Печатная плата - это диэлектрическая пластина, на поверхность которой нанесены токопроводящие дорожки и подготовлены места для монтажа электронных компонентов. Электрорадиодетали устанавливают на плату обычно с помощью пайки.
Устройство печатной платы
Электропроводящие дорожки платы выполнены из фольги. Толщина проводников составляет, как правило, 18 или 35 мкм, реже 70, 105, 140 мкм. На плате имеются отверстия и контактные площадки для монтажа радиоэлементов.
Отдельные отверстия служат для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы. На внешние стороны платы нанесено специальное защитное покрытие и маркировка.
Этапы создания печатной платы
В радиолюбительской практике часто приходится иметь дело с разработкой, созданием и изготовлением различных электронных устройств. Причем любой прибор можно построить на печатной или обычной плате с навесным монтажом. Печатная плата работает гораздо лучше, надежнее и выглядит привлекательнее. Создание ее предполагает выполнение ряда операций:
Подготовка макета;
Нанесение рисунка на текстолит;
Травление;
Лужение;
Установка радиоэлементов.
Изготовление печатных плат - сложный, трудоемкий, интересный процесс.
Разработка и изготовление макета
Чертеж платы можно выполнить вручную или на компьютере с помощью одной из специальных программ.
Вручную лучше всего выполнять рисунок платы на бумаге от самописцев в масштабе 1:1. Подходит также миллиметровая бумага. Устанавливаемые электронные компоненты должны изображаться в зеркальном отражении. Дорожки одной стороны платы изображаются сплошными линиями, а другой - пунктирными. Точками отмечаются места крепления радиоэлементов. Вокруг этих мест рисуют паечные площадки. Все чертежи обычно выполняют рейсфедером. Вручную, как правило, делают простые рисунки, более сложные схемы печатных плат разрабатывают на компьютере в специальных приложениях.
Чаще всего используют простую программу Sprint Layout. Для печати годится только лазерный принтер. Бумага должна быть глянцевая. Главное, чтобы тонер не въедался, а оставался сверху. Принтер нужно настроить так, чтобы толщина тонера чертежа была максимальной.
Промышленное производство печатных плат начинается с ввода принципиальной схемы прибора в систему автоматизированного проектирования, которая создает чертеж будущей платы.
Подготовка заготовки и сверление отверстий
Прежде всего необходимо вырезать кусок текстолита с заданными размерами. Обработать края напильником. Закрепить чертеж на плате. Подготовить инструмент для сверления. Сверлить прямо по чертежу. Сверло должно быть хорошего качества и соответствовать диаметру наименьшего отверстия. Если есть возможность, нужно использовать сверлильный станок.
Сделав все необходимые отверстия, снять чертеж и рассверлить каждое отверстие до заданного диаметра. Зачистить мелкой шкуркой поверхность платы. Это необходимо для устранения заусениц и для улучшения сцепления краски с платой. Для удаления следов жира провести обработку платы спиртом.
Нанесение рисунка на стеклотекстолит
Чертеж платы на текстолит можно нанести вручную или с помощью одной из многих технологий. Наибольшей популярностью пользуется лазерно-утюжная технология.
Нанесение рисунка вручную начинают с обозначения монтажных площадок вокруг отверстий. Их наносят с помощью рейсфедера или спички. Отверстия соединяют дорожками в соответствии с чертежом. Чертить лучше нитрокраской, в которой растворена канифоль. Такой раствор обеспечивает прочное сцепление с платой и хорошую устойчивость при травлении с высокой температурой. В качестве краски можно использовать асфальтобитумный лак.
Изготовление печатных плат с помощью лазерно-утюжной технологии дает неплохие результаты. Важно правильно и аккуратно выполнять все операции. Обезжиренную плату нужно положить на ровную поверхность медью вверх. Сверху аккуратно разместить рисунок тонером вниз. Дополнительно положить еще несколько листов бумаги. Полученную конструкцию прогладить горячим утюгом примерно 30-40 секунд. Под воздействием температуры тонер должен перейти из твердого состояния в вязкое, но не в жидкое. Дать плате остыть и поместить ее на несколько минут в теплую воду.
Бумага раскиснет и легко сдерется. Следует внимательно осмотреть полученный рисунок. Отсутствие отдельных дорожек свидетельствует о недостаточной температуре утюга, широкие дорожки получаются при слишком горячем утюге или чрезмерно длительном нагреве платы.
Небольшие дефекты можно подправить маркером, краской или лаком для ногтей. Если заготовка не понравилась, то надо смыть все растворителем, зачистить наждачной бумагой и повторить процесс заново.
Травление
В пластмассовую емкость с раствором помещается обезжиренная печатная плата. В домашних условиях в качестве раствора обычно применяется хлорное железо. Ванночку с ним нужно периодически покачивать. Через 25-30 минут медь полностью растворится. Травление можно ускорить, если использовать подогретый раствор хлорного железа. По окончании процесса печатная плата извлекается из ванночки, тщательно промывается водой. Затем удаляется краска с токопроводящих дорожек.
Лужение
Существует много способов лужения. У нас есть подготовленная печатная плата. В домашних условиях, как правило, отсутствуют специальные приборы и сплавы. Поэтому пользуются простым надежным способом. Плата покрывается флюсом и лудится паяльником с обычным припоем с помощью медной оплетки.
Установка радиоэлементов
На завершающем этапе радиодетали поочередно вставляются в предназначенные для них места и припаиваются. Ножки деталей перед пайкой нужно обязательно обработать флюсом и при необходимости укоротить.
