手工蚀刻的暴力美学——记第零点五次制作电路板

序言

这个博客是从去年年末开始搞的,也就是大一刚入学那会儿。

结果发现自己果然还是靠着一股喜新厌旧的新鲜劲在坚持。结果,也就大一上半学年的那段时间发了一些、记录了一些,后面就一直丢在一旁了。本来说好的要制作一个解密的手游、记录机器人竞赛的参赛过程,结果一个因为忙而迟迟没有动工、一个因为疫情而被迫推迟了一年。

前段时间偶然和学长讲到了博客的事情,他问我:“你现在还在记录博客吗?”

我:“好久没动了。”

确实啊,我已经好久没动了。当一开始搞这些的新鲜劲褪去后,我剩下的是什么呢?服务器一年上百的租金,域名续费的开支,对象存储和CDN费用等等,我似乎平白无故地把钱浪费在了这些地方。服务器CPU每天的占用率基本上不超过8%(我甚至都没有东西可以跑,就挂了三四个站点)。

我问我自己我还要写博客吗?

我写的东西真的有人看吗?差劲、没内容、搜索引擎也检索不到。

谁知道呢?

回想一下当初的初衷,似乎就是简单粗暴地觉得挺酷?毕竟当初的我,对这个领域还是从未涉足。

那么现在呢,就继续折腾下去好了,把我的生活继续记录下去好了。

我相信过去的每一个脚印,一定都会给未来带去感动自己的精彩。

废话说了好多,似乎都和这个文章的标题一点关系都没有(笑)。

2021年4月11日,我制作了我人生的第一块电路板……不行,不能是第一块,应该是第零点五块,因为电路的原理图不是自己设计的,略微不爽。不过第一块应该马上就要开始了,因为计划参加全国大学生电子设计竞赛,下个月会尝试制作话音放大器。当然,做完了后也会简单记录一下发到网站上来。毕竟制作电路最精彩的还是中间的设计和调试啊。(回想起昨天半夜用仿真工具调整三极管静态工作点调到半夜三点,当时简直蠢到不行,犯了想当然的低级经验错误。)

前期设计

制作电路,前期设计必然是不可缺少的,它包括电路设计、仿真验证、PCB布板(可选)。

本次制作的是300Hz-3700Hz的带通滤波器,它是话音放大器的前置部分。因为人声的频率大约在300-3400Hz左右,因此为了放大人声,可以通过这种方式滤掉其他频率的干扰信号,然后再做后续处理。

由于该电路已经有原理图提供,因此电路结构的设计环节,我做的工作等于零,这里不再展开叙述。

下面是我在AD上绘制的原理图。

ad原理图

仿真验证

实际上,MS的仿真也不是我搭的,老偷懒选手了,虽然搭搭挺快的。

仿真图

信号发生器产生了1KHz、10mV的正弦波,经过第一级带通滤波后,几乎没有衰减,然后进入第二级放大部分,被放大了100倍。下面的示波器,左图是放大前,右图是放大后。

此外,可以看到,频率约为300Hz和3650Hz时,第一级带通滤波输出信号的幅度约为输入信号的70%,波特测试仪显示增益约为37dB。

图标设计

作为一个资深花里胡哨选手,自然是要给电路板添加自己的图标。于是我们打开AI,用钢笔工具添加了一点点的小细节。

然后就是把设计好的LOGO导出成黑白位图,为添加到PCB上作准备。

PCB布板

因为目前我制作的电路板,一方面没有涉及高频信号,另一方面也不涉及电源模块,所以也就没有太讲究。考虑到是手工蚀刻,所以我尽可能地扩大了线宽并保持尽可能大的线距,以防止线路被腐蚀断或者焊接的时候相邻线路被焊锡连通。此外,因为是手工蚀刻,所以是没有丝印层的,所以把LOGO放在了Bottom层。这次做的是单层板,因此没有Top层

pcb图

在布板的时候,我是按照信号的流向作为布局主要干路,以芯片为核心节点,周围分散布局各个电容。带通滤波部分和放大部分分居板子两边,中间用2Pin引脚断开,以便于焊接完成后的分开测试,连通测试时可以使用一个跳线帽连接。

此外,在布板的时候可以使用把原理图放在旁边,以便于走线的调整。(PS:感慨一下双显示屏的方便之处,可惜我暂时还没有,就算买了估计也不太有地方放,以后再说吧。)

最后,花里胡哨选手必然不可能忘记到处找合适的3D封装模型来美化一下。

3D预览图

手工制作

蚀刻是用化学或物理作用移除材料的技术,因此,必然有不需要被移除的部分。所以,手工蚀刻的第一步是转印覆盖,使用一些不易被腐蚀的材料覆盖铜板上不需要被腐蚀的部分。

转印

把覆铜板上不需要蚀刻的部分用油墨转印覆盖后,即可进入下一步蚀刻环节,蚀刻使用的是化学方法,利用了Fe离子和Cu离子的置换反应。这里有个小插曲,之前用的是另一个干净的蚀刻液,结果蚀刻速度非常慢,快一个小时了,效果也不是很明显,后来换了下图这个,速度就快了起来,十分钟不到就解决战斗。不得不说,有时候还是起“包浆”的东西还是好用啊。

蚀刻

下面这个就是蚀刻完成后的覆铜板了,非常干净漂亮。

板子

然后,给覆铜板打孔,方便后续插件元件的焊接。

打孔中

打孔完后,把上面的油墨打磨掉,就露出了下面制作好的线路。

打孔完

然后涂上松香,放到烤箱里烘烤五到十分钟。这是为了保护线路,让电路板可以保存更久。

到这里,电路板也就制作完成了。接下来就是把各种插脚元件焊接上去。

焊接完成

最后,就是最终的测试阶段。工作正常,测试通过,完结撒花!

调试

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