Печа́тная пла́та (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) - пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.
В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твердой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки для монтажа выводных или планарных компонентов. Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы. С внешних сторон на плату обычно нанесены защитное покрытие («паяльная маска») и маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации).
В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком, печатные платы подразделяют на:
односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика.
двухсторонние (ДПП): два слоя фольги.
многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат.
По мере роста сложности проектируемых устройств и плотности монтажа, увеличивается количество слоёв на платах.
Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. При этом металлическое основание платы крепится к радиатору. В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д), и керамика. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.
Какой материал будем использовать для изготовления плат
Самые распространненые, доступные материалы для изготовления плат - это Гетинакс и Стеклотекстолит. Гетинакс-бумага пропитанная бакелитовым лаком, текстолит стекловолокно с эпоксидкой. Однозначно будем использовать стеклотекстолит!
Стеклотекстолит фольгированный представляет собой листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол и облицованные с двух сторон медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Предельно допустимая температура от -60ºС до +105ºС. Имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой.
Стеклотекстолит в основном используется одно или двухсторонний толщиной 1.5мм и с медной фольгой толщиной 35мкм или 18мкм. Мы будем использовать односторонний стеклотекстолит толщиной 0.8мм с фольгой толщиной 35мкм (почему будет подробно рассмотрено далее).
Методы изготовления печатных плат дома
Платы можно изготавливать химическим методом и механическим.
При химическом методе в тех местах где должны быть дорожки (рисунок) на плате на фольгу наносится защитный состав (лак, тонер, краска и т.д.). Далее плата погружается в специальный раствор (хлорное железо, перекись водорода и другие) который «разъедает» медную фольгу, но не действует на защитный состав. В итоге под защитным составом остается медь. Защитный состав в дальнейшем удаляется растворителем и остаётся готовая плата.
При механическом методе используется скальпель (при ручном изготовлении) или фрезерный станок. Специальная фреза делает бороздки на фольге, в итоге оставляя островки с фольгой - необходимый рисунок.
Фрезерные станки довольно дорогое удовольствие, а также сами фрезы дороги и имеют небольшой ресурс. Так что, этот метод мы не будем использовать.
Самый простой химический метод - ручной. Ризографом лаком рисуются дорожки на плате и потом травим раствором. Этот метод не позволяет делать сложные платы, с очень тонкими дорожками - так что это тоже не наш случай.
Следующий метод изготовления плат - с помощью фоторезиста. Это очень распространненая технология (на заводе платы делаются как раз этим методом) и она часто используется в домашних условиях. В интернет очень много статей и методик изготовления плат по этой технологии. Она дает очень хорошие и повторяемые результаты. Однако это тоже не наш вариант. Основная причина - довольно дорогие материалы (фоторезист, который к тому же портится со временем), а также дополнительные инструменты (УФ ламка засветки, ламинатор). Конечно, если у вас будет объемное производство плат дома - то фоторезист вне конкуренции - рекомендуем освоить его. Также стоит отметить, что оборудование и технология фоторезиста позволяет изготовливать шелкографию и защитные маски на платы.
С появлением лазерных принтеров радиолюбители стали активно их использовать для изготовления плат. Как известно, для печати лазерный принтер использует «тонер». Это специальный порошок, который под температурой спекается и прилипает к бумаге - в итоге получается рисунок. Тонер устойчив к различным химическим веществам, это позволяет использовать его как защитное покрытие на поверхности меди.
Итак, наш метод состоит в том, чтобы перенести тонер с бумаги на поверхность медной фольги и потом протравить плату специальным раствором для получения рисунка.
В связи с простотой использования данный метод заслужил очень большое распространение в радиолюбительстве. Если вы наберете в Yandex или Google как перенести тонер с бумаги на плату - то сразу найдёте такой термин как «ЛУТ» - лазерно утюжная технология. Платы по этой технологии делаются так: печатается рисунок дорожек в зеркальном варианте, бумага прикладывается к плате рисунком к меди, сверху данную бумагу гладим утюгом, тонер размягчяется и прилипает к плате. Бумага далее размачивается в воде и плата готова.
В интернет «миллион» статей о том как сделать плату по этой технологии. Но у данной технологии есть много минусов, которые требуют прямых рук и очень долгой пристройки себя к ней. То есть ее надо почувствовать. Платы не выходят с первого раза, получаются через раз. Есть много усовершенствований - использовать ламинатор (с переделкой - в обычном не хватает температуры), которые позволяют добиться очень хороших результатов. Даже есть методы построения специальных термопрессов, но все это опять требует специального оборудования. Основные недостатки ЛУТ технологии:
перегрев - дорожки растекаются - становятся шире
недогрев - дорожки остаютяся на бумаге
бумага «прижаривается» к плате - даже при размокании сложно отходит - в итоге может повредится тонер. Очень много информации в интернете какую бумагу выбрать.
