从设计到成型，大神教你如何设计、制作PCB！

对于电子爱好者，PCB打样可能是一个不小的鸿沟，让很多爱好者望而却步。首先，PCB打样对于一般的DIY玩家来说还是比较贵的，特别是设计初期，经常要对硬件设计进行修改，修改后上一个板子打样的模板都无法继续使用，所以每次修改都需要重新制作一次PCB，费用常常居高不下。其次，PCB打样的加工至少需要一周的时间，可能有些设计灵感就会稍纵即逝，因此很多爱好者退而求其次，使用仿真模拟软件，进行模拟测试。不过真实的硬件系统和软件模拟还是有差别的，硬件设计要考虑元件布局、PCB布线方式和电磁兼容性等，而且程序也必须在真实硬件上长期运行无误，完成的系统才会可靠。
 
一、从设计到成型，大神教你如何制作PCB！
热转印法是很好地解决电子爱好者迅速制成PCB的一个优秀的方法。这种方法据说是国外的某位资深牛人率先创造的，具体哪位现在已经无从考证，但是热转印制作PCB方便快捷，制作精度高，成本低廉，已被广大电子爱好者所接受，流传甚广。经过爱好者的不断实践、创新和完善，现在已经有一套很成熟的制作工艺流程和制作方法了。       下面是一些用热转印法制作出的实物图片，有没有眼前一亮？
                            
看完这些照片后，您是否也有冲动想要亲自动手DIY一块PCB，那就请你耐心的看完整个教程，然后自己勤加练**，在实践中掌握技能，制作出符合自己要求的PCB，提高自己DIY作品的整体能力。
【温馨提示】此教程需要电脑，激光打印机和过塑机各一台，其中过塑机是进行热转印的主要加热转印工具，其他工具为辅助工具。具体工具如下：
微型电钻一把，另配常用麻花钻头￠0.8、￠0.9、￠1.0、￠1.2、￠1.5、￠2.0、￠2.5、￠3.0若干，通过使用微型电钻，配合相应的钻头，给PCB进行钻孔处理。
曲线锯一把，通过使用曲线锯来对PCB覆铜板的板材进行切割。
微型砂轮机一台，用来对切割过的PCB板材进行去毛刺处理。

1.    工业级电热吹风机一把

2.    剪刀一把。

3.    美工刀一把。

4.    透明直尺。

5.    油性记号笔

6.    透明胶带，宽度8cm、2cm各一卷。

7.    热转印纸

8.    大头针一盒，用于双面板定位。

9.    砂纸若干张，用于覆铜板打磨。

10.  单面、双面覆铜板若干，

11.  塑料周转箱3只，作为腐蚀电路板、清洗电路板的容器。

12.  医用橡胶手套若干。

13.  护目镜一副。

14.  口罩若干。

15.  一次性注射器若干，用于腐蚀溶液的配比。

16.  毛刷，宽、窄各一把，用于助焊剂的涂抹。

17.  自喷漆，颜色：红、白、蓝。

18.  松香水（又叫香蕉水）一瓶，用于除去做好PCB上的碳膜保护层。

19.  松香酒精溶液，又称电子助焊剂。

20.  双氧水一瓶，用于处理PCB铜箔表面和调配腐蚀溶液。

21.  三氯化铁，用于配置腐蚀溶液，。

22.  塑料储物箱一个，用于存储以上化工商品。

以上介绍了热转印法需要的一些工具和材料，工欲善其事，必先利其器。有了好的工具，用起来得心应手，再加上一份你的热情，自然就可以设计制作出好的作品了。 如何用热转印法制作单面板PCB
单面板PCB设计规则
做东西和学**一样，都是从简单到复杂，循序渐进。在PCB设计中，我们首先考虑单面板的设计。一方面，单面板制作成本低，只需用到单面覆铜板；另一方面，单面板制作起来难度较低，元器件都集中在板子的一侧，焊接方便。同时由于以上的特点，在PCB设计时对元器件的摆放布局，走线方式提出一定要求，在设计单面板时要合理布局，并且利用跳线和**元件来进行辅助走线。元件的合理布局可以在设计阶段根据需要调整，在这之前要求读者熟练掌握任何一款PCB的设计软件，不论是Protel99，还是使用Altium Desinger，任何一款PCB设计软件使用熟练后，你都可以设计出高质量的电路板，PCB设计过程中，软件仅仅只是一款工具，设计思想才是最重要的。
如上图所示单面板，红圈内黄色粗线即为跳线，跳线与其他电子元件安装在同一侧，在制作完成PCB后，应首先焊接跳线，保证整体电路通畅，再焊接其他电子元件。下面就通过一个具体的例子——温度监控系统，来给大家讲述整个单面板PCB的热转印法制作过程。 这里先放两张几年前做的一个温控监控系统图片，该系统由单片机来读取DS18B20的温度。由于当时的制作条件比较差，很多设计制作都是在洞洞板上完成的，当电路复杂时，制作周期长，线路可追溯性差，为后期调试维护带来了一定的麻烦。
       