Паяльником пользоваться следует осторожно: при избытке тепла медная фольга может начать отслаиваться, печатная плата будет испорчена. Остатки канифоли удалить спиртом или ацетоном. Готовую плату можно покрыть лаком.
Промышленная разработка
В домашних условиях разработать и изготовить печатную плату для аппаратуры высокого класса невозможно. Например, печатная плата усилителя для High-End-аппаратуры многослойная, использовано покрытие медных проводников золотом и палладием, токопроводящие дорожки имеют разную толщину и т.д. Добиться такого уровня технологии непросто даже на промышленном предприятии. Поэтому в ряде случаев целесообразно приобрести готовую качественную плату или сделать заказ на выполнение работы по своей схеме. В настоящее время производство печатных плат налажено на многих отечественных предприятиях и за рубежом.
Радиолюбительская технология изготовления печатных плат в домашних условиях состоит из нескольких этапов.
-
Нанесение рисунка при помощи лазерного принтера.
Нанесение рисунка.
Раствор для травления.
Травление.
Подготовка чертежей печатной платы.
Вручную удобнее всего выполнять чертеж печатной платы в масштабе 1:1 на бумаге от самописцев (имеет клетку со стороной 2.5 мм, в "шаге" микросхем), если таковой нет, то можно "отксерить" школьную бумагу "в клеточку" с уменьшением в 2 раза, в самом крайнем случае можно использовать обычную миллиметровку. Дорожки со стороны пайки нужно рисовать сплошными линиями, а дорожки со стороны деталей (в случае двухстороннего монтажа) рисовать пунктирными линиями. Необходимо отметить, что располагаемые элементы должны быть в зеркальном отражении. Центры ножек элементов отмечаются точками, вокруг которых необходимо нарисовать паечную площадку. Для последующих действий, очень важно, какого размера Вы выбираете установочные площадки для элементов (обидно, когда при рисовании платы "в живую" или дорожка между площадками не проходит, или после пайки элементы выпадают вместе с площадками). Ширину дорожек следует выбирать исходя из того, чем вы будете рисовать плату, при использовании стеклянных рейсфедеров примерно 1.5 мм. После того как рисунок готов, нужно приложить чертеж к светящейся поверхости (например стекло окна) обратной стороной к себе и обвести пунктирные линии. Так Вы получите рисунок со стороны установки деталей. Далее необходимо вырезать чертеж листа бумаги, но с учетом "крылышек" для крепежа с каждой стороны (около 15 мм).
Подготовка стеклотекстолита и сверление.
Вырезать по размеру чертежа кусок стеклотекстолита. Снять заусеницы напильником. Наложите чертеж на плату, загните края бумаги и закрепите их на обратной стороне скотчем или (предпочтительнее) изоляционной лентой. Далее производится процесс сверления. Да-да, прямо по чертежу и без кернения. Важным условием того, чтобы сверло не повело, является его "свежесть". Впрочем чего ждать от конкретного сверла, можно понять, просверлив пробное отверстие на каком-нибудь обрезке стеклотекстолита. Лучшее решение этой проблемы - наличие соответствующего сверлильного станка, пусть даже и самодельного. Если применяется "моторчик со сверлом", как правило, лучше будущие отверстия "накернить". Все отверстия, включая и крепежные, сверлятся одним (наименьшим) диаметром. Далее необходимо проверить сверление на "просвет" так как обязательно найдутся непросверленные отверстия. Досверлить. После этого со стеклотекстолита очень аккуратно снимается чертеж платы (опасность представляют заусеницы от сверления). Далее производится рассверливание крепежных и остальных, больших по диаметру, отверстий.
После произведенных операций, производится зачистка поверхности платы мелкой шкуркой. Этот процесс необходим для удаления заусениц от сверления и для лучшего сцепления краски рисунка с поверхностью. По возможности не касайтесь зачищенной поверхности пальцами, чтобы не оставались жировые отпечатки. После зачистки необходимо произвести обезжиривание платы при помощи спирта (в крайнем случае ацетоном, но следить за тем чтобы не оставались белые порошкообразные разводы). После этого касаться пальцами можно только торцевых поверхностей.
Нанесение рисунка.
По поводу применяемой краски и технологии нанесения дорожек в своих кругах мы, конечно, немало спорили, но остановился я на описанном ниже. Вычерчивание производится нитрокраской, с растворенным в ней порошком канифоли (обеспечавает на какое-то время после высыхания пластичность для корректировки и не дает краске "отстать" в случае травления горячими растворами). Рисование производится стеклянными рейсфедерами (которые в наше время найти весьма проблематично). Кроме того, возможно применение в качестве краски, асфальтобитумного лака, растворенного до нужной кондиции ксилолом. Бутылки хватит очень надолго. Возможно изготовление рейсфедеров самому, при соответствующей тренировке, конечно. Для этого можно взять тонкостенную стеклянную трубку и растянув на пламени (над газовой плитой) сломать её посередине. Затем обломанный кончик "довести" на мелкой шлифовальной шкурке. Далее, разогрев над тем же пламенем, согнуть кончик до нужного угла. Сложно!? На самом деле не более 5 минут. Так же можно использовать для рисования и одноразовые шприцы. Лак набирается в одноразовый шприц (1-2 мл) и ставится тонкая игла. Иглу перед установкой необходимо обработать надфилем, так, чтобы края были ровные (убрать острый конец). Со стороны поршня можно вставить еще одну иглу для прохода воздуха внутрь шприца.
