Самому сделать плату в домашних условиях. Создание печатной платы методом лазерного утюга. Технология травления печатных плат
» Печатная плата электроники – инструкция изготовления
Практика конструирования и монтажа, напрямую связанная с электроникой, никак не обходится без главной детали – печатной платы. Начальная разработка какого-нибудь электронного устройства, конечно, допустима с помощью навесного монтажа. Однако полноценную печатную плату всё равно придётся делать, если речь идёт о серьёзном электронном устройстве. Существуют два варианта: заказать изготовление печатной платы в сервисе или сделать печатную плату своими руками непосредственно дома. Первый вариант требует солидных финансовых вложений и двух-трёх недель ожидания. Второй не требует ничего, кроме личного желания, куска фольгированного текстолита и небольшого количества хлорного железа.
Вот такой результат работы вполне возможно получить в домашних условиях, используя простые доступные средства, инструменты, материалы
Если же освоить все тонкости производства и запастись необходимым материалом, не исключается изготовление печатных плат дома, если не в промышленных масштабах, так в количествах достаточных для бизнеса.
Существует несколько технологий прорисовки и травления миниатюрных дорожек на фольгированном текстолите. Начиная от метода простого рисунка электронной схемы лаком для ногтей с последующим химическим травлением, и заканчивая автоматической лазерной разводкой и микронной резкой.
Однако для домашних условий требуется методика особая – эффективная, но одновременно бюджетная и относительно несложная.
Изготовление печатных плат в домашних условиях
Здесь – в рамках своего рода учебного пособия, рассматривается с использованием технологии переноса тонера лазерным принтером.
Этот метод разработан давно, но до сих пор сопровождается массой новых советов и приемов, благодаря которым эффективность только повышается.
Что потребуется домашнему электронщику?
- программа разработки дизайна,
- лазерный принтер,
- любой глянцевый журнал,
- утюг бытовой,
- одна-две пластиковых тары,
- небольшая кисточка или зубная щетка,
- резиновые перчатки,
- хлорное железо,
- фольгированный текстолит.
Практически все компоненты списка можно найти в бытовом хозяйстве. Исключение составляют: хлорное железо и текстолит с фольгой.
Два материала: хлорид железа и фольгированный текстолит, которые потребуется купить. Всё остальное обычно имеется в наличии среди предметов и материалов домашнего хозяйства
Эти два пункта списка закрываются через посещение радиоэлектронного магазина или радио-рынка. Такие торговые точки имеются в любом среднем по величине населённом пункте. В крайнем случае, можно заказать оба компонента через интернет.
Между тем, хлорное железо вполне заменимо другим химическим веществом, полученным на основе смеси медного купороса (МК) и обычной поваренной соли (ПС). Смесь делается в соотношении 1 часть МК на 2 части ПС, разведённых в 0,5 л кипятка.
Обычно на изготовление средней по размерам электронной печатной платы достаточно взять 4 столовых ложки МК и 2 столовых ложки ПС. Залитую кипятком порошковую смесь тщательно размешать и дать отстояться.
Единственное отличие такого раствора от FeCl 3 – несколько увеличенное время травления. Но с другой стороны – смесь на медном купоросе безопаснее FeCl 3 . Медный купорос (порошковый) доступен в любом хозяйственном магазине.
Создание дизайна печатной платы
Для создания дизайна рисунка ПП оптимальной видится компьютерная программа «KiCad » – профессиональное средство рисования электронных печатных плат, но при этом бесплатное.
Программное обеспечение «KiCad» обеспечивает пользователя функцией маршрутизации кисти, благодаря чему легко разводить дифференциальные пары, интерактивно настраивать длину трассировки.
Рабочее окно программы KiCad — профессионального средства разводки, без которого никак не обойтись в процессе изготовления печатной платы. ПО распространяется бесплатно
Отпечаток тонера на глянцевой странице журнала. Как видно из рисунка, качество печати достаточно высокое. Такой же след должен получиться на фольге печатной платы
Фактор присутствия сторонних изображений не оказывает никакого влияния на процесс. Рисунок тонером принтера в любом случае остаётся на глянцевой поверхности страницы журнала (бумаги). А это именно тот результат, который требуется получить.
