本帖最后由 xinew4712 于 2019-7-16 21:51 编辑
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七、感光干膜法自制电路板
本来，做好洞洞板就应该是终点了。不记得怎么逛来逛去的，就看上人家自己制作的漂亮的电路板了，心里长了草，也幻想着把难看的洞洞板做成漂亮的PCB，于是就有了后面这部分内容。当然，打样的事我也知道，成本也不高，但我觉得那更适合有经验的高手或者成品电路，对于没经验的小白，自己画的电路能不能正常工作都不知道就拿去打板，很可能要反复修改，打板的成本也不见得有优势了。
1、打磨 本来买覆铜板时老板答应赠送沙纸，结果库房没有看备注，忘记发了，我只有用钢丝球替代，帖膜前一定要把板子擦干净， 铜很容易的氧化，前一天测试暴光时间时擦干净的板子，第二天再实际帖膜时，又不粘膜了。 
这张图是后补的，小电钻＋沙纸圈打磨了一半的效果图。后经证实，电动打磨机打的效果过于完美光滑，在后面的实验中造成了太多的问题，在0.15mm的线路中，失败十几次，苦思冥想好多天，查到资料说铜面太光滑，会造成干膜吸附不牢，同时有量化的标准，测试方法叫做水膜测试，方法是把磨好的板子泡在水中，拎出来呈45度角，铜表面会形成一层水膜，同时水会往下流，水膜破裂时间小于15秒，都是不合格的，说明板子太光滑了，小电磨磨出来的板子，水膜测试5秒就破裂了，解决办法也很简单，把磨好的板子放到腐蚀液中，注意，我没有打错，就是腐蚀液，我的做的是双面板，放进去2、3秒，板子就变红了，再翻个个，又过2、3秒，拿出来放清水中，洗掉腐蚀液再做水膜测试，效果很好了，20秒也没破裂。由于本文的文字内容是实验过程的忠实记录，这里要补充一下，贴膜前腐蚀不是必要环节，后面的实验中，没有经过腐蚀，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，不必预先腐蚀了哈，或者说腐蚀的板子失败了，可以试试不腐蚀的。这里提供一个方法，具体怎么做要自己试，毕竟每个厂商生产的膜性质不同，我看有的厂商还介绍说，自己膜可以110度加温以便粘牢，我的膜是三无产品，测试时100度膜就化成花纹了。 
这部分内容放在这里有点不太合适，打菲林之前要做PCB设计的，减少返工就要提前考虑电流问题，问了卖家，淘宝上的覆铜板似乎都不提铜萡厚度，有的卖家根本不知道是多厚的，偶有回答，答曰：0.018mm，也就是0.5OZ。我要把电磁铁的走线印在板子上的，按工程标准还要留一倍的冗余量，设计线宽要5MM了，我需要的是脉冲式的大电流，每次工作几毫秒而已不是长时间的，如用用了这么宽的线径，PCB没法走信号线了，退一步按50th设计，所有可能通过大电流的线路，都手工改成50th线宽。先做出来再看看会不会烧掉吧。
2、贴膜 这个过程有点象手机帖膜，板子加点温度好帖，细心耐心，多练习并吸取我的经验教训就能帖得很好。帖膜时出现零星小气泡可以不管它，板子一般都有富裕量，调整菲林的位置，让布线躲开气泡就行了，覆铜区有零星气泡不影响使用效果。实在有看不过去的气泡，可以用针扎它一下，然后用银行卡从气泡的四周往针眼处赶走空气。一开始不熟练，查各种攻略，什么银行卡，橡皮，笔杆各种推，总是不完美。后面熟练了，什么工具都不用，板子也不事先加温，徒手就可以帖出完美的膜，大道至简啊，功夫到了自然成功。干膜是有有效期的，好像是半年，赶紧用，在它生命周期内让它多多为我们做贡献，涨经验值。