Перед тем как начать рисовать дорожки печатного монтажа, необходимо вычертить монтажные площадки для пайки элементов. Наносятся они при помощи стеклянного рейсфедера или остро заточенной спички вокруг каждого отверстия, диаметром примерно 3 мм. Далее необходимо дать им высохнуть. После этого нужно обрезать их при помощи циркуля до нужного диаметра (я применяю маленький циркуль-измеритель с резьбовым фиксатором расстояния (да простят мне это выражения чертежники-профессианалы, никогда не знал его настоящее название), одна из иголок которого обточена под плоский резец). Далее обрезанные излишки подчищаются шилом или скальпелем. На самом деле, я использую для этих процедур переработанную школьную готовальню. В результате получаются ровные круглые площадки одного диаметра, которые остается только соединить дорожками, согласно начерченному ранее чертежу печатной платы. Далее, после просушивания, рисуется вторая сторона. После чего производится корректировка дорожек и ошибок при помощи скальпеля. Причем следует отметить, чтобы выровнять край дорожки, нужно сначала обрезать кромку по линейке (лучше металлической), а затем удалить излишки выцарапыванием. Если подчищать дорожку сразу, то в зависимости от степени пересушенности краски, можно получить "сколы" еще хуже первоначальных. Проверьте соответствие рисунка на плате с рисунком на чертеже.
Изготовление травящего вещества.
Существуют различные составы для травления, фольгированного материала при изготовлении печатных плат.
Рецепт №1.
Для форсированного (в течение 4-6 мин) травления можно использовать следующий состав (в массовых частях): 38 %-ная соляная кислота плотностью 1,19 г/см 3 , 30 %-ный пероксид (перекись) водорода-пергидроль. Если перекись водорода будет иметь концентрацию 16-18%, то на 20 массовых частей кислоты берут 40 частей пер оксида и столько же воды. Сначала смешивают с водой перекись, а затем добавляют кислоту. Печатные проводники и контактные площадки следует защищать кислотостойкой краской, например нитроэмалью НЦ-11.
Рецепт №2.
В стакане холодной воды растворяют 4-6 таблеток перекиси водорода и осторожно добавляют 15-25 мл концентрированной серной кислоты. Для нанесения рисунка печатной платы на фольгированный материал можно пользоваться клеем БФ-2. Время травления в данном растворе приблизительно 1 ч.
Рецепт №3.
В 500 мл горячей (примерно 80 °С) воды растворяют четыре столовые ложки поваренной соли к две ложки растолченного в порошок медного купороса. Раствор приобретает темно-зеленую окраску. Готов к применению сразу после остывания (при термостойкой краске, см. выше, необязательно). Раствора хватает для снятия 200 см 3 фольги. Время травления около 8 ч. Если рисунок печатной платы выполнен достаточно теплостойкой краской или лаком, температуру раствора можно довести примерно до 50 °С, и тогда интенсивность травления увеличится.
Рецепт №4.
Растворяют 350 г хромового ангидрида в 1л горячей воды (60-70 °С), затем добавляют 50 г поваренной соли *. После того как раствор остынет, приступают к травлению. Время травления 20-60 мин. Если в раствор добавить 50 г концентрированной серной кислоты, то травление будет более интенсивным.
Рецепт №5.
В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке.
Приготовление хлорного железа.
Если нет хлорного железа в готовом виде (в порошке), то его можно приготовить самому. Для этого необходимо иметь 9%-ную соляную кислоту и мелкие железные опилки. На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. По окончании реакции раствор становится светло-зеленого цвета, а через 5-6 дней Окраска меняется на желто-бурую-раствор хлорного железа готов к применению. Для приготовления хлорного железа можно использовать порошкообразный железный сурик. При этом на одну объемную часть концентрированной соляной кислоты требуется 1,5-2 части сурика. Компоненты смешивают в стеклянной посуде, добавляя сурик небольшими порциями. После прекращения химической реакции на дно выпадает осадок и раствор хлорного железа. Готов к применению
Травление и обработка платы.
Травление надо производить в пластмассовой (фото кювета) или фарфоровой (тарелка) посуде. Если плата небольших размеров, её удобно травить в тарелке. Глубокая тарелка выбирается так, чтобы плата не ложилась полностью на дно, а углами опиралась на стенки тарелки. Тогда между платой и дном будет пространство, заполненное раствором. Во время травления плату необходимо переворачивать и помешивать раствор. Если вам надо быстро протравить плату, подогрейте раствор до 50-70 градусов. Если плата больших размеров, то в крепёжные отверстия (по углам) вставьте спички так, чтобы они выступали на 5-10 мм с обеих сторон. Можно вставлять медную проволоку, но тогда будет большее насыщение раствора медью. Травите в фото кювете, помешивая и переворачивая плату. Работая с раствором хлорного железа необходимо соблюдать осторожность. Раствор практически невозможно смыть с одежды и предметов. При попадании на кожу, промойте содовым раствором. Фарфоровая тарелка легко отмывается от раствора и может применяться в дальнейшем по прямому назначению. По окончании травления слейте раствор в пластмассовую бутылку, он вам еще пригодится. Плату промойте в холодной проточной воде. Под тонкой струей воды снимите лак при помощи безопасного лезвия (счищать). Высушенную плату необходимо подчистить скальпелем от лишних соединений и расплывшегося лака. Если дорожки близко друг к другу, то можно расширить просвет скальпелем. После этого плата еще раз обрабатывается мелкой шкуркой.
