光电报警

《电子元器件与电路CAD》课程实践报告书 一、目的意义 （1）通过本课程实践进一步掌握和巩固PCB的设计和印制电路CAD知识和技能； （2）通过本课程实践掌握热转印法和光敏膜法快速制备PCB的方法和工艺； （3）通过本课程实践进一步巩固和掌握光电传感器的结构原理及其应用，掌握光电报警器的设计方法和制备方法。 二、实践内容 （1）实践一、PCB的热转印法制备工艺； （2）实践二、PCB的光敏膜法制备工艺； （3）实践三、光电报警器的设计与制备。 三、实验过程 第一部分 PCB快速制备实践 实践一 PCB热转印制备 1）热转印法简介：热印法的关键是热转印纸和热转印机，该法是利用激光打印机先将设计好的电路图形打印在热转印纸上，再通过热转印机将电路图形“转印”到敷铜板上，形成由墨粉组成的抗腐蚀图形，再经刻蚀机刻蚀后即可得到所需的PCB图形。热转印机是实现热转印的设备，热转印纸是具有耐180.5℃高温不粘连的转印媒介。热转印法的关键工艺热转印温度，它是由热转印机内的微电脑精确控制，只要激光打印机性能保证，采用热转印法可获得足够精度和接近专业品质的PCB。 2）工艺流程 3）制作步骤 （1） 设计绘图 ① 利用Protel 等EDA软件进行PCB图形设计，按照产品的性能要求及PCB的设计规范设计好所需的PCB，并作仿真模拟和检查，最后确定PCB图形； ② 根据条件不足，可考虑标记一起设计在一个版图上； ③ 由于条件的限制，PCB的最小线宽及线间距应在0.2mm 以上； ④ 根据产品和工艺的情况进行镜像设计。 （2） 打印电路图形 ① 先用普通打印纸进行打印效果测试，检+6查打印机是否正常，打印效果是否理想，黑度是否合适，一般黑度为中等或深色；检查线宽是否合比例等。 ② 设计完成经检查合格后，将PCB图形拼接，并按1：1比例用激光打印机打印到热转印纸上，作为热转印模板。 注意：① 打印前要确定热转印纸的转印面，图形一定要打印在转印面上，否则将不能转印； ② 制用双面板时，注意两面图形是否准确定位。 ③ 热转印纸只固定一边，防止膨胀翘起引起断路。 （3） 敷铜板前处理 ① 下料：用剪板机剪成所需的尺寸大小，并除去边缘毛刺，去除铜箔上的氧化膜及油污等，使铜箔表面光亮、清洁，否则将影响转印效果。 ② 敷铜板清洗： （Ⅰ） 用去污粉擦洗，并用清水冲洗于净； （Ⅱ）浸入三氯化铁溶液片刻，以蚀去氧化皮，并用清水冲洗于净腐蚀液。 （4） 图形转印 将热转印模板对好位并固定在经清洗的敷铜板上，并送入热转印机上进行图形转移，将电路图形转移到敷铜板上。转印后掀开转印纸一角，检查转印图形是否完整，若图形有缺陷，可考虑重复热转印或用专用笔修补。 操作： ① 将转印纸印有图形的一侧贴向铜箔一面，并用胶带纸粘牢。将有转印图形一面向上，水平将敷铜板推入转印机。 ② 开机预热20分钟，电路板从出口输出后，须自然冷却至室温，再揭去转印纸，否则会损坏图形。 ③ 检查和修补电路图形，若有砂眼、断线等缺陷，可用油性笔、油漆、松香水修补。 （5） 刻蚀：将检查无误的板子送入刻蚀机，蚀刻出所需的PCB图形。蚀刻过程中应该避免划伤图形，为了保证蚀刻效果，应使刻蚀液不断流动，或用软刷轻刷。 ① 刻蚀液：FeCl3 600g 水 1000ml （可根据PCB的大小按比例配置量） ② 蚀刻温度： 70—90 ℃ 蚀刻时间： 5-10分钟， ③ 冲洗：刻蚀完后用清水充分冲洗干净并吹干。 （6） 打孔：将刻蚀好的板子清洗于净，上钻床打也孔，注意孔径区别。 注意：① 显示器十字中心对准焊盘中心。 ② 左手用力按住印制电路板，避免打孔时钻头将印制板顶起，损坏板和钻头。 （7） 后处理 ① 检查印制电路板，特别注意短路或断路缺陷，并修补; ② 所有焊盘均应去除保护层，有去污粉打磨印制电路板,使图形和焊盘光亮无污渍; ③ 风干后立即涂助焊剂(松香酒精溶液)。 思考题：为什么碳膜在三氯化铁中能耐蚀？ 答：因为铜的活性较强，能与三氯化铁发生置换反应，没有碳膜覆盖的铜被腐蚀掉。而碳的活性较弱不与三氯化铁发生反，能耐腐蚀。 实践二 光敏膜法PCB快速制作过程 （一）模板制备 (喷墨打印[硫酸纸]、激光打印[硫酸纸/透明菲林]、光绘菲林) 1.把设计好的电路图用激光(喷墨)打印机以透明、半透明或70g复印纸打印出(激光最细0.2mm，喷墨最细0.3mm) 2.光绘机，或照相之底片，最细0.1mm 3.由转印纸、贴带，或绘图所制作之透明或半透明稿件 (可用硫酸纸做) 4.由影印机复制之透明或半透明稿件。 5、检查：为了确保模板准确无识，需作检查是否短路和。短路处请用小刀刮净，断线处用油性笔等修补。 （二）敷铜板前处理 ① 下料：用剪板机剪成所需的尺寸大小，并除去边缘毛刺，去除铜箔上的氧化膜及油污等，使铜箔表面光亮、清洁，否则将影响转印效果。 ② 敷铜板清洗： (Ⅰ) 用去污粉擦洗，并用清水冲洗于净。 （Ⅱ）浸入三氯化铁溶液片刻，以蚀去氧化皮，并用清水冲洗于净腐蚀液。 （三）曝光 (曝光机60-180秒；太阳光30-180秒；日光灯8-15分钟) 首先撕掉保护膜，将打印好的线路图的打印面(碳粉面/墨水面)贴在感光膜面上，再以玻璃紧压原稿及感光板，越紧密解析度越好。 A:用20w日光台灯曝光:距离5cm(玻璃至灯管间距,40w距离15cm) 标准时间: 8-10分钟/分钟(透明稿) /13-15分钟(半透明)/80分钟(70g普通复印纸，不建议使用) B:用专用曝光机 标准时间:90秒(透明稿)/2-3分钟(半透明)/10-15分钟(70g普通复印纸，不建议使用) C:用太阳光:标准时间: 强日光透明稿需1-2分(半透明稿需2-4分钟) 弱日光透明稿需2-3分(半透明稿需4-5分钟) （四）显像 1.调制显像剂：专用显像剂:水(1:20)，即1包20g的显像剂配400cc水。(请用塑料盆，不能用金属盆) 2.显像：膜面朝上放入感光板(双面板须悬空) 每隔数秒摇晃容器或感光板，直到铜箔清晰且不再有绿色雾状冒起时即显像完成。此时需再静待几秒钟以确认显像百分百完成。 3.水洗：* 标准操作显像时间约1-2分钟，因感光板制造日期、曝光时间、显像液浓度、温度等不同而随着变化。 * 显像结果之判断请参照蚀刻技巧 4.干燥及检查：为了确保膜面无任何损伤，最好能做到此步骤。即利用吹风机吹干，短路处请用小刀刮净，断线处用油性笔等修补。 （五）、蚀刻 三氯化铁蚀刻液的调配:250g的三氯化铁约调配1500cc-2000cc的水，尽量用热水化开，可以避免把细线条蚀刻断。 A.塑料盆：蚀刻时间约为5～15分，蚀刻时轻摇塑料盆。 B.蚀刻机：用蚀刻机蚀刻时间-新药液约需要1.5～3分钟。细线条小于0.5mm，必须使用蚀刻机。 C.水洗：用清水轻轻冲干净。 D.干燥：用慢速低温风筒吹干。 （六）钻孔 将刻蚀好的板子清洗于净，上钻床打也孔，注意孔径区别。 注意：① 显示器十字中心对准焊盘中心。 ② 左手用力按住印制电路板，避免打孔时钻头将印制板顶起，损坏板和钻头。 （七）后处理 ① 检查印制电路板，特别注意短路或断路缺陷，并修补; ② 所有焊盘均应去除保护层，有去污粉打磨印制电路板,使图形和焊盘光亮无污渍; ③ 风干后立即涂助焊剂(松香酒精溶液)。 注意事项： 1. 打印模板时选择镜像打印，电路图打印墨水(碳粉)面必须与绿色的感光膜面相接紧密，以获得最高解析度。 2. 线路部份如有透光破洞，请以油性黑笔修补。 3. 显像液越浓，显像速度越快，但过快会造成显像过度(线路会全面地模糊缩小)。过稀则显像很慢，易造成显像不足(最终造成蚀刻不完全)。 4. 操作温度25-35度(温度不要过低或过高)，温度高显影速度快。 5. 显像剂(20g)可显影约8片10x15cm单面感光板。 6. 用过的显像液不要倒回。用过的显像液在24小时后将逐渐自行分解。 7. 小心勿伤及膜面。 8. 将感光板放入蚀刻液内约2秒钟后拿出来检视，即可检查出显像结果成功与否. 9. 显像不足补救方法：从蚀刻液中拿起感光板，此时非线路部分的铜箔应变为粉红色，如有些地方应变而未变则表示该处显像不足。补救方法为：用清水洗净后再放入显像液中再显像，然后再检视(显影时间应适当减少)。 10. 感光膜可直接焊接不必去除，如需去除可用酒精、丙酮等溶剂。 另外曝光是关键，曝光时间宜长不宜短，如果曝光不足则后面的腐蚀会做不出来，曝光过度则会使线条变细，如果线条不是很细的话，宜加长曝光时间。 实践三 光电报警器的设计与制备 光电报警是一种重要的安全监视系统，目前其种类已日益增多，有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统，有住宅家居、办公室、保密室、仓库等场所的安全保卫，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行的报警系统。一般说来，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。本采用的是有特定编码的主动报警系统。 1、 目的： ① 练习设计简单的光电系统； ② 对影响光电性能的各种参数进行探讨，以求最大限度的发挥系统的探测能力； ③ 熟练掌握和运用多谐振荡器、跟随器、有源滤波器及放大等电路。 2、 内容： 用砷化镓发光管组成发射系统，在发射与接收之间有 红外光束警戒线，光警戒级被挡时，接收系统发出报警信号。要求系统在一定器件的条件下作用距离尽可能远。 3、 设计过程： 本光电系统由电源系统、发射与接收主系统两大部分组成。 ① 电源系统 本光电系统采用5V正电压单电源供电，从日用交流电220V中取得，然后经过变压器变压、整流、滤波、稳压后得到系统所用5V电压。电路图如下所示，发光二极管为电源指示灯，当接通电源时，二极管发光。本设计采用电源系统与发射接收系统分离的做法，电源系统单独在一块电路板上，通过下图中POWER排针与发射接收板相连接。 ② 发射与接收系统