别舍不得，我一次买了3米，就象神枪手都是用子弹喂出来的一样，想帖好膜，尽管多动手，别怕失败就对了。帖好膜再用熨斗温一下板子，温度慢慢掌握，让膜与板充分粘合，再避光放置15分钟-30分钟。关于手工帖膜，我有一个经验，在别人的帖子里都没有见人提到过，在这避光放置的15分钟，不要白白放置，要有压力，经我观察，完美的贴膜虽然没有肉眼可见的气泡，但仍有很多微小的有规律的白点，有的是线形，有的集中在某个区域呈现网格状，这是板子纹路中的凹槽与膜没有充分接触造成的，用银行卡推、指压很难处理干净，经过加温静置，大部分白点会消失，但仍会有残留的，这些残留的白点要么造成覆铜长斑，运气不好还会造成细线断线。如果静置过程中给板子压上重物，比如把温热后的板子夹在几十本厚书中间，再避光静置15-30分钟，这样的板子就与工厂中批量压出来的没什么区别了。 这是帖好膜，上菲林的效果，图上是张双面板，测试练手用的，成功的板子制作过程没有拍，做的时候不知道是不是会成功的。对角有两个定位孔，用公公杜邦线把菲林固定住，然后再帖胶布固定，暴光时把杜邦线拔掉。用有机玻璃把菲林和板子一起压住，有机玻璃上面再放几把钳子配重，当然配重不能挡住板子哈，免得风吹草动的移了位置。
3、暴光 暴光要用菲林，菲林是一种透明胶片，打印菲林用喷墨就行，菲林是区分正反的，靠肉眼或手感很难区分，可以对着它哈几秒气，没雾的是打印面，有雾的是背面。同时还要注意PCB设计软件中的“覆铜”的参数，不要让负片出现太多细线，这句话需要在实际操作中慢慢体会，多多调试，细线多了，菲林很容易花，无法用来暴光。双面板的顶层要镜像打印，底层正常打，同时，顶层底层都要输出负片。打印时用灰度打印，质量调到最高，黑度对比度最暗最高，纸张选光面相片纸，需要页边距（至少我的打印机是），当我选无页边距时，打出来的菲林不是１：１的，比设计尺度略大一点点，一点点的误差，小元件还好，长的排线元件就插不进去了。 
生成的pdf类似这样子的，黑色部分在后面的环节中会被腐蚀掉，白色部分的铜会保留下来。注意上面的十字梅花型焊盘，这种焊盘很不好打孔，后面会说怎么做。 暴光时，菲林有墨的那一面要紧贴感光膜，不能搞反，菲林薄薄的厚度，也能让暴光边缘虚掉，边缘不锐利，显影就不干净。 暴光灯就是一只8W黑管紫外灯，为了方便使用，我做了一个简易的暴光箱。经过N次测试，这一步暴光时间为3分。 
设计图难免反复修改，打废的菲林不要丢，用水泡一会，墨会掉的干干净净，可以在后面的环节压阻焊油用。 
暴光后即使还没显影，也能看到略微清晰的纹路了。这张图比较接近后期了，这时的膜已经有点失效，刚到手的新膜，暴光完比这张清楚的多。这个颜色都不对，后来证实是暴光灯出了问题，折腾了半个多月啊，简单地阳光下暴3分钟，清晰无比。 4、显影 显影的时间要量化，这个量是测试出来的，每兑了一瓶新溶液，都最好重新测试一下。测试方法有2个，一个是显影点法，我理解是显影60%就差不多了，别显了，该用水冲了，剩下的40%是水洗掉的，这个在家不太容易量化，总之这是个概念吧，不要等所有铜都露出来了再把板子拎出来，差不多就行，免得显影过度（即边缘开始不清晰，甚至有干膜开始脱离），可以在实践中慢慢体会 ，拎早就显影不足，那是真的腐蚀不动。另一个是水溶笔法，这个比较容易在家做，找一只笔迹可水洗的笔，写在板子上晾干，在上面覆盖一小块干膜，不暴光不暴光不暴光。避光静置20-30分钟，撕保护放在显影液里计时，同时慢慢刷，刷到笔迹开始溶解，说明膜基本掉干净了，计时结束。 
