Секреты изготовления печатных плат лутом. Печатные платы делаем сами своими руками
Технология изготовления печатных плат в домашних условиях
"...и опыт - сын ошибок трудных..."
Итак, процесс изготовления платы начинается с принципиальной схемы будущего устройства. На этом этапе вы определяете не только то, как будут соединены компоненты друг с другом, но и решаете какие именно компоненты подойдут для вашей конструкции. Например: использовать стандартные детали или СМД (которые, к слову, тоже бывают различных размеров). От этого будет зависеть размеры будущей платы.
Далее, определяемся с выбором программного обеспечения, при помощи которого вы будете чертить будущую плату. Если принципиальную схему можно нарисовать от руки, то с рисунком печатной платы так не получиться (особенно, если речь идёт об СМД компонентах). Я использую . Скачал её уже давно, и пользуюсь. Очень хорошая программа, с интуитивно понятным интерфейсом, ничего лишнего. В программе создаём рисунок печатной платы.
Пока никаких секретов не открыл? Так вот: когда рисунок платы уже создан, вы удостоверились в правильности расположения компонентов, следует установить "массу" т.е. заполнить промежутки между дорожками и отверстиями, для этого в программе присутствует специальная функция, которая делает это автоматически (по умолчанию стоит зазор в 0,4 мм). Зачем это нужно? Чтобы на травление (его рассмотрим далее) потребовалось меньше времени, вам будет проще контролировать процесс и ещё это полезно делать из схемотехнических соображений...
Примечание: при проектировании платы старайтесь не делать отверстия диаметром меньше 0,5 мм, если, конечно, у вас нет специального станка для сверления отверстий, но об этом позже...
Отлично! Мы нарисовали рисунок будущей печатной платы, теперь его необходимо распечатать на ЛАЗЕРНОМ принтере (Лут - значит лазерный). Для этого щёлкаем печать. Вышеупомянутая программа создаёт специальный файл, при этом можно выбрать количество копий, их расположение, сделать рамку, указать размер отверстий и отразить зеркально.
Примечание: если делаете двустороннюю печатную плату, то лицевую часть необходимо отразить по горизонтали, а изнаночную оставить как есть. Что касается Sprint - Layout , то лучше сделать это ещё на этапе создания схемы, а не на этапе подготовки файла для печати, так как возникают "глюки" с "массой", она пропадает, местами.
И ещё, лучше распечатать несколько копий, даже если вам нужен только один экземпляр, ведь возможно появятся дефекты на следующих этапах и чтобы не бегать каждый раз к принтеру, сделайте это заранее.
На чём печатать? Для начала, распечатываем на обычном листе бумаги, чтобы в последний раз удостоверится в том, что всё правильно сделано, что все компоненты подходят по размерам. Это также разогреет принтер.
Теперь устанавливаем максимальную плотность тонера, отключаем всякие режимы экономии (кстати, лучше использовать свежий картридж). Берём подложку от самоклеящейся бумаги, лучше от "бархатной" (с ней получается лучший результат, может быть, это из-за того, что она толще) блестящей стороной вставляем в принтер и жмём на "печать". Готово!
Примечание: с этого момента нельзя трогать эту бумагу, только за края, иначе можно заляпать рисунок!
О повторном использовании подложки. Допустим, что вы распечатали рисунок, а он занял только половину листа, не нужно выбрасывать другую половину, на ней тоже можно печатать, НО! по каким-то причинам при повторной печати принтер в 20% случаев "жуёт" бумагу, так что аккуратнее!
Подготавливаем текстолит
Я использую обычный фольгированный стеклотекстолит толщиной в 1 мм, который продаётся в магазине радиодеталей. Так как мы хотим сделать двустороннюю плату, то покупаем двусторонний текстолит. Отрезаем нужный кусочек, не нужно делать запас, он не понадобится. Отрезали. Берём нулевую шкурку и шкурим текстолит до блеска с обоих сторон, если остаются небольшие царапины, то ничего страшного, тонер будет лучше держаться (но без фанатизма!). Далее берём ацетон (спирт) и протираем плату с двух сторон, чтобы обезжирить её. Готово!
Примечание: когда будете шкурить текстолит, обратите внимание на углы платы, очень часто их "недошкуривают" или, что ещё хуже, "перешкуриваю", это когда там совсем не остаётся фольги. После протирания ацетоном плату также нельзя трогать руками, брать можно только за края, лучше пинцетом.
Далее самый ответственный этап: перенос рисунка с бумаги на текстолит. Делается при помощи утюга (лУт - значит утюг). Здесь подойдёт любой. Нагреваем его до 200 градусов (зачастую это максимальная температура утюга, поэтому просто выводим регулятор на максимум и ждём, когда он нагреется).
А вот теперь секретики! Чтобы перенести рисунок печатной платы с бумаги на текстолит, необходимо приложить бумагу к текстолиту нужной стороной, затем придавить утюгом и хорошенько разгладить. Вроде ничего сложного? Но самое трудное это приложить утюг так, чтобы не сметить бумагу, особенно, если платка маленькая и вы делаете её в единственном экземпляре, к тому же утюгом не так то просто орудовать. Есть интересный способ облегчить задачу.
Примечание: мы рассматриваем изготовление двусторонних печатных плат, так что немного о подготовке бумаги. В некоторых источниках советуют делать так: переносим одну сторону, противоположную заклеиваем скотчем или изолентой, травим одну сторону, потом сверлим дырочки, совмещаем рисунок другой стороны, затем опять переносим, заклеиваем, травим. Это занимает много времени, ведь, по сути, вам нужно протравить две платы! Можно ускорить процесс.
Берём две бумажки, на которых находится рисунок с лицевой и изнаночной стороны, совмещаем их. Это лучше делать на оконном стекле или на прозрачном столе с подсветкой. Обратите внимание! в этом случае необходимо отрезать бумажки с запасом, чем больше, тем лучше, но без фанатизма, вполне хватает 1-1,5 см. Скрепляем их степлером с 3-х сторон(клеем нельзя!), получаем конвертик, в который кладём плату и выравниваем её.
Самое интересное. Берём два кусочка текстолита (размер смотрим на рисунке), кладём их фольгированной стороной друг к другу, а между ними помещаем "конвертик" с платой, а края этого бутерброда закрепляем зажимами для бумаги, так чтобы листы текстолита не смещались друг относительно друга.
Примечание: для этих целей лучше выбирать текстолит потоньше, он будет быстрее прогреваться, и сможет деформироваться там, где это необходимо.
Теперь, берём утюг и спокойно прикладываем его к нашему бутерброду, и давим что есть силы, сначала с одной стороны, затем переворачиваем и давим с другой. Для лучшего эффекта рекомендую после первого надавливания совершить несколько круговых движений утюгом, чтобы быть уверенным, что бумага прижалась во всех местах. Гладить нужно не долго, обычно, не больше 1-3 минут на все дела, но точного времени вам никто не скажет, ведь это зависит от размеров платы, количества тонера. Главное не передержать, ведь в этом случае тонер может просто растечься, а если недодержать, то рисунок может полностью не перенестись. Практика, господа, практика!
Затем можно открыть бутерброд и убедиться, что бумага со всех сторон прилипла к текстолиту, т.е. нет пузырьков воздуха. И быстренько несём плату под проточную воду, и охлаждаем (холодной водой разумеется).
Примечание: Если вы использовали подложку от самоклеящейся бумаги, то она под водой зачатую сама отваливается от текстолита и плата спокойно выпадает из конверта. Если же вы использовали подложку от бархатной бумаги (более толстую), то с ней так не получиться. Берём ножницы и срезаем боковые стороны конверта, затем начитаем медленно, держась за краешек бумаги, под струёй воды, снимать бумагу. В результате на бумаге не должно остаться тонера, он весь будет на текстолите.
На данном этапе при возникновении дефектов можно поступить двумя способами. Если дефектов слишком много, лучше взять ацетон, смыть с текстолита тонер и попробовать ещё раз (предварительно повторив процесс очистки текстолита шкуркой).
Пример непоправимого дефекта (в данном случае, я начал сначала):
Если дефектов немного, то можно взять маркер для рисования печатных плат и дополнить изъяны.
Хороший вариант, есть небольшие прорехи в "массе", но их можно закрасить маркером:
Исправленные варианты. Хорошо заметны зелёные закрашенные области:
Отлично, это был самый технологически сложный этап, далее будет проще.
Теперь можно протравить плату, т.е. убрать лишнюю фольгу с текстолита. Суть травления такова: мы помещаем плату в раствор, разъедающий металл, при этом метал находящийся под тонером (под рисунком платы) остаётся невредимым, а тот, что вокруг убирается.
Скажу пару слов о растворе. Травить, на мой взгляд, лучше хлорным железом, оно не дорогое, раствор приготовить очень просто, да и в целом даёт хороший результат. Рецепт простой: 1 часть хлорного железа, 3 части воды и всё! Но встречаются и другие способы травления.