Лужение платы.
О полезности данной процедуры можно и не писать. В противном случае можно остановиться и на предыдущей. Далее поверхности платы покрываются кисточкой жидким канифольным флюсом. Лужение производится очищенной от проводов луженой экранной оплеткой (белого цвета). Предварительно оплетка пропитывается канифолью и в небольшом количестве припоем (можно конечно и сплавом Розе, но это уже экзотика). Далее оплетка прижимается к поверхности дорожки паяльником и медленно равномерно (подбирается экспериментально) проводится по длине дорожки. Если все условия выполнены правильно, то в результате Вы получите ровную белую луженую дорожку. После того как все дорожки на всех сторонах обработаны, производится промывка платы спиртом. Промывка ацетоном нежелательна, так как припой с ацетоном дает со временем токопроводящее химическое соединение в виде белого налета по краям площадок и дорожек, а при достаточной плотности монтажа есть опасность ненужных гальванических связей. После промывки проводится сверление (очистка) отверстий для установки р/компонентов.
Плата готова к монтажу.
Печатные платы при помощи лазерного принтера.
Всё большую популярность у радиолюбителей приобретает способ изготовления единичных печатных плат с переносом рисунка с распечатки на лазерном принтере. Печатать лучше всего на тонкую мелованную бумагу - в ней меньше ворс, хороший результат получается на листах журнала "Стерео&Video", а также подложках "самоклеек" и термобумаге для факсов (сторону подобрать экспериментально). В лазерных принтерах следует включить режим максимальной подачи тонера (отключить "экономичный" режим, если он был включен, контраст - на максимум и т.д.), а также использовать тракт с минимальным изгибом бумаги (такая опция есть в старых моделях HP LJ 2, LJ4 и др.). Рисунок платы должен быть "отзеркален", такая опция имеется в меню печати многих графических программ, например Corel Draw, Corel Photo Paint, а при печати из программ, не умеющих "зеркалить", необходимо применять вывод на Postscript принтеры, опция отзеркаливания у которых имеется в драйвере. Вместо вывода на лазерном принтере можно использовать ксерокопирование, но также в режиме с максимальной контрастностью и на термобумагу от факсов. При изготовлении двухслойных печатных плат для уменьшения термоусадки бумаги последнюю рекомендуется перед печатью изображения "прогнать" через принтер вхолостую (без печати рисунка). Кроме того, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху полученный отпечаток тонером вниз. Этот "бутерброд" со стороны бумаги прижимается утюгом (секунд на 20 - 30), разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам). Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Когда плата остынет, её нужно опустить в теплую воду, подержать там несколько минут. Как бумага раскиснет (будет видно), всё легко сдерется, остальное просто скатать пальцем. Вместо воды удалить бумагу можно серной кислотой. Если дорожки смазанные, вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют, утюг слишком холодный. Если дорожки стали широкими, утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются бумажные распечатки обеих сторон, в любых свободных противоположных местах иголкой прокалываются два технологических отверстия, первая сторона платы "гладится" как обычно, потом сверлится по технологическим отверстиям тонким сверлом, а с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажной распечаткой другой стороны. Травить можно и хлорным железом (для ускорения немного подогреть), и солянкой с гидропиритом. Всё это применялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет, нормально выполняются дорожки шириной до 0,8 мм, а при некотором опыте и до 0,5 мм. После травления тонер удаляется ацетоном, смывкой лака для ногтей или аэрозолем Flux Off. Сверлится, обрезается и так далее, как обычно...
Еще один способ нанесения рисунка на п/п при помощи лазерного принтера.
Изготовление п/п с помощью лазерного принтера и утюга процесс довольно утомительный, но даёт довольно хороший результат если немного потренироваться.
1
. Аккуратно клеим лист факсовой бумаги (глянцевой стороной вверх) на лист обычной (для компенсации недостатка жесткости факсовки). Зачем? Необходимо предварительно прогнать бумагу ч/з печку принтера/лазера - для усадки. Для спокойного протаскивания ч/з тракт достаточно термобумагу просто прогладить утюгом с чувствительной стороны.
2
. Бумага - взять основу от самоклейки, или термобумагу для факса однозначно термобумагу, причем подготовленную - сперва листы выгладить горячим утюгом до плоского состояния (при этом они станут тёмно-коричневым, затем синевато-серым), в таком виде сложить их для будущего употребления. перед выводом платы прогнать лист ч/з принтер - н-р, отпечатав пустую страницу. минимальный размер листа - ~6*12 см для HP 5/6L.
3
. Печатать - на максимуме жирности, зеркально. печать и перевод на заготовку могут быть с разницей до недели, больше не пробовал (это для тех у кого дома лазера нет).
4
. Заготовку взять с запасом по 3-5 мм с каждой стороны. фольгу - слегка зашкурить нулевкой и протереть. не должно быть всяких вредных налётов типа белого осадка от денатурата. Использую изопропиловый спирт или бензин "калоша" (aka "для зажигалок").
5
. Утюг - с нормальной, гладкой поверхностью. разогреть заранее. Температуру - для восковки надо тщательнее подбирать (у меня показометр на "иск.шелк"), иначе начнёт пропитка переноситься. для термобумаги - можно и выше.
6
. Пыли и всякой мелочи - быть не должно, ни на фольге, ни на бумаге.
