神奇的電學 電學小課堂：如何手搓PCB印刷電路板。

80天才的人真是塊印刷電路板。 衆所周知,電路就是電流行進的道路。 電子小卡車們會攜帶着剛剛收穫的能量,通過各種艱難險阻將它們送入負載。 但要是不小心送錯了,絕對當場就嘎。 在如今的電子集成芯片中,這樣的電子道路縱橫交錯,錯綜複雜,雜亂有章,就像一個沒有盡頭的迷宮。 你能想象你現在握着的手機中有超過100米的銅線網絡和注意千計的電子原件嗎? 其實,在電路發展的早期,電子原件哪個不是龐然大物? 跟手掌差不多大的真空三極管,半米長的電阻器,甚至比衣櫃還高的電感器,那它們是如何被塞進電路里的呢? 其實方法非常簡單,當時這些零件先被焊接或者用螺絲固定在外殼上,然後用普通的電線連接就可以了。 我們俗稱懸掛式安裝,但是這種電路板的組裝和修理只能通過純手工完成,成本高不說,容錯率也是極低,所以它們的價格非常昂貴。 然而隨着半導體和機電器的發明問世,碩大的真空管開始被V型蒸汽管和V芯片所取代。 由此,一場史無前例的電子革命橫空出世,電子原件的體積減小了,那電路就可以設計的更加複雜和緊密。 製作工藝也從手工焊接進化衍生出了印刷電路板,印刷電路板英文翻譯Granted Circuit Board,簡稱PCB。 簡單來說就是根據設計方案,用印刷的方式嵌制一塊充滿導線的基板,然後再將各種電子原件安裝上去。 你平時見過的所有電路板幾乎都是基於PCB工藝製作的。 印刷電路板技術由奧地利科學家保羅·埃斯勒於1936年正式提出並應用,他的靈感來源於當時的報紙印刷工藝。 他認爲既然字可以印刷在紙上,那電路是不是也能印刷在接電板上呢? 就這個想法,保羅運用粘貼石刻的工藝很快就在木板上製作出了世界上第一塊印刷電路板,並將其應用在了一臺半導體收音機上。 後來,我們就將這種借鑑了印刷剪裁技術所生產的電路板稱作印刷電路板,其實它的製作工藝非常簡單。 首先,我們需要一塊壓制好銅箔的絕緣基板,隨後在表面噴塗一層光感材料,俗稱光刻膠,用光刻膠覆蓋住基板的整個表面。 接下來,記出你的設計電路圖,用打印機打印出來,裁切合適的尺寸後,就可以粘貼在副通板表面了。 此時,電路板就被分爲了四層,分別是絕緣層,導電銅箔,光刻膠,還有電路圖覆蓋層。 接下來,我們將工件放入紫外線曝光盒,在紫外線的影響下,光刻膠的性質會發生改變,從而將電路圖轉移到工件上。 其中,被覆蓋住未經照射的光刻膠可以被顯影液輕鬆洗掉,而經過照射的則牢牢紮根在銅箔表面。 將工件放入石刻熔液中,這是一步非常重要的化學反應,暴露在外的金屬銅會馬上被熔液溶解,而光刻膠覆蓋住的部分則安然無恙,被完整保留了下來。 此時,將殘留的光刻膠去除,我們就得到了清晰可見的銅板電路佈局。 根據此原理,將多層石刻好的胚板粘貼在一起,爲了連接不同層中的軌道,令電鑽打孔和電化學金屬化工藝可生成上下貫通的導電連接。 通過這種層間過渡的金屬化鑄,我們就完成了多層印刷電路板的製作工藝。 接下來,爲了保護銅箔軌道不受環境影響,而且便於焊接,電路板上還需要覆蓋一層特殊的漆。 它就是我們常說的阻焊層,最常見的就是這種綠色阻焊層。 當然,如果你有額外的癖好,也可以將它們搞成什麼紅色啦黃色啦那些你喜歡的顏色。 將液態助焊劑噴塗在電路板的整個表面上,就像光刻膠通過模板用紫外線照射一樣,裸露的漆面會變硬。 而陰影覆蓋的部分由於一直保持液態,就能被輕鬆洗掉,並精準預留出焊盤,也就是需要焊接原件的位置。 