1958年,我兩歲的時候,我的父母從倫敦移民到辛巴威(當時叫羅德西亞)。我在辛巴威渡過了快樂的童年,後來我對電子產品產生了興趣,可惜辛巴威並不是電子世界的中心。

在我14歲那年,我爸爸每個月都會給我買一本《實用電子》( Practical Electronics)雜誌。我在裡面看到一個廣告,是自己動手做(DIY)印刷電路板(PCB)的工具套件,於是我央求一位疼愛我的英國親戚買一套給我作為聖誕節禮物。這個工具套件中有以下這些東西:

  • 幾個單面PCB,與超大尺寸郵票的大小差不多;;
  • ‘Decon-Dalo’筆,有點像簽字筆,可以用來將抗腐蝕油墨塗到PCB上;
  • 一些氯化鐵蝕刻劑晶體;
  • 幾頁帶有PCB佈局圖的「樣版」。

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收到工具套件後,我才知道它全部都裝在一個很小的盒子裡,因此有點上當受騙的感覺,但我還是開始動手準備做一些PCB。使用Decon-Dalo筆,走線的最小寬度約為1.5mm (略大於1/32英吋),如果你試著在中間畫一個焊盤,它的直徑最後會達到4mm左右。如果想再小一些,就只能用大頭針在中間鑽一個小孔。如果使用電晶體,則引線必須留長一些!無論如何,我用這個工具套件製作了一些PCB,這真讓人著迷!

後來我在學校時,發現了Positiv20——一種德國生產的氣態膠,用來在PCB塗佈光敏層。我把家裡的烤箱設定在很低的溫度,然後把PCB烤乾。使用透明正片(positive transparency),然後曝光PCB。

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Positiv20說明書上推薦了各種紫外線(UV)燈,但在聽了一個朋友的建議後,我發現在陽光下曬個五分鐘就行了。然後,在每公升7克的燒鹼溶液(即氫氧化鈉,也就是老媽用來清洗水管的東西)中讓板子「顯影」。這時候,板子上出現了淺綠色的走線圖案,可以開始蝕刻了。但是下一個問題來了——到哪裡才弄得到用來蝕刻的氯化鐵呢?

幸運的是,我的物理老師是個電子迷,我遇到任何解決不了的電子問題時都會去找他。這一次,他教我自己製作蝕刻劑。首先準備好黃色的鹽酸(HCl),這個在游泳池中就有了。在鹽酸裡面溶解一些舊鐵釘,使其變成淺綠色液體,即氯化亞鐵(FeCl2)。然後加入一些過氧化氫(H2O2),過氧化氫很容易買到,女孩常常用它讓頭髮更有光澤。經過神秘的氣泡反應(我忘記是啥了),產生氯化鐵(FeCl3)——深褐色、有臭味,而且殘留的鹽酸把我的衣服都燒出洞了。這個過程持續了很長時間,似乎沒有盡頭。我媽後來特地幫我找出那些最破舊的衣服,她說在我製作PCB時,只能穿這些衣服。當時,我弄到了一些細字畫筆,可以製作我自己的透明膠片,這表示接下的結果將遠勝於使用Decon-Dalo筆。

我還用了Veroboard,這是市面上可買到的一種PCB,每隔0.1英吋有銅線條,而且孔間距相同。佈局需要進行一些思考,還需要技巧,走線之間通常有很多跳線。這對於不太複雜的一次性專案來說是好事。Veroboard這一名稱的由來,是因為它最初是由英國的Vero Electronics公司製造,不過現在很多公司都製造這種板,通常稱為長條洞洞板。但最好再買一個專用切割工具,在不需要連接的帶線(strip)上切孔。不過我的一個朋友將一個4mm的鑽頭裝在一個舊的刮鬚刀柄中,到現在都非常好用。

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還沒有裝上元件的Veroboard裸板。

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典型的手繪Veroboard佈局圖(X表示走線中要打孔的地方)。

我第一份真正的工作是在很有名的英屬南非警署(British South Africa Police)擔任「無線電技術員」。那裡有一個無線電實驗室(Radio Lab),裡面都是一些絕頂聰明的人,其中多數都擁有大學學位,為我們的無線電裝置設計和製造電源、充電器和遙控裝置。他們採用網版印刷製造出非常好的印刷電路板,但是我很少到那裡去,所以對他們所做的知之甚少。

