感光法在PCB手工制作中的運用探討

【摘要】闡述運用感光法手工制作PCB的過程，主要步驟包括制作菲林片、基板處理和涂抹感光藍油墨、曝光、顯影、修膜、蝕刻、脫膜、制作阻焊層。

【關鍵詞】感光法 手工制作 PCB

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）09C-0187-02

激發中職生學習興趣，培養學生的動手操作能力，從而拓展畢業生的就業路子，是廣大中職教師肩負的重任。筆者發現，組織和指導學生利用簡單器材，在學校開展手工制作PCB，能極大地調動學生的學習興趣。PCB是電子線路板的簡稱，是承載電子元件和線路的基板。電子、機電類的專業課電子裝配工藝、電子技術實訓等都安排有電子電路安裝，制作PCB板是其中的一個項目和組裝電子電路的環節，但教材介紹制作PCB的篇幅非常少，不能詳細指導學生進行實訓。其實只要懂得了其中的原理，可以有多種方法簡單自制PCB板，教學時，可結合實際，選擇適當的方法。本文主要介紹筆者手工制作PCB的一種新穎方法，這個方法筆者稱之為紫光油墨制作PCB，即感光法。

一、制作PCB所需材料和設備

制作前需要準備的材料和設備及其數量和用途，如表1所示。

二、制作PCB的過程

制作一塊單面的PCB，其過程如下：基板處理—涂沫—烘烤—制作菲林片—曝光—顯影—清洗／靜置—蝕刻—脫膜—水洗—吹干—涂阻焊綠油—曝光—清洗。

（一）制作菲林片

制作菲林片是在電腦上完成設計的，電腦軟件可使用protel Dxp2004 SP2，基本步驟有三個。

1 繪制電路原理圖——設計PCB。包括焊盤和孔徑都要設計完整，做出來的電路板是否好用，很大程度上與設計質量有關，如果要在電路板上寫上一些數字或英文字母，比如制作日期及一些英文字母，在輸入文字時，可用鏡像輸入。

2 設置成負片打印。即PCB圖上表示覆銅線路（導電部分）的地方是白色的，絕緣地方是黑色的。設置輸出負圖時，在打開已設計的PCB界面下，作相應的設置。第一，選擇Mechanical 1機械層。第二，單擊菜單“放置”——“矩形填充”，然后用光標在圖上畫出長方形區域，得到粉紅色矩形區域，將光標在圖外空處右擊退出畫矩形狀態。第三，打開文件菜單，進行頁面設定，在彈出的窗口中選擇灰度、縮放比例選擇scaled Print刻度先1.0，進入高級選項，按下面順序排列各機械層和設置各層顏色（用“優先設定”按鈕設定顏色）。其中，Multi-Layer選擇白色；Top Layer選擇白色；Mechanical 1選擇黑色；另選PadHolse層為黑色，選擇孔打鉤。確定退出這個設置，回到矩形選擇區域的狀態。第四，選擇Bottom Layer機械層，重新進入“頁面設定”界面，進入高級選項，進行如下機械層的順序設置：Multi-layer；Bottom layer；Mechanical l。并且設置上面的三層顏色為Multi-layer（白色），Bottom layer（白色），Mechanical 1（黑色）。單擊確認退出，重新回到原先的矩形填充的粉紅色選擇界面。第五，打開打印預覽，可看到孔是黑色的，線路是白色的，這就是PCB線路圖的負圖。通過設置打印機，上述負圖打印出來就可以實現黑的地方更黑，白的地方更白。需要注意的是，不是打印在白紙上，而是打印在透明膠片的涂層上（無涂層的另一面比較光滑），透明膠片就是預先準備好的菲林紙，如果沒有菲林紙，也可以用硫酸紙，對著太陽，黑色的區域不能透過陽光，白色地方不能有污點，黑白分界明顯清晰，這是能否做出優質電路板的關鍵。最后小心保存膠片。

3 打印焊盤。在PCB文件界面下，打開“文件”“輸出制造文件”“Gerber Files”，在光繪設定的層欄下，勾選Bottom Solde后面的繪制和鏡像，確認退出，點擊打印文件。在打印膠片時，如果感覺圖案不是很黑，仍有透光現象，可以將膠片浸在增黑劑中再取出晾干，這樣效果會更好。

（二）基板處理和涂抹感光藍油墨

選擇比較暗的房間或在晚間背燈光處操作感光藍油，因為感光藍油容易受紫外線的照射而失效，太陽光直射最易受影響，因而不能在陽光下操作。先用天那水稀釋紫光藍油墨，這種油墨比較綢，按約1：4的體積比進行稀釋，即油少天那水多，使油墨流動性好，調至均勻即可。用砂紙細磨銅板至干凈后，用油刷均勻地在覆銅板上涂上感光藍油墨，油層能全部覆蓋即可，不用太厚。接下來可以選擇兩種方式讓油墨晾干，一是放在完全黑的地方陰干（要花一天以上的時間），二是用熱風筒吹干或用烤箱烘干。為了提高效率，建議用烤箱烘干，溫度設到40～50度即可，不要太高。這個過程，注意不要讓紫外線照射，確認干燥不粘手后置于黑暗處待用。

（三）曝光

將做好的菲林片印刷面朝向覆銅板的油墨面壓上去，再將它們放到兩塊透明且干凈的玻璃板之間，用夾子夾緊邊沿，貼得越緊越好，避免移位，注意夾子不要夾到有圖的地方。將兩支紫外線燈管相距5cm左右平行掛起來，將上面準備好的菲林置于燈光下10cm處照射15分鐘，第五分鐘時水平旋轉玻璃夾板90度一次。這一步也可以放到太陽光下進行曝光，如果太陽較大，時間約2分鐘，陽光不太強時，照射時間4分鐘左右，陰天時候約7分鐘，這個時間不用太準確，差別不大。

