快速制作雙面印制電路板的方法研究

廖繼海++謝雨錕++黃麟桓++周俊生

摘 要：針對(duì)電子工藝實(shí)習(xí)時(shí)利用傳統(tǒng)熱轉(zhuǎn)印法制作雙面PCB時(shí)對(duì)位不準(zhǔn)的問題，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB制作流程，方法是利用Protel軟件將雙面電路PCB底層圖和鏡像的頂層PCB圖整合到一個(gè)PCB文件中并打印到一張熱轉(zhuǎn)印紙上，通過對(duì)PCB圖的快速定位將電路圖轉(zhuǎn)印到雙面覆銅板上。經(jīng)過腐蝕后得到定位準(zhǔn)確的雙面電路板。該方法具有方便、快捷、容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，在制作簡(jiǎn)單的雙面測(cè)試板時(shí)具有實(shí)用的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：熱轉(zhuǎn)印 PCB 雙面電路板

中圖分類號(hào)：TN705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（a）-0008-03

Study on Rapid Manufacturing Methods of Double-sided Printed Circuit Board

Liao Jihai Xie Yukun Huang Linhuan Zhou Junsheng

（Department of Physics， South China University and Technology， Guangzhou Guangdong， 510640，China）

Abstract：The paper describes and compares two currently rapid manufacturing methods of printed circuit board（PCB） in the university laboratory， giving an improved thermal transfer method to make double-sided PCB and solving the problem of the alignment inaccuracy of the traditional thermal transfer methods in making double-sided PCB.

Key Words：Thermal transfer；Printed circuit board（PCB）；Double-sided PCB

印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品的基本要素[1]，PCB的制作是電類專業(yè)大學(xué)生需要掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能[2]。專業(yè)的PCB制作工藝雖然已經(jīng)很成熟，但對(duì)于在校學(xué)生來說，要按照專業(yè)的PCB制作工藝來自行制作是不太現(xiàn)實(shí)的[3，4]。高校實(shí)驗(yàn)室中制作PCB，通常都是學(xué)生制作試驗(yàn)板，一張PCB圖只做一兩塊板，如果讓每個(gè)學(xué)生按專業(yè)的PCB制作工藝來制作，一來花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，二來成本太高，因此需要有一種適合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室自行操作、簡(jiǎn)便快速的PCB制作方法[3]。

1 實(shí)驗(yàn)室PCB快速制作方法

制作PCB主要有兩類方法：化學(xué)方法和物理方法。早期在高校實(shí)驗(yàn)室制作PCB通常采用貼膠法[5]，屬化學(xué)方法。目前大部分高校實(shí)驗(yàn)室制作PCB的方法為熱轉(zhuǎn)印法和物理雕刻法，熱轉(zhuǎn)印法屬于化學(xué)方法，物理雕刻法屬于物理方法[4]。

1.1 熱轉(zhuǎn)印法

熱轉(zhuǎn)印法首先用普通激光打印機(jī)將設(shè)計(jì)好的PCB圖打印到專用的熱轉(zhuǎn)印紙上，然后將熱轉(zhuǎn)印紙上的PCB圖通過熱轉(zhuǎn)印設(shè)備轉(zhuǎn)移到敷銅板上，再經(jīng)過腐蝕、鉆孔等后續(xù)工序即可得到制板精度很高的PCB[6]。在高校實(shí)驗(yàn)室中，采用熱轉(zhuǎn)印法通常能夠在1 h內(nèi)完成高精度的單面PCB的制作，對(duì)于雙面PCB的制作，由于雙面PCB對(duì)位不準(zhǔn)往往是PCB制板工藝中最重要的問題[7]，而目前的制作流程不能很好地解決該問題，從而導(dǎo)致熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB制作效果不理想。

