筆者
* 參見:https://hackaday.io/contest/162559-circuit-sculpture-contest
圖二:Freeform
Circuit —超音波測距器
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吊焊零件的問題
往日,當印刷電路底板(Printed Circuit Board, PCB)還未發明時,Freeform
Circuit 非常普及,如此焊接方法十分無奈,實情非得已,例如在以前的真空管機內,電子零件就作如是佈線。這種焊接方式缺點一籮筐,既不避震,也容易出現短路,又因零件和電線佈置一片凌亂,增添維修難度,亦不利大量生產。
DIY 電路底板
一般業餘電子愛好者或喜歡自己製作電路底板。普通的底板質料分作電木板或纖維板,單面或雙面覆蓋銅箔,銅厚亦有不同。普遍在板上用油漆蓋過想保留的銅箔部分,再用蝕銅劑把沒有被油漆蓋著的銅「吃」掉。最後去除油漆及鑽孔,就成為簡單的電路底板。這種家庭式製作較為粗糙,但勝在簡單及價廉。
圖三:手作底板
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人手繪製底板圖的日子
若要生產電子產品,則需製作質素高的電路底板。這時可先繪畫電路底板圖,然後交予電路底板廠印製。初期電腦科技不發達,底板圖得靠全人手繪畫,花上不少時間和心力。製圖工具也有講究,一般先用方格紙起稿,再用牛油紙正式繪畫線路、零件和鑽孔位置。畫圖工具包括墨水、麥克筆、針規、T 尺或直尺,還有現今已罕見的移印紙(刮字貼)等。
圖四:移印紙
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由於底板廠會進行曬圖程序,通常所繪的底板圖尺寸會比實際尺寸放大 2 倍、4 倍或以上,令縮放至原尺寸後線條更清晰,所以要時刻謹記按比例繪畫。為妥善分佈底板上的零件,與及量度零件尺寸和腳距等資料,卡尺和計算機可謂不離手。如正式繪畫中途不小心繪畫錯誤,絕不能用塗改液修正!小範圍錯誤可用刀片輕輕刮去,當然這需要一定技巧;如犯大錯,則只能重新繪製。所以,若在起稿階段不夠謹慎,計算不準確或思慮不周全,可以想像後續的修訂過程會如何痛苦,特別是複雜的線路,造成大量時間浪費和精神耗損。
早期製作一塊 PCB,需經過多重工序、分層完成。所以底板圖不能只繪一幅。一塊單面 PCB,通常分開 3 幅底板圖,包括線路圖、綠油圖和白油圖。線路圖上的線段和孔位相等於銅板的不蝕銅部分;綠油圖繪出銅板上覆蓋油漆的部分,因通常上綠色油漆而得名。不覆蓋的地方稱為「露銅」,用來焊接零件;白油圖可按需要繪畫,它用於標示零件位置、類別、數值等,也可加入文字、商標、批號等資訊。
同理,製作一塊雙面 PCB,最多需繪畫 6 幅底板圖:3 塊正面,3 塊背面,特別注意背面的圖需鏡射繪畫。
圖五:用牛油紙人手繪畫的底板圖
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今天的 PCB 設計
現今科技發達,電路底板圖可用專門的軟件繪製。輸出指定格式檔後,就可交付印製。 Altium Designer(前身為 Protel)、EasyEDA、Proteus、EAGLE 等繪製軟件,通常整合電路圖(Schematic)繪畫、自動佈線及輸出底板圖功能,也有內建零件庫及預設規格值,令繪製更為方便和省時。當然,軟件不過是輔助工具,底板是否繪畫準確、接上零件和電源後,電路是否運作穩定,最後背後靠的是日積月累的經驗和慎密的心思。對經歷手繪底板圖時代的設計老行尊而言,軟件的出現簡直令他們如虎添翼。
找廠商製作 PCB,設計底板圖前最好需先知道廠家的技術限制,例如最少線距和過孔尺寸。至於生產費用取決於多方面條件,以下列舉部分:
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製作數量
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板材
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板料
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銅箔厚度
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板層數
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油墨顏色
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工藝複雜度
如為興趣而製作少量 PCB(打樣),每次印製的成本不算輕,初嘗 PCB 設計的菜鳥,或許不能「一 take 過」,請先有心理準備,交點「學費」和碰釘子。
我真的需要 PCB 嗎?
你或許認為,我並非設計電子產品,使用萬用底板焊接電路作測試和做項目就可以了,真的需要繪製和印刷底板嗎?其實,使用萬用底板來測試電路,並不十分靠譜。若在測試時發生電路不穩定、雜音、干擾等情況,或許問題並非出自電路設計本身。缺乏焊接和排列零件等技巧,導致零件浮接、電線交疊、電線破損而致短路,也有機會影響電路運作。如能先製作 PCB 電路再進行測試,因線路整潔、焊接較易、飛線問題減少,相對可掌握實際電路的運作情況,對測試高頻電路而言更為重要。
若你需要製作 PCB,但在繪畫底板圖遇上不少困難,不欲耗費大量時間,可交予有經驗的技術人士或廠商代為設計。某些廠商提供一條龍式設計及印製服務,令你在創科路上走得更輕鬆順暢。
圖六:與筆者相熟的公司提供 PCB 設計服務
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圖片來源
圖四:
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