对于任何电子爱好者来说,为电子项目制作pcb是一件非常有趣的事情。一个印刷电路板或PCB不仅有助于构建紧凑的电路项目,它还保证了电路的工作不失效和更准确。
在这篇文章中,我们全面学习了一个循序渐进的过程,在家里通过最小的努力和最大的精度制作小的DIY pcb。
DIY步进式程序
它主要包括以下几个关键步骤:
- 切割铜箔层压成适当的尺寸。
- 根据原理图,冲孔压痕用于组件引线的钻孔。
- 在压痕周围用抗蚀漆绘制垫块,并用抗蚀漆将垫块通过轨道连接起来。
- 将涂漆的木板浸入氯化铁溶液中,直到这种化学物质侵蚀掉暴露在外的铜,使涂漆的布局部分保持完整。
- 晾干纸板,擦去履带和衬垫上的抗蚀油漆。
- 在压痕上钻孔。
- 用细砂纸打磨成品板。
- 使用现成的PCB进行组装和焊接。
现在让我们详细讨论上面的步骤。印制电路板生产的第一步是获得必要的资源和物品。我们将专注于所有这些基本的东西。
制作PCB所需材料
为了开始这一过程,我们将首先收集所有重要的成分或材料所需的PCB制造。以下是生产所需要的基本内容
- 覆铜层压板
- 氯化铁溶液
- 抗化学或油漆腐蚀。
- 画笔或钢笔
- 蚀刻PCB的容器
- 钻机和钻头。
- 蚀刻剂剂
- 洗涤垫,厨房纸
包铜层压板
最基本的项目将是制作印刷电路板的铜包层,你会发现各种各样的。
基材(绝缘)通常是玻璃纤维或SRBP(片树脂粘合纸),后者通常是更实惠的选择。
然而,玻璃纤维已经成为广泛使用的商业和娱乐消费者,因为它配备了几个积极的方面。
首先,它比SRBP更坚硬,因此比SRBP更不容易弯曲和断裂。改进的耐久性对承重部件(如变压器)的板非常有帮助。
另一个好处是,玻璃纤维是半透明的,因此通常允许我们查看通过板的顶部(组件)区域的铜路径,这在检查和发现故障时通常是值得的。
话虽如此,SRBP板的标准对于许多要求来说是非常令人满意的。市场营销活动中提到板的时候通常会提到1mm, 1.6mm等,这实际上是指基材的厚度。
板厚度
自然,较厚的(约1.6至2mm)板往往比较薄的(约1mm)模型更坚固,然而较重的质量板只对大型pcb至关重要,或沉重的部件可能安装在板上。
对于大多数应用来说,板的厚度实际上并不重要。
偶尔铜层压板可能会被选择为一盎司质量,或可能两盎司质量,这适用于铜在一平方英尺板的重量。
大多数电路只能处理很低的电流普通一盎司板这就是我们所需要的在现实中,一盎司的电路板经常是令人满意的,即使在电路中涉及强大的电流。
抗蚀涂料
印刷电路板制造的基本方法通常是通过蚀刻抗蚀剂覆盖完成电路板上需要的铜区域,然后将电路板浸在蚀刻剂中,去掉不需要的(未覆盖的)铜区域。
随后取下蚀刻抗蚀剂,露出铜轨道和衬垫。
在蚀刻过程中,任何能够使蚀刻剂远离铜布局的油漆都可以用作抗蚀剂。
我个人更喜欢使用指甲搪瓷或指甲油,任何便宜的品牌都可以使用,并将作为一个伟大的蚀刻抵抗。
抗蚀剂的性能
在专业上,最广泛使用的抗蚀剂可能是防水涂料和油墨。水溶性品种肯定不适合的目的,只是因为这些会溶解和洗涤在蚀刻溶液。
快速干燥的油漆或墨水更有利,因为它消除了需要等待很长时间才可以蚀刻板。
即使是更基本的印刷电路模式,似乎有大量的薄铜轨道在一个相对紧凑的区域,和油漆刷能力,创造极细的线成为必要的。
绘制轨道布局图
一个简单的解决方案是使用磨损的纤维笔尖作为油漆刷,这可以帮助开发出色的最终结果,尽管它可能不是一个很好的方法来解决问题。实现抗蚀剂的一个更简单的方法是使用一种商业可用的蚀刻抗蚀剂笔,它可以很容易地从任何电子零件经销商购买。
