论太阳能无线充电器的设计与制造6-16

南京信息职业技术学院 南京信息职业技术学院 毕业设计 作者 张晓光 学号 3051145 系部 微电子工程系 专业 电子电路设计与 题目 论太阳能无线充电器的设计与制造 指导教师 孙凤梅 评阅教师 完成时间： 2008 年 06 月 15 日 论太阳能无线充电器的设计与制造 摘要：近年来通过用无线的技术来传送电能已经成为可能，并且已经有许多公司将这种技术应用于无线充电领域，而随着充电效率及充电电压的提高，有望在未来得到普及。但是无线充电在充电效率方面还是与有线充电有着一定的差距，因此造成的能源浪费无法避免。目前公认最为绿色的能源是太阳能，如果能够通过太阳能电池将能量接收并贮藏起来再对手机等电子产品的内置锂电池进行充电，这样既利用了太阳能达到了节能的作用，而且相对于市电的220V又多了几分安全。对于远距离无线传送电能需要的技术含量极高，但是无线充电电路对距离的要求较短，电路相对简单，所以将以上各部分电路集合在一单层PCB板或双层PCB板上进行批量生产是可行的。 关键词：无线充电电路 太阳能电池 太阳能充电电路 电路图 印制电路板 Title: Solar energy wireless battery charger's design and manufacture Abstract: To transmit electricity by using wireless technology has become possible in recent years, and many companies have applied the technology to wireless recharge areas. With the increasing of charging efficiency and charging voltage,it is expected to be popular in the future. But there is a certain gap between the wireless charging efficiency in charging and charging cable, the waste of energy can not be avoided. At present, more and more people recognize the most green energy is the solar energy. If we can receive the solar energy and store it to electronic products and so on handset built-in lithium batteries carries on again the charge, we will achieve the energy conservation function by using the solar energy. Moreover, it is security opposite to city electricity 220V . The technique content which needs regarding the long-distance range wireless transmission electrical energy is extremely high, but the wireless charging circuit is short to the distance request. The electric circuit is relatively simple. Therefore above various part of electric circuits will gather on a single-layer PCB board or the double-decked PCB board carry on the volume production will be feasible. Keywords: Wireless charging circuit Solar cell Solar energy charging circuit circuit diagram PCB 目录 1 引言………………………………………………………………………………4 1.1 无线充电概况……………………………………………………………4 1.2 太阳能光伏应用的概况…………………………………………………5 1.3 印制电路板制造的基本概况……………………………………………5 2 无线充电电路……………………………………………………………………7 2.1 无线充电的原理…………………………………………………………7 2.2 电路设计前的………………………………………………………7 2.3 电路的设计………………………………………………………………8 2.4 无线充电电路的电路图…………………………………………………10 3 太阳能充电电路…………………………………………………………………11 3.1 太阳能充电的原理………………………………………………………11 3.2 电路设计前的分析………………………………………………………12 3.3 电路的设计与电路图……………………………………………………13 4 各部分电路的衔接与总电路……………………………………………………13 5 印制电路板的制造………………………………………………………………14 5.1印制电路板制造前的一些工作……………………………………………14 5.2印制电路板制造的工艺流程………………………………………………16 6 太阳能无线充电器的应用举例…………………………………………………19 结论…………………………………………………………………………………21 致谢…………………………………………………………………………………21 参考文献……………………………………………………………………………21 1 引言 1.1 无线充电概况 用无线的技术传送电力，这种想法从19世纪上半叶电磁感应现象被发现之后就已经有了，近年来，国内外许多研究机构和公司，如美国麻省理工学院、powercast（电容）公司等相继研发出了短距离和微距的天线供电技术和产品，他们有着非常广阔的应用前景。 2008年2月15日，一种无需插头与电源线且不直接接电源就能充电的新型混合动力汽车已经在日本投入试运行，用于东京雨田机场航站之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能转换等技术用无线的方式实现充电，只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给汽车内的锂电池快速充电。该车最高时速为80km/h，如果仅使用电力运行，充电一次可行驶约15km。 平时最常见的例子是，我们上公交车，掏出一张IC卡，在公交汽车门口某处晃动一下，听见“滴”的一声，表示缴费成功，这种非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片感应天线组成，封装在一个的PVC卡片内，芯片及天线无任何露外部分。非接触型IC本身无电源。当读写器对卡片进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的电路产生谐振，产生一定的能量来提供给芯片工作；另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。这种设备已经广泛应用于城市一卡通、高速公路交费、加油站、停车场、公交等场合。 但是这离传递可观能量的要求还很遥远。 无线电是远距离传递信号的电磁波，无线电是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，无线电技术是通过无线电波传播信号的技术，现在大量的无线电技术应用在无线电广播、电视、各种移动信息以及无线电数据网中。既然电磁波不需要介质也可能向外传递能量，那么为什么我们现在输送能量还要靠管道和金属导线？