（四）顯影

顯影分三步處理，一是調制顯像液。用塑料盆將顯影劑按比例（顯影劑：水=1：20）調配，即1包20g的顯像劑加水500毫升，稀釋成顯影液。二是將已曝光的覆銅板膜面朝上放入顯像液，每隔數秒輕搖容器或感光板，當板上顯出輕微圖案時，用刷子輕輕地掃過板子的上面，將溶出來的膜掃除，使線條清晰顯現，當銅箔清晰且不再有綠色霧狀冒起則顯像完成，顯像時間約1分鐘，此時需靜待一會兒，確認顯像百分百完成后進行水洗。顯影適宜溫度為10～35度，溫度高顯影速度快。1包顯像劑（20克）可顯影約20片10×15cm單面感光板。顯影過程中必須注意：使用過和未經使用的顯像液不能混裝一起，顯像劑不能混有三氧化鐵溶液，否則會失效。嚴防劃傷膜面。顯像液經顯像后可保持一天左右，然后自行分解，不會造成環境污染。三是水洗。放人大盆水或在水龍頭下沖洗殘留下的顯影液。

（五）修膜

為了確保膜面無任何損傷，將水洗后干燥了的感光板進行全面檢查，如有短路處用小刀刮凈，斷線處用油性筆或用毛筆蘸一點藍油墨修補，再用熱風筒吹干。

（六）蝕刻

蝕刻的目的是將不需要的銅域（顯影后露出來的銅域）用溶劑溶掉，而曝光過的部分，由于藍油阻隔了溶劑入侵，不被溶解，保留了下來，成為導電線路?？蓪⑷然F配成1：2質量比腐蝕液加熱至35～45度，將感光板膜面朝上放入其中，輕搖容器，用刷子輕掃銅面，直至露出來的銅域被完全腐蝕掉，然后用水沖洗干凈。需要注意的是，應用塑料盆裝蝕刻液（忌用金屬盆），蝕刻時間約為20～40分鐘。

在蝕刻過程中應掌握的技巧及注意事項如下：一是蝕刻時注意勿傷膜面，以防蝕斷線路；二是感光板只能使用酸性腐蝕液，不能使用堿性腐蝕液；三是三氯化鐵蝕刻液越濃越慢，越稀也越慢。蝕刻后將線路板放入大盆水中浸洗或在水龍頭下沖洗干凈。

（七）脫膜

脫膜就是把最后線條上的藍油去掉，最后露出銅線來。脫膜液的配制濃度按1：70的質量比兌水，將線路板浸入脫膜液中幾分鐘即可用刷子掃除殘存的藍油，露出線路銅來。脫膜結束后放入大盆水或在水龍頭下沖洗（一定要洗凈，避免腐蝕電路板）。將板晾干或吹干，待下一步操作使用。

（八）制作阻焊層

眾所周知，日常中看到的成品電路板，除焊盤之外，均涂有一層綠色或深藍色的紫外光固化油墨（UV Curable ink）又稱UV油墨，這個油層稱為阻焊層，起到絕緣和防焊錫黏附作用。UV油墨在一定波長的紫外光的照射下內部發生交聯反應，從液態轉變為固態，完成固化，期間無溶劑揮發。這個涂層的手工制作方法如下：

首先，在板子表面涂一層很薄的UV綠油，覆蓋上透明膠片，使綠油在隔離空氣下讓紫外線照射5分鐘，這時再揭開膠片，就可以發現綠油已經硬化了，由于油層較薄，可以很好地吸附在板子上。

其次，用細砂紙打磨，使焊盤位置的銅皮露出來，其他地方稍微磨一下就可以了，這一步主要目的是增加板子表面的粗糙度，為第二次上綠油增加親和力。

再次，涂抹一次綠油，用透明膠片覆蓋在綠油上面，再用圓柱形的筆用力在膠片上滾動，將下面的空氣泡排出壓平，并使油層均勻分布，注意不要太厚，可盡量薄。也可以直接只上一次綠油，但需控制好油層的厚度，不能太薄，也不能太厚，太厚容易脫皮，太薄又不美觀，露出銅皮。

最后，將打印有焊盤的菲林膠片對準電路板相應位置，覆蓋在透明膠片上，用夾子夾緊固定。用UV燈管曝光5～10分鐘后（油層厚，時間長；油層薄，時間短），關掉電源，靜置5分鐘左右，讓它停止交聯反應，然后揭開玻璃板和膠片，就會發現除焊盤處沒有硬化外，其他的地方完全硬化了。接著用醫院用的消毒酒精清洗焊盤處沒硬化的綠油，露出銅色焊盤，硬化部分是洗不掉的，再用水浸洗殘余的酒精，用工具裁剪多余的邊緣，然后鉆孔，得到成品板。

需要注意，三氯化鐵有腐蝕性，操作時，最好不要接觸皮膚，其他藥品腐蝕性不大，但沾上手也不好清洗，所以操作過程中，最好戴上膠手套。只要腐蝕過程沒有出現差錯，其他步驟可以重復。由于這種制作PCB方法工序多，步步都要認真操作，否則有可能達不到良好的效果，因而可以培養學生耐心，做出來了，可獲得很大的成就感。

由上述可知，感光法手工制作PCB，所用器材簡單，但效果卻很好，做出來的線路板，區分度可達到0.3mm，生產效率高，適合中職生在校園內發揮，對電子愛好者有很大的幫助。