目前熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB的制作流程如下。

（1）用普通激光打印機(jī)將底層PCB圖打印到一張熱轉(zhuǎn)印紙上。

（2）用普通激光打印機(jī)將頂層PCB圖鏡像打印到另一張熱轉(zhuǎn)印紙上。

（3）將兩張熱轉(zhuǎn)印紙與裁切好的雙面敷銅板壓緊，在兩張熱轉(zhuǎn)印紙對(duì)齊時(shí)用透明膠帶將上下兩張熱轉(zhuǎn)印紙粘接，以避免錯(cuò)位。

（4）PCB圖的轉(zhuǎn)印：將貼有熱轉(zhuǎn)印紙的敷銅板放入熱轉(zhuǎn)印設(shè)備中進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印，冷卻后得到印有PCB圖的敷銅板。

（5）完成腐蝕、鉆孔等后續(xù)工序。

上述熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB的制作方法中，步驟3能夠較精確地將上下兩張熱轉(zhuǎn)印紙對(duì)準(zhǔn)，但是在步驟4的熱轉(zhuǎn)印過程中，通常使用的熱轉(zhuǎn)印設(shè)備是通過高溫膠輥對(duì)熱轉(zhuǎn)印紙和敷銅板加溫、加壓的，敷銅板在熱轉(zhuǎn)印設(shè)備中作平移運(yùn)動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)熱轉(zhuǎn)印紙偏移、上下面過孔對(duì)不準(zhǔn)的問題[8]，導(dǎo)致要重復(fù)多次才能成功地制作一塊雙面PCB。

1.2 物理雕刻法

從基本原理上看，物理雕刻法制作印制線路板的過程，就是利用銑刻的原理，把敷銅板上多余的、不必要的部分銑去，利用的設(shè)備實(shí)質(zhì)上是一種小型的數(shù)控鉆銑床，通常又稱之為線路板雕刻機(jī)[9]。在制作雙面PCB時(shí)，銑完一面后需要進(jìn)行翻板操作，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致翻板位置不準(zhǔn)的問題，通過用軟件和硬件來共同校正，可使上下兩層線路對(duì)位精確，從而降低雙面PCB制作的廢品率[7]。

1.3 熱轉(zhuǎn)印法與物理雕刻法的比較

對(duì)于高校的開放實(shí)驗(yàn)室，熱轉(zhuǎn)印法要優(yōu)于物理雕刻法，理由如下。

（1）線路板雕刻機(jī)價(jià)格高，且需要占用較大的實(shí)驗(yàn)室空間，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入大；而熱轉(zhuǎn)印設(shè)備價(jià)格低，占用空間小，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入小。

（2）熱轉(zhuǎn)印法中，1次熱轉(zhuǎn)印的時(shí)間通常是2～3 min，腐蝕的時(shí)間一般為10～20 min，加上打印熱轉(zhuǎn)印紙、鉆孔等所耗費(fèi)的時(shí)間，單面PCB通常在1 h內(nèi)能完成，雙面PCB由于熱轉(zhuǎn)印過程中的偏移錯(cuò)位導(dǎo)致對(duì)位不準(zhǔn)的問題，通常需要重復(fù)多次熱轉(zhuǎn)印才能成功，但也能在3 h內(nèi)能完成。物理雕刻法只能串行運(yùn)行，同一時(shí)間1臺(tái)線路板雕刻機(jī)只能處理1塊PCB；熱轉(zhuǎn)印法中可以并行制作，可以多人同時(shí)制作多塊PCB。用物理雕刻法需要4 h完成的PCB板，熱轉(zhuǎn)印法能夠在3 h內(nèi)完成；如果要制作10塊同等復(fù)雜的PCB，物理雕刻法則需要40 h，而熱轉(zhuǎn)印法由于可同時(shí)制作，在3 h內(nèi)即可完成，熱轉(zhuǎn)印法的優(yōu)勢(shì)盡顯。