首先使用Altium Desinger设计出原理图，温控系统采用AT89S52作为主控核心，外围有ISP下载接口，24C04EEPROM，数字液晶接口，串行通信接口，温度传感器接口，继电器接口等。下面是设计好的PCB图，在制作调试时可以很好地追溯每条线路，便于调试时排错。
 

下面开始正式制作PCB:
1、先按照设计图纸裁剪PCB板框，板框要比实际图纸大一些，为粘贴热转印纸留出空间 。
2、对裁剪好的板材进行预处理。先用细砂纸对覆铜板进行打磨，力度适中，除去表面油污，露出光亮的铜板色，在容器中倒入一些双氧水，以刚好没过板子为宜。对打磨好的覆铜板进行氧化，这样可以在覆铜板表面形成一层致密的氧化铜薄膜，在热转印的时候更有利于与碳粉结合。氧化好的板子用水洗干净，然后用吹风机吹干，在拿板子时应只拿板框，避免在覆铜板上留下指纹。



3、把PCB图按照1：1打印在热转印纸上，也就是不干胶的底衬，把图打在较光滑的那一面，顶层丝印需要采用镜像打印。打印好的图纸经过裁剪和定位，保持热转印纸表面平整，用透明胶带固定好，然后送入过塑机中进行过塑 ，一般先要对板子进行预热，可直接把板子放在过塑机的上盖上，调节好温度，然后让板子自然预热。等到过塑机可以过塑工作时，板子也进行了充分的预热，温度达到180~200C℃，然后把板子送入过塑机，记住要单方向地过塑，过塑5~10遍即可，然后静置自然冷却，最后轻轻揭开热转印纸，即可看到清晰的PCB图像留在了铜板上。这一步完成后，整个工程进行了一半。

在转印结束后，自然冷却，待板子降至室温时，轻轻揭开热转印纸，如发现有断线的地方，可以用油性记号笔进行修补。

4、购买三氯化铁（Fecl3），先把电路板放入容器中，然后在板子上倒入三氯化铁晶体，然后倒入开水，水面超过板子1cm左右，可加快PCB腐蚀。在腐蚀的同时，可以不断摇晃腐蚀容器，促使腐蚀液循环流动，需要15min左右的时间，当板子只留下打印上去的线路层时，腐蚀完毕。腐蚀时尽量不要走开，以免腐蚀过度。腐蚀完成后，用清水冲洗，然后烘干，腐蚀液可以留着下次腐蚀时再使用。
       
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6、可以使用曲线锯沿板框进行裁剪，最后上砂轮、打磨、去毛刺，这样一块热转印PCB就基本上完成了。 7、找一个腐蚀容器，倒入松香水（或香蕉水），然后用毛刷轻轻刷PCB，附着在覆铜板上的碳粉层可以很容易地被刷掉，最后用清水冲洗干净，再用吹风机烘干。
                     
8、把天然松香与无水酒精进行混合，得到松香酒精溶液，然后用干净毛刷均匀地涂抹在PCB表层，然后用热风机烘干，反复涂抹烘干4遍，就可以在板子表层形成一层松香薄膜，既可以阻止外界空气对铜箔的氧化，便于长时间的存储，又可以保证在焊接的时候充分上锡，保证焊接质量。  9、首先在板子顶层用自喷漆喷涂一层漆膜，颜色根据个人喜好进行选择，黑色不能选，因为丝印层为黑色，把顶层丝印镜像打印在热转印纸上，然后对准板框，一并送人过塑机中进行过塑，过塑一遍即可，这样就可以在PCB表层留下清晰的丝印层。