7
. Сделать бутерброд - на ровную толстую фанеру (правда, у меня 3-х миллиметровка) положить кусок плотного картона, заготовку платы, сдуть пыль, рисунок, для термобумаги (она ж тонкая) - ещё и кусок в меру плотной бумаги, горячий утюг.
8
. Начинаешь елозить утюгом, прижимая с силой ~5..10 кг/кв.дм. елозижь минуты две, чтобы прихватилось.
9
. Очень слегка наклонив утюг, пару минут прикатываешь отдельные дорожки. Тут очень важно и не раздавить дорожки, и при том приварить их. Время от времени надо опускать утюг на всю плоскость, чтобы остальная часть не остывала. На термобумаге отчётливо видно разницу в приваренных и дефектных кусках.
10
. Ну ещё минуту гладишь для очистки совести и убираешь утюг. Бутерброд остывает и вспучиваются участки бумаги между дорожками. Остывания не дожидаемся, плату сразу под струю крутого кипятка.
11
. Теперь плату - под струю воды и кусочком мокрого поролона начинаешь стирать бумагу. Большими кусками или с сухой фольги сдирать её нельзя. С поролона надо почаще убирать комки бумаги. Берём бумагу за уголок и срываем. Уж затем пальцем / тряпкой / поролоном снимаем остатки.
12
. Новым кусочком губки стираешь ворс (насколько получится), смотришь влажный рисунок под лупой. если дефектов много, или они расположены в неудобных местах - см п.1, с вариацией параметров.
13
. Обратную сторону заклеить полосами широкого скотча, травим. Можно даже в кипящем FeCl3
Способ нанесения рисунка на п/п с помощью лазерного принтера
Я все делаю намного проще:
Беру заготовку и простую советскую стерку. Стеркой тщательно протираю всю плату. Снимаются все окисления. Можно на всякий случай и бензином протереть (но я этого не делаю, стеркой вполне достаточно). Потом беру термобумагу от факса и глажу ее утюгом. Она становится серо-фиолетовой. Вставляю эту бумагу в принтер (у меня HP 6L и никаких бумажек для жесткости я не клею, еще не разу не зажевал) и зеркально печатаю рисунок платы. Накладываю бумагу на п/п и начинаю елозить утюгом. У меня мощность стоит на 3/4 от максимальной мощности. Глажу минуты 3-4. Потом кидаю заготовку в горячую-теплую воду и жду минут 5, чтобы раскисла бумага. Потом губкой или пальцами скатываю бумагу с платы. Не берите за край бумаги и не сдирайте ее, дорожки могут оторваться вместе с бумагой! Просто скатывайте ее с платы. Далее - керню, сверлю, обрезаю и травлю. И плата готова.
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.
Когда в распоряжении есть лазерный принтер, радиолюбителями применяется технология изготовления печатных плат, которая называется ЛУТ. Однако такой прибор имеется далеко не в каждом доме, поскольку даже в наше время стоит он достаточно дорого. Еще есть технология изготовления с применением фоторезистивной пленки. Однако для работы с ней тоже нужен принтер, но уже струйный. Уже проще, но сама пленка стоит достаточно дорого, а начинающему радиолюбителю на первых порах лучше потратить имеющиеся средства на хорошую паяльную станцию и прочие принадлежности.
Можно ли изготовить печатную плату приемлемого качества в домашних условиях, не имея принтера? Да. Можно. Причем, если все сделать, как описано в материале, понадобится совсем немного денег и времени, а качество будет на очень высоком уровне. Во всяком случае электрический ток «побежит» по таким дорожкам с большим удовольствием.
Перечень необходимых инструментов и расходников
Начать стоит с подготовки инструментов, приспособлений и расходных материалов, без которых просто нельзя обойтись. Для реализации самого бюджетного способа изготовления печатных плат в домашних условиях понадобится следующее:- Программное обеспечение для разработки рисунка.
- Прозрачная полиэтиленовая пленка.
- Узкий скотч.
- Маркер.
- Фольгированный стеклотекстолит.
- Наждачная бумага.
- Спирт.
- Ненужная зубная щетка.
- Инструмент для сверления отверстий диаметром от 0,7 до 1,2 мм.
- Хлорное железо.
- Пластиковая емкость для травления.
- Кисточка для рисования красками.
- Паяльник.
- Припой.
- Жидкий флюс.
Программ для разработки печатных плат существует сегодня огромное количество, но для начинающего радиолюбителя самым простым вариантом будет Sprint Layout. Несложно освоить интерфейс, пользоваться можно бесплатно, присутствует огромная библиотека, включающая распространенные радиокомпоненты.
Полиэтилен нужен для переноса рисунка с монитора. Лучше взять пленку пожестче, например, от старых обложек для школьных книг. Для ее крепления к монитору подойдет любой скотч. Лучше взять узкий – проще будет отклеивать (монитору эта процедура не вредит).
На маркерах стоит остановиться более подробно, так как это больная тема. Для переноса рисунка на полиэтилен, в принципе, подойдет любой вариант. А вот для рисования по фольгированному стеклотекстолиту нужен специальный маркер. Но тут есть маленькая хитрость, как сэкономить, и не покупать достаточно дорогие «специальные» маркеры для рисования печатных плат. Дело в том, что эти изделия по своим свойствам абсолютно ни чем не отличаются от обычных перманентных маркеров, которые продаются в 5-6 раз дешевле в любом канцелярском магазине. Но маркер должен обязательно иметь надпись «Permanent». Иначе ничего не получится.