显影进行中，线路会越来越清晰。上图网格状的线形气泡，就是没给压力造成的。一开始没经验，对这个颜色不敏感，后来才知道，这个膜的颜色其实是暴光不足造成的，灯出问题了。 
显影完毕，晾干之后的照片。做这张板子时，膜很新，显影完湛蓝湛蓝的，后期做出来的板，颜色灰暗，正是有了这张照片做对比，我慢慢反省到自己的操作错误。 5、腐蚀
腐蚀过程很慢，要加温，我是用一个金属“转接板”加的温，电熨斗温度调到最高，“转接板”温度有点高，装腐蚀液的塑料盒底不平，接触面很小，溶液温度刚刚好。腐蚀时要晃动，容器不方便晃就不停地晃板子，我用竹筷子。腐蚀要腐蚀透，不要见到对比度上来了就停手，要见到玻纤板子，线路沟槽也露出才行。通过这种方式大约10分钟粗线就腐蚀干净了，细线慢一些，腐蚀时要注意温度不要太高了，免得干膜提前脱膜。
注意注意注意：这张图是反面教材，当时自以为完美，其实是腐蚀失败的，铜萡根本没有腐蚀透，还是一整张，只是有的光滑些（厚），有的粗糙些（变薄了），全板短路。正是这次失败，我在设计中把线径、线距都改大了一些，担心太细了腐蚀不透。
6、脱膜
脱膜很简单，效果非常明显，一般进行到这步的时候，已经十分接近成功了。当然，对显影效果不满意，未经腐蚀就进脱膜盆的情况除外哈，我的显影液在测试时已经换了三轮，不满意就直接脱膜，而脱膜液从未换过，效果一样杠杠的。
以肉眼看得见的速度，膜迅速卷起来，脱掉。这张板子没腐蚀透，看到线路对比明显就拎出来了，根本没见到底板，后来测试发现，全板任意两点短路。
下面这张就是经历了十几次试验之后，做出的一张比较满意的双面板的正反面，之前做废过单面板两张，这是做出的第一张双面板，还有改进空间，个别有短路的地方，还需要用美工刀抠一下线槽，短路不可怕，最怕断线，有断线板子基本就废了，这张板子就有些信号线设计时没有注意到，因为线径过细而断路了。当然后面还会有失败环节的，这样类似的板子还会做几张出来。
有了基本成功的双面板，就可以做做定位测试，随机打几个孔，看看正反面是不是对齐了，在这个过程中积累定位经验。前面提到的毛病，这张板子都有，覆铜长斑，细线断路，定位误差等。
7、阻焊
暴光5分钟，先问卖家，再自行测试。方法是多打几个点，盖上膜，膜就用打废洗白的菲林，计好时间，每分钟拿出来擦一个，擦不掉了的时间就是固化好的时间。注意，这个时候要把菲林“非打印”面帖着绿油，要是帖反了，打印面会把绿油都粘下来。
上面这张照片就是用做废了的板子和打歪了的菲林进行暴光时间测试时拍的。做这张板子时，又遇到比较霉的事，发现暴光灯出问题了，半月前测试过绿油，8分钟固化的非常好，这次8分钟油没干，加长时间到20分钟还没干，这时不能再加长了，开始怀疑灯出问题。洗掉重做，这次直接暴1小时，仍未干。这时回想前面的无数次失败，都是同样的操作流程，感光干膜失败十多次，我曾怀疑是膜保管不善。用转印做好板子，做到阻焊，又失败，这次很明显，绿油还是液态的，上次暴完8分钟，抠都抠不下来。这次20分钟还没固化。绿油保管的肯定没问题，因为这是最后环节，基本上没拿出来见过光。把这个情况给淘宝老板说，老板爽快地给换了一只灯管。在灯管寄过来的路上，我改造了一下暴光箱，改成节能灯暴光：
