本帖最后由 xinew4712 于 2019-7-16 21:51 編輯
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七、感光干膜法自制電路板
本來，做好洞洞板就應該是終點了。不記得怎么逛來逛去的，就看上人家自己制作的漂亮的電路板了，心里長了草，也幻想著把難看的洞洞板做成漂亮的PCB，于是就有了后面這部分內容。當然，打樣的事我也知道，成本也不高，但我覺得那更適合有經驗的高手或者成品電路，對于沒經驗的小白，自己畫的電路能不能正常工作都不知道就拿去打板，很可能要反復修改，打板的成本也不見得有優勢了。
1、打磨 本來買覆銅板時老板答應贈送沙紙，結果庫房沒有看備注，忘記發了，我只有用鋼絲球替代，帖膜前一定要把板子擦干凈， 銅很容易的氧化，前一天測試暴光時間時擦干凈的板子，第二天再實際帖膜時，又不粘膜了。 
這張圖是后補的，小電鉆＋沙紙圈打磨了一半的效果圖。后經證實，電動打磨機打的效果過于完美光滑，在后面的實驗中造成了太多的問題，在0.15mm的線路中，失敗十幾次，苦思冥想好多天，查到資料說銅面太光滑，會造成干膜吸附不牢，同時有量化的標準，測試方法叫做水膜測試，方法是把磨好的板子泡在水中，拎出來呈45度角，銅表面會形成一層水膜，同時水會往下流，水膜破裂時間小于15秒，都是不合格的，說明板子太光滑了，小電磨磨出來的板子，水膜測試5秒就破裂了，解決辦法也很簡單，把磨好的板子放到腐蝕液中，注意，我沒有打錯，就是腐蝕液，我的做的是雙面板，放進去2、3秒，板子就變紅了，再翻個個，又過2、3秒，拿出來放清水中，洗掉腐蝕液再做水膜測試，效果很好了，20秒也沒破裂。由于本文的文字內容是實驗過程的忠實記錄，這里要補充一下，貼膜前腐蝕不是必要環節，后面的實驗中，沒有經過腐蝕，直接用5秒破水膜的光滑板，也能成功，如果你直接就成功了，不必預先腐蝕了哈，或者說腐蝕的板子失敗了，可以試試不腐蝕的。這里提供一個方法，具體怎么做要自己試，畢竟每個廠商生產的膜性質不同，我看有的廠商還介紹說，自己膜可以110度加溫以便粘牢，我的膜是三無產品，測試時100度膜就化成花紋了。 
這部分內容放在這里有點不太合適，打菲林之前要做PCB設計的，減少返工就要提前考慮電流問題，問了賣家，淘寶上的覆銅板似乎都不提銅萡厚度，有的賣家根本不知道是多厚的，偶有回答，答曰：0.018mm，也就是0.5OZ。我要把電磁鐵的走線印在板子上的，按工程標準還要留一倍的冗余量，設計線寬要5MM了，我需要的是脈沖式的大電流，每次工作幾毫秒而已不是長時間的，如用用了這么寬的線徑，PCB沒法走信號線了，退一步按50th設計，所有可能通過大電流的線路，都手工改成50th線寬。先做出來再看看會不會燒掉吧。
2、貼膜 這個過程有點象手機帖膜，板子加點溫度好帖，細心耐心，多練習并吸取我的經驗教訓就能帖得很好。帖膜時出現零星小氣泡可以不管它，板子一般都有富裕量，調整菲林的位置，讓布線躲開氣泡就行了，覆銅區有零星氣泡不影響使用效果。實在有看不過去的氣泡，可以用針扎它一下，然后用銀行卡從氣泡的四周往針眼處趕走空氣。一開始不熟練，查各種攻略，什么銀行卡，橡皮，筆桿各種推，總是不完美。后面熟練了，什么工具都不用，板子也不事先加溫，徒手就可以帖出完美的膜，大道至簡啊，功夫到了自然成功。干膜是有有效期的，好像是半年，趕緊用，在它生命周期內讓它多多為我們做貢獻，漲經驗值。