当然，除了经济原因还有技术原因，虽然借助微波人们可以定向性好地用天线较远地传送电力，但是电磁波传递能量效率低、辐射大，离实用还有距离，所以远距离靠电磁波传递能量目前还不现实。但是，近距离传递能量还是很容易做到的。 1.2 太阳能光伏应用的概况 可以说在人类的历史上使用地最多的能源应该是太阳能。而最近一个世纪以来，特别是进入21世纪以后，人们更加注重将太阳能转化成可以存储的能量，来提供用于特定需要的能量，如太阳能热水器的应用，太阳能发电，太阳能路灯，太阳能充电等等。进入21世纪后太阳能光伏产业更是蓬勃发展。 据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年达 2850兆瓦。2000年,全球有将近4600 家厂商向市场提供光电池和以光电池为电源的产品。 目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发,准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划, 日本推出的是阳光计划 目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。 但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 所以将太阳能引入无线充电的概念中是非常适合的！ 1.3印制电路板制造的基本概况 在生产印制电路板之前，必须先用专业的电路设计软件设计出电路原理图，并用电路原理图生成PCB图形，有了PCB图形，才能按照图形制造出符合特定要求并可实现特定功能的印制电路板。常用的电路设计软件如Protell 99se、CAM350、Genesis 2000等等。 对于太阳能无线充电器的生产来说，制造印制电路板是最关键的一个环节。在这里我们讨论的制造就主要集中在印制电路板的制造。 印制电路板是计算机、移动电话、程控交换机等电子整机设备的重要部件，它的制造流程包括几十甚至一百多道工序，涉及材料学、电化学、光化学、电子技术、印制技术、数控技术、计算机应用技术等多门学科技术。印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板。英文名称是Printed Ciruit Board（也有称Printed Wiring Board），缩写是PCB（PWB）。印制电路板是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了电器互联，都要使用印制电路板。印制电路板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本，甚至影响到商业竞争的成败。 印制电路板的基板一般是由绝缘、隔热并且不容易弯曲的材料所制作而成。在表面可以看到的细小线路材料就是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部分铜箔被蚀刻掉，留下来的铜箔就变成网格状的细小线路。这些线路被做成导线（Conductor Pattern），用来提供印制电路板上元器件的电路连接。 为了将元器件固定在印制电路板上面，可将管脚直接焊在焊盘上。焊盘用于固定元器件引脚或引出连线等，焊盘有圆形、矩形等多种形状。在最基本的印制电路板（单面板）上，元器件都集中在其中的一面，导线则集中在另一面。这么一来就需要在板子上打孔，这样管脚才能穿过板子到另一面，所以元器件是焊在另一面上的。因此，印制电路板正反面分别被称为元器件面（Component side）与焊接面（Solder Side）。 电子元器件的发展促进了印制电路的形成与发展。印制电路的批量生产和大量使用是由于电子工业发展到了晶体管时代，这期间主要是单面印制电路板。当发展到集成电路时代后，就出现了双面和多层板。随着半导体元器件集成度的逐渐提高，引线数增多以及SMT的冲击，在一块印制电路板上容纳的元器件越来越多，因此要求印制电路板布线需要高密度化。在电性能方面，为了使传输的延迟时间最短，要限制布线长度。为降低杂音、抗电磁干扰及散热等要提高设计水平。