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：針對電子工藝實習時利用傳統熱轉印法制作雙面PCB時對位不準的問題，設計了一種改進的熱轉印法雙面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PCB文件中并打印到一張熱轉印紙上，通過對PCB圖的快速定位將電路圖轉印到雙面覆銅板上。經過腐蝕后得到定位準確的雙面電路板。該方法具有方便、快捷、容易實現的特點，在制作簡單的雙面測試板時具有實用的參考價值。

關鍵詞：熱轉印 PCB 雙面電路板

中圖分類號：TN705 文獻標識碼：A 文章編號：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）是電子產品的基本要素[1]，PCB的制作是電類專業大學生需要掌握的基本實驗技能[2]。專業的PCB制作工藝雖然已經很成熟，但對于在校學生來說，要按照專業的PCB制作工藝來自行制作是不太現實的[3，4]。高校實驗室中制作PCB，通常都是學生制作試驗板，一張PCB圖只做一兩塊板，如果讓每個學生按專業的PCB制作工藝來制作，一來花費時間較長，二來成本太高，因此需要有一種適合學生在實驗室自行操作、簡便快速的PCB制作方法[3]。

1 實驗室PCB快速制作方法

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

1.1 熱轉印法

熱轉印法首先用普通激光打印機將設計好的PCB圖打印到專用的熱轉印紙上，然后將熱轉印紙上的PCB圖通過熱轉印設備轉移到敷銅板上，再經過腐蝕、鉆孔等后續工序即可得到制板精度很高的PCB[6]。在高校實驗室中，采用熱轉印法通常能夠在1 h內完成高精度的單面PCB的制作，對于雙面PCB的制作，由于雙面PCB對位不準往往是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，從而導致熱轉印法雙面PCB制作效果不理想。

目前熱轉印法雙面PCB的制作流程如下。

（1）用普通激光打印機將底層PCB圖打印到一張熱轉印紙上。

（2）用普通激光打印機將頂層PCB圖鏡像打印到另一張熱轉印紙上。

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

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

（5）完成腐蝕、鉆孔等后續工序。

上述熱轉印法雙面PCB的制作方法中，步驟3能夠較精確地將上下兩張熱轉印紙對準，但是在步驟4的熱轉印過程中，通常使用的熱轉印設備是通過高溫膠輥對熱轉印紙和敷銅板加溫、加壓的，敷銅板在熱轉印設備中作平移運動時易出現熱轉印紙偏移、上下面過孔對不準的問題[8]，導致要重復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，利用的設備實質上是一種小型的數控鉆銑床，通常又稱之為線路板雕刻機[9]。在制作雙面PCB時，銑完一面后需要進行翻板操作，有時會導致翻板位置不準的問題，通過用軟件和硬件來共同校正，可使上下兩層線路對位精確，從而降低雙面PCB制作的廢品率[7]。

1.3 熱轉印法與物理雕刻法的比較

對于高校的開放實驗室，熱轉印法要優于物理雕刻法，理由如下。

（1）線路板雕刻機價格高，且需要占用較大的實驗室空間，實驗室建設的投入大；而熱轉印設備價格低，占用空間小，實驗室建設的投入小。

（2）熱轉印法中，1次熱轉印的時間通常是2～3 min，腐蝕的時間一般為10～20 min，加上打印熱轉印紙、鉆孔等所耗費的時間，單面PCB通常在1 h內能完成，雙面PCB由于熱轉印過程中的偏移錯位導致對位不準的問題，通常需要重復多次熱轉印才能成功，但也能在3 h內能完成。物理雕刻法只能串行運行，同一時間1臺線路板雕刻機只能處理1塊PCB；熱轉印法中可以并行制作，可以多人同時制作多塊PCB。用物理雕刻法需要4 h完成的PCB板，熱轉印法能夠在3 h內完成；如果要制作10塊同等復雜的PCB，物理雕刻法則需要40 h，而熱轉印法由于可同時制作，在3 h內即可完成，熱轉印法的優勢盡顯。