別舍不得，我一次買了3米，就象神槍手都是用子彈喂出來的一樣，想帖好膜，盡管多動手，別怕失敗就對了。帖好膜再用熨斗溫一下板子，溫度慢慢掌握，讓膜與板充分粘合，再避光放置15分鐘-30分鐘。關于手工帖膜，我有一個經驗，在別人的帖子里都沒有見人提到過，在這避光放置的15分鐘，不要白白放置，要有壓力，經我觀察，完美的貼膜雖然沒有肉眼可見的氣泡，但仍有很多微小的有規律的白點，有的是線形，有的集中在某個區域呈現網格狀，這是板子紋路中的凹槽與膜沒有充分接觸造成的，用銀行卡推、指壓很難處理干凈，經過加溫靜置，大部分白點會消失，但仍會有殘留的，這些殘留的白點要么造成覆銅長斑，運氣不好還會造成細線斷線。如果靜置過程中給板子壓上重物，比如把溫熱后的板子夾在幾十本厚書中間，再避光靜置15-30分鐘，這樣的板子就與工廠中批量壓出來的沒什么區別了。 這是帖好膜，上菲林的效果，圖上是張雙面板，測試練手用的，成功的板子制作過程沒有拍，做的時候不知道是不是會成功的。對角有兩個定位孔，用公公杜邦線把菲林固定住，然后再帖膠布固定，暴光時把杜邦線拔掉。用有機玻璃把菲林和板子一起壓住，有機玻璃上面再放幾把鉗子配重，當然配重不能擋住板子哈，免得風吹草動的移了位置。
3、暴光 暴光要用菲林，菲林是一種透明膠片，打印菲林用噴墨就行，菲林是區分正反的，靠肉眼或手感很難區分，可以對著它哈幾秒氣，沒霧的是打印面，有霧的是背面。同時還要注意PCB設計軟件中的“覆銅”的參數，不要讓負片出現太多細線，這句話需要在實際操作中慢慢體會，多多調試，細線多了，菲林很容易花，無法用來暴光。雙面板的頂層要鏡像打印，底層正常打，同時，頂層底層都要輸出負片。打印時用灰度打印，質量調到最高，黑度對比度最暗最高，紙張選光面相片紙，需要頁邊距（至少我的打印機是），當我選無頁邊距時，打出來的菲林不是１：１的，比設計尺度略大一點點，一點點的誤差，小元件還好，長的排線元件就插不進去了。 
生成的pdf類似這樣子的，黑色部分在后面的環節中會被腐蝕掉，白色部分的銅會保留下來。注意上面的十字梅花型焊盤，這種焊盤很不好打孔，后面會說怎么做。 暴光時，菲林有墨的那一面要緊貼感光膜，不能搞反，菲林薄薄的厚度，也能讓暴光邊緣虛掉，邊緣不銳利，顯影就不干凈。 暴光燈就是一只8W黑管紫外燈，為了方便使用，我做了一個簡易的暴光箱。經過N次測試，這一步暴光時間為3分。 
設計圖難免反復修改，打廢的菲林不要丟，用水泡一會，墨會掉的干干凈凈，可以在后面的環節壓阻焊油用。 
暴光后即使還沒顯影，也能看到略微清晰的紋路了。這張圖比較接近后期了，這時的膜已經有點失效，剛到手的新膜，暴光完比這張清楚的多。這個顏色都不對，后來證實是暴光燈出了問題，折騰了半個多月啊，簡單地陽光下暴3分鐘，清晰無比。 4、顯影 顯影的時間要量化，這個量是測試出來的，每兌了一瓶新溶液，都最好重新測試一下。測試方法有2個，一個是顯影點法，我理解是顯影60%就差不多了，別顯了，該用水沖了，剩下的40%是水洗掉的，這個在家不太容易量化，總之這是個概念吧，不要等所有銅都露出來了再把板子拎出來，差不多就行，免得顯影過度（即邊緣開始不清晰，甚至有干膜開始脫離），可以在實踐中慢慢體會 ，拎早就顯影不足，那是真的腐蝕不動。另一個是水溶筆法，這個比較容易在家做，找一只筆跡可水洗的筆，寫在板子上晾干，在上面覆蓋一小塊干膜，不暴光不暴光不暴光。避光靜置20-30分鐘，撕保護放在顯影液里計時，同時慢慢刷，刷到筆跡開始溶解，說明膜基本掉干凈了，計時結束。 