任何一种使用精灵墨水和尖锐的笔尖的笔都可以使用这个应用程序。如果你不确定钢笔的合适性,你可以很容易地拉出一些痕迹在一个废弃的铜层压板,然后蚀刻板,以验证墨水是否保持蚀刻正确。
另外一种抗蚀剂是耐磨蚀转移它们可以从几个组件商那里获得,通常可以提供真正杰出和专业的结果,如下面的例子所示。
实际上,你可能会发现有很多化学物质可以作为蚀刻剂,但其中大多数是危险的原因或其他,不太可能适合家庭设计的板。
的腐蚀剂
蚀刻剂是一种化学物质,它与铜层压板的暴露铜区域发生反应,并将其从板上分解。它用于去除板上没有被蚀刻抗蚀剂涂漆的铜区域,以及与轨道布局和垫块无关的区域。
通常用于国产电路板的蚀刻剂是氯化铁,虽然与大多数选择相比,它的危害较小,但它仍然是一种需要谨慎使用的化学物质。
因此,一定要用流动的自来水快速冲洗,以防洒到皮肤上。确保不要将氯化铁储存在金属容器中,因为这种化学物质会对金属产生反应,使金属多孔并导致泄漏。
由于氯化铁是有毒的(在许多使用过程中逐渐转化为氯化铜,同样是剧毒的),它显然必须远离食物和器皿等。
三氯化铁的种类
氯化铁可以以各种不同的形式得到。可能最方便的一种是现成的化学溶液。许多部件供应商以这种液体形式销售它;通常在250毫升的容器中,并以浓缩形式。
在使用前,你必须按照瓶子上的指示把它稀释一点。它可能不需要大量的稀释,一个250毫升的瓶子在用水稀释后通常只允许500ml或一升。
有些公司可能提供氯化铁晶体,有时也称为“氯化铁岩”。这个标签非常合适,因为在这种形式下,它看起来当然像黄色的岩石,而不是微小的漂亮的晶体,几乎是岩石固体。
在这种类型的氯化铁通常是在500克包,这是足够产生一升蚀刻溶液。
你也可以得到这在更大的包,但由于500克是足够蚀刻一个严重大量的常规大小的板,可能很容易生存下来,即使是一个勤奋的建设者很长一段时间,它最有可能不值得得到更大的500克包。
如何生成氯化铁溶液
在晶体条件下,氯化铁是不容易溶解的,但是,当它被稳定地搅拌时,它迟早会完全分解,随着不断的混合,它可以相当快地熔化。
最后但并非最不重要的是,氯化铁可以以无水的形式获得,这基本上意味着它是真正的氯化铁,几乎没有水的材料。顺便提一下,它将在晶体形态中含有少量的水。
真正导致这种类型的氯化铁难以处理的是当它与水混合时产生的加热效应。即使你一开始用的是冷水,它也会很快变得很热,以至于容器摸起来很暖和,这就给塑料容器带来了融化的危险。
另一个问题是使化学物质充分溶解并形成一种像样的蚀刻配方。不管出于什么原因,你可能会发现自己最终得到了大量的化学物质,永远不会分解,还有看起来像氯化铁的溶液,但几乎没有蚀刻潜力。
这就是为什么必须使用冷水(最好是冷藏或加冰)。另外还有一种可能是,可能有少量的化学物质不会熔化,这可以从液体中过滤,或者因为它看起来不妨碍蚀刻,它可以简单地留在溶液中。
钻头尺寸
在家里制造PCB的下一个重要成分是钻头,它需要在PCB上钻洞,以用于组件引线。
组件导通孔的典型直径为1mm,尽管一些组件如预置电阻、大电解电容器等需要更大的直径。直径约为1.4毫米的孔适合于这类组件。
通常,对于半导体和其他一些具有较薄引线的组件,建议使用直径小于1mm的引线。0.7mm或0.8mm似乎是这些组件可接受的直径。
如果你有高质量的钻头,它们必须非常坚硬。
然而,直径约为0.7毫米至1.4毫米的钻头可能相当脆弱,应相对小心地使用。
如果他们保持垂直向下的压力,这可能是好的,但如果方向不是保持在与板的直角,一个合适的孔不会被创造出来,这是很可能的钻头会断裂成两半。