Желательно дважды (на двух разных страницах) провести печать, чтобы удостовериться, что напечатанный рисунок не имеет пятен, мазков, иных дефектов.
Перенос разводки с принтера на фольгу
Если след разводки печатной платы качественно выдан лазерным принтером, глянцевую страницу журнала с полученным оттиском следует аккуратно извлечь из принтера и поместить рисунком вниз на медную поверхность текстолита.
Термическая обработка печатной платы с помощью обычного хозяйственного утюга. Температура нагрева — максимум. Иначе страдает качество переноса
Нагретой подошвой утюга прижимают журнальный лист с напечатанной разводкой схемы к поверхности фольгированного текстолита. Выдерживают утюг на листе без движений в течение примерно 30 секунд.
Далее необходимо плавными круговыми движениями разгладить утюгом поверхность листа в течение 2-3 минут. За этот промежуток времени термальной обработкой, тонер намертво прилипает к медному покрытию текстолита.
Результат переноса оттиска тонера от журнальной страницы на медное покрытие текстолита. Выглядит не хуже варианта промышленного изготовления
Завершением процесса переноса отпечатка на медную фольгу текстолита является удаление приклеенного листа журнала. Здесь требуется терпение и аккуратность.
Андреев С.
В домашних условиях можно изготавливать печатные платы. по качеству практически ничем не уступающие заводскому изготовлению. Соблюдая определённый порядок действий, Вы сами сможете повторить это для ваших самоделок.
Сначала необходимо подготовить рисунок печатных дорожек. Как развести печатную плату здесь обсуждаться не будет, предположим что рисунок уже есть, взят из журнала, интернета, или нарисован вами лично или при помощи специальной программы. Подготовка рисунка зависит от того каким способом предполагается нанести рисунок печатных дорожек на заготовку. Сейчас наиболее популярны три способа, - ручное рисование с помощью несмываемого маркера, способ «лазерного утюга» и фотоэкспонирование на фоторезист.
Первый способ
Первый способ годится для несложных плат. Здесь конечным пунктом подготовки рисунка должно быть изображение на бумаге в масштабе 1:1, вид со стороны дорожек. Хорошо если уже есть бумажное изображение 1:1, например, в журнале «Радиоконструктор» в основном все платы 1:1. Но в других изданиях и особенно в интернете бывает не все так гладко.
Если есть бумажное изображение в другом масштабе его нужно соответственно увеличить или уменьшить, например, с помощью копирования на ксероксе с масштабированием. Либо отсканировать в компьютер в графический файл и в каком-нибудь графическом редакторе (например, в Adobe Photoshop) привести размеры к 1:1 и распечатать на принтере. Это же касается и рисунков плат, полученных из интернета.
Итак, бумажный рисунок 1:1 вид со стороны дорожек есть. Берем заготовку из фольгированного стеклотекстолита, немного зашкуриваем фольгу «нулевкой», накладываем на заготовку бумажный рисунок, прикрепляем его чтобы не двигался, например, скотч-лентой. И шилом или метчиком прокалываем бумагу в точках где должны быть отверстия, причем так чтобы остался отчетливо видный, но неглубокий след на фольге.
Следующий этап, - снимаем бумагу с заготовки. В отмеченных местах сверлим отверстия необходимого диаметра. Затем, глядя на рисунок дорожек, рисуем несмываемым маркером печатные дорожки и монтажные площадки. Рисовать начинаем с монтажных площадок, а потом соединяем их линиями. Там где нужны толстые линии проводим маркером несколько раз. Или рисуем контур толстой линии, а потом плотно закрашиваем внутри. Травление рассмотрим позже.
Второй способ
Второй способ радиолюбители обозвали «лазерным утюгом». Способ популярный, но весьма капризный. Необходимые инструменты, - лазерный принтер со свежим картриджем (заправленный картридж, по моему опыту, вообще не годится для этого дела), утюг бытовой обычный, весьма хитрая бумага.
Итак, подготовка рисунка. Рисунок должен быть черным (без полутонов, цвета), в масштабе 1:1, и более того, он должен быть в зеркальном изображении. Всего этого можно добиться обработкой рисунка на ПК в каком-нибудь графическом редакторе. Выше указанный Adobe Photoshop вполне сгодится, хотя даже простейшая программа Paint из стандартного набора Windows позволяет сделать зеркальное отображение.