下面这张是用来测试新灯管暴光时间时做的，效果还可以，但是做的不是太用心，绿油薄厚不均，焊盘擦得也比较粗暴，有的地方都脱落了。焊盘就用普通的消毒酒精擦就可以，75%的医用酒精，药店有的卖的，记得在擦掉焊盘上的绿油之后，再放在紫外光或者直接在太阳下暴几分钟，这时不需要精确，不用量化，尽管晒，让绿油彻底固化。
下面这张是做好阻焊并镀锡的效果。阻焊做的不是太漂亮，这是第一张成功的阻焊图，没什么经验，后面会做更好的。打孔和镀锡顺序倒无所谓，我倾向于先镀锡，这样会形成一个四周高中间低的孔洞，打孔时比较好下钻头，不容易打滑。
8、打孔
电路板在设计时就要在四角留好过孔，目的是定位，双面板定位是关键。
在失败的测试板上把各种孔径的孔都打一遍，正反都试试，反向打的目的是练习各种尺寸的钻头会不会把对面的覆铜给顶出来，涨涨经验值，提高在最终制板时成功率。测试时就发现，10th(0.3mm)的过孔，手工基本没法打，返回去改设计，把过孔的焊盘改成70焊盘30孔径的，和洞洞板的标准一致，这样的孔手工也比较好打了。同时注意，有些元件接地引脚的焊盘，是连接了覆铜的，就是那种梅花形的焊盘，不是同心圆片，这种的焊盘打孔时，钻头会沿着焊盘十字线打滑，很容易碰坏旁边的细线，解决办法就是到对面去打孔，这种孔如果是过孔还好，如果是接元件的话，记得在有元件的一面先上锡封住十字线一面，在熔融状态下插元件，这样才好保证覆铜与地是连接好了的。哦，我说的都是双面板，单面板没有这么多细节。最终经验之谈，70-30的孔也不太合适，应该用80-10的，这样焊盘够大，稍微对不齐也没太大关系，焊接也容易。10的孔方便定位，钻头仍然用30的，板子上的孔越小，打孔时越容易瞄准。(编后补充：洞洞板的60-30设计是有道理的，80-10不要用，再做板子的时候，我还是会用70-30。80焊盘大，盘间距小，很容易造成相邻的焊盘粘连。10孔径太小，腐蚀不清，打孔时反而不容易定位。)
失败了的板子废物利用，集各种测试于一身。最上面露出来的底板是测试静态（不摇晃）的情况下，彻底腐蚀透所需时间，腐蚀掉的部分就是溶液的深度，不用太多，没过板子即可。下面是各种孔径打孔测试，正反打孔测试，自制推台直线打孔测试所留下的痕迹。（设计的时候，就要考虑一下打孔的问题，元件孔位是100th，就是2.54mm，过孔的孔位网络，也要用100th，这样可以让大部分孔都在一条直线上，打孔时可以用推台+靠山的方式方便地定位，比较手工找洞要少考虑一个维度）绿色的是感光绿油，测试暴光时间，清洗阻焊的测试。顺便提一句，阻焊的清洗就用脱膜液，做的不满意的阻焊，泡在脱膜液中，一个晚上就软化了。尽量用废液，洗完阻焊的脱膜液不适合再做脱膜了。
9、丝印
丝印可以用热转印法也可以用干膜法，干膜做0.05mm细线都没问题，做丝印更不在话下了，就是前面的工序，帖膜、打菲林、暴光，显影，不脱膜不脱膜不脱膜！那个没脱的膜就是丝印了。菲林我买少了，留着以后做板子用，这次丝印我就用热转印法来做，也有人用热转印做板子的，也没问题。精度上还是干膜法的要精确一些。
黑丝放在这里，就不那么好看了:(，这是做完丝印打好孔的图。
10、焊接 这是合体之前的照片，上面的是淘宝买的51最小系统板，好像1块多钱，图中已经把高度超限的电源插座和自锁开关卸掉了，太高了有点碍事。下面是在打好孔的板子上，把排线座接好，确保设计图与实际电路一致，没有被缩放。
下面这张合体之后的照片，51最小板和自制的pcb板完美合体，51最小板通过自制pcb取电。