在制造工艺方面，从设计、各种原材料、设备到工艺和产品检查技术都有了长足进步。对于专业的印制板厂，目前趋向于生产上档次产品，并向大规模和自动化方向发展。即依靠科技进步和技术改造，进行工艺、设备的更新和自动化来大量生产表面安装印制板，参与市场竞争和获取更大利润。 在电子整机设备中由于采用了印制电路板，避免了人工接线的差错，实现了自动插装、焊接、和检测。从而保证了电子整机产品质量的可靠性，还提高了劳动生产效率，降低了生产成本，方便了维修。 2 无线充电电路 2.1 无线充电的原理 无线电力传输的原理并不复杂，从原理上，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其空间辐射能量强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于100kHz，才有足够的电磁辐射。接着利用功率放大电路提高其振幅以获得更大的能量，通过发射和接收线圈的耦合、对接收的电能进行整流滤波，这样就可以进行电能的无线传输了。 无线充电系统一般由电源电路，高频振荡电路，高频功率放大电路，发射、接收线圈和高频整流滤波电路5部分组成。 2.2电路设计前的分析 无线充电系统的电源部分可以用次级为12V的50Hz交流电源变压器结合普通的整流滤波二极管组成的整流滤波电路组成。而这部分电路完全可以用太阳能充电电路代替。 高频振荡电路的核心是振荡器，我们可以使用2M的石英晶体来产生振荡，也可以用比较简单的300kHz的振荡电路来产生振荡。 放大电路的作用是将高频信号的能量提升到足以进行无线输送电能的程度。由于放大后的振荡输出是用于能量功率，而不是信号，所以波形失真并不重要。输出信号不但要有足够的振幅，放大电路还要简单，符合这些条件的器件和电路有许多，在这里，选用功率场效应管电路或者达林顿管两种电路比较适合。 发射接收线圈是无线充电器的重要桥梁，次级线圈接收到的交流电能信号后要转换成直流信号才能用于锂电池的充电。发射和接收线圈都可选用直径0.5mm左右的漆包线绕12匝，线圈直径约为8mm。 也就是说如果在手机内部集成一个接收电路，就可以为用电器内的锂电池进行无线充电而无需电源线连接。 2.3 电路的设计 对于无线充电电路来说，有三部分最主要的电路：振荡电路、放大电路和无线接收电路。这里主要讨论利用多谐振荡器和模拟达林顿管组成的无线充电电路。 2.3.1振荡电路 多谐振荡器产生振荡是最简单的振荡电路，构成振荡电路有多种方法，常见的有用COMS门电路构成的多谐振荡器，电路简单省电，但在经过实验发现振荡幅度不够，高频段更是如此。 所以我们选用的是用晶体管组成的多谐振荡器，用晶体管作多谐振荡器有两种电路： 第一种是集电极—基极耦合多谐振荡器，这种多谐振荡器在低频段效果还可以，但在高频段就无法应用。因为集电极—基极耦合多谐振荡器的输出上升沿差，为使输出幅度稳定，两只晶体三极管工作在饱和状态，因而使电路的最高工作频率受到限制。 第二种是发射极耦合多谐振荡器，它可以克服第一种振荡器的缺点，两只晶体三极管工作在非饱和状态，提高了三极管的开关速度，从而可以得到更高的振荡频率。耦合电容接在发射极上，能改善输出波形。最后我们选用的晶体管多谐振荡器就是发射极耦合多谐振荡器，亦称射极耦合多谐振荡器。 下面图1是三种多谐振荡器的电路图： (a) CMOS门电路构成的多谐振荡器 （b）集电极-基极耦合多谐振荡电路 (c)发射极耦合多谐振荡器 图1 多谐振荡器电路 2.3.2 功率放大电路 由达林顿管组成的功率放大电路仅一级功放就有一定的功率输出，所以非常适合作为放大器件来用。达林顿管内部电路比较简单，主要由两级三极管组成，极性只认前面的三极管，用法跟三极管一样，放大倍数是三极管放大倍数的乘积。所以我们可以用两级三极管模拟搭建，前级用中小功率管S8050，后级用中大功率管2SD882，由于中大功率管耗散功率要大一些，所以最好为其加上散热片。 以下图2是达林顿管内部电路和模拟达林顿管的电路图： (a)达林顿管电路 (b)模拟达林顿管电路 图2 达林顿管和模拟达林顿管电路 2.3.3 接收电路 次级接收线圈接收的电磁波是高频电磁波，将高频交变电流整流为直流电流是不能用普通整流二极管的，将普通整流二极管用于高频电路，不但效率低下而且会迅速发热烧毁。