到底为止，PCB的制作终于大功告成，不知道亲爱小伙伴们有没有学会呢？

二、PCB的不得不说的设计经验

1、如果设计的电路系统中包含FPGA器件，则在绘制原理图前必需使用Quartus II软件对管脚分配进行验证。(FPGA中某些特殊的管脚是不能用作普通IO的)
 
2、4层板从上到下依次为：信号平面层、地、电源、信号平面层;6层板从上到下依次为：信号平面层、地、信号内电层、信号内电层、电源、信号平面层。6层以上板(优点是：防干扰辐射)，优先选择内电层走线，走不开选择平面层，禁止从地或电源层走线(原因：会分割电源层，产生寄生效应)。

3、多电源系统的布线：如FPGA+DSP系统做6层板，一般至少会有3.3V+1.2V+1.8V+5V。
 
3.3V一般是主电源，直接铺电源层，通过过孔很容易布通全局电源网络。

5V一般可能是电源输入，只需要在一小块区域内铺铜。且尽量粗(你问我该多粗——能多粗就多粗，越粗越好)

1.2V和1.8V是内核电源(如果直接采用线连的方式会在面临BGA器件时遇到很大困难)，布局时尽量将1.2V与1.8V分开，并让1.2V或1.8V内相连的元件布局在紧凑的区域，使用铜皮的方式连接，如下图：

总之，因为电源网络遍布整个PCB，如果采用走线的方式会很复杂而且会绕很远，使用铺铜皮的方法是一种很好的选择!

4、邻层之间走线采用交叉方式：既可减少并行导线之间的电磁干扰(高中学的哦)，又方便走线(参考资料1)。如下图为某PCB中相邻两层的走线，大致是一横一竖。

 

 

 

5、模拟数字要隔离，怎么个隔离法 布局时将用于模拟信号的器件与数字信号的器件分开，然后从AD芯片中间一刀切!
 

模拟信号铺模拟地，模拟地/模拟电源与数字电源通过电感/磁珠单点连接。
 

6、基于PCB设计软件的PCB设计也可看做是一种软件开发过程，软件工程最注重“迭代开发”的思想，我觉得PCB设计中也可以引入该思想，减少PCB错误的概率。

(1) 原理图检查，尤其注意器件的电源和地(电源和地是系统的血脉，不能有丝毫疏忽)

(2) PCB封装绘制(确认原理图中的管脚是否有误)

(3) PCB封装尺寸逐一确认后，添加验证标签，添加到本次设计封装库

(4) 导入网表，边布局边调整原理图中信号顺序(布局后不能再使用OrCAD的元件自动编号功能)

(5) 手工布线(边布边检查电源地网络，前面说过：电源网络使用铺铜方式，所以少用走线)

总之，PCB设计中的指导思想就是边绘制封装布局布线边反馈修正原理图(从信号连接的正确性、信号走线的方便性考虑)。

7、晶振离芯片尽量近，且晶振下尽量不走线，铺地网络铜皮。多处使用的时钟使用树形时钟树方式布线。

8、连接器上信号的排布对布线的难易程度影响较大，因此要边布线边调整原理图上的信号(但千万不能重新对元器件编号)

9、多板接插件的设计：

(1) 使用排线连接：上下接口一致

(2) 直插座：上下接口镜像对称，如下图
 

10、模块连接信号的设计：

(1) 若2个模块放置在PCB同一面，如下：管教序号大接小小接大(镜像连接信号)
 

(2) 若2个模块放在PCB不同面，则管教序号小接小大接大

这样做能放置信号像上面的右图一样交叉。当然，上面的方法不是定则，我总是说，凡事随需而变(这个只能自己领悟)，只不过在很多情况下按这种方式设计很管用罢了。

11、电源地回路的设计：

上图的电源地回路面积大，容易受电磁干扰

上图通过改进——电源与地线靠近走线，减小了回路面积，降低了电磁干扰(679/12.8，约54倍)。因此，电源与地尽量应该靠近走线!而信号线之间则应该尽量避免并行走线，降低信号之间的互感效应。