摘要

為了節省輔具臨床人員有限的時間及應付輔具開發的少量多樣,本專題探討如何在實驗室中結合蝕刻的快速線路產生與電路板雕刻機的精準加工,在短時間內生成電路板。

關鍵字

電路板、蝕刻、電路板雕刻機

關於電路板的製作

印刷電路板,Printed Circuit Board,簡稱電路板、PCB或是PWB(Printed Wiring Board),提供電子零件組裝及支撐的架構,也提供零件間的電氣連結(R. S. Khandpur 2006) 。線路經過軟體布置後,將路徑、孔洞以印刷、蝕刻、機械加工等的方法處理便可以供使用者組裝電子零件以供測試。

由於電路板製作過程鎖碎,實驗室通常會以麵包板進行雛形設計。但由於近年來電子零件封裝趨於微型化,運作時脈又接近射頻,印刷電路板是比較理想的電子零件載台。電路板過去都是送交專業廠商製作,但送件時間(3天~)及價格(4000~)及其他因素讓電路驗證的時程及成本拉長。一般實驗室為了克服這些問題有自製電路板的方法:蝕刻與雕刻

比較表:蝕刻與雕刻機的方法、優點與缺點
  蝕刻 雕刻機雕刻
方式 以氯化鐵等蝕刻劑將未遮敝的裸銅去除, 留下的即為導線。 遮敝的方法有利用感光劑、 油墨、 或轉印紙等。 利用刀具刨除銅箔, 留下的即為導線。
優點 線路產生速度快 雕刻機可精準的進行機械加工,如鑽孔,成型。
缺點 步驟多(遮蔽、蝕刻),做錯一步很難補救。 鑽孔裁切需要機器另外加工 以點集成面-耗時。加工需考慮刀具耗損及刀具成本。

鑑於輔具的樣多量少,及臨床工作的時間壓力,是否有更有效率的方法快速且精準的製做電路板供驗證?本文將試圖結合蝕刻與雕刻機的優點快速製作A4大小雙面以內的電路板。

快速製作電路板的方法

利用電路軟體如Protel、PowrePCB、MultiSim或是一些精簡的小軟體進行電路布置、驗證。

利用電路軟體如Protel、PADS (PowerPCB)、MultiSim或是一些精簡的小軟體進行電路布置、驗證。

小技巧:

1.每面都加以標示避免貼錯面。

2.銲墊加大,可以讓雙面板鑽孔時容許較大的誤差。

用投影片列印

用投影片列印

小技巧:

1.Top layer利用鏡像 (Mirror)列印,將列印面緊貼感光層,避免光線由投影片鑽入,可提升感光品質(邊緣的清晰)。

2.測試一下列印是否等比例。微軟的印表機驅動程式並不保證同樣的稿件在不同驅動程式下皆有同樣的大小,請對列印的印表機進行比例的調整。Protel或是CorelDRAW等軟體都可對列印進行微調。

3.目前新式的消費性雷射印表機(約1萬多新台幣)在加熱固定碳粉時有溫度監控,讓投影片不會扭曲,可以嘗試使用。

電路板雕刻機PCAM設定

電路板雕刻機PCAM設定。利用軟體產生Gerber檔後傳送給雕刻機軟體,做定位孔的設定。

感光電路板

感光電路板

感光電路板去除保護。將線路以外的部分去除一部份,以利投影片及禾宇精密雕刻機的定位。

感光電路板去除保護。將線路以外的部分去除一部份,以利投影片及電路板雕刻機(禾宇精密)的定位。

將電路板安裝在雕刻機上打定位孔

將電路板安裝在雕刻機上打定位孔

將投影片正確的貼在感光電路板後,使用曝光機曝光。

將投影片正確的貼在感光電路板後,使用曝光機曝光。雖然該曝光機無法提供平行光,但對於印表機的解析度而言,這點似乎可以不考慮。曝光時間則依感光電路板廠商之建議。

曝光

曝光

曝光完成

曝光完成

將顯像劑與水以20比1的比例調合。利用噴罐噴洗感光電路板。

將顯像劑與水以1比20的比例調合。利用噴罐噴洗感光電路板。除了節省藥水消耗外,也避免每次調配不均的藥水造成不當顯影,或是為了加速顯影大力晃動容器,造成雙面板的另一面磨擦容器造成顯影失敗。

顯影

顯影

洗滌

洗滌

感光完成

感光完成

將不需要蝕刻的部份以膠帶包住,可以讓蝕刻液壽命延長

將不需要蝕刻的部份以膠帶包住,可以讓蝕刻液壽命延長,可以多洗幾塊板子。

使用環保蝕刻液進行蝕刻。蝕刻劑的特性及優點詳見說明書。

使用環保蝕刻液進行蝕刻。蝕刻劑的特性及優點詳見說明書。本實驗蝕刻須花費五分鐘。

蝕刻完成。

蝕刻完成。

將板子依定位孔固定在雕刻機上進行鑽孔。

將電路板依定位孔固定在雕刻機上進行鑽孔。鑽孔參數詳見操作手冊。

鑽孔完成。

鑽孔完成。

成品。

成品。線路平滑。

Intelligent Mechatronic Assistive Devices, IMAD

快速製作電路板的討論

本次專題利用雕刻機及投影片使用相同參考點的方式,使得蝕刻後的電路板可以利用雕刻機進行加工,歷時約一個半小時。原本業界就是依此方式加工,現在因為蝕刻劑的便利、經濟且精準的列印設備、雕刻機成本降低使得實驗室可以模擬工廠的製作方式。雖然業界已經有10萬轉進刀速度高達150mm/sec的雕刻機(LPKF),但是相較於蝕刻的速度與成本而言,一般實驗室並無如此經費維護如此高階的雕刻機。因此利用蝕刻完成線路,雕刻機進行鑽孔及成型,同時保有蝕刻的速度與雕刻機的精準。

快速製作電路板的結語

成功的關鍵:顯影及蝕刻

如果使用金電子所生產的感光電路板,顯影(開始接觸顯影劑)請於中兩分鐘內完成,蝕刻(開始接觸蝕刻液)請務必在十分鐘內完成!方可達到最好的效果

未來將持續研究探討關於簡易藥水回收、貫孔(電鍍、化學鍍)、防焊的方法,讓實驗室電路板的製作品質能接近市售品。

誌謝

感謝龔至宏、鄭一中同學協助照片拍攝,台灣金電子陳潤鴻先生技術指導

參考資料

R. S. Khandpur (2006).Printed Circuit Boards: Design, Fabrication, Assembly and Testing.Taiwan,McGraw-Hill.

台灣電路板協會(民94)。電路板濕製程全書 (初版)。桃園市:台灣電路板協會。

台灣電路板協會(民95)。電路板機械加工技術 (初版)。桃園市:台灣電路板協會。

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