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电子工艺实训台印刷电路板的制作

    电子工艺实训台是模拟电子产品的生产加工过程为学生提供的技能型实训设备。可进行电子工艺实习、电子设备装配、电子线路课程设计、电子手工焊接练习、电子元器件实物识别、测试、筛选、电子元器件拆装维修等训练,完成线路板制作、焊接、调试等实训任务。使学员了解电子产品制造过程、熟悉电子产品工艺,掌握电子产品的操作技能,模拟企业实际生产现场进行零距离的实训操作。
一、器材
    铜箔板一块、三氯化铁一瓶(自备)、油漆一小瓶、毛笔一支、复写纸一张、铅笔一支、水磨砂纸一张、瓷盒或玻璃容器一只。
二、电子工艺创新实训台印刷电路板的制作
1、制作印制板最常用的方法是铜箔腐蚀法。就是把需要的印刷电路图形,在铜箔板上感光或印刷一层耐腐蚀的保护图形。然后用三氯化铁进行腐蚀,把没有保护层的铜箔腐蚀掉,留下需要的铜箔图形,成为印制电路板。
2、敷铜板(也称铜箔板)
    敷铜板是制作印制板的主要材料,它是用一层纯铜箔,利用耐热的粘合剂,粘在绝缘板上制成的。目前一般采用环氧玻璃布层压板,它的绝缘性能和坚固性比酚醛纸层压板优良。
3、自制印制板
    用手工方法自制印制板,可按铜箔板清洁处理,制耐酸保护层,腐蚀、清洗、去保护层、打孔、涂助焊剂等几个步骤进行。
(1)铜箔板清洁处理
    主要是清除铜板表面的油污,否则影响耐酸保护层与铜箔的结合力。可用汽油擦,水磨砂纸打磨或用去污粉擦洗,使铜箔全部光洁、无斑点。
(2)制耐酸保护层
是指用耐酸涂料在铜箔板上绘出所需要的图形(先用复写纸把电路复印在铜箔上)。描绘时,要注意所需保留的铜箔部分必须均匀涂上防护层。耐酸涂料可选用油漆。也可用如下配方:①甲级白锌厚漆、耐酸沥青漆(1:1);②甲级白锌厚漆、酚醛清漆(1:1)。用香焦水等溶剂稀释后绘制。
由于油漆的粘度大,画线路图很不方便。如果用下列配方制成防腐蚀墨水,就可使用蘸水钢笔进行绘图。由于它粘度小,绘制方便,易干燥,缩短了制板时间。是一种较为理想的防腐蚀涂料。
防腐绘图墨水配方
聚苯乙烯10克(一般透明的牙刷柄大都由聚苯乙烯制成)
香蕉水50毫升
油溶性染料或圆珠笔芯中的染料,若干
把聚苯乙稀敲碎,放在玻璃瓶(墨水瓶)中,注入香蕉水,拧紧胶木瓶盖,静置24小时。待聚苯乙烯全部溶解后,试验它的粘度。粘度以蘸水钢笔沾上溶液能在铜箔上流利绘线,待溶液挥发干燥后能在铜箔上留有一层薄膜为宜。配好粘度后,逐渐加入染料,使绘出的线条清晰可辨。
(3)腐蚀
就是把铜板上未涂耐酸保护膜的铜箔腐蚀掉,留下需要的电路图形。铜箔腐蚀一般采用三氯化铁溶液。配方为:三氯化铁40~50克,水100克。配制时,把三氯化铁缓缓加入水中(溶解时会发热),待固体全部溶解后即可使用。由于它有一定的腐蚀性,容器应采用塑料或玻璃盆。把要腐蚀的电路板浸没在溶液里,将盆来回晃动,以加速腐蚀。
用过的溶液要妥善保存,以后还可使用多次。
(4)清洗
腐蚀好的印制板应立即取出用清水冲洗干净和去保护层。
去保护层的办法是用香蕉水、汽油等擦洗,也可用水磨砂纸打磨,在保护层脱落后,再浸没入水中清洗,如果发现有少量残留铜箔,可用小刀轻轻刮去,修整好。
(5)打孔
按图纸上元器件的实际安装尺寸钻孔,孔必须钻正。为了使钻出的孔眼光洁、无毛刺,钻头要磨锋利,元件孔直径在2mm以下的,要采用高速钻孔。转速过低,钻出来的孔眼就会有严重的毛刺。