Примечание: добавлять нужно именно воду к железу, а не наоборот, так нужно!
Примечание: существует два вида хлорного железа (которые я встречал): безводное и 6-ти водное. Безводное, как ясно из названия, совершенно сухое, и в ёмкости, в которой оно продаётся всегда много пыли, это не беда. Но при добавлении воды активно растворятся, идёт сильная экзотермическая реакция (раствор нагревается), с выделением какого - то газа (скорее всего это хлор или хлороводород, ну всё одно - пакость редкостная), который НЕЛЬЗЯ ВДЫХАТЬ, рекомендую разводить на воздухе.
А вот 6-ти водное железо уже лучше. Это, по сути уже раствор, вода добавлена, получаются мокрые комочки, которые тоже нужно добавлять в воду, но такой бурной реакции уже нет, раствор нагревается, но не очень быстро и не очень сильно, зато всё безопасно и тихо (окна всё же нужно открыть).
Примечание: советы, которые я привожу здесь не являются единственно правильными, на многих форумах можно встретить людей у которых платы получаются и при другой концентрации, другим сортом хлорного железа и т.д. Я лишь постарался обобщить наиболее популярные советы и личный опыт. Так что, если эти методы не помогли, то попробуйте другой способ и у вас всё получиться!
Раствор приготовили? Отлично! Выбираем ёмкость. Для односторонних этот выбор прост, берём прозрачную (чтобы видеть процесс травления) пластиковую коробочку с крышкой, кладём на дно плату. Но с двусторонними платами всё не так просто. Необходимо, чтобы скорость травления с каждой стороны была примерно одинаковой, иначе может возникнуть ситуация, когда с одна сторона ещё не протравилась, а на другой уже растворяются дорожки. Чтобы этого не произошло, нужно располагать плату вертикально в ёмкости (чтобы она не лежала на дне), тогда раствор вокруг будет однородным и скорость травления будет примерно одинаковой. Следовательно, необходимо взять высокую ёмкость, чтобы плата поместилась в "полный рост". Лучше выбирать узкую прозрачную баночку, чтобы можно было наблюдать процесс травления.
Далее раствор необходимо нагревать (ставим на батарею), это увеличит скорость протекания реакции, и периодически встряхивать, чтобы обеспечивать равномерность травления и чтобы избежать появление осадка на плате.
Примечание: кто-то ставит в микроволновку и греет там, но я вам этого делать не рекомендую, т.к. на одном форуме прочёл, что после такого отравиться едой из этой микроволновки можно. Прямых доказательств нет, но лучше не рисковать!
Примечание: чтобы обеспечить равномерность травления нужно перемешивать раствор (встряхивать ёмкость), но существуют более технологичные способы. Можно присоединить к ёмкости генератор пузырьков (из аквариума) и тогда пузырьки будут перемешивать раствор. Я видел, как люди делают качающиеся ванночки для травления с сервоприводом и микроконтроллером, который осуществляет "взбалтывание" по специальному алгоритму! Здесь я не рассматриваю подробно каждый вариант, ведь в каждом есть свои нюансы и статья тогда бы очень затянулась. Я описал самый простой способ, который отлично подойдёт для первых плат.
Ждём, торопиться не нужно!
Понять, что процесс травления закончился очень просто: между чёрным тонером не останется никаких следов фольги. Когда это произойдёт, можно вынимать плату.
Далее несём её под воду и смываем остатки раствора. Берём спирт или ацетон и смываем тонер, под ним должны остаться дорожки из фольги. Отлично, всё ровно? Нигде нет "недотравленных" мест? Нигде нет "перетравленных" мест? Здорово! Можем двигаться дальше!
Примечание: при появлении дефектов на этом этапе производства ставит перед вами серьёзный выбор: выбросить брак и начать заново или попытаться исправить. Это зависит от того насколько серьёзные возникли дефекты и от того насколько высокие требования вы предъявляете к своей работе.
Следующий этап - лужение платы. Существует два основных способа. Первый - самый простой. Берём флюс для пайки (я использую ЛТИ-120, только не тот, который похож на канифольный лак, оставляющий жуткие пятна поле пайки, а на спиртовой основе, он значительно светлее), обильно смазываем им плату с одной стороны. Берём припой и паяльник с широким жалом и начинаем лудить плату, т.е. покрывать всю фольгу припоем.
Примечание: не стоит слишком долго держать паяльник на дорожках, т.к. текстолит бывает разного качества и от некоторого дорожки отваливаются очень легко, особенно тонкие. Будьте аккуратнее!
На плате в таком случае могут возникнуть "разводы" припоя или неприятные на вид бугорки, бороться с ними лучше при помощи оплётки для выпайки. В тех местах, где необходимо убрать лишний припой проводим ей, убирается весь лишний припой и остаётся ровная поверхность.
Примечание: можно сразу обернуть оплётку вокруг жала и лудить сразу с ней, так может получиться даже проще.
Способ хороший, но чтобы добиться эстетичного вида платы необходим некоторый опыт и сноровка.
Второй способ - посложнее. Вам понадобиться металлическая ёмкость, в которой вы сможете кипятить воду. Наливаем воду в ёмкость, добавляем пару ложек лимонной кислоты и ставим на газ, доводим до кипения. Припой нужно выбирать не простой, а с низкой температурой плавления, например сплав Розе (около 100 градусов по Цельсию). Бросаем несколько шариков на дно и видим, что они расплавились. Теперь бросаем плату на эти шарики, затем берём палочку (лучше деревянную, чтобы не обжечь руки), обматываем её ватой и начинаем тереть плату, разгонять припой по дорожкам, таким образом, можно добиться равномерного распределения припоя по всей плате.
Способ довольно хороший, но более затратный, и необходимо подобрать ёмкость, ведь вам придётся орудовать в ней инструментами. Лучше использовать что - нибудь с невысокими бортиками.
Примечание: вам придётся довольно долго проделывать эту операцию, поэтому лучше открыть окно. С опытом у вас должно получаться быстрее.
Примечание: многие не очень хорошо отзываются о сплаве Розе из - за его хрупкости, но для лужения плат данным способом он подходит очень хорошо.
Примечание: сам я этот способ недолюбливаю, потому что пытался использовать его, когда делал первую плату и хорошо помню, как было неудобно "варить" эту плату в консервной банке без инструментов....Оо это было ужасно! Но теперь...
Оба способа имеют свои достоинства и недостатки, выбор зависит только от вас и ваших возможностей, желания, умения.
Примечание: далее я рекомендую прозвонить плату мультиметром, чтобы убедиться, что нигде нет пересечения дорожек, которые не должны пересекаться, что нигде нет случайных "сопелек" или ещё какой неожиданности. В случае обнаружения проблемы, берём паяльник и убираем лишний припой, если не помогает, то используем канцелярский нож и аккуратно разъединяем необходимые места. Это может означать, что плата недотравилась в некоторых местах, но ничего страшного.
Для этого используем маленькую дрель и сверло. Сейчас продаются специальные свёрла для печатных плат с особой заточкой и особыми канавками на сверле. Сначала я использовал обычное сверло по металлу толщиной 0,6 мм, затем перешёл на специальное и результат очень хороший. Во первых, даже с моей бюджетной дрелью без проблем сверлится любой текстолит, практически без усилий. Сверло само "вгрызается" в него и тянет за собой инструмент. Во - вторых, оставляет аккуратное входное и выходное отверстие, без заусенцев, в отличие от стандартного сверла, которое буквально "рвёт" текстолит. В - третьих, это сверло почти не скользит, т.е. нужно только с первого раза попасть в нужное место и оно уже никуда не денется. Чудо, а не инструмент! Но и стоит оно немного дороже обычного сверла.
Примечание: чтобы "сразу попасть в нужное место" лучше использовать шило или специальный инструмент для кернения, только не делайте слишком глубокие зарубки, это может направить сверло не в ту сторону. Ещё: у этого сверла есть один недостаток - оно легко ломается, поэтому лучше использовать специальный станок, чтобы сверлить отверстия или держать дрель строго вертикально. Поверьте, очень легко ломается! Особенно, когда нужно просверлить отверстие в 0,3 мм или 0,2 мм, но это уже ювелирная работа.
Готово! Вот собственно и всё! Сквозные отверстия пропаиваем тонкими проводками и получаются аккуратные полусферы на плате, смотрится очень даже ничего. Теперь нужно только припаять все компоненты схемы и убедиться, что она работает, но это тема для других статей. А вот, что получилось у меня:
На этом всё. Ещё раз хочу подчеркнуть, что здесь я лишь постарался обобщить все материалы, которые мне удалось найти о ЛУТе, и свой опыт. Получилось немного затянуто, но в каждом деле есть много нюансов, которые необходимо учитывать, для достижения наилучшего результата. Последний совет, который я могу вам дать: нужно пробовать, пытаться делать платы, ведь мастерство приходит с опытом. И в конце ещё раз приведу эпиграф: "...и опыт - сын ОШИБОК трудных..."