影响高频整流效率的主要参数是二极管的反向恢复时间（Reverse Recovery Time）和结电容（Junction capacitance）特别是反向恢复时间影响最大。 从电容二极管的性能来看，肖特基二极管（Schottky Barrier Rectifiers）最显著的特点为反向恢复时间极短（小于10ns），正向导通压降仅为0.4伏左右，属一种低功耗、超高速半导体器件。但它的反向耐压值较低，一般不超过100伏，因此适宜在低压、大电流情况下工作。 但我们发现应用极为广泛的硅高速开关二极管1N4148的反向恢复时间比肖特基二极管还短，非常适合于高频整流，其主要缺点是整流电流小。若做成桥式整流电路，整流电流可以大于200mA，在小电流的无线充电中绰绰有余。 所以次级接收电路可以设计成以下的电路： 图3 次级接收电路 在上面的电路中，L2为接收线圈，四个硅二极管1N4148组成桥式整流电路，电容C作为整流电容，电源信号通过整流滤波后成为直流电源通过RA为锂电池充电，RA为限流电阻，I为充电电流。 2.4 无线充电电路的电路图 综合以上的分析和设计，无线充电电路可以设计成如图4电路。 在图4中我们选用的晶体管发射极耦合多谐振荡器和模拟达林顿管组成无线充电电路，发射极耦合多谐振荡器用两个小功率三极管组成，按图4中的元器件数据，振荡频率约为350kHz。图4中的元器件中仅最后一级三极管VT4的耗散功率大些，其他的都是比较简单并且容易得到的元器件。 12V的电源由太阳能充电电路提供，电源信号通过射极耦合多谐振荡电路变成高频信号再通过C3和R7组成的耦合电路之后被模拟达林顿管功放电路放大，L1和L2分别是初级和次级耦合线圈，放大后的信号通过L1和L2的耦合被无线传送到次级接收电路，高频交流信号被整流滤波后变成直流电能给3.7V的锂电池进行充电。 图4 无线充电电路 3 太阳能充电电路 3.1 太阳能充电的原理 太阳能充电电路由太阳能电池、充电电路、蓄电池或可充电电池三部分组成。 简单地说，太阳能发电的原理主要是由太阳能电池板接收太阳光，在太阳能电池板的基板上发生光电效应，从而将光能转换成电能；然后将电能通过蓄电池储存起来。 太阳能充电的关键是太阳能电池，太阳能电池其实是一个PN结或者说是一个半导体光电二极管，太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。目前大部分的太阳能电池的光电转换效率都不是太高，大概在15%左右。但是当许多个太阳能电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。 太阳能电池的主要参数一般有空载电压U(V)和短路电流I(A)、两者的乘积P(W)即太阳能电池的功率；其次还有工作电压和工作电流，由于太阳能电池的内阻较大工作电压一般为空载电压的80%~90%，，工作电流一般为短路电流的80%~90%。不同功率的太阳能电池对电池的充电时长不同，当然，充电时间与电池的容量也有关系。 3.2 电路设计前的分析 无线充电电路所需要的电源电压在8V到15V之间，所以，太阳能充电电路作为无线充电电路的电源供应，输出电压也要在这之间。所以我们可以选用12V的太阳能电池，而储能方面，考虑到铅酸蓄电池体积太大，所以选用了使用8颗1.2V容量1200mAH的7号镍氢电池串接组成9.6V的电池组，用这组电池组给无线充电电路供电完全满足无线充电电路的电压需求。 由于太阳能板不是时时都能接收到太阳光，所以当没有接收太阳光时，充电电池会反过来对太阳能电池板放电，这样很容易造成太阳能电池板的损坏，所以，为了防止充电电池对太阳能电池板的反充电，太阳能充电电路应该要具备防反充电功能，起到保护太阳能电池板的作用。这可以通过在充电回路中串联一个二极管来实现，注意二极管的正负极接法，而且这个二极管应该是肖特基二极管，因为肖特基二极管的压降比普通二极管要低。 充电电池的充电过程其实就是一个氧化还原反应，而太阳能电池所输出的电压是恒定的，只是电流的大小随接收的太阳光的强度的大小而变化而已。 