2 改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB制作流程

針對(duì)傳統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)印法制作雙面PCB時(shí)對(duì)位不準(zhǔn)的問題，該文給出一種改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB的制作流程，具體如下。

（1）用普通激光打印機(jī)將底層PCB圖和鏡像的頂層PCB圖打印到一張熱轉(zhuǎn)印紙，且使得底層PCB圖與頂層PCB圖的過孔是線對(duì)稱的。

（2）將熱轉(zhuǎn)印紙沿對(duì)稱線折疊，并覆蓋住裁切好的雙面敷銅板。

（3）PCB圖的轉(zhuǎn)?。簩徂D(zhuǎn)印紙覆蓋的雙面敷銅板放入熱轉(zhuǎn)印設(shè)備中進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印，折疊處首先進(jìn)入熱轉(zhuǎn)印設(shè)備中，冷卻后得到印有PCB圖的敷銅板。

（4）完成腐蝕、鉆孔等后續(xù)工序。

通過以上制作流程，由于頂面和底面的PCB圖線對(duì)稱地打印在一張熱轉(zhuǎn)印紙上，熱轉(zhuǎn)印過程中不再出現(xiàn)偏移錯(cuò)位，能夠一次性成功制作雙面PCB。

Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)是PCB設(shè)計(jì)過程中最常用的EDA設(shè)計(jì)軟件[10]，下面以Protel99Se為例說明如何快速實(shí)現(xiàn)將底層PCB圖和鏡像的頂層PCB圖整合到一個(gè)PCB文件中并打印到一張熱轉(zhuǎn)印紙上，使用其他的EDA軟件（如ProtelDXP，Altium Designer）可參照如下步驟實(shí)現(xiàn)。

（1）新建一個(gè)PCB文件PCB1.PCB。

（2）復(fù)制已設(shè)計(jì)好的雙面PCB圖，粘貼到PCB1.PCB中，粘貼兩次。第一次粘貼時(shí)直接粘貼；第二次粘貼時(shí)做鏡像操作，同時(shí)按“Ctrl+Y”鍵即可實(shí)現(xiàn)上下翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鏡像。

（3）將第一次粘貼部分的Top層去掉，將第二次粘貼部分的Bottom層去掉。選擇TopLayer選項(xiàng)卡，然后選擇菜單“Edit—Select—All on Layer”，再選擇菜單“Edit—DeSelect—Outside Area”，用鼠標(biāo)框住第一次粘貼部分，利用菜單“Edit—Cut”將選中部分剪切掉，即可將第一次粘貼部分的Top層去掉。類似的操作過程可將第二次粘貼部分的Bottom層去掉。

（4）將第一次粘貼部分（底層PCB圖）與第二次粘貼部分（頂層PCB圖）對(duì)齊。選擇一個(gè)參考焊盤，框選住頂層PCB圖并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊參考焊盤整體移動(dòng)頂層PCB圖，使參考焊盤的中心坐標(biāo)的X值與其在底層PCB圖中的X值一致，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)齊。

（5）畫對(duì)稱線，線的寬度設(shè)置成雙面敷銅板的厚度，其目的是為了便于熱轉(zhuǎn)印紙的折疊。

（6）打印PCB1.PCB文件到熱轉(zhuǎn)印紙，圖1是打印預(yù)覽圖，顏色選項(xiàng)選擇了“Full color”，打印到熱轉(zhuǎn)印紙時(shí)，顏色選項(xiàng)應(yīng)選擇“Black & White”，打印效果如圖2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，應(yīng)用該文提出的改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)印法雙面PCB制作流程，解決了以往雙面PCB制作中的對(duì)位不準(zhǔn)問題，能夠一次性成功制作雙面PCB。學(xué)生在電子工藝實(shí)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)、制作大量的PCB[11-14]，該文提出的改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)印法制作流程能夠?yàn)閷W(xué)生在實(shí)驗(yàn)室制作雙面PCB節(jié)約成本和時(shí)間。

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