由于这个原因,在使用这种钻头钻孔时,你必须非常小心,最好是机器应该与如下所示的可调节支架一起使用。
到目前为止,我们已经讨论了关键的事情,这是必要的,而制造一个印刷电路板,可能有一些其他的可能性和结束,这可能是必要的。
这些都是典型的基本家用物品,随着我们蚀刻的进展,这些将会被揭开。你会发现制造印刷电路板的许多不同方法。
尽管它们基本上都是相同的,而主要的不同之处在于不同的测量方法的执行顺序。
我们将因此开始考虑一种制造板的方法,在这之后,一对夫妇的替代技术将被解释。
开始PCB制作
第一步将是检查书籍或杂志的印刷电路,以得到正确的尺寸的电路板。
你可能会有电路原理图、元件叠加图和印制的电路轨道图按实际尺寸复制,分别如下3图所示。
印刷电路的尺寸应在文本或原理图中提供,但在许多情况下,需要考虑通过实际尺寸的铜轨道图案的比例。
将定案板的边界在层压板的铜面做上标记,然后在之前标记的外侧再拉一套约2mm左右的线条。
通过小心地在这些轮廓之间切割,你应该能够产生一个体面的精度和直边板最小的问题。
板的侧面可以用一个小的平面锉刀,和玻璃纤维板,消除可能不希望的磨料端。
注意,标记应在板的铜面做,并从同一面锯开,以防止切板时铜面剥落。因此,务必要从铜面切割或钻孔板,而不是从层压板面
下一步将是为组件绘制孔的位置,并在合适的地方,为板安装合适的孔。
快速的方法来完成这是钳的原理图在铜轨道上的板,通过准确地对准图纸和板的边缘。
然后,用小锥子或类似的尖头工具仔细而准确地在铜板上的原理图上打上小的凹痕。
这不是必要的标志板冲压与一个尖的工具,另一种方法是简单地对齐和粘到板使用大提琴磁带,然后钻下通过图纸,现在自己的行为像钻标记。
用蚀刻抗漆轨道
在板修剪到尺寸和钻孔后,下一个任务是油漆板与蚀刻抵抗。这基本上包括尽可能广泛地清理黑板。
从市场上可以买到特殊的清洁块,这些显然性能很好。铜层压板通常会显示一些氧化物和腐蚀的顶部的铜表面,这是非常重要的清除,否则这可能会阻止板得到适当的蚀刻。
因此,建议使用威力合理的清洗剂,将铜表面的所有氧化物、污垢和腐蚀完全清除。
在全面清洗后,铜层看起来闪闪发光,在温水下冲洗板,以去除任何残留的清洁剂或油性成分。在这一点上,确保不要触摸铜表面,否则可能导致油腻的手指印和减慢蚀刻过程。
接下来,采取蚀刻抵抗油漆拉铜垫周围的孔钻为组件引线。
在用蚀刻抗蚀剂绘制焊盘后,是时候油漆铜轨道,以便它们按照电路设计连接焊盘。当你这样做的时候,一定要确保你的手远离铜表面。从棋盘的一边开始,然后有系统地朝另一边走,而不是随机进行(这可能会导致错误)
用于复杂的PCB设计
一些当代印刷电路设计可以是极其复杂和具有挑战性的复制。
当设计这种类型的电路板时,建议使用印刷电路抗蚀笔(或适当的替代)与更精细的笔尖。在一些可能有许多狭窄的、紧密排列的平行轨道的地方,你必须借助一把尺子来绘制精细的直线。
如果你看到履带或衬垫互相合并,等待抗蚀剂干涸,然后利用圆规点或其他尖头刮去多余的重叠抗蚀剂。
一旦抗蚀剂干了,PCB被检查,下一个任务是将电路板浸入蚀刻液中,直到最终所有暴露的铜已经被取下。
PCB蚀刻是如何发生的
本质上,蚀刻过程中铜取代了氯化铁中的铁形成了氯化铜,同时铁被沉淀。
开始腐蚀过程中发生的非常快,可能只需要几分钟,但随着氯化铁逐步转化为氯化铜蚀刻行动稳步变得缓慢,和一些板蚀刻后可以观察到腐蚀时间相当长时间,或者没有得到完成。
在这种情况下,蚀刻剂将需要更换新一批氯化铁溶液。正如你会注意到氯化铁是红黄色的,而氯化铜是蓝色的,所以当你发现蚀刻溶液慢慢变得更绿,将表明化学物质接近它的工作寿命。
