快速制作双面印制电路板的方法研究

廖继海++谢雨锟++黄麟桓++周俊生

摘 要：针对电子工艺实习时利用传统热转印法制作双面PCB时对位不準的问题，设计了一种改进的热转印法双面PCB制作流程，方法是利用Protel软件将双面电路PCB底层图和镜像的顶层PCB图整合到一个PCB文件中并打印到一张热转印纸上，通过对PCB图的快速定位将电路图转印到双面覆铜板上。经过腐蚀后得到定位准确的双面电路板。该方法具有方便、快捷、容易实现的特点，在制作简单的双面测试板时具有实用的参考价值。

关键词：热转印 PCB 双面电路板

中图分类号：TN705 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0008-03

Study on Rapid Manufacturing Methods of Double-sided Printed Circuit Board

Liao Jihai Xie Yukun Huang Linhuan Zhou Junsheng

（Department of Physics， South China University and Technology， Guangzhou Guangdong， 510640，China）

Abstract：The paper describes and compares two currently rapid manufacturing methods of printed circuit board（PCB） in the university laboratory， giving an improved thermal transfer method to make double-sided PCB and solving the problem of the alignment inaccuracy of the traditional thermal transfer methods in making double-sided PCB.

Key Words：Thermal transfer；Printed circuit board（PCB）；Double-sided PCB

印制电路板（PCB）是电子产品的基本要素[1]，PCB的制作是电类专业大学生需要掌握的基本实验技能[2]。专业的PCB制作工艺虽然已经很成熟，但对于在校学生来说，要按照专业的PCB制作工艺来自行制作是不太现实的[3，4]。高校实验室中制作PCB，通常都是学生制作试验板，一张PCB图只做一两块板，如果让每个学生按专业的PCB制作工艺来制作，一来花费时间较长，二来成本太高，因此需要有一种适合学生在实验室自行操作、简便快速的PCB制作方法[3]。

1 实验室PCB快速制作方法

制作PCB主要有两类方法：化学方法和物理方法。早期在高校实验室制作PCB通常采用贴胶法[5]，属化学方法。目前大部分高校实验室制作PCB的方法为热转印法和物理雕刻法，热转印法属于化学方法，物理雕刻法属于物理方法[4]。

1.1 热转印法

热转印法首先用普通激光打印机将设计好的PCB图打印到专用的热转印纸上，然后将热转印纸上的PCB图通过热转印设备转移到敷铜板上，再经过腐蚀、钻孔等后续工序即可得到制板精度很高的PCB[6]。在高校实验室中，采用热转印法通常能够在1 h内完成高精度的单面PCB的制作，对于双面PCB的制作，由于双面PCB对位不准往往是PCB制板工艺中最重要的问题[7]，而目前的制作流程不能很好地解决该问题，从而导致热转印法双面PCB制作效果不理想。

目前热转印法双面PCB的制作流程如下。

（1）用普通激光打印机将底层PCB图打印到一张热转印纸上。

（2）用普通激光打印机将顶层PCB图镜像打印到另一张热转印纸上。

（3）将两张热转印纸与裁切好的双面敷铜板压紧，在两张热转印纸对齐时用透明胶带将上下两张热转印纸粘接，以避免错位。

（4）PCB图的转印：将贴有热转印纸的敷铜板放入热转印设备中进行热转印，冷却后得到印有PCB图的敷铜板。

（5）完成腐蚀、钻孔等后续工序。

上述热转印法双面PCB的制作方法中，步骤3能够较精确地将上下两张热转印纸对准，但是在步骤4的热转印过程中，通常使用的热转印设备是通过高温胶辊对热转印纸和敷铜板加温、加压的，敷铜板在热转印设备中作平移运动时易出现热转印纸偏移、上下面过孔对不准的问题[8]，导致要重复多次才能成功地制作一块双面PCB。

1.2 物理雕刻法

从基本原理上看，物理雕刻法制作印制线路板的过程，就是利用铣刻的原理，把敷铜板上多余的、不必要的部分铣去，利用的设备实质上是一种小型的数控钻铣床，通常又称之为线路板雕刻机[9]。在制作双面PCB时，铣完一面后需要进行翻板操作，有时会导致翻板位置不准的问题，通过用软件和硬件来共同校正，可使上下两层线路对位精确，从而降低双面PCB制作的废品率[7]。

1.3 热转印法与物理雕刻法的比较

对于高校的开放实验室，热转印法要优于物理雕刻法，理由如下。

（1）线路板雕刻机价格高，且需要占用较大的实验室空间，实验室建设的投入大；而热转印设备价格低，占用空间小，实验室建设的投入小。

（2）热转印法中，1次热转印的时间通常是2～3 min，腐蚀的时间一般为10～20 min，加上打印热转印纸、钻孔等所耗费的时间，单面PCB通常在1 h内能完成，双面PCB由于热转印过程中的偏移错位导致对位不准的问题，通常需要重复多次热转印才能成功，但也能在3 h内能完成。物理雕刻法只能串行运行，同一时间1台线路板雕刻机只能处理1块PCB；热转印法中可以并行制作，可以多人同时制作多块PCB。用物理雕刻法需要4 h完成的PCB板，热转印法能够在3 h内完成；如果要制作10块同等复杂的PCB，物理雕刻法则需要40 h，而热转印法由于可同时制作，在3 h内即可完成，热转印法的优势尽显。