Фольгированный стеклотекстолит можно брать любой. Лучше, если он будет потолще. Начинающим с таким материалом работать куда проще. Для его очистки понадобится наждачная бумага зернистостью около 1000 единиц, а также спирт (есть в любой аптеке). Последний расходник можно заменить жидкостью для сведения лака для ногтей, которая есть в любом доме, где живет женщина. Однако это средство довольно противно пахнет и долго выветривается.
Для сверления платы лучше иметь специальную мини-дрель или гравер. Однако можно пойти и более дешевым путем. Достаточно купить цанговый или кулачковый патрон под маленькие сверла и приспособить его к обычной бытовой дрели.
Хлорное железо можно заменить другими химическими средствами, включая те, которые уже наверняка есть в вашем доме. Например, подойдет раствор лимонной кислоты в перекиси водорода. Информацию о том, как готовятся альтернативные хлорному железу составы для травления плат, без проблем можно найти в Сети. Единственное, на что стоит обратить внимание, это на емкость для такой химии – она должна быть пластиковой, акриловой, стеклянной, но никак не металлической.
Про паяльник, припой и жидкий флюс подробнее говорить не стоит. Если радиолюбитель дошел до вопроса изготовления печатной платы, то с этими вещами он уже наверняка знаком.
Разработка и перенос рисунка платы на шаблон
Когда все вышеперечисленные инструменты, приспособления и расходные материалы подготовлены, можно браться за разработку платы. Если изготавливаемое устройство не уникальное, то гораздо проще будет скачать его проект из Сети. Подойдет даже обычный рисунок в формате JPEG.
Хотите пойти более сложным путем – рисуйте плату самостоятельно. Этот вариант часто бывает неизбежным, например, в ситуациях, когда у вас нет в наличии точно таких же радиодеталей, которые нужны для сборки оригинальной платы. Соответственно, заменяя компоненты аналогами, под них приходится выделять место на стеклотекстолите, подгонять отверстия и дорожки. Если проект уникальный, то плату придется разрабатывать с нуля. Для этого и нужно вышеупомянутое программное обеспечение.
Когда макет платы готов, его остается только перенести на прозрачный шаблон. Полиэтилен фиксируется прямо на мониторе при помощи скотча. Далее просто переводим имеющийся рисунок – дорожки, контактные пятачки и так далее. Для этих целей лучше всего использовать все тот же перманентный маркер. Он не стирается, не размазывается, и его хорошо видно.
Подготовка фольгированного стеклотекстолита
Следующим этапом идет подготовка стеклотекстолита. Для начала нужно отрезать его по размерам будущей платы. Делать это лучше с небольшим запасом. Для раскройки фольгированного стеклотекстолита можно использовать одни из нескольких способов.Во-первых, материал отлично режется при помощи ножовки по металлу. Во-вторых, если у вас есть гравер с отрезными кругами, то удобно будет использовать его. В-третьих, стеклотекстолит можно отрезать по размеру канцелярским ножом. Принцип раскройки такой же, как и при работе со стеклорезом – в несколько проходов наносится линия отреза, затем материал просто отламывается.
Теперь обязательно нужно очистить медный слой стеклотекстолита от защитного покрытия и окисла. Лучшего способа, чем обработка наждачной бумагой, для решения этой задачи нет. Зернистость берется от 1000 до 1500 единиц. Цель – получить чистую блестящую поверхность. До зеркального блеска зачищать медный слой не стоит, так как мелкие царапины от наждачной бумаги увеличивают адгезию поверхности, что понадобится дальше.
В завершение остается только очистить фольгу от пыли и следов ваших пальцев. Для этого используется спирт или ацетон (жидкость для снятия лака). После обработки к медной поверхности руками не прикасаемся. Для последующих манипуляций захватываем стеклотекстолит за грани.
Совмещение шаблона и стеклотекстолита
Теперь нашей задачей является совмещения полученного на полиэтилене рисунка с подготовленным стеклотекстолитом. Для этого пленка накладывается на нужное место и позиционируется. Остатки заворачиваются на обратную сторону и крепятся при помощи все того же скотча.
Сверление отверстий
Перед сверлением рекомендуется каким-либо способом закрепить стеклотекстолит с шаблоном на поверхности. Это позволит добиться большей точности, а также исключит внезапное проворачивание материала во время прохода сверла насквозь. Если у вас есть сверлильный станок для такой работы, то описанная проблема вообще не возникнет.
Сверлить отверстия в стеклотекстолите можно на любой скорости. Кто-то работает на малых оборотах, кто-то на больших. Опыт показывает, что сами сверла служат намного дольше, если их эксплуатировать на низких скоростях. Так их сложнее сломать, погнуть и повредить заточку.
Отверстия сверлятся прямо через полиэтилен. Ориентирами будут служить будущие контактные пятачки, нарисованные на шаблоне. Если того требует проект, то своевременно меняем сверла под нужный диаметр.
Рисование дорожек
Далее шаблон снимается, но не выбрасывается. К медному покрытию по-прежнему стараемся не прикасаться руками. Для рисования дорожек используем маркер, обязательно перманентный. Его хорошо видно по следу, который он оставляет. Рисовать лучше за один проход, так как после застывания лака, который есть в составе перманентного маркера, правки делать будет весьма затруднительно.