充电电池的电量是固定的，所以不能无限量地给充电电池充电，充电电池在充电过程中，电池两端的电压是按线性升高的，当电池被充满时，极板上的物质已经达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会升高，而且继续充电会对充电电池造成伤害，此时的电压称为充电终止电压，镍氢电池的终止电压在1.5V左右，那么由8颗7号镍氢电池组成的电池组的充电终止电压是在12V左右。所以充电电路必须具备防过充功能，在充电电路中串接或并联一个泄放晶体管可以解决这个问题，回路电压的变化可以自动控制晶体管的开关，当电压达到一定值时，晶体管开启，太阳能电池板的电流被晶体管消耗掉，进而阻止其进一步对充电电池充电，起到保护作用。 3.3 电路的设计与电路图 知道了太阳能充电电路的设计要求就可以进行太阳能充电电路的设计了。下面的图5是太阳能充电电路的电路图： 图5太阳能充电电路 在上面的太阳能充电电路中，VD为防反充肖特基二极管，VT是防过充晶体管，当太阳能电池GT没有接收太阳光时，其两端电压为0，肖特基二极管VD能有效防止电池组对太阳能电池的反充电，当电池组充满电时，其两端电压为12V，此时VT导通，太阳能电池产生的电能会被VT消耗掉，从而起到防止过充的作用。 4 各部分电路的衔接与总电路 既然知道了整个电路的设计思路，并且也知道了电路的设计要求，所以太阳能无线充电电路的总电路就不难得出了。综合第3部分和第4部分的电路图和电路分析，太阳能无线充电器的内部电路图可以整理如图6所示。 在图6的电路中，当太阳能电池板接收光照时，太阳能电池板GT将太阳光转换成电能并储存在镍氢电池组GA中，R1和VT1组成过充保护电路；当太阳能电池没有接收太阳光照时，VD1可防止电池组对太阳能电池反充电。电池组GA作为电源为无线充电电路的发射电路供电，R2、R3、R4、R5、R6、R7、C2、VT2和VT3组成射极耦合多谐振荡器，将电源提供的直流电变成高频振荡信号，通过C3和R8耦合到模拟达林顿管功放电路，R9、R10、VT4和VT5组成的模拟达林顿管功放电路将高频电能信号放大，电能通过L1和L2耦合无线传送到接收电路中，接收电路对电能信号整流滤波后为锂电池GB充电。假如是为手机进行无线充电，那么接收电路可以集成到手机中。 次级接收电路 图6太阳能无线充电电路 在这一整套电路中，可以在太阳能充电电路和射极耦合振荡器之间加一开关以控制是否充电。充电时，L1与L2可尽量靠近些，当L1和L2距离小于1厘米时，发射电路中电源电流I1在60mA左右，3.7V锂电池的充电电流I2在50mA左右。 5​ 印制电路板的制造 5.1 印制电路板制造前的一些工作 要制造太阳能无线充电器的PCB板，必须先将图6中的电路图转换成PCB电路图。下面以前级发射电路为例说明用Protel 99se将图6电路转换成PCB电路。 对于图6中太阳能无线充电器的前级发射电路，可以在太阳能充电电路与射极耦合多谐振荡器之间加一开关作为无线充电电路的电源开关。所以有了以下图7的电路。 图7 加开关后的前级发射电路 在Protel 99se 中，按图7中的电路搭建好，设置好封装，具体封装要求如表1所示。再进行ERC电气性能检测，然后导出网络表。在新建的PCB文件中画一个长2500mil宽2000mil的布线框，然后设置好线宽为55mil，设置成双面板（双层板），顶层为Horizontal，底层为Vertical。然后在PCB文件中导入网络表，查看元件封装无错误后导入网络表，接着对导入网络表后的元件进行手工排列，使各个元件放置在恰当的位置。检查无误后进行自动布线，也可以手工布线，但是软件自动布线效率会高许多。布好线后检查导线的完整性，一般的自动布线如果软件没有报错都不会有什么问题。最后将元件的丝印层上的字符调整到合适的位置。下面的图8即是经过以上操作后前级电路的最终PCB图。 画好PCB图后，用Prorel 99se 导出Gerber文件，将Gerber文件导入到Genesis 2000中转换成图形文件，对原有的PCB图形进行检查、修改、编排各层的顺序、排版和拼版，对于Genesis 2000对PCB图形的优化主要是根据生产印制电路板的工厂的生产条件来进行的，所以不同的工厂生产相同一块印制电路板会有不同的优化方式。 