Если остались вопросы, то можно оставлять их комментариях. Также буду благодарен за конструктивную критику.
В последнее время радиоэлектроника как хобби в мире набирает популярность, людям становится интересно собственными руками создавать электронные устройства. В интернете присутствует огромное количество схем, от простых до сложных, выполняющие различные задачи, поэтому каждый сможет найти в мире радиоэлектроники то, что придётся ему по душе.
Неотъемлемая часть любого электронного устройства - печатная плата. Она представляет собой пластину из диэлектрического материала, на которую нанесены медные токопроводящие дорожки, соединяющие электронные компоненты. Каждый из тех, кто желает научиться собирать электрические схемы в красивом виде должен научиться делать эти самые печатные платы.
Существуют компьютерные программы, которые позволяют нарисовать рисунок дорожек печатной платы в удобном интерфейсе, самая популярная из них - . Разводка печатной платы производится в соответствии с принципиальной схемой устройства, в этом нет ничего сложного, достаточно лишь соединить дорожками нужные детали. Кроме того, ко многим схемам электронных устройств в интернете уже прилагаются готовые рисунки печатных плат.
Хорошая печатная плата - залог долгой и счастливой работы прибора, поэтому её нужно стараться делать максимально аккуратно и качественно. Наиболее распространённый метод изготовления печатных в домашних условиях - это так называемый « », или «лазерно-утюжная технология». Он приобрёл широкую популярность потому, что не занимает много времени, не требует наличия дефицитных ингредиентов и научиться ему не так уж и сложно. Вкратце, ЛУТ можно описать так: допустим, имеется рисунок дорожек, нарисованный на компьютере. Далее, этот рисунок нужно напечатать на специальной термотрансферной бумаге, перенести на текстолит, затем вытравить лишнюю медь с платы, просверлить отверстия в нужных местах и залудить дорожки. Разберём весь процесс поэтапно:
Печать рисунка платы
1) Печать рисунка на термотрансферной бумаге. Купить такую бумагу можно, например, на Алиэкспресс, там она стоит сущие копейки - по 10 рублей за лист формата А4. Вместо неё можно использовать любую другую глянцевую бумагу, например, из журналов. Однако качество переноса тонера с такой бумаги может оказаться гораздо хуже. Некоторые используют глянцевую фотобумагу «Ломонд», хороший вариант, если бы не цена - стоит такая фотобумага куда дороже. Рекомендую попробовать распечатать рисунок на разных бумагах, а затем сравнить, с какой из них получится самый лучший результат.
Ещё один важный момент при печати рисунка - настройки принтера. В обязательном порядке нужно отключить экономию тонера, плотность же стоит выставить максимальную, ведь чем толще слой тонера, тем лучше для наших целей.
Также нужно учитывать такой момент, что на текстолит рисунок переведётся в зеркальном отображении, поэтому нужно заранее предусмотреть, нужно или не нужно отзеркалить рисунок перед печатью. Особенно критично это на платах с микросхемами, ведь другой стороной их поставить не удастся.
Подготовка текстолита к перенесению на него рисунка
2) Второй этап - подготовка текстолита к перенесению на него рисунка. Чаще всего текстолит продаётся отрезками размером 70х100 или 100х150 мм. Нужно отрезать кусок, подходящий под размеры платы, с запасом по краям 3-5 мм. Пилить текстолит удобнее всего ножовкой по металлу или лобзиком, в крайнем случае его можно отрезать ножницами по металлу. Затем, этот кусок текстолита следует протереть мелкой наждачной бумагой или жёстким ластиком. На поверхности медной фольги образуются мелкие-мелкие царапины, это нормально. Даже если изначально текстолит выглядит идеально ровным, этот шаг необходим, иначе потом трудно будет его залудить. После зашкуривания поверхность обязательно нужно протереть спиртом или растворителем, чтобы смыть пыль и жирные следы от рук. После этого прикасаться к медной поверхности нельзя.
Перенос рисунка на подготовленный текстолит
3) Третий этап - самый ответственный. Необходимо напечатанный на термотрансферной бумаге рисунок перенести на подготовленный текстолит. Для этого отрезаем бумагу так, как показано на фото, оставляя запасы по краям. На ровную деревянную дощечку кладём бумагу рисунком вверх, затем сверху прикладываем текстолит, медью к бумаге. Загибаем края бумажки так, как будто она обнимает кусочек текстолита. После этого аккуратно переворачиваем бутерброд, чтобы бумага оказалась сверху. Проверяем, чтобы рисунок никуда не сместился относительно текстолита и кладём сверху чистый кусочек обычной офисной белой бумаги так, чтобы он закрывал собой весь бутерброд.
Теперь осталось лишь всё это дело хорошенько нагреть, и весь тонер с бумаги окажется на текстолите. Нужно приложить разогретый утюг сверху и нагревать бутерброд в течение 30-90 секунд. Время нагрева подбирается экспериментально и во многом зависит от температуры утюга. Если тонер перешёл плохо и остался на бумаге - нужно держать дольше, если же, наоборот, дорожки перевелись, но размазались - явный признак перегрева. Давить на утюг при этом не нужно, хватает его собственного веса. После прогрева нужно убрать утюг и прогладить ещё не остывшую заготовку ватным тампоном, на случай, если в некоторых местах тонер плохо перешёл при глажке утюгом. После этого остаётся только подождать, пока будущая плата остынет и снять термотрансферную бумагу. С первого раза может не получиться, это не беда, ведь опыт приходит со временем.
Травление печатной платы
4) Следующий этап - травление. Вся та область медной фольги, которая не покрыта тонером должна быть удалена, а медь под тонером должна остаться не тронутой. Сперва нужно приготовить раствор для травления меди, самый простой, доступный и дешёвый вариант - раствор лимонной кислоты, соли и перекиси водорода. В пластиковой или стеклянной ёмкости нужно размешать одну-две столовые ложки лимонной кислоты и чайную ложку поваренной соли на стакан воды. Пропорции не играют большой роли, можно высыпать на глаз. Тщательно перемешать и раствор готов. Нужно положить в него плату, дорожками вниз для ускорения процесса. Также можно слегка подогреть раствор, это ещё увеличит скорость процесса. Примерно через пол часа вся лишняя медь вытравиться и останутся только дорожки.
Смыть тонер с дорожек
5) Самое сложное позади. На пятом этапе, когда плата уже вытравлена, нужно смыть тонер с дорожек растворителем. Самый доступный вариант - женская жидкость для снятия лака для ногтей, стоит она копейки и есть почти у каждый женщины. Можно использовать и обычные растворители, например, ацетон. Я пользуюсь нефтяным сольвентом, он хоть и сильно воняет, но зато не оставляет на плате никаких чёрных разводов. В крайнем случае, можно убрать тонер, хорошенько потерев плату наждачной бумагой.
Сверление отверстий на плате
6) Сверление отверстий. Понадобиться маленькое сверло диаметром 0.8 - 1 мм. Обычные свёрла из быстрорежущей стали быстро тупятся об текстолит, поэтому лучше всего использовать свёрла из карбида вольфрама, хоть они и более хрупкие. Я сверлю платы с помощью двигателя от старого фена с небольшим цанговым патроном, отверстия при этом получаются ровные и без заусенцев. К сожалению, в самый неподходящий момент сломалось последнее карбидовое сверло, поэтому на фотографиях просверлена лишь половина отверстий. Остальные можно будет просверлить позже.
Залудить дорожки
7) Осталось лишь залудить медные дорожки, т.е. покрыть слоем припоя. Тогда они не будут окисляться со временем, а сама плата станет красивой и блестящей. Сначала нужно нанести на дорожки флюс, а затем быстрыми движениями поелозить по ним паяльником с капелькой припоя. Не стоит наносить излишне толстый слой припоя, тогда могут закрыться отверстия, а плата будет выглядеть неаккуратно.
На этом процесс изготовления печатной платы завершён, теперь можно запаивать в неё детали. Материал предоставил для сайта Радиосхемы - Михаил Грецкий, [email protected]
Обсудить статью ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ЛУТОМ
Самым простым, доступным и дающим хорошие результаты способом изготовления печатных плат в домашних условиях является так называемый «лазерно-утюговый» (или ЛУТ). Описание этого способа легко можно найти по соответствующим ключевым словам, поэтому подробно на нем останавливаться мы не будем, только отметим, что в простейшем варианте все что нужно - это доступ к лазерному принтеру и самый обыкновенный утюг (не считая обычных материалов для травления плат). Так что, альтернатив у данного способа нет?
Разрабатывая разнообразные электронные устройства, применяемые, например, при тестировании мониторов, мы применяли несколько способов монтажа электронных компонентов. При этом далеко не всегда использовались печатные платы как таковые, так как при создании прототипов и устройств в единичном экземпляре (а часто это оказывалось и тем и другим), при условии неизбежных ошибок и модификаций, зачастую выгоднее и удобнее использовать фабрично изготовленные макетные платы, выполняя разводку тонким многожильным проводом в тефлоновой изоляции. Подобным образом поступают даже в самых именитых компаниях, что демонстрирует прототип игрушечного робота AIBO от Sony.