所幸後來我跟實驗室的一個人成了朋友,他跟我講了一些這方面的事。他還給了我一些Rubylith紅膠片,這種紅膠片有2層,一層清晰,另一層是深紅色。你可以用一把精細的刀子切開並剝離紅色層來進行佈局。我用它製作了幾塊PCB,說真的我不喜歡它 —— 用它做出來的走線和焊墊,完全比不上我用畫筆做的。話雖如此,我見過一些用Rubylith蒙片完成的非常精細的設計——不光是PCB,還有圖形設計。另外,據我所知,早期的英特爾(Intel)微處理器晶片佈局也採用這種技術。

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在Rubylith紅膠片上的圖形設計(我到處找不到PCB設計!)。

我後來的一份工作是管理一個與供電設施相連的電子設計實驗室。在那裡我發現了Bishop Graphics,包括一疊黑色焊墊貼紙、電晶體和積體電路可以使用的多個焊墊,以及用於走線的薄膠帶。將它們粘貼在透明的醋酸纖維板上,就可以做成電路板佈局的正圖。如果需要,可以先用兩倍尺寸的焊墊,之後再縮小到實際尺寸,以獲得更好的解析度。

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用於走線的Bishop Graphics膠帶(上圖);具有大半徑曲線的典型佈局風格(下圖)。

如果你覺得自己真的很聰明,也可以用紅色和藍色的Bishop Graphics來進行雙面佈局,但我從來沒做到。設計完成後,把它拿到一個沖印室,在膠片上產生正片影像。然後再到PCB室(實際上在我住的Salisbury有一個)製作PCB。用這種方法做出來的成品看起來非常專業。

電子愛好者雜誌《Elektor》曾為許多專案提供PCB佈局。我還是需要找到一個沖印室來製作正片,但我自己會蝕刻電路板。他們提供幾種不同樣式的PCB佈局,早期使用的大部份電路板的走線之間只有很小的間隙,走線和焊墊的大小經常與其重要性完全不成比例,不過它們看起來還不錯。

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之後,Elektor改變了風格,走線的方向只有水平、垂直或成45度角。我更喜歡這種風格,因此用它作自己的板子。Elektor還在做PCB設計,但並不在雜誌中,你可以買他們現成的PCB。

自從有了電腦,他們便理所當然地成為PCB設計的理想選擇。1990年代中期,我得到Niche PCB designer程式的展示版本,它是Windows 3.11程式,其實就是Bishops Graphics基於螢幕的版本。電腦上有各種尺寸的焊盤,還有不同的IC和電晶體基本佈局,讓你可以將其拖動到網格上並與各種尺寸的走線連接就行了。所有的焊盤佈局和走線佈線就必須自己做了。我仍然經常在紙上列印出雙倍尺寸,然後使用影印機將它們縮小為透明膠片。這對於小佈局來說很好用,我製作的多數也是小佈局PCB,確實都很好用,所以現在我還沒學Eagle或DesignSpark或任何更複雜的程式(這些東西將來我肯定還是要學的)。

等到我去澳洲後,就再也弄不到Positiv20了,但還能找到預敏化PCB。與使用Positiv20的時候一樣,我第一次用它時在陽光下曝光了五分鐘,結果得到了一塊空板子。經過幾次試驗和錯誤後,我終於弄清楚大約30到60秒才是理想的曝光時長。最近我又弄到了一些,很便宜,但我還是喜歡自己製作PCB。現在我開始使用SMD元件,但它們可不小。與我過去使用的氧化鐵比起來,過硫酸銨蝕刻劑更乾淨,但它是一次性的。不過,我現在還是用清洗水管的清潔劑。最近我又看到了一種使用特殊複印紙的工序,可以燙到PCB上,但我還沒有試過。

所有這些當然都比不上買來的PCB,甚至可以說相差甚遠。自動化的設計、極小的走線寬度、多層(最多30層,這是Duane Benson說的,他靠PCB為生,肯定沒錯)、軟性PCB、無鉛焊接和ROHS、球閘陣列、JTAG連接隱藏的接腳......這些非常專業的技術遠遠超出我的認知。我期待未來學習到更多的PCB技術,但是對於製作「石器時代」的PCB,我仍然樂此不疲。

編譯:Jenny Liao

(參考原文:The Dismays & Delights of DIY PCBs,by David Ashton)