Результатом подготовки рисунка должен быть графический файл с изображением в масштабе 1:1, черно-белый, без полутонов и цвета, который можно распечатать на лазерном принтере.
Другой вопрос, важный и тонкий, - о бумаге. Бумага должна быть плотная и в тоже время тонкая, так называемая, мелованная (обычная «для ксерокса» хороших результатов не дает). Где её взять? Вот это главный вопрос. В продаже она бывает только толстая - для фотографий. А нам нужна тонкая. Поищите в почтовом ящике! Очень многие рекламные буклеты сделаны именно на такой бумаге, - тонкая, гладкая, глянцевая. На наличие цветных картинок внимания не обращайте, - нам они никак не помешают. Впрочем, нет, если печать сделана некачественно, то есть, картинки пачкают пальцы, - такая рекламная продукция нам не подойдет.
Дальше печатаем свой файл на этой бумаге и смотрим что получилось. Как я уже сказал выше, принтер должен быть со свежим картриджем (и барабаном, если барабан отдельно от картриджа). В установках притера нужно выбрать режим печати с наибольшей плотности отпечатка, в разных принтерах этот режим называется по разному, например, «Яркость», «Dark», «Контрастность». И никаких экономичных или черновых (в смысле, «черновик») режимов.
Все это необходимо так как нужен плотный и равномерный рисунок, с дорожками изображенными достаточно толстым слоем тонера без прерываний, светлых полос, которые могут быть при работе изношенного барабана картриджа. В противном случае рисунок будет неравномерным по толщине тонера и это приведет к тому что на готовой плате в этих местах будут прерывания дорожек.
Печатаем рисунок, вырезаем ножницами так чтобы было немного по краям лишнего, накладываем рисунок на заготовку тонером к фольге, а лишнее заворачиваем под плату так чтобы эти части были прижаты платой лежащей на столе и не давали рисунку перемещаться. Берем обычный утюг без отпаривания разогреваем его до максимальной температуры. Плавно приглаживаем, не допуская смещений рисунка.
Не переусердствуйте, так как от излишнего давления тонер размажется и некоторые дорожки сольются. Плохо обработанные кромки заготовки также не дадут хорошо пригладить тонер к заготовке.
В общем, суть процесса в том, что тонер лазерного принтера плавится и при расплавлении прилипает к фольге. Теперь ждем пока заготовка остывает. Как остынет кладем минут на 10-15 в посуду с теплой водой. Мелованная бумага размягчается и начинает отставать от платы. Если бумага не отстает, аккуратно пытаемся скатать бумагу пальцами рук под струей воды.
На заготовке будет видна разводка покрытая тонким слоем лохматой бумаги. Сильно стараться скатать всю бумагу не нужно, так как можно таким усердием содрать и тюнер с фольги. Важно чтобы лохмотья бумаги не висели, а между дорожками бумаги не должно быть вообще.
Третий способ
Третий способ, - фотоэкспонирование на слой фоторезиста. Фоторезист продается в магазинах радиодеталей. Обычно прилагается инструкция. Следуя этой инструкции нужно нанести фоторезист на заготовку, и когда он будет готов проэкспонировать на него рисунок разводки платы. Затем обработать специальным раствором - проявителем. Освещенные участки смоются, а на неосвещенных останется пленка.
Рисунок должен быть подготовлен так же как и для «лазерного утюга», но печатать нужно на прозрачной пленке для принтера. Эту пленку накладывают на обработанную фоторезистом заготовку (тонером к заготовке) и экспонируют согласно инструкции. Данный способ сложен, требует наличия фоторезиста, проявляющего раствора и строго соблюдения инструкции, но он позволяет получить разводку практически заводского качества.
К тому же, принтер не обязательно должен быть лазерным, - подойдет и струйный, при условии что печатать будете на прозрачной пленке для струйных принтеров.Экспонируя пленку всегда нужно накладывать на заготовку стороной на которое тонер, прижимать стеклом для ровности прилегания. Если прилегание будет неплотным, или положите пленку другой стороной изображение получится некачественным так как дорожки расплывутся из-за нарушения фокуса.