顯影進行中，線路會越來越清晰。上圖網格狀的線形氣泡，就是沒給壓力造成的。一開始沒經驗，對這個顏色不敏感，后來才知道，這個膜的顏色其實是暴光不足造成的，燈出問題了。 
顯影完畢，晾干之后的照片。做這張板子時，膜很新，顯影完湛藍湛藍的，后期做出來的板，顏色灰暗，正是有了這張照片做對比，我慢慢反省到自己的操作錯誤。 5、腐蝕
腐蝕過程很慢，要加溫，我是用一個金屬“轉接板”加的溫，電熨斗溫度調到最高，“轉接板”溫度有點高，裝腐蝕液的塑料盒底不平，接觸面很小，溶液溫度剛剛好。腐蝕時要晃動，容器不方便晃就不停地晃板子，我用竹筷子。腐蝕要腐蝕透，不要見到對比度上來了就停手，要見到玻纖板子，線路溝槽也露出才行。通過這種方式大約10分鐘粗線就腐蝕干凈了，細線慢一些，腐蝕時要注意溫度不要太高了，免得干膜提前脫膜。
注意注意注意：這張圖是反面教材，當時自以為完美，其實是腐蝕失敗的，銅萡根本沒有腐蝕透，還是一整張，只是有的光滑些（厚），有的粗糙些（變薄了），全板短路。正是這次失敗，我在設計中把線徑、線距都改大了一些，擔心太細了腐蝕不透。
6、脫膜
脫膜很簡單，效果非常明顯，一般進行到這步的時候，已經十分接近成功了。當然，對顯影效果不滿意，未經腐蝕就進脫膜盆的情況除外哈，我的顯影液在測試時已經換了三輪，不滿意就直接脫膜，而脫膜液從未換過，效果一樣杠杠的。
以肉眼看得見的速度，膜迅速卷起來，脫掉。這張板子沒腐蝕透，看到線路對比明顯就拎出來了，根本沒見到底板，后來測試發現，全板任意兩點短路。
下面這張就是經歷了十幾次試驗之后，做出的一張比較滿意的雙面板的正反面，之前做廢過單面板兩張，這是做出的第一張雙面板，還有改進空間，個別有短路的地方，還需要用美工刀摳一下線槽，短路不可怕，最怕斷線，有斷線板子基本就廢了，這張板子就有些信號線設計時沒有注意到，因為線徑過細而斷路了。當然后面還會有失敗環節的，這樣類似的板子還會做幾張出來。
有了基本成功的雙面板，就可以做做定位測試，隨機打幾個孔，看看正反面是不是對齊了，在這個過程中積累定位經驗。前面提到的毛病，這張板子都有，覆銅長斑，細線斷路，定位誤差等。
7、阻焊
暴光5分鐘，先問賣家，再自行測試。方法是多打幾個點，蓋上膜，膜就用打廢洗白的菲林，計好時間，每分鐘拿出來擦一個，擦不掉了的時間就是固化好的時間。注意，這個時候要把菲林“非打印”面帖著綠油，要是帖反了，打印面會把綠油都粘下來。
上面這張照片就是用做廢了的板子和打歪了的菲林進行暴光時間測試時拍的。做這張板子時，又遇到比較霉的事，發現暴光燈出問題了，半月前測試過綠油，8分鐘固化的非常好，這次8分鐘油沒干，加長時間到20分鐘還沒干，這時不能再加長了，開始懷疑燈出問題。洗掉重做，這次直接暴1小時，仍未干。這時回想前面的無數次失敗，都是同樣的操作流程，感光干膜失敗十多次，我曾懷疑是膜保管不善。用轉印做好板子，做到阻焊，又失敗，這次很明顯，綠油還是液態的，上次暴完8分鐘，摳都摳不下來。這次20分鐘還沒固化。綠油保管的肯定沒問題，因為這是最后環節，基本上沒拿出來見過光。把這個情況給淘寶老板說，老板爽快地給換了一只燈管。在燈管寄過來的路上，我改造了一下暴光箱，改成節能燈暴光：
下面這張是用來測試新燈管暴光時間時做的，效果還可以，但是做的不是太用心，綠油薄厚不均，焊盤擦得也比較粗暴，有的地方都脫落了。焊盤就用普通的消毒酒精擦就可以，75%的醫用酒精，藥店有的賣的，記得在擦掉焊盤上的綠油之后，再放在紫外光或者直接在太陽下暴幾分鐘，這時不需要精確，不用量化，盡管曬，讓綠油徹底固化。