В магазинах продаются относительно дешевые двусторонние луженые и даже с металлизированными отверстиями и защитной маской на перемычках макетные платы очень высокого качества.
Отметим, что подобные макетные платы позволяют без особых усилий достичь высокой плотности монтажа, так как нет необходимости заботиться о разводке проводящих дорожек. Однако, например, при разработке силовых блоков и при применении элементов с нестандартным шагом выводов или их геометрией, а также при использовании элементов с поверхностным монтажом (чего мы пока не делаем) готовые макетные платы использовать становиться затруднительно.
В качестве альтернативы макетным платам мы применяли методы срезания фольги в промежутках между токопроводящими площадками и упомянутый метод ЛУТ. Первый способ применим только в случае самых простых вариантов разводки, но зато не требует вообще ничего, кроме острого ножа и линейки. Способ ЛУТ давал в целом хорошие результаты, но хотелось некоторого разнообразия. Способ с использованием мы посчитали слишком трудоемким и требующим применения едких химикатов, что в домашних условиях не всегда допустимо. Случай позволил нам узнать о еще одном способе - о методе прямой струйной печати шаблона на фольгированном стеклотекстолите (ключевые слова для поиска на английском языке - Direct to PCB Inkjet Printing).
Способ подразделяется на следующие этапы:
- Собственно печать пигментными
- Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом чернила приобретают устойчивость к травящему раствору.
- Удаление чернил с печатной платы.
Есть также альтернативный вариант:
- Печать в принципе любыми чернилами шаблона печатной платы непосредственно на фольгированном стеклотекстолите с использованием, как правило, модифицированного струйного принтера.
- На еще невысохшие чернила распыляется порошковый тонер от лазерного принтера/копира, излишек тонера удаляется.
- Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом тонер сплавляется и надежно сцепляется с фольгой.
- Травление незащищенных шаблоном участков фольги обычным способом, например, с использованием хлорида железа III.
- Удаление запекшегося тонера с печатной платы.
Второй вариант мы не стали рассматривать из-за нежелания работать с порошковым тонером, способным испачкать все вокруг при случайном неверном движении или чихе. Во всех обнаруженных нами реализованных способах прямой струйной печати шаблона использовались струйные принтеры Epson. Также вид чернил, вернее использованного в них типа красителя - пигмента, у нас устойчиво ассоциируется с принтерами данного производителя, поэтому поиск подходящего принтера мы начали с каталога Epson. Судя по всему, у Epson есть, или, по крайней мере, были модели, способные печатать на носителях с толщиной до 2,4 мм (при этом не только на CD/DVD-дисках), например, Epson Stylus Photo R800, но эта модель уже не выпускается, а получится ли использовать что-то из современных аналогов (явно недешевых) мы заранее не знали. В итоге было решено поискать самую дешевую модель, в которой применяются пигментные чернила. Модель нашлась - Epson Stylus S22. Этот принтер оказался и самым дешевым среди всех принтеров Epson - цена на него составляла менее 1500 руб., потом, правда, она заметно подросла: в московской рознице (рублевый эквивалент - во всплывающей подсказке) - Н/Д(0) .
Беглый осмотр показал необходимость внесения существенных изменений в конструкцию принтера, так как она предусматривала печать на гибком носителе с его изгибом при движении от верхнего загрузочного лотка к приемному лотку. Описанная ниже последовательная модификация синтезирована из нескольких итераций, так как после очередной сборки выяснялось, что в конструкцию нужно внести те или иные изменения. Поэтому не исключена вероятность небольших неточностей в описании этого процесса. Модификация преследует две основные цели. Во-первых, обеспечить прямую без изгибов и перепадов высот подачу носителя, для чего нужно изменить, а фактически создать заново подающий и приемный лотки. Во-вторых, обеспечить возможность печати на толстых материалах - до 2 мм, для чего необходимо приподнять узел с печатающей головкой и ее направляющими салазками. Итак:
1. Выкрутить два самореза на задней стенке и снять кожух, освободив защелки, которыми он еще цепляется за днище.
2. Отсоединить шлейф контрольной панели от основной платы, открутить два самореза, крепящие контрольную панель,
высвободить шлейф контрольной панели и отложить ее в сторону. Она еще пригодится, в отличие от кожуха корпуса.
3. Открутить 4 самореза блока подачи бумаги, высвободить провода, идущие к двигателю каретки, отжать фиксатор шестерни ролика подачи, снять стойку ролика подачи и весь блок подачи, снять боковой прижим бумаги - эти детали больше не пригодятся.
4. Открутить по саморезу на поддоне впитывающей подушечки и на блоке питания, отсоединить дренажный шланг от поддона и шлейф от БП на основной плате, снять поддон впитывающей подушечки и БП. Отложить их в сторону - еще пригодятся.
5. Открутить два самореза планки с роликами, прижимающими выходящий лист, снять этот узел и переместить в кучку с «лишними» деталями.
6. Справа открутить саморез и винт, закрепляющие салазки, по которым двигается печатающая головка.
Снять пружину, прижимающую салазки.
Снять пружину линейки каретки (ленты с нанесенными штрихами) и саму линейку.
Открутить два винта, крепящие основную плату,
и отжать ее от салазок (осторожнее с датчиком бумаги!). Открутить саморез крепления салазок, находящийся под основной платой.
Слева открутить саморез крепления салазок.
Отсоединить разъем (J7) двигателя подачи от основной платы.
Отсоединить пружину в левой части салазок.
Снять салазки в сборе с печатающей кареткой и основной платой.
7. Слева открутить саморез фиксатора вала протяжки,
снять вал и его фиксатор.
8. Снять все дополнительные направляющие в начале протяжки, которые крепятся на фиксаторах.
9. С помощью полотна от ножовки по металлу и надфилей выпилить окно в днище от боковых стоек, до нижней части подающего лотка и до подающего вала. При этом удобно использовать имеющиеся пазы и отверстия в днище. Заусенцы срезать ножом, опилки удалить.
10. Теперь нужно создать лоток для прямой подачи. Для этого можно использовать два отрезка алюминиевого уголка 10 на 10 мм длиной 250 мм и часть оригинальной подставки под бумагу в подающем лотке (можно использовать и любую жесткую пластину подходящего размера). Уголки крепятся с помощью винтов М3 с потайными головками так, как показано на фотографиях ниже. На вертикальных плоскостях корпуса принтера, к которым крепятся уголки, следует выпилить пазы, чтобы подающий лоток можно было немного перемещать вверх-вниз для тонкой подстройки его положения.
На правом уголке нужно срезать вертикальный угол, иначе правый прижимной ролик будет в него упираться. Также на поддоне нужно выпилить паз напротив датчика бумаги (хотя, видимо, можно этого и не делать).
А на усик датчика бумаги надеть кусочек трубки, тем самым немного его удлинив.
11. Отсоединить датчик положения вала подачи (один винт), срезать стопор на корпусе датчика, и закрепить его, сдвинув максимально вниз.
При последующей сборке проконтролировать, что диск со штрихами размешается посредине прорези датчика и не задевает его края.
12. Под три точки крепления салазок подложить по две шайбы с отверстием 4 мм каждая толщиной 1 мм. При использовании широких шайб в двух местах их нужно подпилить, чтобы они не упирались в элементы корпуса.
13. Снять прижимные валики, надеть на них надеть 2-3 слоя (на центральную пару роликов минимум 3 слоя) термоусадочной трубки с усадкой промежуточных слоев термофеном или другим способом нагрева. Надфилем углубить пазы для роликов так, чтобы они свободно вращались. Вставить ролики в держатели.
14. В припаркованном положении, а также в процессе прочистки дюз и инициализации новых картриджей к нижней поверхности печатающей головки, там, где расположены дюзы, прижимается подушечка с резиновой прокладкой. Снизу к подушечке подведена трубочка, идущая к вакуумной помпе. При прочистке помпа подсасывает чернила из картриджей, а при хранении дюзы предохраняются от высыхания в них чернил. Поэтому важно обеспечить плотное прилегание резиновой прокладки к головке, но из-за сдвига вверх салазок и печатающей головки это условие может не выполняться. Нужно увеличить ход подушечки в кроватке. Для этого придется снять или хотя бы отодвинуть помпу - отвернуть два самореза и отжать два фиксатора.
Затем снять пружину, подтягивающую кроватку подушечки, снять узел кроватка-подушечка, и отсоединить трубочку, отходящую от подушечки. Далее ножом подрезать где-то на 1,5 мм в нужных местах участки корпуса подушечки и кроватки, увеличив вертикальных ход подушечки. Затем собрать узел обратно. Так как при использовании неоригинальных картриджей автоматическая прочистка дюз и инициализация картриджей приводила к странным результатам, то мы решили отключить помпу от подушечки, для чего использовали кусочек трубочки и тройник. Для удаления избытка чернил или при ручной промывке подушечки к тройнику можно подсоединять шприц, или просто зажимать его отвод пальцем и, прокручивая вал подачи назад (за шестерню впереди слева), задействовать помпу принтера.