Травление печатной платы
Теперь о травлении. Несмотря на множество альтернативных способов травления наиболее эффективно старое доброе «хлорное железо». Это раньше его было не достать, а сейчас продается в баночках практически в любом магазине радиодеталей.
Нужно сделать раствор хлорного железа, на баночке обычно есть инструкция сколько содержимого баночки на сколько воды. Практически получается на стакан воды четыре чайные ложки с горкой порошка. Хорошенько перемешиваем. При этом может происходить сильное тепловыделение и даже вскипание на поверхности и произойти разбрызгиванием, так что действуйте осторожно.
Травить удобнее всего в ванночке для фотопечати, но можно и в обычной керамической тарелке (в металлической миске нельзя ни в коем случае!). Плата должна быть расположена дорожками вниз и находиться в подвешенном состоянии. Я просто кладу в тарелку или ванночку четыре малениких специально подготовленных с помощью напильника осколочка обычного строительного кирпича, так чтобы плата лежала уголками на них.
Теперь остается только налить раствор в эту емкость и аккуратно положить плату на эти подпорки. Некоторые предпочитают класть плату на поверхность раствора так чтобы её удерживало поверхностное натяжение воды, но мне такой способ не нравится потому что плата тяжелее воды и при любом даже незначительном сотрясении потонет.
В зависимости от концентрации и температуры раствора стравливание занимает от 10 мин до 1 часа. Для ускорения процесса травления можно создать вибрацию, например, рядом на стол положить работающий электромоторчик. А подогревать раствор можно обычной лампой накаливания (поставив ванночку под настольную лампу).
Необходимо отметить, что остатки мела (от мелованной бумаги) на тонере вступают в реакцию с раствором хлорного железа, образуются пузырьки, которые препятствуют травлению. В таком случае нужно периодически вынимать плату и промывать водой.
Кроме наиболее удобного и эффективного по моему мнению способа травления в растворе хлорного железа существуют и другие варианты. Например, травление в азотной кислоте. Травление происходит очень быстро, и с выделением теплоты. Раствор азотной кислоты должен быть концентрацией не более 20%. После травления, чтобы нейтрализовать кислоту, необходимо промывать плату раствором питьевой соды.
Способ дает быстрое травление, но имеет и много недостатков. Во-первых, если заготовку немного передержать могут быть сильные подтравы дорожек. А во-вторых, и это самое важное, способ очень опасный для здоровья. Кроме того что сама азотная кислота может вызвать химические ожоги при попадании на кожу, так еще и при травлении выделяет ядовитый газ - окись азота. Так что данный способ я очень не рекомендую.
Еще один способ - травление в растворе смеси медного купороса и поваренной соли. Данный способ активно применялся в «до перестроечные времена», когда хлорное железо, как и многое другое, отсутствовало в свободной продаже, а вот удобрения для огорода были относительно доступны.
Последовательность приготовления раствора такова, - сначала наливаете в ванночку из пластмассы или стекла, керамики воду. Затем насыпаете поваренную соль из расчета две столовые ложки на стакан воды. Размешиваете неметаллической палочкой до полного растворения соли, и добавляете медный купорос из расчета - одна столовая ложка на стакан воды. Снова размешиваете. Погружаете в раствор плату.
Фактически травление происходит в поваренной соли, а медный купорос работает как катализатор. Главный недостаток такого способа, - очень длительное травление, которое может быть от нескольких часов и доходить до суток. Немного ускорить процесс можно подогревая раствор до 60-70°С. Часто оказывается что одной порции недостаточно на всю плату и раствор приходится выливать и приготовлять снова и снова. Этот способ по всем параметрам уступает травлению в хлорном железе, и его можно рекомендовать только если хлорное железо приобрести невозможно.
Травление в электролите для автомобильных аккумуляторов. Электролит стандартной плотности нужно разбавить водой в полтора раза. Затем добавляют 5-6 таблеток перекиси водорода. Травление происходит по скорости примерно так же как в растворе хлорного железа, но присутствуют все те же минусы, что и при травлении в азотной кислоте, так как электролит представляет собой водный раствор серной кислоты. Попадание на кожу приводит к ожогам, в процессе травления выделяется ядовитый газ.