表1 前级发射电路的元器件封装 元器件 封装 元器件 封装 GT SIP2 GA SIP2 R1～R10 AXIAL0.3 VT1～VT4 TO-92A VD DIODE0.4 VT5 TO-220 C1 RB.2/.4 S SIP2 C2～C4 RAD0.1 L SIP2 图8 前级发射电路的PCB图 PCB图形经过Genesis 2000处理后则可生成钻孔文件，光绘文件。钻孔文件用于导入钻孔数控机床中以钻出印制电路板的通孔。将光绘文件导入光绘机里就可以画出电路板各层的照相底片了，照相底片冲洗后即可使用。 5.2 印制电路板制造的工艺流程 生产一块双面板，制造的工艺流程一般有以下11道工序： 1 对覆铜板进行剪板和钻孔处理 2 化学沉铜 3 丝网印刷感光胶与曝光显影 4 图形电镀铜与铅锡合金 5 去感光胶 6 对印制电路板进行蚀刻 7 去铅锡合金 8 丝网印刷阻焊层 9 热风整平 10 丝印字符 11 做外形和检验包装 5.2.1钻孔 要将插装元件焊接到印制电路板上就必须在PCB板上钻出与元器件相对应的插装孔。钻孔使用的是数控机床，将Genesis 2000优化后的钻孔文件导入数控机床中就可以钻出相应的插装孔，现在大部分的印制电路板制造工厂都是使用全自动的数控钻孔机床，只要设置到参数，装上相应的钻头，就可以一次性进行整版钻孔。 5.2.2 化学沉铜 化学沉铜主要是将孔壁金属化，这样双面板的两边的导线就能互相连接了。其过程主要是：钻孔坯料>去毛刺>刷版装架>去钻污>水洗>化学除油>热水漂洗>逆流水洗>粗化处理>逆流水洗>预浸处理>活化处理>逆流水洗>胶解处理>逆流水洗>化学沉铜>逆流水洗>装电镀夹具>预镀铜>水洗>干燥。 5.2.3 丝网印刷感光胶与曝光显影 丝网印刷感光胶是在覆铜板上印刷一层感光油墨，这些感光油墨覆盖在板子两边的铜箔的上面，当紫外光照射在油墨上时，油墨会发生光化学反应，在油墨的上方贴上之前绘制好的电路图形菲林片（照相底片），放入曝光机中接收紫外线曝光，紫外光穿过菲林片的透光部分照射在油墨上面，被照射过的油墨发生光化学反应并转变成可被显影液溶解的物质，将曝光后的板子放到显影机里面，板子经过显影液的冲洗，曝过光的油墨被冲洗掉后露出铜箔，铜箔的形状就是电路导线的形状。感光胶的作用是在下一道工序中阻止溶液腐蚀被其覆盖在下面的铜箔。 5.2.4 图形电镀铜与铅锡合金 对显影后的板子进行图形电镀铜，主要是为了增加铜导线的厚度并且为镀铅锡合金做准备。在自动线生产中，图形电镀与电镀铅锡合金连在一条生产线上。铅锡合金作为耐碱抗蚀剂的作用为在蚀刻过程中保护图形不被腐蚀,从而减少由此所造成的质量损失。图形电镀铜的溶液一般由硫酸铜、硫酸、氯离子和添加剂组成。图形电镀铅锡合金的溶液主要由氟硼酸亚锡、氟硼酸铅、氟硼酸、硼酸和添加剂组成。其工艺流程为：显影后的印制板>修版>清洗处理>喷淋或水洗>粗化处理>喷淋或水洗>活化>图形电镀铜>喷淋或水洗>活化>镀铅锡合金。 5.2.5 去感光胶 去感光胶亦称去膜，要在覆铜板上面形成导线图形就要把多余的铜用溶液（蚀刻液）腐蚀掉，被感光胶所覆盖的铜箔就是要被蚀刻掉的铜箔，所以只有去掉感光胶才能进行蚀刻。感光胶可以在强碱溶液中去除，一般采用3—5％的氢氧化钠溶液，加温至60℃左右，以机械喷淋或浸泡的方式去除，去膜速度越快越有利于提高生产效率。去膜形式最好是呈片状剥离，剥离下来的碎片通过过滤网除去，这样既有利于去膜溶液的使用寿命，也可以减少对喷咀的堵塞。在大型PCB工厂里，去膜的过程都是在去膜机里面完成的。 5.2.6 蚀刻 去完膜之后就可以将印制电路板放到蚀刻机里面进行图形蚀刻了。印制电路的蚀刻是指去掉铜箔而得到所需的电路图形的过程。碱性氯化铜蚀刻液是目前应用最广的图形蚀刻溶液。它可以用于纯锡、铅锡合金、金、镍、锡镍合金等作抗蚀层的印制板蚀刻，这种蚀刻液蚀刻速率快、溶铜量较大、再生较容易而且成本低。蚀刻完之后，在电路板上就形成了完整的电路图形了。 5.2.7 去铅锡合金 既然电路图形已经蚀刻出来了，为了防止铅锡合金对环境的污染，需要将铅锡合金层去掉。