15. Произвести сборку принтера в обратном порядке. При установке вала подачи аккуратно очистить посадочные места от стружек и пыли и нанести на них и на соответствующие участки вала слой консистентной смазки. После установки вала необходимо настроить лоток подачи. Ослабив винты крепления лотка к боковым стенкам корпуса, используя жесткую пластину подходящего размера (например, кусок стеклотекстолита), нужно добиться того, чтобы движение пластины от подающего лотка по подающему валу и по валу в выходном лотке было ровным, без перепадов в высоте. Также следует обеспечить строгую параллельность направляющих подающего лотка и их перпендикулярность подающему валу. Найдя такое положение подающего лотка, винты следует закрутить и желательно зафиксировать со стороны гаек каплей лака. Затем продолжить сборку. С правой стороны из-за сдвига салазок вверх вернее крепежное отверстие не совпадет с отверстием в стойке корпуса - можно подпилить отверстие и закрепить салазки винтом, а можно и оставить так, как есть.
Поддон впитывающей подушечки, предварительно укоротив его правую стойку, мы установили в исходном месте, зафиксировав его в двух точках термоклеем. Блок питания, на исходной позиции не поместился, поэтому мы не нашли ничего лучшего, как просто закрепить его пластиковой стяжкой на левой стойке каркаса принтера. К ушку на БП мы прикрутили контрольную панель.
Оригинальный приемный лоток вызывает перегиб выходящего листа, поэтому его нужно усовершенствовать для обеспечения ровного горизонтального выхода листа. Для этого достаточно под лоток подложить что-то высотой чуть меньше 3 см, а на лоток положить пару толстых журналов или стопку бумаги. Впрочем, через некоторое время мы заменили эту конструкцию лотком, изготовленным из кожуха неработающего DVD-плеера. Что нужно сделать с кожухом, чтобы превратить его в лоток, понятно из фотографий, впрочем, тут каждый может использовать свое воображение и подручный материал.
Результат:
Сдвиг салазок вверх на бо льшую величину, чем описано выше, сопряжен с некоторыми трудностями. Проблемными местами являются как минимум датчик положения подающего вала, правый кронштейн линейки каретки, и парковочный узел. Возможно и что-то еще. В итоге толщина материала, на котором может печатать модифицированный принтер, составляет где-то 2 мм или чуть больше, поэтому при текстолите толщиной 1,5 мм подложка не должна быть толще 0,5 мм, при этом она должна быть достаточно жесткой, чтобы перемещать заготовки для печатных плат. Подходящим и доступным материалом оказался плотный картон, например, от папки для бумаг. Подложку нужно вырезать точно по ширине подающего лотка, так как любое горизонтальное смещение отразится на точности печати. В нашем случае подложка получилась размером 216,5 на 295 мм. Оригинальный узел подачи использовать не получится, поэтому подложку нужно вручную подводить под прижимные валики, но при этом не должен активироваться датчик бумаги. Из-за чего в подложке придется сделать вырез под усик датчика бумаги, в нашем случае на расстоянии 65 мм от правого края, глубиной 40 мм и шириной 10 мм. При этом печать начинается на расстоянии 6 мм от дна выреза, то есть на 6 мм раньше края носителя, который определяет принтер. Почему так - нам не известно. Для закрепления заготовок на подложке удобно использовать двустороннюю клейкую ленту. Прижимные валики прижимают подложку к подающему валу с большим усилием, поэтому для ровной подачи при печати валики не должны заезжать или съезжать с заготовки. Чтобы обеспечить это условие до, после и возможно с боков заготовки нужно приклеить материал с такой же толщиной. Это также облегчит позиционирование заготовки при серийной и/или двусторонней печати.
Оригинальные картриджи довольно быстро кончились, но в целом результаты с использованием оригинальных чернил оказались весьма хорошими . Тем не менее, было решено приобрести перезаправляемые картриджи и совместимые чернила.
На этом душа не успокоилась, были предприняты попытки модификации чернил с целью увеличения в них содержания полимерной составляющей. В итоге этих экспериментов дюзы с черными чернилами забились на 90%, с пурпурными - на 50%, в «желтом» ряду не работала одна дюза и только дюзы голубых чернил остались полностью работоспособными. Впрочем, для печати шаблонов достаточно и одного цвета. Так как пурпурные чернила показали лучший результат, то в картридж голубого цвета были заправлены именно они.
1. Подготовить поверхность заготовки. Если она относительно чистая, то достаточно ее обезжирить ацетоном. Иначе, обезжирить, зачистить абразивной губкой, и, для образования оксидного слоя, поместить в печку на 15-20 минут при температуре 180°С. После чего охладить и обезжирить ацетоном.
2. Используя двустороннюю клейкую ленту и вспомогательные обрезки текстолита закрепить заготовку на подложке.
3. Перевести шаблон в чистый цвет, который будет использоваться при печати. В нашем случае - в голубой (RGB = 0, 255, 255). Провести пробную печать (можно не шаблона целиком, а только габаритных точек, например углов), при необходимости в программе, используемой для печати, произвести коррекцию положения шаблона, смыть ацетоном предыдущий результат, повторить, если нужно, процедуру коррекции.
4. Напечатать шаблон на заготовке. Наилучшие результаты получены при следующих установках:
5. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки и провести предварительное закрепление в печке в течение 15 мин (время от включения печки) при 200°С в пике. Остудить заготовку.
6. Для точного позиционирования второго слоя можно просверлить несколько отверстий небольшого диаметра, например, диаметром 1 мм в точках крепления будущей платы. Закрепить заготовку поверхностью для второго слоя вверх, при этом двустороннюю липкую ленту нужно наклеивать на полностью закрашенные участки первого слоя. Если заготовка плотна зажата между двумя пластинами спереди и сзади, то использовать двустороннюю липкую ленту необязательно. Обезжирить заготовку ацетоном.
7. Выполнить позиционирование и печать - повторить пункты 3 и 4.
8. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки, закрепить ее на стойках, например, изготовленных из скрепок, поместить в печь, и провести закрепление в течение 15 мин (время от включения печки) при 210°С в пике. Остудить заготовку.
9. Осмотреть заготовку, места с подозрительно тонким слоем чернил (например, рядом с отверстиями или налипшими пылинками) закрасить водостойким маркером. Протравить заготовку. Чтобы поверхность заготовки сохраняла дистанцию от дна емкости, можно в отверстия (1 мм диаметром, использованные для позиционирования второго слоя) вставить зубочистки, так, чтобы острый кончик выходил на 1,5-2 мм, а толстый откусить на такую же высоту. При травлении плату периодически переворачивать и контролировать готовность.
Смыть чернила ацетоном.
Важные замечания.
1. Чтобы используемые чернила приобрели устойчивость к травящему раствору, их нужно выдержать порядка 15 мин (время от включения печки) при температуре около 210°С в пике (получена с использованием термопары, расположенной рядом с заготовкой). Интервал узкий, так как при превышении на 5-10°С текстолит начинает разрушаться, при занижении - чернила смываются травящим раствором. Точные условия в конкретном случае нужно подбирать опытным путем. Для контроля можно использовать тест ватной палочкой. Если смоченная водой ватная палочка легко смывает чернила, значит нужно увеличить температуру, если не смывает, или только чуть-чуть окрашивается, значит, устойчивость к травящему раствору приобретена. Если даже смоченная ацетоном ватная палочка с трудом смывает чернила, значит, устойчивость к травящему раствору очень хорошая. Таким образом можно подобрать чернила и условия температурного закрепления, дающие наилучшие результаты. Отметим, что мы использовали электрическую печку-гриль, включали только верхний ТЭН, а при окончательном закреплении чернил термостат печки устанавливали на 220°С.
2. Воспроизводимость печати достигает порядка 0,1 мм, поэтому при необходимости можно поверх первой стороны шаблона напечатать его же второй раз, с промежуточной сушкой прямо на подложке термофеном (с регулируемой температурой) или бытовым феном, установленным на максимальную температуру. Сушка нужна для того, чтобы прижимные валики не смазывали предыдущий слой.
3. Изготовление двух сторон можно выполнять последовательно. Сначала напечатать и закрепить первую сторону, а фольгу на второй защитить, например, акриловой краской из баллончика. Протравить первую сторону, смыть ацетоном защиту со второй, напечатать и закрепить вторую сторону, защитить краской первую, протравить вторую строну, и смыть защиту с первой.