После травления нужно удалить краску, фоторезист или тонер с поверхности печатных дорожек. Рисунок маркером легко удаляется практически любым растворителем для красок, или спиртом, бензином, одеколоном. Фоторезист можно удалить уайт-спиртом или ацетоном. А вот тонер самый стойкий к химии материал. Его только счищать механически. При этом нужно не повредить сами дорожки.
Очищенную от краски (тонера, фоторезиста) заготовку нужно промыть водой, просушить и перейти к сверлению отверстий. Диаметр сверла зависит от диаметра нужного отверстия. Сверла - для металла.
Сверить мне лично удобнее всего компактной аккумуляторной дрелью-шуруповертом. При этом плату я располагаю вертикально, привинтив её шурупами к деревянному бруску, закрепленному в тисках. Дрель перемещаю горизонтально опираясь рукой о стол. Но на маленьком сверлильном станке конечно будет лучше. Многие пользуются миниатюрными бурами для гравировки, но у меня такого оборудования нет.
Кстати, питать дрель-шуруповерт можно и от лабораторного источника питания, предварительно сняв аккумулятор, подавая напряжение прямо на контакты («крокодилами»). Это удобно тем что без аккумулятора дрель значительно легче, ну, плюс аккумулятор не разряжается или можно пользоваться инструментом с неисправным аккумулятором.
Ну вот плата и готова.
При изготовлении печатных плат дома, самый простой и распространенный метод, это метод ЛУТ.
Этот способ не лишен недостатков. Если тонер нагреть слабо, то он не прилипнет к фольге печатной платы, сильно нагреть- он смажется. Надо подбирать качество печати, если тонера будет много – он размажется, дорожки, при маленьких промежутках, могут слипнуться друг с другом. Плохо прогреть напечатанную плату, и часть дорожек не отпечатается, особенно это часто случается в углах печатных плат.
Я расскажу вам о способе перевода распечатанного рисунка на фольгу без нагрева. Рисунок не будет смазываться, тонер с бумаги переносится весь. Для этого понадобится два дешевых химических компонента: спирт и ацетон.
Вместо ацетона можно использовать любое другое вещество, которое хорошо растворяет тонер.
Спирт не реагирует с тонером, это знает каждый, кто пытался оттереть им печатную плату после травления, но он быстро улетучивается. Он нужен для того, чтобы разбавить ацетон.
Ацетон отлично растворяет тонер и тоже быстро испаряется. Если попытаться использовать его в чистом виде- он смажет ваш рисунок, как на фото.
На печатной плате получится какая-то размазня.
В каких пропорциях смешивать ацетон и спирт?
Понадобится три части ацетона и восемь частей спирта. Все это надо перемешать и залить в какую-нибудь емкость с плотной крышкой. Важно, чтобы емкость не растворялась ацетоном.
Как пользоваться смесью?
Наберите не много получившейся смеси в шприц,
Нанесите ее на предварительно зачищенную от окислов и хорошо обезжиренную (это важно), будущую печатную плату (не на распечатку). После этого положите на нее вашу распечатку. Особо можно не торопиться, смесь не выветривается моментально. Слегка нажмите на бумагу, чтобы она полностью прилегла к плате и пропиталась раствором,
Подождите 10-15 сек., вы увидите, когда бумага пропитается,
После этого прижмите бумагу сильно, прижимайте бумагу строго перпендикулярно, чтобы она не сдвинулась. Подождите еще 10-20 сек. За это время тонер вступит в реакцию с ацетоном, станет липким и приклеится к плате. Бумажными салфетками промокните остатки жидкости, подождите, пока бумага высохнет, после этого опустите плату в воду, чтобы бумага намокла, и отклейте ее. Весь тонер останется на плате, а бумага будет чистая. После этого промойте плату от остатков ацетона. Все. Можно травить печатную плату.
На фото, я снял бумагу не размачивая ее в воде и тонер местами остался.
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 этой заметке я разберу популярные способы для создания печатных плат самостоятельно в домашних условиях: ЛУТ, фоторезист, ручное рисование. А также с помощью каких программ лучше всего рисовать ПП.