下面這張是做好阻焊并鍍錫的效果。阻焊做的不是太漂亮，這是第一張成功的阻焊圖，沒什么經驗，后面會做更好的。打孔和鍍錫順序倒無所謂，我傾向于先鍍錫，這樣會形成一個四周高中間低的孔洞，打孔時比較好下鉆頭，不容易打滑。
8、打孔
電路板在設計時就要在四角留好過孔，目的是定位，雙面板定位是關鍵。
在失敗的測試板上把各種孔徑的孔都打一遍，正反都試試，反向打的目的是練習各種尺寸的鉆頭會不會把對面的覆銅給頂出來，漲漲經驗值，提高在最終制板時成功率。測試時就發現，10th(0.3mm)的過孔，手工基本沒法打，返回去改設計，把過孔的焊盤改成70焊盤30孔徑的，和洞洞板的標準一致，這樣的孔手工也比較好打了。同時注意，有些元件接地引腳的焊盤，是連接了覆銅的，就是那種梅花形的焊盤，不是同心圓片，這種的焊盤打孔時，鉆頭會沿著焊盤十字線打滑，很容易碰壞旁邊的細線，解決辦法就是到對面去打孔，這種孔如果是過孔還好，如果是接元件的話，記得在有元件的一面先上錫封住十字線一面，在熔融狀態下插元件，這樣才好保證覆銅與地是連接好了的。哦，我說的都是雙面板，單面板沒有這么多細節。最終經驗之談，70-30的孔也不太合適，應該用80-10的，這樣焊盤夠大，稍微對不齊也沒太大關系，焊接也容易。10的孔方便定位，鉆頭仍然用30的，板子上的孔越小，打孔時越容易瞄準。(編后補充：洞洞板的60-30設計是有道理的，80-10不要用，再做板子的時候，我還是會用70-30。80焊盤大，盤間距小，很容易造成相鄰的焊盤粘連。10孔徑太小，腐蝕不清，打孔時反而不容易定位。)
失敗了的板子廢物利用，集各種測試于一身。最上面露出來的底板是測試靜態（不搖晃）的情況下，徹底腐蝕透所需時間，腐蝕掉的部分就是溶液的深度，不用太多，沒過板子即可。下面是各種孔徑打孔測試，正反打孔測試，自制推臺直線打孔測試所留下的痕跡。（設計的時候，就要考慮一下打孔的問題，元件孔位是100th，就是2.54mm，過孔的孔位網絡，也要用100th，這樣可以讓大部分孔都在一條直線上，打孔時可以用推臺+靠山的方式方便地定位，比較手工找洞要少考慮一個維度）綠色的是感光綠油，測試暴光時間，清洗阻焊的測試。順便提一句，阻焊的清洗就用脫膜液，做的不滿意的阻焊，泡在脫膜液中，一個晚上就軟化了。盡量用廢液，洗完阻焊的脫膜液不適合再做脫膜了。
9、絲印
絲印可以用熱轉印法也可以用干膜法，干膜做0.05mm細線都沒問題，做絲印更不在話下了，就是前面的工序，帖膜、打菲林、暴光，顯影，不脫膜不脫膜不脫膜！那個沒脫的膜就是絲印了。菲林我買少了，留著以后做板子用，這次絲印我就用熱轉印法來做，也有人用熱轉印做板子的，也沒問題。精度上還是干膜法的要精確一些。
黑絲放在這里，就不那么好看了:(，這是做完絲印打好孔的圖。
10、焊接 這是合體之前的照片，上面的是淘寶買的51最小系統板，好像1塊多錢，圖中已經把高度超限的電源插座和自鎖開關卸掉了，太高了有點礙事。下面是在打好孔的板子上，把排線座接好，確保設計圖與實際電路一致，沒有被縮放。
下面這張合體之后的照片，51最小板和自制的pcb板完美合體，51最小板通過自制pcb取電。
下面需要把板子切了，設計時就畫好了邊框和邊線，沿著邊線把多余地部分切掉，用775電機DIY了一個小臺鋸，對付PCB綽綽有余。切好后的板子就可以焊接了，先焊過孔，再對著絲印焊元件，沒什么可說了的。