4. Печатать нужно следующим образом: сначала отправить задание на печать, подождать, пока принтер не сообщит об отсутствии бумаги, затем аккуратно продвинуть подложку с закрепленной заготовкой под прижимные валики, прокручивая вал подачи за шестерню впереди слева, после чего нажать на кнопку продолжения печати. При небольших перерывах между сеансами печати принтер не будет выполнять процедуру короткой прочистки, поэтому можно сначала загрузить подложку с заготовкой, а затем отправить задание на печать.
5. Следует соблюдать особую чистоту, так как любая пылинка, попавшая на непросохшие чернила на заготовке, может привести к дефекту.
Указанным способом было изготовлено несколько двусторонних печатных плат, и, хотя дорожки у же, чем 0,5 мм не использовались, на тестовых участках была продемонстрирована возможность получения дорожек шириной 0,25 мм, и это явно не является пределом данного метода.
P.S. Пример двусторонней платы с дорожками 0,25 мм (при проектировании были заложены нормы 0,25 мм на ширину дорожек и на зазоры, но при ручной доводке расстояния между дорожками были по возможности увеличены). Отметим, что при изготовлении двусторонних плат, видимо, все же надежнее стороны печатать и травить последовательно. Сторона 1:
Сторона 2:
Можно заметить три вида дефектов:
1. Линейное искажение, которое, видимо, вызвано тем, что одна сторона печаталась в быстром двухпроходном режиме, а вторая в медленном однопроходном. То есть лучше обе стороны печатать в одном и том же режиме.
2. Местами дорожки чуть уширены из-за растекания чернил. Данный дефект можно избежать, тщательно подготавливая поверхность - обезжирить куском материи, смоченной в ацетоне, затем тщательно протереть сухим ватным тампоном.
3. С одного края дорожки и контактные площадки стравились заметно больше. Произошло это из-за перегрева, в результате которого чернила сильно потемнели и стали отслаиваться. Значит необходимо тщательно следить за равномерностью нагрева (выбирать место в печке, где нагрев более равномерный) и ни в коем случае не допускать перегрева - чернила должны заметно потемнеть, но не приобретать темно-серный оттенок.
Однако эти дефекты не оказались критичными и в результате, без какой-либо коррекции разводки мы получили полностью функционирующее устройство.
Очень часто в процессе технического творчества необходимо изготавливать печатные платы для монтажа электронных схем. И сейчас я расскажу об одном из самых, на мой взгляд, продвинутых способов изготовления печатных плат с помощью лазерного принтера и утюга. Живем мы в 21 веке, поэтому будем облегчать себе работу, используя компьютер.
Шаг 1. Проект платы
Проектировать печатную плату мы будем в специализированной программе. Например в программе sprint Layout 4.
Шаг 2. Печать рисунка платы
После этого нам нужно напечатать рисунок платы. Для этого сделаем следующее:
- В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность.
- Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней.
- Напечатаем рисунок печатной платы на мелованной бумаге в зеркальном отображении. Лучше сразу в нескольких экземплярах.
Шаг 3. Зачистка платы
Напечатанный лист отложим пока в сторону и займемся подготовкой платы. В качестве исходного материала для платы может служить фольгированный гетинакс, фольгированный текстолит. При длительном хранении медная фольга покрывается плёнкой окислов, которая может помешать травлению. Поэтому начнем подготовку платы. Мелкой наждачной бумагой сдираем плёнку окислов с платы. Особо не усердствуйте, фольга тонкая. В идеале плата после зачистки должна блестеть.
Шаг 4. Обезжиривание платы
После зачистки плату промываем проточной водой. После этого нужно плату обезжирить, для того чтобы тонер прилип лучше. Обезжирить можно каким либо бытовым моющим средством, либо промыв органическим растворителем (например, бензином или ацетоном)
Шаг 5. Перевод рисунка на плату
После этого при помощи утюга переведем рисунок с листа на плату. Наложим распечатку рисунком на плату и начнем гладить горячим утюгом, равномерно прогревая всё плату. Тонер начнет плавится и прилипать к плате. Время и усилие прогрева подбирается экспериментально. Нужно что бы тонер не растекся, но и нужно что бы он весь приварился.
Шаг 6. Очистка платы от бумаги
После того, как плата с прилипшей к ней бумажкой остынет – намочим ее и под потоком воды будем скатывать ее пальцами. Мокрая бумага будет собираться в катышки, а прилипший тонер останется на месте. Тонер достаточно прочен и с трудом соскабливается ногтем.
Шаг 7. Травление платы
Травление печатных плат лучше всего производить в хлорном железе (III) Fe Cl 3. Этот реактив продается в любом магазине радиодеталей и стоит недорого. Погружаем плату в раствор и ждем. Процесс травления зависит от свежести раствора, его концентрации и т.п. Может занимать от 10 минут до часа и более. Процесс можно ускорить покачивая ванночку с раствором.
Конец процесса определяется визуально – когда стравится вся незащищенная медь.
Тонер смывается ацетоном.
Шаг 8. Сверление отверстий
Сверление обычно осуществляется маленьким моторчиком с цанговым патроном (всё это есть в магазине радиодеталей). Диаметр сверла под обычные элементы 0,8 мм. При необходимости отверстия сверлятся большим по диаметру сверлом.
Готовая просверленная плата, готовая для пайки. Как видите – внешний вид практически неотличим от промышленной. Кроме того трудоёмкость минимальна, и материалы доступные (нет необходимости в специфических реактивах, как при использовании фоторезиста).
Печатная плата готова!!!
Печатная плата – это диэлектрическое основание, на поверхности и в объеме которого нанесены токопроводящие дорожки в соответствии с электрической схемой. Печатная плата предназначена для механического крепления и электрического соединения между собой методом пайки выводов, установленных на нее электронных и электротехнических изделий.
Операции по вырезанию заготовки из стеклотекстолита, сверлению отверстий и травление печатной платы для получения токоведущих дорожек в независимости от способа нанесения рисунка на печатную плату выполняются по одинаковой технологии.
Технология ручного способа нанесения
дорожек печатной платы
Подготовка шаблона
Бумага, на которой рисуется разводка печатной платы обычно тонкая и для более точного сверления отверстий, особенно в случае использования ручной самодельной дрели, чтобы сверло не вело в сторону, требуется сделать ее более плотной. Для этого нужно приклеить рисунок печатной платы на более плотную бумагу или тонкий плотный картон с помощью любого клея, например ПВА или Момент.
Вырезание заготовки
Подбирается заготовка фольгированного стеклотекстолита подходящего размера, шаблон печатной платы прикладывается к заготовке и обрисовывается по периметру маркером, мягким простым карандашом или нанесением риски острым предметом.
Далее стеклотекстолит режется по нанесенным линиям с помощью ножниц по металлу или выпиливается ножовкой по металлу. Ножницами отрезать быстрее, и нет пыли. Но надо учесть, что при резке ножницами стеклотекстолит сильно изгибается, что несколько ухудшает прочность приклейки медной фольги и если потребуется перепайка элементов, то дорожки могут отслоиться. Поэтому если плата большая и с очень тонкими дорожками, то лучше отрезать с помощью ножовки по металлу.
Приклеивается шаблон рисунка печатной платы на вырезанную заготовку с помощью клея Момент, четыре капли которого наносятся по углам заготовки.
Так как клей схватывается всего за несколько минут, то сразу можно приступать к сверлению отверстий под радиодетали.
Сверление отверстий
Сверлить отверстия лучше всего с помощью специального мини сверлильного станка твердосплавным сверлом диаметром 0,7-0,8 мм. Если мини сверлильного станка в наличии нет, то можно просверлить отверстия маломощной дрелью простым сверлом. Но при работе универсальной ручной дрелью количество переломанных сверл будет зависеть от твердости Вашей руки. Одним сверлом точно не обойдетесь.
Если сверло зажать не удается, то можно его хвостовик обернуть несколькими слоями бумаги или одним слоем наждачной шкурки. Можно на хвостовик намотать плотно виток к витку тонкой металлической проволочки.
После окончания сверления проверяется, все ли просверлены отверстия. Это хорошо видно, если посмотреть на печатную плату на просвет. Как видно, пропущенных отверстий нет.
Нанесение топографического рисунка
Для того, чтобы места фольги на стеклотекстолите, которые будут токопроводящими дорожками, защитить при травлении от разрушения, их необходимо покрыть маской, устойчивой к растворению в водном растворе. Для удобства рисования дорожек, их лучше предварительно наметить с помощью мягкого простого карандаша или маркера.
Перед нанесением разметки нужно обязательно удалить следы клея Момент, которым приклеивался шаблон печатной платы. Так как клей не сильно затвердел, то его легко можно удалить, скатав пальцем. Поверхность фольги также нужно обязательно обезжирить с помощью ветоши любым средством, например ацетоном или уайт-спиртом (так называется очищенный бензин), можно и любым моющим средством для мытья посуды, например Ферри.