當使用端到端的連接時,我們將電氣原件的引腳穿過電路板的空洞,阻焊層是允許流水化自動焊接的。 電路板沿着傳送帶傳遞到由於溼潤與表面張力而產生的熔融焊料波上,焊料就可以在短短几秒鐘將所有的原件焊接牢固。 此時,阻焊層的作用就來了,焊料和助焊劑在高溫下會化成液滴狀,緊緊將原件的引腳包裹。 而阻焊層由於不會被浸潤,所以焊料只能聚集在焊盤中,並在表面張力的作用下自動將原件扶正。 接下來我們就可以在阻焊層上進行絲化印刷,用於標註電路板的名稱啦,型號啦,功能啦等等各種電路信息,這對於後期的維修工作非常重要。 當然,在現實的生產過程中,由於涉及公司的商業機密,製造商們有時候並不會標註詳細的數據信息,但這也無可厚非吧。 在常見的電路板上,我們經常能看到這樣的開放引腳,比如你電腦中的內存條,或者是你剛買的5090Ti顯卡。 由於它們經常要做活塞插拔運動,所以這裏就需要用活性較低的金屬製作,比如錫,銀,鐵,甚至是金。 這就是爲什麼有很多人收集廢舊電腦,手機,電路板,拿回去真能練出黃金或者各種稀有金屬的。 好了,從製作工藝的角度講,一塊完整的PCB電路板就這樣水靈靈的完成了。 怎麼樣,是不是感覺自己已經能手搓電路板了? 但爲了防止各位老鐵不小心搓出高爆手雷,我再囑咐點印刷電路板的注意事項。 在你們設計電路圖的過程中,首先要計算好軌道的厚度與寬度,其次還要考慮元器件間的電磁場和發熱情況。 如果設計排板的不合理,你的電路就會滋生出更多的機身電阻,機身電容和機身電感。 甚至傳出一個即發射與捕獲電磁干擾的天線。 另外,在高頻電路中,你還要考慮到佈線的長度,以便發出的信號能同時傳遞到目標位置。 爲了減少其中的借電消耗,高頻電路常用伺服板或者陶瓷來製作基板,柔性板呢可採用聚線胺材料。 對於一些發熱量較大的元器件,你還要添加鋁製底板用於散熱。 但其實我們最常見的底板材料還是玻璃纖維。 由於它便宜耐用,不燃燒不破裂,所以性價比最高。 綜上所述,電路板的製作難點主要有設計錯誤,製作工藝粗糙和使用劣質材料三個常見問題。 其中,直接燒電板的情況司空見怪。 由於嚴重發熱,接近基板會發生高溫損壞並開始傳導電流。 挖了個洞,這將會導致電路板自燃並引起火災的,所以老鐵們一定要小心謹慎。 另外,就是溼氣對於電路板的影響問題。 其實電路板本身並不怕水,它怕的是水中的鹽分和傳導電流的離子。 我們都知道電解的原理,這在潮溼環境下的電路板中也非常常見。 碳料、銅線、銀角都會因爲電解開始分離,幾個小時就能完全溶解完畢。 這也是爲什麼設備進水後要趕緊斷電。 隨着時間的推移,溼氣會滲透到電路板內部。 你現在能做的就是趕緊將板材放入高溫環境中進行乾燥循環。 因爲這其中有一種你從沒見過的金屬樹突生長現象。 在電解的作用下,錫和銀等金屬會從溶液中還原生成長針狀的金屬晶體。 要知道這玩意分分鐘就能短截你的電路板。 好了,關於印刷電路板的一些注意事項都已經講解完畢,想必你也已經悅悅欲試準備入職電子廠了吧。 其實如今的電路板製作已經高度自動化,而且咱們中國的PCB產業早就嗷嗷起飛了。 無論是生產規模、技術工藝還是產品質量,咱們在2006年就已經成爲全球最大的PCB製造基地。 生產流程覆蓋設計、開料、鑽譜、陳銅、電鍍、石刻、阻焊、字符、噴錫、沉積、測試裸板、包裝等等一整套完整的製作工藝。 全世界的電路達人都在使用咱們生產的板子。 怎麼樣,你還在等什麼呢,趕緊提筒進場吧老鐵。 下課。