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当代神笔马良:一笔画出一部手机的PCB技术
发布日期:2022/4/15 17:51:00

今天提到的这位当代神笔马良,就是PCB之父保罗·爱斯勒,他是奥地利人,PCB-Printed Circuit Board。印制电路板,又称印刷线路板,是重要的电子部件、电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的,故称为“印刷”电路板。他在1936年在一台收音机内采用了印刷电路板。

 

 

 

当代电子设备离不开印刷电路板,那么它究竟有什么好处呢?采用印制板的主要优点是:


1.由于图形具有重复性(再现性)和一致性,减少了布线和装配的差错,节省了设备的维修、调试和检查时间;


2.设计上可以标准化,利于互换;


3.布线密度高,体积小,重量轻,利于电子设备的小型化;


4.利于机械化、自动化生产,提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。


 


电路板由什么组成?

 

目前的电路板,主要由以下组成:


线路与图面(Pattern):线路是作为原件之间导通的工具,在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。

 

介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性,俗称为基材。

 

孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通,较大的导通孔则作为零件插件用,另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位,组装时固定螺丝用。


 


防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件,因此非吃锡的区域,会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂),避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺,分为绿油、红油、蓝油等,还有猎板新推出的樱花粉油。

 

丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构成,主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。


 


表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中,很容易氧化,导致无法上锡(焊锡性不良),因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL),化金(ENIG),化银(Immersion Silver),化锡(Immersion Tin),有机保焊剂(OSP)。方法各有优缺点,统称为表面处理。


 


各单片层必须要压合才能制造出多层板。压合动作包括在各层间加入绝缘层,以及将彼此黏牢等。如果有透过好几层的导孔,那么每层都必须要重复处理。多层板的外侧两面上的布线,则通常在多层板压合后才处理。


 


那我们该如何制作PCB呢?

 

在实验室我们一般分为以下几步:PCB布局-图纸打印粘贴-粘贴-灯光照射-等待15或30分钟-配制溶液-腐蚀并清洗-打孔-焊接。


 


这里近现代化学反应有:FeCl3 + Cu 生成 FeCl2 + CuCl2。其中的化学物质我做了一个简单介绍:

氯化铜有毒(毒性低,常用作泳池消毒),溶液为绿色(有时称蓝绿色),氯化铜稀溶液是蓝色,离子为绿色,固体为绿色,无水氯化铜呈棕黄色,常以(CuCl2)n的形式存在。


 


氯化亚铁,化学式FeCl2。呈绿至黄色。可溶于水、乙醇和甲醇。有四水物FeCl2·4H2O,为透明蓝绿色单斜结晶。密度1.93克/厘米3。易潮解。溶于水、乙醇、乙酸,微溶于丙酮,不溶于乙醚。于空气中会有部分氧化变为草绿色。在空气中逐渐氧化成氯化铁。无水氯化亚铁为黄绿色吸湿性晶体,溶于水后形成浅绿色溶液。四水盐。加热至36.5℃时变为二水盐。


 


氯化铁是一种共价化合物。化学式:FeCl3。又名三氯化铁,是黑棕色结晶,也有薄片状,熔点306℃、沸点315℃,易溶于水并且有强烈的吸水性,能吸收空气里的水分而潮解。FeCl3从水溶液析出时带六个结晶水为FeCl3·6H2O,六水合三氯化铁是橘黄色的晶体。氯化铁是一种很重要的铁盐。


 

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