Когда-то электронные устройства монтировали с помощью навесного монтажа. Сейчас так собирают разве что ламповые аудиоусилители. В массовом ходу печатный монтаж, который преквратился уже давно в настоящую отрасль со своими хитростями, особенностями и технологиями. А хитростей там немало. Особенно при создании ПП для высокочастотных устройств. (Думаю, что сделаю как-нибудь обзор литературы и особенностей проектирования расположения проводников ПП)
Общий принцип создания печатных плат (ПП) заключается в том, чтобы на поверность из непроводящего ток материала нанести дорожки, которые этот самый ток проводят. Дорожки соединяют радиодетали согласно требуемой схеме. На выходе получается электронное устройство, которое можно трясти, носить, иногда даже мочить без боязни его повредить.
В общих чертах технология создания печатной платы в домашних условиях состоит из нескольких шагов:
- Выбрать подходящий фольгированный стеклотекстолит. Почему текстолит? Его проще достать. Да и подешевле получается. Зачастую для любительского устройства этого достаточно.
- Нанести на текстолит рисунок печатной платы
- Стравить лишнюю фольгу. Т.е. убрать лишнюю фольгу с участков платы, на которых нет рисунка проводников.
- Просверлить отверстия под выводы компонентов. Если требуется просверлить отверстия под компоненты с выводами. Для чип компонентов этого очевидно не требуется.
- Залудить токоведущие дорожки
- Нанести паяльную маску. Опционально, если хочешь внешне приблизить свою плату к заводским.
Другой вариант -- это просто заказать свлю плату на заводе. Сейчас множество компаний предоставляют услуги по производсту печатных плат. Получишь отличную заводскую печатную плату. Различаться с любительской они будут не только наличием паяльной маски, но и многими другими параметрами. Например, если у тебя двусторонняя ПП, то на плату бедт присутствовать металлизация отверстий. Можно выбирать цвет паяльной маски и т.д. Преимуществ море, только успевай отслюнявливать деньги!
Шаг 0
Прежде, чем изготавливать ПП, она должна быть где-то нарисована. Можно по старинке нарисовать её на миллиметровой бумаге и потом переносить рисунок на заготовку. А можно воспользоваться одной из многочисленных программ для создания печатных плат. Программы эти называются общим словом САПР (CAD). Из доступных радиолюбителю можно назвать DeepTrace (беспл. версия), Sprint Layout, Eagle (можно конечно найти и специализированные типа Altium Designer)
С помощью этих программ можно не только нарисовать ПП, но и подготовить её к производству в заводских условиях. Вдруг захочется заказать десяток платок? А если не захочется, то такую ПП удобно распечатать и с помощью ЛУТ или фоторезиста изготовить самостоятельно. Но об этом ниже.
Шаг 1
Итак, заготовку для ПП условно можно разделить на две части: непроводящая основа и проводящее покрытие.
Заготовки для ПП бывают разные, но чаще всего они различаются материалом непроводящего слоя. Можно встретить такую подложку из гетинакса, стеклотекстолита, гибкая основа из полимеров, композиции целлюлозной бумаги и стеклоткани с эпоксидной смолой, даже металлическая основа бывает. Все эти материаллы разлиаются своими физическими и механическими свойствами. И на производстве материал для ПП выбирается исходя из экономических соображений и технических условий.
Для домашних ПП я рекомендую фольгированный стеклотекстолит. Легко достать и цена приемлемая. Гетинаксы наверно дешевле, но лично я их терпеть не могу. Если ты разбирал хоть одно массовое китайское устройство, то наверно видел из чего там сделаны ПП? Они ломкие, а при пайке воняют. Пусть китайцы это нюхают.
В зависимости от собираемого устройства и условий его эксплуатации можно выбрать подходящий текстолит: односторонний, двусторонний, с разной толщиной фольги (18 мкм, 35 мкм и т.д. и т.п.
Шаг 2
Для нанесения рисунка ПП на фольгированную основу радиолюбители отработали множество методов. Среди них два самых популярных в нынешнее время: ЛУТ и фоторезист. ЛУТ -- это сокращение от "лезерно утюжная технология". Как и следует из названия потребюутся лазерный принтер, утюг и глянцевая фотобумага.
ЛУТ
На фотобумагу печатается рисунок в отзеракленном виде. Затем он накладывается на фольгированный текстолит. И хорошенько прогревается утюгом. Под воздействием температуры тонер с глянцевой фотобумаги прилипает к медной фольге. После прогрева плата отмачивается в воде и бумага аккуратно убирается.