(6)涂助焊剂
涂助焊剂的目的,一是容易焊接,保证导电性能;二是防止电路的连线铜箔受潮生铜绿。助焊剂配方很多,最简单的是松香助焊剂。可按松香80克,酒精500毫升的比例,将松香溶解在酒精中。然后用干净毛笔蘸溶液均匀涂在线路上,干后即成。
三、电子工艺实训考核装置印刷板的设计
1、印刷板上的元件布局
(1)单面印刷板上的所有焊接元件应安放在底板不焊接的一面,便于插装和组焊。
(2)板面上的元件尽可能按电原理图顺序排列整齐和紧凑,以缩短引线。如果因为板面不够,安装不下整个电路的元件,可以遵循电路信号的前后次序,按一定的线路排列。但输入与输出电路不要靠近,避免寄生耦合引起振荡。由于屏蔽需要分开安装时,则要使每一块装配好的印制电路板成为独立的功能电路,以便于调试。
(3)对于一些笨重或体积大的元件,如变压器、继电器、大电容器等,可安装在辅助板上,利用坚固件将它们固定。
(4)元器件布局应尽量减小相互间的电磁场感应。电感器放置应与相邻印制导线交叉。
(5)发热元件应放在有利于散热的位置,必要时可加散热器或单独放置。
2、印制板上的布线
(1)公共地线布置在最边缘,便于将印刷电路板安装在机壳上,也便于与机壳地线相连接。
(2)印制板上每级电路的地线应自成封闭回路,使本级地电流在本级范围内流通,减少级间地电流耦合。每级电路的四周都是地线,便于接地元件就近接地,接地线短可减小引线电感。地线应有足够的宽度,最好是采用大面积接地,即大块铜箔为地线。大面积接地还具有一定的屏蔽作用,但会增大元件对地的分布电容。如发现给某元件带来影响,则可增大该元件与板面之间的距离或将元件改为立式安装。
(3)单面印制电路板上的导线不能交叉,必须交叉走线时可使用裸铜线在背面跨接。要注意使高频线、管子各电极的引线、输入和输出线短而直,并避免相互平行。
  用双面铜箔板时,两面印刷线应避免互相平行,以减小导线间的寄生耦合,最好成垂直布置或斜交。
(4)为了便于外接,印制板的一端或多端可做成插头形式。为了减小平行导线之间的寄生耦合,输入信号线与输出信号线之间用地线隔开,信号线与电源线之间的距离应远些。
3、印制导线、接点的图形和有关尺寸
(1)印制导线的宽度应根据电流大小来确定,一般为1.5mm或2mm。导线间距不小于1mm,否则焊接有困难。机械固定用的垫圈等零件与印制导线的间距不小于2mm。
(2)印制接点是指印制在安装孔周围的金属部分,供焊接元件引线或跨接线用。接点尺寸取决于安装孔的尺寸。
安装孔是指固定元件引线而穿通底板的孔。安装孔的直径应稍大于元件引线的尺寸(一般大0.4mm,但最大不要大于引线的1.5倍,否则将影响机械强度)。
接点圆环的外径决定于安装孔直径,部颁标准见表4-1。
表4-1
接点外圆直径(mm) 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0
安装孔直径(mm) 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.3 1.6 2.0 2.8 3.5
(3)印制导线不应有急剧的弯曲和尖角,在有导线分支时,分支处应圆滑。
(4)为了增加焊接元件与印刷板基板的粘贴强度,必须将导线的焊接点加宽成圆环形。
四、实训范例
    以实验图4 (a)为例,画出印制板图4 (b),根据上述步骤制作出合格的线路板。

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