原型化技术：了解清楚再动手

微型元器件和高频电路需要缜密的原型制作方法。

要点

* 现代原型制作需要全套的放大镜、显微镜、灯和镊子。

* “死虫”和覆铜板原型技术速度很快，但缺乏制作文档。

* 绕接原型适用于低频设计。

* 将电路板设计交给制造厂制作，是一个有利的开始。

* 装配厂可以提供快速的电路板周转。

* 你的工作是提供一个经过验证的文档包。

原型制作已变得比往日困难得多。这是因为，电子元件越来越小，一片IC现在只是一粒胡椒子或砂粒般大小。因此，必须对这些微型元件采取照明、观察与处理措施（见附文1《原型制作：少动脑，精巧工作》）。更有甚者，现在很多电路都工作在高频下，因此元件之间不再只是简单的焊线，必须用受控阻抗的走线连接这些电路。热量管理带来了更多的挑战。

要制作一块PCB（印刷电路板）的原型，需要灯、镊子、放大镜、显微镜和焊台。一旦集齐了这个设备，就可以开始建立自己的原型了。但有关模拟电路板的设计与布局要记住一些特殊注意事项。

建立一个电路原型的最快方式是“死虫”（dead-bug）技术，美国国家半导体公司研究员和模拟专家Bob Pease支持这种方法，这个名称源于完成的原型，就像一只仰面朝天、腿向上伸的虫子。这种技术可以采用一块结实的覆铜板作为地层。IC的接地脚直接焊接到地层上，而将其它元件在地层上方连接在一起。由于电路结点悬在空中（因而该技术有另一俗名，叫“air-ball”（空心球）原型方法），因此这种情况下的杂散电容要低于结点在电路板上的杂散电容。这种方法的缺点是难以将快速电路以可控阻抗连接起来，虽然可以用双绞线和同轴电缆作部件的连接。对于微型IC封装，可以采用Digi-Key、Mouser、Newark、Allied、Jameco和其它分销商的转换板（图1）。Jim Williams在Linear Technology公司的地位与Pease相当，尽管他有时也用死虫方法，但更喜欢采用覆铜PCB材料，用X-Acto刀切割铜箔制作连接。

另一种原型建立方法是采用预钻孔的Vectorbord，这是Vector Electronics公司数十年前推出的产品。开始可以用带焊盘的打孔板（图2）或有焊盘和电镀通孔的打孔板。尽管这种材料每块的价格在数百美元，但它做出的结实焊点能承受很大的机械应力。

一种更传统的建立原型方法叫绕接，对数字设计很好用；当电路板上没有高速信号时，才可以将其用于模拟设计。通过这种方法，Cooper Hand Tools公司开发了一种工艺（图3），前题是必须知道时钟上的下冲问题。有这么一个例子，一位工程师花了两周时间，试图找出他的Z80处理器不工作的原因。他发现，绕接的电路板在设计的4MHz时钟中产生了10%的下冲。为解决这个问题，他在时钟电路中串联了一只33Ω电阻，以减弱下冲。对于尺寸适度的电路板，还是值得花钱购买一个电动或手动压绕工具，代替便宜的六角柱形工具作引线绕接。将柱形工具的未绕端插入一个孔中，用它来展开大量管脚。

注意，当全部是模拟电路时，没有一种方法永远有效；可能不得不将各种技术结合起来，才能得到一个有用的设计。例如，可以将有死虫式接线区的覆铜接线部分与预制演示板和绕线互连区相结合。如果可以从IC制造商获得一块演示PCB，或从Avnet这类分销商得到参考设计，就不需要使用任何此类技术了。

如果电路板有几十根走线，就无法在覆铜材料上雕刻。不过，很多公司都提供预涂光刻胶的覆铜板。光刻胶是一种对光线敏感的材料，可形成一个覆盖表面的图样，可以制成双面PCB的薄膜。此外需要的唯一工具就是一间暗室和一台激光打印机。确认在计算机中将图形翻转，这样当把图样放在光刻胶上时，激光墨粉筒会直接压印在光刻胶上，这种方法产生了格状线。很多公司（包括Injectorall）既提供预涂的电路板，也提供光刻胶，供使用者涂到电路板上。

另一种原型制作方法不需要光刻胶。用激光打印机将原图墨粉印到一种特殊的塑料薄膜上，并将此薄膜的墨粉一侧贴到一块覆铜板上。这种墨粉转印方法需要烙铁或热板加热，这类设备中的热量将塑料薄膜图上的墨粉转印到电路板上。可以用一块浸透氯化铁的海绵在铜箔上擦拭，磨蚀掉电路板上暴露的铜箔，这种方法去除铜箔要比摇晃罐子快。

这种拓印工艺的发明者Frank Miller也是PCB制造供应商Pulsar的创建人，他还给光刻胶工艺增加了一个步骤，用二次转印密封材料。Yamaguchi Consulting公司所有人Wayne Yamaguchi也是Miller方法的拥护者，他说：“关键是热滚层压机和TRF（墨粉反应箔）的二次使用，它增加了墨粉的强度，可以在蚀刻工艺中直接拓印。直接拓印时的蚀刻时间现在为一分钟或两分钟。”