开烙铁的方向应该大致45°的方向。7.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤4：电路板检测、调试（1）裸板外观检测。检查所有的焊盘是否有漏焊、焊料引起导线间短路（即“桥接”）、元器件绝缘的损伤等。检查时，除目测外，还要用指触、镊子点拨动、拉线等办法检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。（2）通电功能调试，是否观察到4个LED等缓慢闪烁点亮，达到呼吸灯的基本功能要求。（3）调节电位器是否能改变呼吸灯的闪烁速度。7.1.3呼吸灯电路的装配与调试步骤4：电路板检测、调试故障排除：（1）所有灯都不亮：检测电路板上所有的芯片及器件的VCC与GND端是否连接完全，并且没有短路现象；（2）LED闪烁：检查LM358输