2 改进的热转印法双面PCB制作流程

针对传统的热转印法制作双面PCB时对位不准的问题，该文给出一种改进的热转印法双面PCB的制作流程，具体如下。

（1）用普通激光打印机将底层PCB图和镜像的顶层PCB图打印到一张热转印纸，且使得底层PCB图与顶层PCB图的过孔是线对称的。

（2）将热转印纸沿对称线折叠，并覆盖住裁切好的双面敷铜板。

（3）PCB图的转印：将热转印纸覆盖的双面敷铜板放入热转印设备中进行热转印，折叠处首先进入热转印设备中，冷却后得到印有PCB图的敷铜板。

（4）完成腐蚀、钻孔等后续工序。

通过以上制作流程，由于顶面和底面的PCB图线对称地打印在一张热转印纸上，热转印过程中不再出现偏移错位，能够一次性成功制作双面PCB。

Protel设计系统是PCB设计过程中最常用的EDA设计软件[10]，下面以Protel99Se为例说明如何快速实现将底层PCB图和镜像的顶层PCB图整合到一个PCB文件中并打印到一张热转印纸上，使用其他的EDA软件（如ProtelDXP，Altium Designer）可参照如下步骤实现。

（1）新建一个PCB文件PCB1.PCB。

（2）复制已设计好的双面PCB图，粘贴到PCB1.PCB中，粘贴两次。第一次粘贴时直接粘贴；第二次粘贴时做镜像操作，同时按“Ctrl+Y”键即可实现上下翻转，实现镜像。

（3）将第一次粘贴部分的Top层去掉，将第二次粘贴部分的Bottom层去掉。选择TopLayer选项卡，然后选择菜单“Edit—Select—All on Layer”，再选择菜单“Edit—DeSelect—Outside Area”，用鼠标框住第一次粘贴部分，利用菜单“Edit—Cut”将选中部分剪切掉，即可将第一次粘贴部分的Top层去掉。类似的操作过程可将第二次粘贴部分的Bottom層去掉。

（4）将第一次粘贴部分（底层PCB图）与第二次粘贴部分（顶层PCB图）对齐。选择一个参考焊盘，框选住顶层PCB图并用鼠标点击参考焊盘整体移动顶层PCB图，使参考焊盘的中心坐标的X值与其在底层PCB图中的X值一致，即可实现对齐。

（5）画对称线，线的宽度设置成双面敷铜板的厚度，其目的是为了便于热转印纸的折叠。

（6）打印PCB1.PCB文件到热转印纸，图1是打印预览图，颜色选项选择了“Full color”，打印到热转印纸时，颜色选项应选择“Black & White”，打印效果如图2所示。

3 结语

实践表明，应用该文提出的改进的热转印法双面PCB制作流程，解决了以往双面PCB制作中的对位不准问题，能够一次性成功制作双面PCB。学生在电子工艺实习、自主实验、电子设计竞赛以及毕业设计中需要设计、制作大量的PCB[11-14]，该文提出的改进的热转印法制作流程能够为学生在实验室制作双面PCB节约成本和时间。

参考文献

[1] 王天曦，李鸿儒，王豫明.电子技术工艺基础[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2] 石冰，邹津海.电工电子实验中心的建设与创新人才培养[J].实验技术与管理，2011，27（11）：356-358.

[3] 石万里.实验室快速制作印制电路板后处理工艺研究[J].实验技术与管理，2011，28（6）：47-48.

[4] 卜红，濮少文.印制电路板的快速制作方法[J].实验室研究与探索，1997，16（3）：59-61.

[5] 阳桂生.绘制印刷电路板的简单方法[J].物理实验，2000，20（1）：25.

[6] 蔡淑珍，孙业歧.印刷电路板制作实验技术的创新与实践[J].河北农业大学学报，2004，6（3）：46-47.

[7] 吉亮.PCB制作系统解决双面翻板对位精度不准的方案[J].机械管理开发，2010，25（3）：199-200.

[8] 李沛，郑军，高宁，等.电路板双面转印机研制[J].实验技术与管理，2010，27（11）：87-90.

[9] 刘广聪，李振坤，陈平华.运用物理雕刻的线路板制作系统的研制[J].实验室研究与探索，2005，24（6）：33-35.

[10] 古良玲，李双，陈新岗.初学Protel99Sed常见问题及应对技巧[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：245-247.

[11] 李丽秀，杨启洪，杨日福，等.电子工艺实习课程的发展实践与创新探讨[J].实验室研究与探索，2007，26（12）：126-128.

[12] 宋象军，汪春华，刘太林，等.营造实验室开放环境，引导学生自主实验[J].实验技术与管理，2008，25（1）：19-20.

[13] 张新莲，钟庆宾，吴贞焕，等.探索加强学生自主实践能力的途径[J].实验技术与管理，2008，25（8）：139-140.

[14] 刁鸣，王松武，李海波.大学生电子设计竞赛的实施与思考[J].实验技术与管理，2010，27（9）：127-129.