2 改進的熱轉印法雙面PCB制作流程

針對傳統的熱轉印法制作雙面PCB時對位不準的問題，該文給出一種改進的熱轉印法雙面PCB的制作流程，具體如下。

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

（2）將熱轉印紙沿對稱線折疊，并覆蓋住裁切好的雙面敷銅板。

（3）PCB圖的轉印：將熱轉印紙覆蓋的雙面敷銅板放入熱轉印設備中進行熱轉印，折疊處首先進入熱轉印設備中，冷卻后得到印有PCB圖的敷銅板。

（4）完成腐蝕、鉆孔等后續工序。

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

Protel設計系統是PCB設計過程中最常用的EDA設計軟件[10]，下面以Protel99Se為例說明如何快速實現將底層PCB圖和鏡像的頂層PCB圖整合到一個PCB文件中并打印到一張熱轉印紙上，使用其他的EDA軟件（如ProtelDXP，Altium Designer）可參照如下步驟實現。

（1）新建一個PCB文件PCB1.PCB。

（2）復制已設計好的雙面PCB圖，粘貼到PCB1.PCB中，粘貼兩次。第一次粘貼時直接粘貼；第二次粘貼時做鏡像操作，同時按“Ctrl+Y”鍵即可實現上下翻轉，實現鏡像。

（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選項卡，然后選擇菜單“Edit—Select—All on Layer”，再選擇菜單“Edit—DeSelect—Outside Area”，用鼠標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）對齊。選擇一個參考焊盤，框選住頂層PCB圖并用鼠標點擊參考焊盤整體移動頂層PCB圖，使參考焊盤的中心坐標的X值與其在底層PCB圖中的X值一致，即可實現對齊。

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

（6）打印PCB1.PCB文件到熱轉印紙，圖1是打印預覽圖，顏色選項選擇了“Full color”，打印到熱轉印紙時，顏色選項應選擇“Black & White”，打印效果如圖2所示。

3 結語

實踐表明，應用該文提出的改進的熱轉印法雙面PCB制作流程，解決了以往雙面PCB制作中的對位不準問題，能夠一次性成功制作雙面PCB。學生在電子工藝實習、自主實驗、電子設計競賽以及畢業設計中需要設計、制作大量的PCB[11-14]，該文提出的改進的熱轉印法制作流程能夠為學生在實驗室制作雙面PCB節約成本和時間。

參考文獻

[1] 王天曦，李鴻儒，王豫明.電子技術工藝基礎[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2] 石冰，鄒津海.電工電子實驗中心的建設與創新人才培養[J].實驗技術與管理，2011，27（11）：356-358.

[3] 石萬里.實驗室快速制作印制電路板后處理工藝研究[J].實驗技術與管理，2011，28（6）：47-48.

[4] 卜紅，濮少文.印制電路板的快速制作方法[J].實驗室研究與探索，1997，16（3）：59-61.

[5] 陽桂生.繪制印刷電路板的簡單方法[J].物理實驗，2000，20（1）：25.

[6] 蔡淑珍，孫業歧.印刷電路板制作實驗技術的創新與實踐[J].河北農業大學學報，2004，6（3）：46-47.

[7] 吉亮.PCB制作系統解決雙面翻板對位精度不準的方案[J].機械管理開發，2010，25（3）：199-200.

[8] 李沛，鄭軍，高寧，等.電路板雙面轉印機研制[J].實驗技術與管理，2010，27（11）：87-90.

[9] 劉廣聰，李振坤，陳平華.運用物理雕刻的線路板制作系統的研制[J].實驗室研究與探索，2005，24（6）：33-35.

[10] 古良玲，李雙，陳新崗.初學Protel99Sed常見問題及應對技巧[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）：245-247.

[11] 李麗秀，楊啟洪，楊日福，等.電子工藝實習課程的發展實踐與創新探討[J].實驗室研究與探索，2007，26（12）：126-128.

[12] 宋象軍，汪春華，劉太林，等.營造實驗室開放環境，引導學生自主實驗[J].實驗技術與管理，2008，25（1）：19-20.

[13] 張新蓮，鐘慶賓，吳貞煥，等.探索加強學生自主實踐能力的途徑[J].實驗技術與管理，2008，25（8）：139-140.

[14] 刁鳴，王松武，李海波.大學生電子設計競賽的實施與思考[J].實驗技術與管理，2010，27（9）：127-129.