这个过程可以在褪铅锡生产线上进行，去铅锡合金的材料主要是软化水（总硬度<0.03毫克当量/升）和褪铅锡药水。其主要工艺流程为：蚀刻后的印制板>退铅锡>冲污>循环水洗1 >循环水洗2 >清水洗>吸干>强风吹干>出板。 5.2.8 丝网印刷阻焊层 阻焊层的作用是防止电路被腐蚀，防止由于潮湿引起的电路绝缘性能下降，防止焊锡黏附在不需要的部分，防止铜对焊锡的污染等。阻焊层的印刷主要是采用丝网印刷的方法，先制作与电路图形相对应的网板，再调好阻焊油墨，对印制板进行对位，然后进行印刷，最后将印刷好的印制板进行烘干。阻焊层的绿漆覆盖了大部份的线路铜面，仅露出供零件焊接、电性测试及电路板插接用的终端接点。 5.2.9 热风整平 热风整平的目的是对印制电路板上的焊点进行可焊性处理。在刚制作完毕的印制板表面上，若为光铜则由于其表面张力较大，很容易吸附空气中的尘埃、水分和各种气体，操作不当也使其沾染汗渍和油污，同时空气中的氧气也容易生成金属氧化物（CuO）降低了铜表面的湿润性。为了保证印制板能有比较长的保存期，以及使用时其表面对焊料仍能保持良好的湿润作用，必须对其表面进行可焊性处理。热风整平就是把印制板浸入熔融的焊锡焊料中，然后通过两个风刀之间，用热的压缩空气将板面上和金属化孔内多余的焊料吹掉，得到光滑、光亮、厚度均匀的焊料涂覆层。实际上是把浸焊和热风整平二者结合起来，在印制板金属化孔内和印制板导线上涂覆低共熔金属焊料的工艺。热风整平工艺包括前处理、涂覆助焊剂和热风整平三部分。 5.2.10 丝印字符 在印制电路板制造工厂中，丝印字符就是将客户所需的文字、商标或零件标号以网版印刷的方式印在板面上再用热烘（或紫外线照射）的方式让文字漆墨硬化，这样有了字符则有助于电路板的检测与售后维修。注意字符的位置要对好，不能印在焊盘上面。 5.2.11 做外形和检验包装 将电路板以CNC成型机（或模具冲床）切割成相应的外型尺寸，切割时用插梢透过先前钻出的定位孔将电路板固定于床台（或模具）上成型。最后再将电路板上的粉屑及表面的离子污染物洗净。在包装前对电路板进行最后的电性导通、阻抗测试及焊锡性、热冲击耐受性试验，并以适度的烘烤消除电路板在制程中所吸附的湿气及积存的热应力，最后再用真空袋封装出货。 至此，完成太阳能无线充电器的印制电路板的制造。 6​ 太阳能无线充电器的应用举例 下面是两个太阳能无线充电器应用的例子： （a） （b） (c) 图8 太阳能无线充电器的应用举例之一 1.如图8所示，可以把接收电路做成体积很小的贴片电路集成到手机主板上，连同线圈一起集成到手机里面，而发射线圈可以放在图8（a）中A区的外壳下面，接收线圈可以置于手机外壳内侧,如图8（b）（c）,当手机放到充电座上时就可以直接对手机进行无线充电。 图9 太阳能无线充电器举例之二 2.如图9所示，将充电座做成平板型，将线圈放到平板的下面，可以将接收电路和接收线圈都集成到MP3或MP4的外壳内侧，这样当把MP3等放到平板的上方时就可以进行无线充电了。 结论 太阳能无线充电器既满足了目前社会较为关注的节能的要求，又解决了用电器充电时为电源线所束缚的问题，其发展前景是很可观的。 致谢 在此，感谢大学三年来所有教过我与帮助过我特别是给过我鼓励的老师，他们让我学到了大学里应该学到的知识，感谢在大学期间帮助过我的同学们，同时也要感谢我逝去的青春，因为它让我记得我曾经年少轻狂过。 参考文献 1​ 姜立中.无线充电实验/无线供电的现实离我们有多远/无线电杂志.北京:人民邮电出版社,2008.04 2​ 刘树民,宏伟译.太阳能光伏发电系统的设计与施工/(日)太阳光发电协会编.北京:科学出版社，2006 3​ 王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术.北京:化学工业出版社.2005.6 4​ 金鸿,陈森.印制电路技术.北京:化学工业出版社.2003.12 5​ 陈松，金鸿.电子设计自动化技术:Multisim 2001与Protel 99se设计软件.南京:东南大学出版社.2003.8 6​ 金鸿.电路CAD/CAM基础讲义.南京:南京信息职业技术学院.2006