這是切好的板子和切下來的邊角料。
11、總結
總結一下關鍵點，板子不能太光滑，帖好膜之后加溫不能太高，40度就行，暴光時間，2.5分鐘。顯影時間，2.5分鐘。
時間要根據動態調整的，調整的標準就是如果在顯影時有沖洗不掉的干膜，說明暴光過度，要減少暴光時間；如果顯影后干膜受損或發現干膜浮起或線路邊緣不齊，說明暴光不足，如果與沖不掉的干膜同時出現，說明是顯影過度，要減少顯影時間或顯影液濃度。腐蝕時過程過慢，可能是顯影不徹底，銅沒有完全暴露出來。當前面每一環節都如數家珍，輕車熟路之后，有一個怪現象開始出現，失敗率越來越高，后面的環節無法開展，就懷疑前面的參數是不是不對，反復調整試驗參數，還是很難有成功的案例，不是說我要做很多板子，我只要做一塊，但每個環節都有失敗，后面失敗了，前面的環節就都要重新來過。這里在很多資料里看到過的一個詞浮現在腦海中：安全燈！他們都提到要在黃色安全燈下操作，而我一直在日光燈下，雖然每次切膜時間很短，半分鐘就可以切完一次實驗用的膜，然后把成卷的膜收好，可是，我的實驗可能做了2、30次了，卷膜累計在日光燈下的時間暴露的時間也有10多分鐘了，膜很可能失效了！所以讀者不要被我的失敗次數嚇到不敢動手了，如果準備充分，你也許經歷3、5次的嘗試，就可以做出滿意的板子了。不過經過了無數次失敗，以后再有什么過期膜、失效膜，我也有法子用好它們，這時心里隱約冒出一個點子，先不著急立flag，這些不好用的失效膜，我要給他們覓條出路。
前面的環節我帖的照片都是失敗的板子，失敗的原因千條萬條，成功的原因只有一個，就是不怕失敗。鎮樓的那張就是成功的效果了，這是用疑似失效的膜和新換的紫外暴光燈做的了。
總結一下我失敗的原因，我覺得是起點太高了，應該先設計一張簡單的單面小板，把整個流程走通，小板成功，再做目標板，這張板最初設計0.2mm線徑和間距，還是雙面板，太多環節都不熟悉，就挑戰高難度，導致失敗次數過多，試驗次數多，又沒注意保護材料，導致干膜失效，在沒意識到干膜的問題之前，后面的測試都在做無用功。同時又比較霉，遇上暴光燈故障，對我這個毫無經驗的小白來說，更是雙重打擊。（熱轉印成功后，又返回來做干膜，最終證實，膜沒有問題，是燈出了問題）
這里順便帖一下好燈壞燈對比圖，如果對工具敏感一點的話，可以早點意識到是燈管出了問題，至少可以減少失敗20次。
 
上圖是壞的燈。都是通電點亮的狀態，也都能鑒別紙幣，但那個壞燈暴光效果卻差了好多。
八、熱轉印法自制電路板
本來沒有這一章內容的，干膜法經歷無數次失敗，弄得喪失信心又想不透原因的時候，想到正好還有轉印紙呢，要不試試轉印法？這幾張轉印紙原計劃是用來做絲印的。由于干膜法的無數次失敗，我曾嘗試過反復修改設計圖來解決，這時的線徑線距都改到0.5mm左右了。這個精度熱轉印也能勝任了。
1、打印轉印紙
轉印紙存貨不多，雖然不貴，單買卻不劃算，可以用摳門的辦法來打印，算好位置，開窗法
2、雙面定位 熱轉印確實挺簡單，打好轉印紙，用長排線比量一下尺寸是否合適，沒問題了就帖在銅板上，打好定位孔，再帖另一面，這時可以用透明膠固定，別帖太多，稍微固定一下就好，免得后面透明膠融化了不好處理。
3、撕轉印紙 我用200度熨1、2分鐘，翻過來再1、2分鐘，自然冷卻，不燙手之后就可以扔到清水里泡2分鐘，然后慢慢撕開，就是下面的效果了。由于擔心打印機打印大面積黑塊時噴墨不足，我在設計軟件里特地去掉了覆銅。效果還是挺不錯的，完全不用筆描。
 
4、腐蝕