当在家里用小盘子蚀刻板时,要确保板的铜面朝上,并且在有足够大小的非金属盘子中进行蚀刻。
你可能想要在上面添加一个像样的盖子,并定期取出盖子,以检查结果,直到蚀刻结束。这种方法的一个主要问题是,铁和铜氯化物层倾向于发展在板的顶部,这可能会显著延长蚀刻时间。这可以通过不时地小心地摇动盘子来消除这一层,从而加快蚀刻速度。
使用特殊容器蚀刻
实际上,你可能会发现,为了使PCB接近垂直位置,而板的铜面朝下,设置一个容器是相当容易的。
在这种情况下,蚀刻过程发生得非常快,因为铁沉淀无法发展成一层,并倾向于向下从板。这确保蚀刻不受阻碍。尽管如此,周期性的搅动板和蚀刻剂可以帮助敲掉任何小的压制涂层,可能发展,使更快的蚀刻。
上图显示了实现这一目标的几个简单选项。在图(a)中,使用了一个弯曲的盘子,以确保木板通过四个角保持在合适的位置,并且不会在任何其他点与盘子接触。
(b)中演示的技术对于较大的多氯联苯是一个很好的选择,这可能需要一个相当大的皿来实现该过程。容器必须相当大,任何类似经典速溶咖啡罐的东西都可以。
要把罐子实际上填满,可能需要大量的蚀刻剂。这可能看起来有点贵,但蚀刻剂肯定会持续更多的比例相比,较小的数量。
或者,少量的蚀刻剂可以用大量的水稀释,但这可能大大降低蚀刻速度,不可取。
对于相当大的板,唯一有效的蚀刻方法是使用一个大的平面盘子(像一个照相盘子),铜面朝上。经常搅拌可以加快蚀刻时间。
蚀刻将会发生在有较小区域的开放铜的区域更快,将会花费更多的时间在板上有相对广阔的开放铜的区域。蚀刻在电路板周围也能更快地进行。
上面展示了一种方法,它通常工作得更有效,而且在实践中通常要容易得多。在这里,一对木棒或塑料棒被放置在盘子的整个长度,在相反的两侧。这些都是相对较长的菜肴,让他们休息在上面。然后,木板被悬挂在由几根金属丝支撑的杆上,每根金属丝分别位于木板的两端。
为了更好地理解,图中只演示了一根导线。如果使用铜线,确保它是一个超级漆包线,厚度为18 SWG。电线连接到棒子简单地通过转动的两端围绕棒子的直径一两次。
蚀刻结束后
当蚀刻完成时,你必须彻底检查电路板,以确保没有空穴铜留下,并寻找部分电路板铜轨道和衬垫被紧密拉(例如IC衬垫分组)。
确认蚀刻完全完成后,将蚀刻板垂直放置在蚀刻液上一会儿,让滴下来的蚀刻剂离开板,然后用纸巾或抹布擦拭板。
另外,这是一个明智的决定,在整个蚀刻过程中保持一张厨房纸附近,以确保残余的蚀刻溶液可以在需要时从镊子或手套上擦掉。电路板必须在水中仔细清洗,以洗去蚀刻溶液的任何最后残留痕迹。
消除抗拒
最后,必须消除粘在铜上的抗蚀剂,否则可能会严重阻碍铜焊盘的焊接过程。你可以获得任何标准的抗蚀剂,这可能是以一种轻灵的形式,它将分解大部分的颜料和墨水。
它也可能是可行的印刷电路抛光块碰巧同样适合擦洗抗蚀剂。另一种技术是尝试使用洗涤垫或粉末,这基本上是印刷电路生产中最简单的活动,当然不应该出现任何挑战。
为了使组件在准备好的PCB上的最终组装与完美的焊接和绝对没有“干”接头,铜轨道和焊盘必须抛光到一个有光泽的表面处理之前,组件可以实际开始焊接。
交给你了
如上所述,显然在家里制作PCB看起来很简单,使用市场上现成的DIY材料,只需几个小时就可以制作出优秀的专业级PCB。也就是说,这个过程可能需要一些谨慎和精度,以达到预期的结果,以便预期的电路项目成功完成。
如果你对这个话题有任何疑问,请通过下面的评论告诉我们,我们将非常乐意帮助你!