После разметки дорожек печатной платы можно приступать к нанесению их рисунка. Для рисования дорожек хорошо подходит любая водостойкая эмаль, например алкидная эмаль серии ПФ, разведенная до подходящей консистенции растворителем уайт-спиртом. Рисовать дорожки можно разными инструментами – стеклянным или металлическим рейсфедером, медицинской иглой и даже зубочисткой. В этой статье я расскажу, как рисовать дорожки печатных плат с помощью чертежного рейсфедера и балеринки, которые предназначены для черчения на бумаге тушью.
Раньше компьютеров не было и все чертежи чертили простыми карандашами на ватмане и затем переводили тушью на кальку, с которой с помощью копировальных аппаратов делали копии.
Нанесение рисунка начинают с контактных площадок, которые рисуют балеринкой. Для этого нужно отрегулировать зазор раздвижных губок рейсфедера балеринки до требуемой ширины линии и для установки диаметра круга выполнить регулировку вторым винтом отодвинув рейсфедер от оси вращения.
Далее рейсфедер балеринки на длину 5-10 мм наполняется с помощью кисточки краской. Для нанесения защитного слоя на печатную плату лучше всего подходит краска марки ПФ или ГФ, так как она медленно высыхает и позволяет спокойно работать. Краску марки НЦ тоже можно применять, но работать с ней сложно, так как она быстро сохнет. Краска должна хорошо ложиться и не растекаться. Перед рисованием краску нужно развести до жидкой консистенции, добавляя в нее понемногу при интенсивном перемешивании подходящий растворитель и пробуя рисовать на обрезках стеклотекстолита. Для работы с краской удобнее всего ее налить во флакон от маникюрного лака, в закрутке которого установлена кисточка, устойчивая к растворителям.
После регулировки рейсфедера балеринки и получения требуемых параметров линий можно приступить к нанесению контактных площадок. Для этого острая часть оси вставляется в отверстие и основание балеринки проворачивается по кругу.
При правильной настройке рейсфедера и нужной консистенции краски вокруг отверстий на печатной плате получаются окружности идеально круглой формы. Когда балеринка начинает плохо рисовать, из зазора рейсфедера тканью удаляются остатки подсохшей краски и рейсфедер заполняется свежей. чтобы обрисовать все отверстия на этой печатной плате окружностями понадобилось всего две заправки рейсфедера и не более двух минут времени.
Когда круглые контактные площадки на плате нарисованы, можно приступать к рисованию токопроводящих дорожек с помощью ручного рейсфедера. Подготовка и регулировка ручного рейсфедера не отличается от подготовки балеринки.
Единственное, что дополнительно понадобится, так это плоская линейка, с приклеенными на одной из ее сторон по краям кусочками резины, толщиной 2,5-3 мм, чтобы линейка при работе не скользила и стеклотекстолит, не касаясь линейки, мог свободно проходить под ней. Лучше всего подходит в качестве линейки деревянный треугольник, он устойчив и одновременно может служить при рисовании печатной платы опорой для руки.
Чтобы печатная плата при рисовании дорожек не скользила, желательно ее разместить на лист наждачной бумаги, представляющий собой два склепных между собой бумажными сторонами наждачных листа.
Если при рисовании дорожек и окружностей они соприкоснулись, то не стоит принимать никаких мер. Нужно дать краске на печатной плате подсохнуть до состояния, когда она не будет пачкать при прикосновении и с помощью острия ножа удалить лишнюю часть рисунка. Чтобы краска быстрее высохла плату нужно расположить в теплом месте, например в зимнее время на батарею отопления. В летнее время года - под лучи солнца.
Когда рисунок на печатной плате полностью нанесен и исправлены все дефекты можно переходить к ее травлению.
Технология нанесения рисунка печатной платы
с помощью лазерного принтера
При печати на лазерном принтере происходит перенос за счет электростатики образованного тонером изображения с фото барабана, на котором лазерный луч нарисовал изображение, на бумажный носитель. Тонер удерживается на бумаге, сохраняя изображение, только за счет электростатики. Для закрепления тонера бумага прокатывается между валиками, один из которых является термопечкой, разогретой до температуры 180-220°C. Тонер расплавляется и проникает в текстуру бумаги. После остывания тонер отвердевает и прочно удерживается на бумаге. Если бумагу опять нагреть до 180-220°C, то тонер опять станет жидким. Это свойство тонера и используется для переноса изображения токоведущих дорожек на печатную плату в домашних условиях.
После того, как файл с рисунком печатной платы готов, необходимо его распечатать с помощью лазерного принтера на бумажный носитель. Обратите внимание, изображение рисунка печатной платы для данной технологии должно иметь вид со стороны установки деталей! Струйный принтер для этих целей не подходит, так как работает на другом принципе.
Подготовка бумажного шаблона для переноса рисунка на печатную плату
Если напечатать рисунок печатной платы на обыкновенной бумаге для офисной техники, то из-за пористой ее структуры, тонер глубоко проникнет в тело бумаги и при переносе тонера на печатную плату, большая часть его останется в бумаге. В дополнение будут сложности с удалением бумаги с печатной платы. Придется ее долго размачивать в воде. Поэтому для подготовки фотошаблона необходима бумага, не имеющая пористую структуру, например фотобумага, подложка от самоклеящихся пленок и этикеток, калька, страницы от глянцевых журналов.
В качестве бумаги для печати рисунка печатной платы я использую кальку из старых запасов. Калька очень тонкая и печатать шаблон непосредственно на ней невозможно, она в принтере заминается. Для решения этой проблемы, нужно перед печатью на кусок кальки требуемого размера по углам нанести по капельке любого клея и приклеить на лист офисной бумаги А4.
Такой прием позволяет распечатывать рисунок печатной платы даже на самой тонкой бумаге или пленке. Для того, чтобы толщина тонера рисунка была максимальной, перед печатью, нужно выполнить настройку «Свойств принтера», отключив режим экономной печати, а если такая функция не доступна, то выбрать самый грубый тип бумаги, например картон или что то подобное. Вполне возможно с первого раза хороший отпечаток не получится, и придется немного поэкспериментировать, подобрав наилучший режим печати лазерного принтера. В полученном отпечатке рисунка дорожки и контактные площадки печатной платы должны быть плотными без пропусков и смазывания, так как ретушь на данном технологическом этапе бесполезна.
Осталось обрезать кальку по контуру и шаблон для изготовления печатной платы будет готов и можно приступать к следующему шагу, переносу изображения на стеклотекстолит.
Перенос рисунка с бумаги на стеклотекстолит
Перенос рисунка печатной платы является самым ответственным этапом. Суть технологии проста, бумага, стороной напечатанного рисунка дорожек печатной платы прикладывается к медной фольге стеклотекстолита и с большим усилием прижимается. Далее этот бутерброд разогревается до температуры 180-220°C и затем охлаждается до комнатной. Бумага отдирается, а рисунок остается на печатной плате.
Некоторые умельцы предлагают переносить рисунок с бумаги на печатную плату, используя электроутюг. Я пробовал такой способ, но результат получался нестабильным. Сложно обеспечить одновременно нагрев тонера до нужной температуры и равномерный прижим бумаги ко всей поверхности печатной платы при затвердевании тонера. В результате рисунок переносится не полностью и остаются пробелы в рисунке дорожек печатной платы. Возможно, утюг недостаточно нагревался, хотя регулятор был выставлен на максимальный нагрев утюга. Вскрывать утюг и перенастраивать терморегулятор не хотелось. Поэтому я воспользовался другой технологией, менее трудоемкой и обеспечивающей стопроцентный результат.
На вырезанную в размер печатной платы и обезжиренную ацетоном заготовку фольгированного стеклотекстолита приклеил по углам кальку с напечатанным на ней рисунком. На кальку сверху положил, для более равномерного прижима, пяток листиков офисной бумаги. Полученный пакет положил на лист фанеры и сверху накрыл листом такого же размера. Весь этот бутерброд зажал с максимальной силой в струбцинах.
Осталось нагреть сделанный бутерброд до температуры 200°C и остудить. Для нагрева идеально подходит электродуховка с регулятором температуры. Достаточно поместить сотворенную конструкцию в шкаф, дождаться набора заданной температуры и через полчаса извлечь плату для остывания.
Если электродуховки в распоряжении нет, то можно воспользоваться и газовой духовкой, отрегулировав температуру ручкой подачи газа по встроенному термометру. Если термометра нет или он неисправен, то могут помочь женщины, подойдет положение ручки регулятора, при котором пекут пироги.
Так как концы фанеры покоробило, на всякий случай зажал их дополнительными струбцинами. чтобы избежать подобного явления, лучше печатную плату зажимать между металлическими листами толщиной 5-6 мм. Можно просверлить в их углах отверстия и зажимать печатные платы, стягивать пластины с помощью винтов с гайками. М10 будет достаточно.
Через полчаса конструкция остыла достаточно, чтобы тонер затвердел, плату можно извлекать. При первом же взгляде на извлеченную печатную плату становится понятно, что тонер перешел с кальки на плату отлично. Калька плотно и равномерно прилегала по линиям печатных дорожек, кольцам контактных площадок и буквам маркировки.