В качестве ориентира используем все тот же шаблон из полиэтилена. Можно рисовать также перед компьютером, сверяясь с оригинальным макетом, где есть маркировка и прочие пометки. Если есть возможность, то лучше использовать несколько маркеров с наконечниками разной толщины. Это позволит более качественно прорисовать и тонкие дорожки, и обширные полигоны.
После нанесения рисунка обязательно ждем некоторое время, необходимое для окончательного отвердевания лака. Можно даже подсушить феном. От этого будет зависеть качество будущих дорожек.
Травление и очистка дорожек от маркера
Теперь самое интересное – травление платы. Тут есть несколько нюансов, о которых мало кто упоминает, но они существенно влияют на качество результата. В первую очередь готовим раствор хлорного железа согласно рекомендациям на упаковке. Обычно порошок разбавляется водой в соотношении 1:3. И тут первый совет. Сделайте раствор более насыщенным. Это поможет ускорить процесс, и нарисованные дорожки не отвалятся прежде, чем вытравится все необходимое.
Сразу же совет второй. Ванночку с раствором рекомендуется погрузить в горячую воду. Можно нагреть ее в металлической посуде. Повышение температуры, как известно еще со школьной программы, значительно ускоряет химическую реакцию, которой травление нашей платы и является. Сокращение времени процедуры нам на руку. Нанесенные маркером дорожки достаточно нестабильны, и чем меньше они будут киснуть в жидкости, тем лучше. Если при комнатной температуре плата в хлорном железе травится около часа, то в теплой воде этот процесс сокращается до 10 минут.
В завершение еще один совет. В процессе травления, хоть он и так ускорен за счет подогрева, рекомендуется постоянно двигать плату, а также счищать продукты реакции щеточкой для рисования. Совмещая все вышеописанные манипуляции вполне возможно вытравить лишнюю медь всего за 5-7 минут, что является просто отличным результатом для этой технологии.
В конце процедуры плату нужно тщательно промыть под проточной водой. Затем просушиваем ее. Остается только смыть следы от маркера, все еще закрывающие наши дорожки и пятачки. Делается это все тем же спиртом или ацетоном.
Лужение печатных плат
Перед лужением еще раз обязательно проходимся по медному слою наждачной бумагой. Но теперь делаем это предельно осторожно, чтобы не повредить дорожки. Самый простой и доступный способ лужения – традиционный, с помощью паяльника, флюса и припоя. Можно также использовать сплавы Розе или Вуда. Также существует на рынке так называемое жидкое олово, которое значительно может упростить задачу.Но все эти новые технологии требуют дополнительных затрат и некоторого опыта, потому для первого раза подойдет и классический метод лужения. На очищенные дорожки наносится жидкий флюс. Далее набирается припой на жало паяльника и распределяется по оставшейся после травления меди. Здесь важно прогреть дорожки, иначе припой может не «приклеиться».
Если у вас все же есть сплавы Розе или Вуда, то их можно использовать и не по технологии. Они просто замечательно плавятся паяльником, легко распределяются по дорожкам, не сбиваются в комки, что для начинающего радиолюбителя будет только плюсом.
Заключение
Как видно из вышеописанного, бюджетная технология изготовления печатных плат в домашних условиях действительно доступная и недорогая. Не нужен ни принтер, ни утюг, ни дорогущая фоторезистивная пленка. Используя все вышеописанные советы вы легко сможете изготавливать простейшие электронные , не вкладывая в это больших денег, что очень важно на первых этапах занятия радиолюбительством.
Кажется, для оверклокеров наступают трудные времена. Фирмы изготовители, как сговорившись, начали ограничивать возможность разгона своих изделий. Не знаю к добру это или к худу. Я не являюсь принципиальным противником оверклокинга, но отношусь к нему прагматически. Если от него есть какая-то польза – ради Бога. Но на своем опыте я убедился, что оверклокинг сам по себе мало что дает. Ну, разогнал я свой процессор на 40%, немножко разогнал видеокарту и... не увидел практически никаких отличий в реальной работе, за исключением температуры процессора. Было 38, стало 52, не знаю чего, но только не градусов. Пожал плечами и вернул все на место. Правда, у меня и без разгона достаточно мощный компьютер. Так, что оверклокинг, похоже, дает только моральное удовлетворение. Да и это спорно. Собственно, в чем заслуга оверклокера? В том, что ему достался хорошо гонимый процессор или повезло с конкретным экземпляром видеокарты?
Но всегда были, есть и будут люди, которым недостаточно купить хорошую вещь и просто пользоваться ей. Так что антиоверклокерские меры Intel, AMD, ATI и Nvidia могут помочь направить энергию людей, чувствующих зуд в руках, в более перспективное русло.
реклама
На мой взгляд, гораздо полезнее и с практической точки зрения и для получения морального удовлетворения моддинг. Но не простое украшательство, а изменения и дополнения, повышающие функциональность и удобство работы. Вот так, навскидку, можно предложить, например, многоканальный электронный термометр, для оперативного и независимого от произвола биосописателей контроля температуры во всех критичных точках, встроенный 6-8 канальный усилитель для пассивных колонок (ух, достало меня хрипение китайской дешевки!), устройства для аппаратного переключения винчестеров (полезно для размещения на одном компьютере нескольких конфликтующих между собой операционных систем и защиты архива от вирусов), электронная система управления водяным охлаждением и т.п.Здесь хотелось бы отметить статьи "Все, что вы хотели сделать руками, но боялись спросить..." и "Индикатор загрузки HDD" . Их можно рассматривать как первых ласточек этого, на мой взгляд, чрезвычайно перспективного подхода.