pradeep panja说
谢谢你在这个问题上的最新进展。
你的项目组装起来很有趣,但我无法得到talior制作的pcb
我想知道你们是否能安排付款,这样才能让他们真正工作起来。
从加尔各答,印度
Swagatam说
谢谢你,很高兴你喜欢这个帖子,但是,我们现在不卖pcb,所以在这方面也帮不上什么忙。
金主说
好文章!我真的很喜欢你的职位和项目。
谢谢你!
Devendra主管Chandrakant帕瓦尔说
你好赃物,
你好我希望你一切都好。你想指导我在orcad中配置约束管理器吗?
基本上,我想知道我必须在约束管理器中选择哪个选项,轨道宽度修改,通孔组件之间的间距,IC,SMD IC和SMD组件。请给我大致的指导方针。
谢谢你!
Swagatam说
你好,Devendra,我很好,谢谢你,但是,对不起,我不是很精通Orcad,所以在这方面不会帮助你。
Devendra主管Chandrakant帕瓦尔说
好的没有问题。您能指导我绘制国产太阳能逆变电路的PCB布局图吗?即在哪里放置主动组件和被动组件。另外,请共享空间组件的通用ipc标准文档。通孔组件和smd组件。我想做太阳能逆变器PCB,以学习为目的。请引导我。
Swagatam说
你好,Devendra,对不起,我没有你问的信息的详细信息。如果我碰巧发现了它,我一定会在这个网站上通过一个新的帖子更新它
Sid说
你好Swagatam,
感谢这个精彩的教程。虽然我来过这里几次(太阳能电池板),但我从来没有搜索过PCB设计的东西,并通过YouTube学习了大部分(可能是错误的)。
你在简历中提到你也做PCB制造。因为我不是专家,我在封锁期间做了一些,这些多氯联苯大多来自YouTube视频。正如你可以猜到的,它们在尺寸(尺寸)上非常小,我使用手动工具钻-一个你通过按压来冲孔的地方,因为我不是一个专业人士。
现在,我从一个网友和一个YouTuber那里得到了两个更大的PCB设计。但遗憾的是,它们的尺寸更大,由于我的知识不足,我无法完成它们。两者都是双面的。
你能帮我把这些转化成可使用的多氯联苯吗?请随时联系我,详细说明您的价格等。
保持安全,不断给我们提供优质的内容。
Sid。
Swagatam说
你好,Sid,我可以理解你的担忧,但是我现在不从事PCB的制作工作,所以我现在可能无法为你提供必要的帮助,虽然我希望我可以帮你解决……
Sid说
你好Swagatam,
谢谢您的快速回复,非常感谢。事实上,在我发表了我的评论后,当我浏览其他人的评论时,我确实读了,没有问题,我确实理解。让我拿更多的钱和时间来冒险。
还有一个问题-如果铜板上的印刷不正确,我可以只用更薄的(或指甲油去除剂)来清除盘子和重试吗?