參考上面提到過的“轉接板”加熱的腐蝕法，把銅吃掉。不論干膜法還是熱轉印，在腐蝕之前最好找一個過孔，把孔打通，看一下正反面的位置是否對齊，因為腐蝕這一步一旦做了，就沒辦法退回重來了。熱轉印由于沒有覆銅，腐蝕的面積有點大，可以先靜置一會再晃動，但要注意由于是雙面板，要讓兩個面都能接觸到溶液，直接放在塑料盒里不太合適，這樣的話另一面帖在盒底，與溶液接觸不良，可以用筷子搭住板子，讓雙面都與溶液充分接觸。靜置一會之后就會看到濃重的黑墨成股流下，讓人一度以為轉印的墨粉脫落。用過的腐蝕液呈現透明的綠色(也有的是藍色)，腐蝕后期的某個時點，液體會轉瞬變黑，這是全面腐蝕的征兆，要賣力地晃了。干膜法由于有大量的覆銅，沒有觀察到這種現象。
腐蝕完畢，一次就成功，背面就不拍了，大同小異。
5、反熱轉印–脫墨
脫墨過程一般都用沙紙磨，汽油洗，我想試試不一樣的，既然墨粉高溫會融化，并從附著力低的轉印紙印到附著力高的銅箔，那我也可以再次讓墨粉轉移，讓它轉印到A4上，只要A4有了墨跡，我就可以多次重復這個過程，讓墨粉轉印干凈。或許在反熱轉印過程中還能發現新的脫墨材料呢。當然這樣的實驗有很大可能失敗，失敗了這段也不刪，就當是一次反而教材吧。
 
我的做法是先把板子泡水里，我是泡了一晚上，估計泡個把小時也可以，然后夾在A4里反復熨，熨2分鐘就換一個地方，換了四五次位置，基本就不掉墨了。這時銅線已經部分裸露出來，但還是有墨跡。
此時再用橡皮擦，銅線就能完全露出來了，不知道粘錫效果怎么樣，為了防止不粘錫，最后還是用鋼絲球簡單砂了一下，早知如此何必當初即視感。
阻焊
阻焊暴光之前的流程與感光膜暴光有些類似，洗干凈板子并做舊，我是用鋼絲球把板子擦幾遍，一是可以把銅線上的余墨去除，二是把沒有銅線的部分劃花，增加附著力。在把油推平之后，靜置15-30分鐘，我是夾在書中，然后連書一起壓上重物，讓綠油與板子充分接觸，重物可以讓油自然流動，做出來的阻焊薄厚一致。
九、實際用途
這板子做出來能干什么呢？當成一個可編程的PWM驅動就不錯，孩子在《有趣的科學實驗》那本書里看到一個做唱片機的實驗，是通過手動轉黑膠唱片，讓紙質喇叭發聲的。我準備用這塊板子把孩子的手動黑膠唱片機變成電動的，通過PWM來控制轉速，驅動電磁鐵跟驅動電動機是一樣的，12V電壓太高準備串個電阻分壓，反正這個是不會長期使用的。
（等孩子放假了，一起把這個玩具做好，再補一個視頻）
而另一個有實際用途的場景，就是搖步器了。把電磁擺的擺桿換成手機支架，可以搖手機，可以搖手環，可編程可計數，還可以控制擺幅和力度。別急著噴，這不是為了刷榜，而是為了完成保險公司的任務，類似每日xxx步，保費xxx折這種。在做電磁版的搖步器之前，已經做過一個機械版的了，噪音一直是個問題，電磁版就不會有噪音，非常安靜，最后放一段對比視頻，做為50張配圖、2萬字長文的Ending.
Ending: https://v.qq.com/x/page/r0896ly6qog.htm
原文：https://blog.csdn.net/xinew4712/article/details/91789668
PCB制板的工程文件在這里：
SMG-PCB3.zip
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2019-7-16 21:49 上傳
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