Еще больше тех, кто мог бы повторить готовую разработку. Проблема в технологии. Изготовление качественных печатных плат в домашних условиях достаточно проблематично, а заказывать их в специализированных фирмах дорого и долго. Да и часть кайфа теряется.
Выбор носителя
реклама
Как выяснилось, в качестве носителя изображения можно использовать только специальную пленку для лазерных принтеров. Любой тип бумаги непригоден. Пленка должна быть тонкой и с бумажной подложкой. Дорогие типы пленок имеют специальный подслой для прочного закрепления изображения и тоже непригодны. В последнее время я пользуюсь пленкой фирмы EMTEK, потому что пленка фирмы Xerox у нас исчезла из продажи, но Xerox лучше. Она меньше коробится при нагревании. Тонер лучше использовать легкоплавкий. Вначале я пользовался родным тонером картриджа Samsung ML-1250. Он обеспечивает очень хорошее плотное изображение. После перезаправки картриджа тонером Xerox 8T, как мне посоветовали в сервис-центре, изображение стало хуже и платы вообще перестали получаться, что и подвигло меня на исследования. Но, усовершенствовав технологию, я добился отличных результатов и с этим тонером.
Подготовка заготовки
Для получения хорошего результата подготовка поверхности заготовки имеет решающее значение. Поверхность должна быть идеально чистой и ровной. Протирка спиртом, ацетоном или любыми чистящими средствами недостаточна. Процедура подготовки поверхности следующая. Вначале чистим поверхность от грубых загрязнений порошком Пемолюкс. Промываем заготовку ватным тампоном, не касаясь поверхности пальцами. Помещаем ее в раствор хлорного железа на 10-15 сек. При этом стравливается тонкий верхний слой вместе со всеми загрязнениями. Промываем заготовку под струей воды ватным тампоном. Стряхиваем воду и сушим, не прикасаясь к поверхности ничем. Если все сделано правильно, должна получиться темно-розовая матовая поверхность, возможно с небольшими разводами. Главное, не должно быть блестящих участков. Если они есть, процедуру повторить.
Накатывание рисунка
Обычно рекомендуют положить заготовку, на нее носитель и проглаживать это утюгом. В идеальных условиях это возможно и пройдет, но реально как поверхность заготовки, так и подошва утюга не вполне ровны и равномерного прижатия горячего носителя к поверхности заготовки получить не удастся. Кроме того, процесс невозможно контролировать и приходится надеяться на удачу. Поэтому я закрепляю утюг подошвой вверх, кладу на него чистый лист бумаги, чтобы случайно не повредить подошву, а на него заготовку. Утюг должен быть разогрет до температуры, при которой бумага еще не желтеет, но и не менее. Сверху укладываю пленку с нанесенным рисунком и прикатываю ее специальным приспособлением, сделанным из прижимного ролика магнитофона. Прикатывание нужно начинать с центра, выдавливая воздух из-под пленки в стороны. После того как пленка плотно приляжет к поверхности заготовки, увеличиваем усилие прикатки и тщательно проходимся по всей плате. Снимаем заготовку с утюга и остужаем ее. Снимать пленку с заготовки можно только после полного остывания. Если все сделано правильно, весь тонер перейдет на плату, а на пленке останутся слабые розоватые следы. Повторно пленку использовать нельзя.
Закрепление рисунка
Несмотря на то, что внешне рисунок выглядит почти идеально, сразу травить плату нельзя. Слой тонера получается пористым. Если сразу протравить плату, а потом посмотреть получившиеся проводники под микроскопом или сильной лупой, отчетливо видны подтравившиеся точки, а края проводника получаются неровными. Чтобы избежать этого, рисунок на плате покрываем 10% раствором канифоли в спирте и снова укладываем на утюг. Температура должна быть выставлена максимальной, так чтобы бумага желтела и дымилась. Выдерживаем 10 минут. При этом тонер сплавляется с канифолью, образуя очень прочный, однородный блестящий слой. Остужаем плату и проявляем рисунок тампоном со спиртом. Канифоль, сплавленная с тонером, в спирте не растворяется, а остатки неиспарившейся канифоли с пробельных участков удаляются без особого труда. При протирке можно прилагать значительные усилия. Сплав тонера и канифоли держится очень прочно, даже шкуркой удалить его трудно. Если же где-то рисунок будет поврежден, значит такая у него судьба. Лучше обнаружить плохо прикатанный проводник на этапе протирки, чем после травления. При неудаче, рисунок смываем ацетоном и повторяем все с самого начала. Это бывает редко.
Травление платы
Травление производим в растворе хлорного железа. Раствор можно подогреть до температуры 50-60 градусов. Никаких особенностей нет. После травления плату промываем водой и смываем защитное покрытие ацетоном.
Достигнутые результаты
По вышеописанной технологии изготовлялись односторонние печатные платы размером до 100х150 мм. Технология позволяет проводить один проводник между ножками микросхем в корпусах DIP, поэтому потребность в двусторонних платах у меня пока не возникала. Задумка о модификации технологии для двусторонних плат у меня есть, но пока не пробовал. Весь цикл изготовления платы занимает около двух часов, без учета времени потраченного на разводку. Плата получается с первого раза в 9 случаях из 10.
P.S. Это моя первая статья для Вас. Если эта тематика представляет для Вас интерес, пришлю еще. У меня много материалов.
С уважением, С. Веремеенко.