Swagatam说
谢谢Sid,是的,你可以用稀释剂删除布局,然后再用搪瓷颜料或钢笔画一次。
兰迪Le-Bherz说
嗨。我今年64岁,刚刚开始尝试现代化我的小4 ' x 2 ' N轨距模型列车布局。我的愿望是使用PWM低速(真实规模)操作我的12v直流系统。我的问题包括3A PWM电机速度控制器DC 6v - 28v可调电压调节器开关工作一到两天,然后我失去了通过电位器控制操作的能力。我得到的只有前进和后退的全速。我知道关于电子产品的甜蜜的FA,所以基本上有一些问题:
1.这种失控的原因可能是什么?
2.有没有一种方法,我可以添加一个'保险丝'(?),以防止这发生在我的最后两个控制器?
3.你在你的网站上有一个电路,将允许我做我自己的“超级PWM”控制器?
谢谢你花时间至少读了这篇文章。希望将来能收到你的来信。
干杯
兰迪
Swagatam说
嗨,是的,我有一个很好的pwm电路适合你的应用。你可以在这篇文章中找到它:
3简单的直流电机速度控制器电路说明
探索了2个简单的双向电机控制器电路
这个问题可能是由于过度使用导致的锅磨损了。
保险丝可能与上述问题无关……这可以通过一个数字壶或按钮控制来补救。
兰迪Le-Bherz说
谢谢你的快速回复。请允许我再问几个问题
5个控制器中哪一个最适合运行我的模型铁路?
如果一辆机车要脱轨,选择的控制器会出现短路问题吗?
列出的组件是否需要更改?12-14v的手术可以吗?
谢谢
Swagatam说
您可以使用第二使用单IC 555。为了避免短路,您的电源必须有一个内置的电流控制器,也可以在电源和PWM电路之间安装一个
OGUNFESOLA KEHINDE说
先生,PCB设计,我可以先用铅笔在覆铜板上画电路图,然后用抗蚀笔在铜板上画电路图吗?如果是,我该如何确定铜板上每个零件图纸的尺寸?
Swagatam说
嗨,ogunesola,在PCB上绘图可以使事情变得复杂。先在纸上画,然后把纸固定在纸板上,用尖头金属打孔钻垫点,再用蚀刻漆画出钻垫和连接轨道。组件的尺寸必须在纸张上确定。
OGUNFESOLA KEHINDE说
谢谢先生
Mohan Bhagwat说
亲爱的Swagatam,
谢谢你在这个问题上的最新进展。
你的项目组装起来很有趣,但我无法得到talior制作的pcb。
我想知道你们是否能安排付款,这样才能让他们真正工作起来。
Swagatam说
谢谢你亲爱的Mohan,不幸的是,我现在没有任何PCB制造商在我的联系列表,大约5年前,我曾经联系过他们中的一些,但随着时间的推移,我失去了所有的细节。
shankar说
你是一个天才!开始在亚马逊或其他合作伙伴处放置零件链接,这样人们更容易找到零件,你也能从销售中获得回扣
Swagatam说
谢谢Shekhar的建议,如果可行,我会尝试!
Devendra主管chandrakant帕瓦尔。说
你好Swag感谢你的pcb制造环节。这是一个伟大而有用的学习材料。
你是否愿意指导我使用任何软件工具,如Orcad, Eagle pcb设计。设计pcb时,原理图、布局准备、布线、轨迹、漏电、间隙、焊盘选择等的经验法则是什么?
谢谢你!
Swagatam说
谢谢你,Devendra,因为我不是一个PCB专家,所以建议最合适的技术和软件对我来说可能是不可能的。然而,普遍适用于PCB设计的基本规则如下。
在轨道之间保持足够的距离,以免发生意外短路,根据应处理的电流量计算轨道厚度。不要在轨道上有尖锐边缘的急转弯。尽量估计最有效的轨道定位,以避免不必要的长环形轨道。对于射频电路,确保采用接地平面技术,这意味着整个PcB覆盖接地铜底座,内部连接轨道蚀刻在这个接地平面铜底座之间。焊盘的尺寸必须根据组件引线的尺寸来确定。它通常可以是2mm直径,如果PCB需要它可以更小,除了1N4007二极管。
库马尔说
非常有用和容易理解的材料。谢谢你的积极主动
Swagatam说
谢谢,很高兴能帮忙!