看過我前幾篇文章的朋友可能會發現,我先前製作的電路板不是用美工刀雕刻就是買現成的洞洞板。這時,你可能會有疑問:
為何不去洗板子呢?
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自製 ATTiny85示波器 [遺照] |
當然,這個問題也曾經困擾著我。直到去年暑假,我曾為了製作一個
ATTiny85示波器 買了感光電路板、蝕刻液來洗,那真是一個浩大的工程。因為沒有經驗所以使用一般的日光燈來曝光,跌跌撞撞,最後好不容易成功的顯示出波形,卻敗在明明是直插式卻被我硬當成SMD焊接的電解電容上,讓整塊電路板崩壞到一個連修都懶得修的地步,最後果斷放棄了。它也
成了我至今唯一一個洗板子的作品。更正,因為拖稿拖太久,拖到我第一塊可以成功運作的板子都洗出來了。
因此今天電路製作工法,當然比洗感光電路板還要簡單,Layout上比感光電路板的布線還要快速直覺,連續的地線面更能抵抗雜訊。它有個很炫的名字,叫 "Manhattan-style Construction"直接翻譯我叫他「曼哈頓式電路」。
你沒有聽錯,就是美國紐約市曼哈頓行政區的那個曼哈頓,擁有著紐約最稠密的人口和彷彿叢林般的高樓林立和平如明鏡的海平面。
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曼哈頓式的無穩態多諧震盪器 |
- 歷史:
- 關於曼哈頓式電路的歷史,最初的創始人可能已經不可考,但根據國外網站記載這種稱法最早可以追朔至1997年美國業餘無線電玩家的一場2N2/40無線電收發機製作競賽中 Jim Kortge (無線電呼號:K8IQY )的這位大大所做出使用此種工藝的收發機作品,其中的一位來自美國最大的 QRP 年會 Four Days In May (FDIM)的評審Chuck Adams (無線電呼號:K7QO) ,評論 Jim 的作品有如曼哈頓市容一般,各個元件豎立在棋盤式的行列之間,因此"Manhattan-style"這個名詞就普遍在無線電界廣為流傳使用。
- 製作方法:
- 使用額外製作的焊盤(Pads),用三秒膠黏著在覆銅板上
- 使用圓管型鑽頭在覆銅電路板上畫出焊盤 (此種電路又有人叫他 Island Pads)
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Island Pads |
- 焊盤(Pads)製作工具:
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我所使用的是Openlab.Taipei的鑽床 |
一般在製作上會盡量使用圓形焊盤,除了美觀之外,沒有稜角的焊盤也較不會因為元件走線方向產生不必要的阻抗不連續等問題。
圓形焊盤製作工具,不外乎就是圓管型鑽頭和沖孔鉗 (打洞鉗),我目前只有使用過前者,我是在沒屋頂拍賣上搜尋"圓孔 鑽頭"找到的,之後發現其實再鑽床上鑽到最後,電路板的碎屑會非常多以外,每鑽一次都要通一次鑽頭,避免上次的焊盤與碎屑卡在鑽頭中。再者,如果鑽的是雙面覆銅板且板子懸空,鑽至底面銅箔時不容易切斷,因此鑽出來的焊盤可能像是布丁形狀一樣。
關於沖孔鉗,如果單單只搜尋沖孔鉗/打孔器關鍵字,搜尋到的通常是皮帶打洞或是只傷的打孔器。若要可以打穿 PCB 的鉗子,則需要搜尋 輕鋼架 的關鍵字,才能找到適合打 PCB 的打孔鉗。
如果要製作方形或是條狀焊盤,我使用過的是可以剪厚板子的鐵皮剪,但效果不是很理想,因為板子材質的關係,很難剪出合適大小和形狀的焊盤,通常剪到一半板子就破裂了。最近在國外業餘無線電玩家的網站找到詳細的教學,發現他們是使用一種叫做 Nibbling Tool 的工具,中文叫做鐵板剪孔鉗。它可以把板子像吃餅乾一樣「啃」出一塊塊約1.5 × 5mm的長方形碎屑來作我們所需要的焊盤。
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曼哈頓式的三顆電晶體FM頻段發射機 |
- 曼哈頓式電路、洞洞板、感光電路板優劣比較表:
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Manhattan-style
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洞洞板
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感光電路板
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前置作業
| 準備鑽床、鑽頭或是準備焊盤與三秒膠 |
無 |
準備蝕刻、顯影液列印電路圖在投影片 |
地線處理
| 連續、完整的。且所有電路均分布在地線上層。 |
差,需要用大量的焊錫脫錫才能建立出較大面積的地線 |
除非雙層板或是有在佈線時進行Ground Fill |
元件排版
| 以抓節點為主的佈線,元件間自然會緊密排列,簡少不必要的跳線 |
要視洞洞板走線與電路複雜度而定,若事前不多加編排焊選擇洞洞板,就可能沒辦法搭配出最適合的電路 |
較為自由,但是佈線作業較繁瑣。 |
焊接
| 同個焊盤可能需要多個元件共用,烙鐵要在元件間穿梭 |
線路間距較前者小,容易造成誤接短路,較多跳線增加錯誤率 |
有固定的焊接位置,一根腳一個焊盤,不易誤接 |
後續檢測
| 因為幾乎不會有跳線,所以可以很直覺地找出相同節點以探測 |
是否在同一節點須正反面比對是否一跳線相連接才能判斷,較不直覺 |
視先前佈線而定 |
後續修改
| 將元件以斜口鉗剪斷,用尖嘴鉗和焊錫取出殘腳再焊上新元件或是跳線 |
大致與前者相同,但是如果以底面折角來連接相同節點,解焊便是個難題;若以拖錫來連接節點,重複的拖錫可能會造成銅箔脫落 |
若是元件損壞較容易替換,但若是電路編排錯誤則需要重新修改佈線然後曝光蝕刻,或是使用較不牢固的飛線補強 |
- 心得:
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曼哈頓式的三顆電晶體FM頻段發射機 |
- 因為剛開始在打這篇記錄時,我的人生不小心過得太充實,以至於拖延了許久。在這段期間,為了學校電路學實驗課的期末作業,我再次嘗試使用感光電路板來製作,終於很幸運的洗出了我的簡易電源供應器
- (有種終於脫離洗板魯蛇的爽感 :D )
- 在建立電路原型(Prototyping)的時候,選擇適合的製作方法是很重要的。除了排列美觀與製作速度以外,更要考慮完成後的成功率並降低其運作時的誤差值。也因為最近對高頻電路的設計比較有興趣,希望能藉由學習其製作細節來有效改善現有電路設計的瓶頸。
- 參考資料:
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