下面需要把板子切了，设计时就画好了边框和边线，沿着边线把多余地部分切掉，用775电机DIY了一个小台锯，对付PCB绰绰有余。切好后的板子就可以焊接了，先焊过孔，再对着丝印焊元件，没什么可说了的。
这是切好的板子和切下来的边角料。
11、总结
总结一下关键点，板子不能太光滑，帖好膜之后加温不能太高，40度就行，暴光时间，2.5分钟。显影时间，2.5分钟。
时间要根据动态调整的，调整的标准就是如果在显影时有冲洗不掉的干膜，说明暴光过度，要减少暴光时间；如果显影后干膜受损或发现干膜浮起或线路边缘不齐，说明暴光不足，如果与冲不掉的干膜同时出现，说明是显影过度，要减少显影时间或显影液浓度。腐蚀时过程过慢，可能是显影不彻底，铜没有完全暴露出来。当前面每一环节都如数家珍，轻车熟路之后，有一个怪现象开始出现，失败率越来越高，后面的环节无法开展，就怀疑前面的参数是不是不对，反复调整试验参数，还是很难有成功的案例，不是说我要做很多板子，我只要做一块，但每个环节都有失败，后面失败了，前面的环节就都要重新来过。这里在很多资料里看到过的一个词浮现在脑海中：安全灯！他们都提到要在黄色安全灯下操作，而我一直在日光灯下，虽然每次切膜时间很短，半分钟就可以切完一次实验用的膜，然后把成卷的膜收好，可是，我的实验可能做了2、30次了，卷膜累计在日光灯下的时间暴露的时间也有10多分钟了，膜很可能失效了！所以读者不要被我的失败次数吓到不敢动手了，如果准备充分，你也许经历3、5次的尝试，就可以做出满意的板子了。不过经过了无数次失败，以后再有什么过期膜、失效膜，我也有法子用好它们，这时心里隐约冒出一个点子，先不着急立flag，这些不好用的失效膜，我要给他们觅条出路。
前面的环节我帖的照片都是失败的板子，失败的原因千条万条，成功的原因只有一个，就是不怕失败。镇楼的那张就是成功的效果了，这是用疑似失效的膜和新换的紫外暴光灯做的了。
总结一下我失败的原因，我觉得是起点太高了，应该先设计一张简单的单面小板，把整个流程走通，小板成功，再做目标板，这张板最初设计0.2mm线径和间距，还是双面板，太多环节都不熟悉，就挑战高难度，导致失败次数过多，试验次数多，又没注意保护材料，导致干膜失效，在没意识到干膜的问题之前，后面的测试都在做无用功。同时又比较霉，遇上暴光灯故障，对我这个毫无经验的小白来说，更是双重打击。（热转印成功后，又返回来做干膜，最终证实，膜没有问题，是灯出了问题）
这里顺便帖一下好灯坏灯对比图，如果对工具敏感一点的话，可以早点意识到是灯管出了问题，至少可以减少失败20次。
 
上图是坏的灯。都是通电点亮的状态，也都能鉴别纸币，但那个坏灯暴光效果却差了好多。
八、热转印法自制电路板
本来没有这一章内容的，干膜法经历无数次失败，弄得丧失信心又想不透原因的时候，想到正好还有转印纸呢，要不试试转印法？这几张转印纸原计划是用来做丝印的。由于干膜法的无数次失败，我曾尝试过反复修改设计图来解决，这时的线径线距都改到0.5mm左右了。这个精度热转印也能胜任了。
1、打印转印纸
转印纸存货不多，虽然不贵，单买却不划算，可以用抠门的办法来打印，算好位置，开窗法
2、双面定位 热转印确实挺简单，打好转印纸，用长排线比量一下尺寸是否合适，没问题了就帖在铜板上，打好定位孔，再帖另一面，这时可以用透明胶固定，别帖太多，稍微固定一下就好，免得后面透明胶融化了不好处理。
3、撕转印纸 我用200度熨1、2分钟，翻过来再1、2分钟，自然冷却，不烫手之后就可以扔到清水里泡2分钟，然后慢慢撕开，就是下面的效果了。由于担心打印机打印大面积黑块时喷墨不足，我在设计软件里特地去掉了覆铜。效果还是挺不错的，完全不用笔描。
 
