如何使用低成本激光切割机制造印刷电路板

第1步：工具和材料

本教程使用了以下工具和材料：

10W激光雕刻机（链接/链接/链接）。 它用于在空白铜PCB板上打印电路图。

铜PCB （链接/链接/链接）。自制电路板通常印刷在镀铜酚醛板上。电路板的整个表面都是涂层的（一面或两面）。铜是导电材料，而酚醛基板不能导电。通过去除部分铜层，可以在部件之间创建轨道，从而形成电路板。

乳胶PVA水性墨水。正如您稍后将看到的在本教程中，我使用水基墨水在铜PCB表面上创建了一个掩模。该掩模防止部分铜层被氯化铁溶液除去。

画笔。 必须在电路板上涂上一层厚厚的油漆，这里有一个油漆刷。

氯化铁。这是一种盐，应该在使用前溶解在水中。该溶液能够腐蚀铜，将铜从其酚醛基质中除去。涂上面膜，只有暴露在溶液中的铜板部分才会溶解。

砂纸。最后，你会有从板上移除剩余的掩模。这可以使用砂纸轻松完成。

第2步：自制PCB制造工艺

制造工艺自制PCB通常包括以下步骤：

1。 PCB设计

在此步骤中，绘制要生产的电路板。既可以设计新的电路板，也可以复制开源项目。可以使用不同的CAD软件（Fritzing，KiCAD，Proteus，Eagle等）。

2。在PCB上涂抹面罩

设计好印刷电路板后，必须将其转移到电路板上。有几种方法可以做到这一点：使用热方法（通过将纸张中的墨粉转移到印版上，通过加热），手动（通过使用合适的笔绘制电路）甚至使用3D打印机。在这个项目中，我使用激光雕刻机将设计转移到印版上。

3。化学蚀刻PCB

一旦将掩模转移到板上，就会对板的部件进行腐蚀以去除部分铜。在该过程结束时，电路板应该只与构成电路的轨道一起使用。

4。清洁和整理

一旦腐蚀完成，就可以对板进行清洁，钻孔和焊接部件。在那之后，只需检查所有内容，启动它并快乐！

第3步：PCB设计和创建面具

一旦进行了PCB设计（使用您选择的任何CAD软件设计），您可以将其导出为SVG格式用于阅读其他图形编辑软件。在此过程中可以导出多个图层：顶视图，底视图，蒙版，丝绸等。所有图层均以正常或镜像格式提供。

本教程中描述的制作过程要求将掩模应用于PCB 。由面罩覆盖的盖板部分不会被腐蚀，因此将保留在端板上。没有被面罩覆盖的部件将暴露在氯化铁中，被腐蚀并从印刷电路板上移除。

在这个过程中，需要在整个板上涂上一层油漆，使用激光雕刻机仅移除几个部分。

这样，大多数软件生成的遮罩应反转颜色（将黑色像素反转为白色，反之亦然）。为了执行掩码反转，使用了两个软件：

- Inkscape ：用于将SVG文件转换为图像格式（PNG）。还用于将绘图转换为黑白图像（如果CAD导出为彩色格式）;

- Gimp ：用于反转蒙版颜色（黑色的白色像素）然后将生成的图像加载到激光雕刻软件中，以便打印到印版表面。

注意图像的尺寸：检查输出激光雕刻软件的尺寸是实际原型的理想尺寸。

在本教程的情况下，没有完成特定电路板的设计。相反，我试图复制由FábioSouza开发的开源板：Franzininho。这个令人难以置信的电路板可以由各级用户轻松组装和编程，它与Arduino IDE兼容，完全在巴西设计！

第4步：PCB准备

一旦设计了掩模，就可以开始PCB生产。

第一步是应用或多或少的制服一层油漆到盘子上。在我的例子中，使用水基黑色PVA乳胶漆。重要的是油漆尽可能地深，以便它可以被激光燃烧。白色涂料可以反射激光，降低其效果。

涂料是水基的，这也很重要，以便在蚀刻铜板后将其从印版中取出。

A将单一均匀的涂料层施加到板上，使表面完全涂覆。重要的是没有孔或缺陷，因为它们会产生不必要的腐蚀点，损坏轨道或产生不需要的接触点。

在进行下一步之前，有必要等待油漆完全干燥。

第5步：激光雕刻

涂料干燥后，您可以使用激光雕刻机从面罩上去除不需要的部分。

使用10W激光雕刻机，如本教程开头所示。

对于电路板的生产，使用了以下参数：

- 激光强度：100％

- 速度：最大值

- 燃烧时间：20毫秒

- 最短路径

如果使用不同的设备，必须测试这些参数的组合以获得更好的结果。

激光没有足够的能量来刺穿铜板，但能够去除油漆，露出铜层。

重要的是，在这一步结束时，电路清晰地印在电路板上（记住黑暗腐蚀后不会去除部件，只有部分暴露的铜会被腐蚀。

工艺可能很慢（取决于电路板的尺寸和材料的数量）去除）。因此，使用大多数CAD软件（例如Fritzing）中提供的填充铜的工具，将要燃烧的区域限制到最大可能是很重要的。否则，将花费相当多的时间从电路板的不干扰最终电路功能的部分去除墨水。另外，限制通过腐蚀从板上除去的铜的量也有助于增加氯化铁溶液的寿命，因为氧化反应将更少。因此，在需要更换腐蚀性溶液之前，可以生产更多的原型。

注意打印时间（受制造商建议的限制）。可能需要定期休息（每10分钟，根据我案例中使用的模型的推荐）。

在这个项目中测试的大约50mm x 25mm板的印刷花了大约30分钟。比起我预期的更多，但仍然是一个原型的可接受的时间。

第6步：化学蚀刻

一旦在印版上正确印刷了掩模，在要保持的区域上方留有黑色迹线，并且要从印版中露出的部分铜线从印版上移除，铜的腐蚀应使用氯化铁溶液进行。

需要几分钟才能完全腐蚀材料。定期检查以确保已移除所有材料。在我的情况下，大约5分钟足以移除材料。可以在板上施加少量水（不施加摩擦力以使涂料不被机械去除）以更好地观察结果。也可能需要定期摇动氯化铁溶液以提高化学反应的效率。

第7步：面具去除和整理

腐蚀完成后，应去除残留的面罩。

可以用刷子和自来水清除。砂纸也可用于完全去除材料，这种材料更快，并可在表面留下抛光表面。

在该过程结束时，电路板应仅包含电路操作所需的铜轨道。钻板（用于定位元件），焊接全部，然后使用激光雕刻机制作第一块印刷电路！

从照片中可以看出，建议将电路板切割成在开始制造之前的适当尺寸。照片来自我的第一次测试，所以我以前不介意！ ：p