На фото выше как раз плата после травления. Черный цвет токоведущих дорожек из-за того, что они еще покрыты затвердевшим тонером от принтера.
Фоторезист
Это более сложная технология . Но и результат с его помощью можно получить более качественный: без протравов, более тонкие дорожки и т.д. Процесс похож на ЛУТ, но рисунок ПП печатается на прозрачной пленке. Таким образом получается шаблон, который можно использовать многократно. Затем на текстолит наносится "фоторезист" -- чувствительная к ультрафиолету пленка или жидкость (фоторезист бывает разным).
Затем поверх фоторезиста прочно закрепляется фотошаблон с рисунком ПП и затем этот бутерброд облучается ультрафиолетовй лампой четко отмеренное время. Надо сказать, что рисунок ПП на фотошаблоне печатается инвертированным: дорожки прозрачные, а пустоты темные. Делается это для того, чтобы при засветке фоторезиста незакрытые шаблоном участки фоторезиста среагировали на ультрафиолет и стали нерастворимыми.
После засветки (или экспонирования, как это называют спецы) плата и "проявляется" -- засвеченные участки становятся тёмными, незасвеченные -- светлыми, так как там фоторезист просто растворился в проявителе (обычная кальцинированная сода). Затем плата травится в растворе, а после фоторезист удаляется, к примеру, ацетоном.
Виды фоторезиста
В природе обитает несколько видов фоторезиста: жидкий, самоклеющаяся плёнка, позитивный, негативный. В чем разница и как выбрать себе подходящий? На мой взгляд в любительском применении особой разницы нет. Тут уж как ты наловчишься, тот вид применять и будешь. Я выделил бы только два основных критерия: цена и на сколько удобно лично мне пользоваться тем или иным фоторезистом.
Шаг 3
Травление заготовки ПП с нанесённым рисунком. Растворить незащищенную часть фолги с ПП можно множеством способов: травление в персульфате аммония, хлорном железе, . Мне нравится последний способ: быстро, чисто, дешево.
Помещаем заготовку в раствор для травления, ждем минут 10, вынимаем, промываем, зачищаем дорожки на плате и переходим к следующему этапу.
Шаг 4
Плату можно залудить либо сплавом Розе, либо Вуда, лубо просто покрыть дорожки флюсом и пройтись по ним паяльником с припоем. Сплавы Розе и Вуда -- многокомпонентные легкоплавкие сплавы. А сплав Вуда ещё и кадмий содержит. Так то в домашних условиях проводить такие работы следует под вытяжкой с фильтром. Идеально иметь простенький дымоуловитель. Ты же хочешь жить долго и счастливо?:=)
Шаг 6
Пятый шаг я пропущу, там всё понятно. А вот нанесение паяльной маски довольно интересный и не самый простой этап. Так что давай изучим его подробней.
Паяльная маска используется в процессе создания ПП для того, чтобы защитить дорожки платы от окислений, влаги, флюсов при монтаже компонентов, а также, чтобы облегчить сам монтаж. Особенно, когда используются SMD-компоненты.
Обычно, чтобы защитить дорожки ПП без маски от хим. и мех воздействий матерые радиолюбители такие дорожки покрывают слоем припоя. После лужения такая плата часто выглядит как-то не очень красиво. Но хуже, что в процессе лужения можно перегреть дорожки или повесить между ними "соплю". В первом случае проводник отвалится, а во втором придётся удалять такие нежданные "сопли", чтобы устранить короткое замыкание. Еще одним минусом является увеличение ёмкости между такими проводниками.
Прежде всего: паяльная маска довольно токсична. Все работы следует проводить в хорошо проветриваемом помещении (а лучше под вытяжкой), а также избегать попадания маски на кожу, слизистые оболочки и в глаза.
Не могу сказать, что процесс нанесения маски довольно сложный, но все же требует большого числа шагов. После обдумывания решил, что дам ссылку на более-менее подробное описание нанесения паяльной маски, так как нет сейчас возможности самостоятельно продемонстрировать процесс.
Творите, ребята, это интересно =) Создания ПП в наше время сродни не просто ремеслу, а целому искусству!