4、腐蚀
参考上面提到过的“转接板”加热的腐蚀法，把铜吃掉。不论干膜法还是热转印，在腐蚀之前最好找一个过孔，把孔打通，看一下正反面的位置是否对齐，因为腐蚀这一步一旦做了，就没办法退回重来了。热转印由于没有覆铜，腐蚀的面积有点大，可以先静置一会再晃动，但要注意由于是双面板，要让两个面都能接触到溶液，直接放在塑料盒里不太合适，这样的话另一面帖在盒底，与溶液接触不良，可以用筷子搭住板子，让双面都与溶液充分接触。静置一会之后就会看到浓重的黑墨成股流下，让人一度以为转印的墨粉脱落。用过的腐蚀液呈现透明的绿色(也有的是蓝色)，腐蚀后期的某个时点，液体会转瞬变黑，这是全面腐蚀的征兆，要卖力地晃了。干膜法由于有大量的覆铜，没有观察到这种现象。
腐蚀完毕，一次就成功，背面就不拍了，大同小异。
5、反热转印–脱墨
脱墨过程一般都用沙纸磨，汽油洗，我想试试不一样的，既然墨粉高温会融化，并从附着力低的转印纸印到附着力高的铜箔，那我也可以再次让墨粉转移，让它转印到A4上，只要A4有了墨迹，我就可以多次重复这个过程，让墨粉转印干净。或许在反热转印过程中还能发现新的脱墨材料呢。当然这样的实验有很大可能失败，失败了这段也不删，就当是一次反而教材吧。
 
我的做法是先把板子泡水里，我是泡了一晚上，估计泡个把小时也可以，然后夹在A4里反复熨，熨2分钟就换一个地方，换了四五次位置，基本就不掉墨了。这时铜线已经部分裸露出来，但还是有墨迹。
此时再用橡皮擦，铜线就能完全露出来了，不知道粘锡效果怎么样，为了防止不粘锡，最后还是用钢丝球简单砂了一下，早知如此何必当初即视感。
阻焊
阻焊暴光之前的流程与感光膜暴光有些类似，洗干净板子并做旧，我是用钢丝球把板子擦几遍，一是可以把铜线上的余墨去除，二是把没有铜线的部分划花，增加附着力。在把油推平之后，静置15-30分钟，我是夹在书中，然后连书一起压上重物，让绿油与板子充分接触，重物可以让油自然流动，做出来的阻焊薄厚一致。
九、实际用途
这板子做出来能干什么呢？当成一个可编程的PWM驱动就不错，孩子在《有趣的科学实验》那本书里看到一个做唱片机的实验，是通过手动转黑胶唱片，让纸质喇叭发声的。我准备用这块板子把孩子的手动黑胶唱片机变成电动的，通过PWM来控制转速，驱动电磁铁跟驱动电动机是一样的，12V电压太高准备串个电阻分压，反正这个是不会长期使用的。
（等孩子放假了，一起把这个玩具做好，再补一个视频）
而另一个有实际用途的场景，就是摇步器了。把电磁摆的摆杆换成手机支架，可以摇手机，可以摇手环，可编程可计数，还可以控制摆幅和力度。别急着喷，这不是为了刷榜，而是为了完成保险公司的任务，类似每日xxx步，保费xxx折这种。在做电磁版的摇步器之前，已经做过一个机械版的了，噪音一直是个问题，电磁版就不会有噪音，非常安静，最后放一段对比视频，做为50张配图、2万字长文的Ending.
Ending: https://v.qq.com/x/page/r0896ly6qog.htm
原文：https://blog.csdn.net/xinew4712/article/details/91789668
PCB制板的工程文件在这里：
SMG-PCB3.zip
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