Калька легко оторвалась практически от всех дорожек печатной платы, остатки кальки были удалены с помощью влажной ткани. Но все, же не обошлось без пробелов в нескольких местах на печатных дорожках. Такое может случиться в результате неравномерности печати принтера или оставшейся грязи или коррозии на фольге стеклотекстолита. Пробелы можно закрасить любой водостойкой краской, маникюрным лаком или заретушировать маркером.
Для проверки пригодности маркера для ретуши печатной платы, нужно нарисовать ним на бумаге линии и бумагу смочить водой. Если линии не расплывутся, значит, маркер для ретуши подходит.
Травить печатную плату в домашних условиях лучше всего в растворе хлорного железа или перекиси водорода с лимонной кислотой. После травления тонер с печатных дорожек легко удаляется тампоном, смоченным в ацетоне.
Затем сверлятся отверстия, лудятся токопроводящие дорожки и контактные площадки, запаиваются радиоэлементы.
Такой вид приняла печатная плата с установленными на ней радиодеталями. Получился блок питания и коммутации для электронной системы, дополняющий обыкновенный унитаз функцией биде .
Травление печатной платы
Для удаления медной фольги с незащищенных участков фольгированного стеклотекстолита при изготовлении печатных плат в домашних условиях радиолюбители обычно используют химический способ. Печатная плата помещается в травильный раствор и за счет химической реакции медь, незащищенная маской, растворяется.
Рецепты травильных растворов
В зависимости от доступности компонентов радиолюбители применяют один из растворов, приведенных в таблице ниже. Травильные растворы расположены в порядке популярности их применения радиолюбителями в домашних условиях.
| Наименование раствора | Состав | Количество | Технология приготовления | Достоинства | Недостатки |
|---|---|---|---|---|---|
| Перекись водорода плюс лимонная кислота | Перекись водорода (H 2 O 2) | 100 мл | В 3% растворе перекиси водорода растворить лимонную кислоту и поваренную соль | Доступность компонентов, высокая скорость травления, безопасность | Не хранится |
| Лимонная кислота (C 6 H 8 O 7) | 30 г | ||||
| Поваренная соль (NaCl) | 5 г | ||||
| Водный раствор хлорного железа | Вода (H 2 O) | 300 мл | В теплой воде растворить хлорное железо | Достаточная скорость травления, повторное использование | Невысокая доступность хлорного железа |
| Хлорное железо (FeCl 3) | 100 г | Перекись водорода плюс соляная кислота | Перекись водорода (H 2 O 2) | 200 мл | В 3% раствор перекиси водорода влить 10% соляную кислоту | Высокая скорость травления, повторное использование | Требуется высокая аккуратность |
| Соляная кислота (HCl) | 200 мл | ||||
| Водный раствор медного купороса | Вода (H 2 O) | 500 мл | В горячей воде (50-80°С) растворить поваренную соль, а затем медный купорос | Доступность компонентов | Ядовитость медного купороса и медленное травление, до 4 часов |
| Медный купорос (CuSO 4) | 50 г | ||||
| Поваренная соль (NaCl) | 100 г | ||||
Травить печатные платы в металлической посуде не допускается . Для этого нужно использовать емкость из стекла, керамики или пластика. Утилизировать отработанный травильный раствор допускается в канализацию.
Травильный раствор из перекиси водорода и лимонной кислоты
Раствор на основе перекиси водорода с растворенной в ней лимонной кислотой является самым безопасным, доступным и быстро работающим. Из всех перечисленных растворов по всем критериям это лучший.
Перекись водорода можно приобрести в любой аптеке. Продается в виде жидкого 3% раствора или таблеток под названием гидроперит. Для получения жидкого 3% раствора перекиси водорода из гидроперита нужно в 100 мл воды растворить 6 таблеток весом 1,5 грамма.
Лимонная кислота в виде кристаллов продается в любом продуктовом магазине, расфасованная в пакетиках весом 30 или 50 грамм. Поваренная соль найдется в любом доме. 100 мл травильного раствора хватит на удаление медной фольги толщиной 35 мкм с печатной платы площадью 100 см 2 . Отработанный раствор не хранится и повторному использованию не подлежит. Кстати, лимонную кислоту можно заменить уксусной, но из-за ее едкого запаха травить печатную плату придется на открытом воздухе.
Травильный раствор на основе хлорного железа
Вторым по популярности травильным раствором является водный раствор хлорного железа. Ранее он был самым популярным, так как на любом промышленном предприятии хлорное железо было легко достать.
Травильный раствор не требователен к температуре, травит достаточно быстро, но скорость травления снижается по мере расходования хлорного железа в растворе.
Хлорное железо очень гигроскопично и поэтому из воздуха быстро впитывает воду. В результате на дне банки появляется желтая жидкость. Это не влияет на качество компонента и такое хлорное железо пригодно для приготовления травильного раствора.
Если использованный раствор хлорного железа хранить в герметичной таре, то его можно использовать многократно. Подлежит регенерации, достаточно в раствор насыпать железных гвоздей (они сразу покроются рыхлым слоем меди). При попадании на любые поверхности оставляет трудноудаляемые желтые пятна. В настоящее время раствор хлорного железа для изготовления печатных плат применяют реже в связи с его дороговизной.
Травильный раствор на основе перекиси водорода и соляной кислоты
Отличный травильный раствор, обеспечивает высокую скорость травления. Соляную кислоту при интенсивном помешивании вливают в 3% водный раствор перекиси водорода тоненькой струйкой. Вливать перекись водорода в кислоту недопустимо! Но из-за наличия в травильном растворе соляной кислоты при травлении платы нужно соблюдать большую осторожность, так как раствор разъедает кожу рук и портит все, на что попадает. По этой причине травильный раствор с соляной кислотой в домашних условиях использовать не рекомендуется.
Травильный раствор на основе медного купороса
Метод изготовления печатных плат с применение медного купороса обычно используют в случае невозможности изготовления травильного раствора на основе других компонентов из-за их недоступности. Медный купорос является ядохимикатом и широко применяется для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. В дополнение время травления печатной платы составляет до 4 часов, при этом необходимо поддерживать температуру раствора 50-80°С и обеспечить постоянную смену раствора у стравливаемой поверхности.
Технология травления печатных плат
Для травления платы в любом из вышеперечисленных травильных растворов подойдет стеклянная, керамическая или пластиковая посуда, например от молочных продуктов питания. Если под рукой подходящего размера емкости не оказалось, то можно взять любую коробку из плотной бумаги или картона подходящего размера и выстелить ее внутренность полиэтиленовой пленкой. В емкость наливается травильный раствор и на его поверхность аккуратно рисунком вниз кладется печатная плата. За счет сил поверхностного натяжения жидкости и небольшого веса плата будет плавать.
Для удобства к центру платы клеем момент можно приклеить пробку от пластиковой бутылки. Пробка одновременно будет служить ручкой и поплавком. Но тут есть опасность, что на плате образуются пузырьки воздуха и в этих местах медь не вытравится.
Чтобы обеспечить равномерное вытравливание меди можно положить печатную плату на дно емкости вверх рисунком и периодически покачивать ванночку рукой. Через некоторое время, в зависимости от травильного раствора, начнут появляться участки без меди, а затем медь растворится полностью на всей поверхности печатной платы.
После окончательного растворения меди в травильном растворе печатную плату извлекают из ванночки и тщательно промывают под струей проточной воды. Тонер удаляется с дорожек ветошью, смоченной в ацетоне, а краска хорошо удаляется ветошью, смоченной в растворителе, который добавлялся в краску для получения нужной ее консистенции.
Подготовка печатной платы к монтажу радиодеталей
Следующий шаг, это подготовка печатной платы к монтажу радиоэлементов. После снятия с платы краски, дорожки нужно обработать круговыми движениями мелкой наждачной бумагой. Увлекаться не нужно, потому что медные дорожки тонкие и можно легко их сточить. Достаточно всего нескольких проходов абразивом со слабым прижимом.
Далее токоведущие дорожки и контактные площадки печатной платы покрываются спирто-канифольным флюсом и лудятся мягким припоем эклектрическим паяльником. чтобы отверстия на печатной плате, не затягивались припоем, его на жало паяльника нужно брать немного.
После завершения изготовления печатной платы, останется только вставить в предназначенные позиции радиодетали и запаять их выводы к площадкам. Перед пайкой ножки деталей нужно обязательно смочить спирто-канифольным флюсом. Если ножки радиодеталей длинные, то их нужно перед пайкой обрезать бокорезами до длины выступания над поверхностью печатной платы 1-1,5 мм. После окончания монтажа деталей нужно удалить остатки канифоли с помощью любого растворителя - спирта, уайт-спирта или ацетона. Они все успешно растворяют канифоль.
На воплощение этой простой схемы емкостного реле от разводки дорожек для изготовления печатной платы до создания действующего образца ушло не более пяти часов, гораздо меньше, чем на верстку этой страницы.