Пористый тонер - после снятия бумаги в тонере остаются микропоры - через них плата тоже травится - получаются изъеденные дорожки
повторяемость результата - сегодня отлично, завтра плохо, потом хорошо - стабильного результат добиться очень сложно - нужна строго постоянная температура прогрева тонера, нужно стабильное давление прижима платы.
К слову, у меня этим методом не получилось сделать плату. Пробовал делать и на журналах, и на мелованной бумаге. В итоге даже платы портил - от перегрева вздувалась медь.
В интернет почему-то незаслуженно мало информации про еще один метод переноса тонера - метод холодного химического переноса. Он основан на том факте, что тонер не растворяется спиртом, но растворяется ацетоном. В итоге, если подобрать такую смесь ацетона и спирта, которая будет только размягчать тонер - то его можно «переклеить» на плату с бумаги. Этот метод мне очень понравился и сразу дал свои плоды - первая плата была готова. Однако, как оказалось потом, я нигде не смог найти подробной информации, которая давала бы 100% результат. Нужен такой метод, которым плату мог сделать даже ребёнок. Но на второй раз плату сделать не вышло, потом опять и пришло долго подбирать нужные ингридиенты.
В итоге после долгих была разработана последовательность действий, подобраны все компоненты, которые дают если не 100% то 95% хорошего результата. И самое главное процесс настолько простой, что плату может сделать ребенок полностью самостоятельно. Вот этот метод и будем использовать. (конечно его можно и далее доводить до идеала - если у вас выйдет лучше - то пишите). Плюсы данного метода:
все реактивы недорогие, доступные и безопасные
не нужны дополнительные инструменты (утюги, лампы, ламинаторы - ничего, хотя нет - нужна кастрюля)
нет возможности испортить плату - плата вообще не нагревается
бумага отходит сама - видно результат перевода тонера - где перевод не вышел
нет пор в тонере (они заклеиваются бумагой) - соответственно нет протравов
делаем 1-2-3-4-5 и получаем всегда один и тот же результат - почти 100% повторяемость
Прежде чем начать, посмотрим какие платы нам нужны, и что мы сможем сделать дома данным методом.
Основные требования к изготовленным платам
Мы будем делать приборы на микроконтроллерах, с применением современных датчиков и микросхем. Микросхемы становятся все меньше и меньше. Соответственно необходимо выполнение следующих требований к платам:
платы должны быть двух сторонними (как правило развести одностороннюю плату очень сложно, сделать дома четырехслойные платы довольно сложно, микроконтроллерам нужен земляной слой для защиты от помех)
дорожки должны быть толщиной 0.2мм - такого размера вполне достаточно - 0.1мм было бы еще лучше - но есть вероятность протравов, отхода дорожек при пайке
промежутки между дорожками - 0.2мм - этого достаточно практически для всех схем. Уменьшение зазора до 0.1мм чревато сливанием дорожек и сложностью в контроле платы на замыкания.
Мы не будем использовать защитные маски, а также делать шелкографию - это усложнит производство, и если вы делаете плату для себя, то в этом нет нужды. Опять же в интернет много информации на эту тему, и если есть желание вы можете навести «марафет» самостоятельно.
Мы не будем лудить платы, в этом тоже нет необходимости (если только вы не делаете прибор на 100лет). Для защиты мы будем использовать лак. Основная наша цель - быстро, качественно, дёшево в домашних условиях сделать плату для прибора.
Вот так выглядит готовая плата. сделанная нашим методом - дорожки 0.25 и 0.3, расстояния 0.2
Как сделать двухстороннюю плату из 2-ух односторонних
Одна из проблем изготовления двухсторонних плат - это совмещение сторон, так чтобы переходные отверстия совпадали. Обычно для этого делается «бутерброд». На листе бумаги печатается сразу 2 стороны. Лист сгибается пополам, на просвет точно совмещаются стороны с помощью специальных меток. Внутрь вкладывается двухсторонний текстолит. При методе ЛУТ такой бутерброд проглаживается утюгом и получается двухсторонняя плата.
Однако, при методе холодного переноса тонера сам перенос осуществляется с помощью жидкости. И поэтому очень сложно организовать процесс смачивания одной стороны одновременно с другой стороной. Это конечно тоже можно сделать, но с помощью специального приспособления - мини пресса (тисков). Берутся плотные листы бумаги - которые впитывают жидкость для переноса тонера. Листы смачиваются так, чтобы жидкость не капала, и лист держал форму. И дальше делается «бутерброд» - смоченный лист, лист туалетной бумаги для впитывания лишней жидкости, лист с рисунком, плата двухсторонняя, лист с рисунком, лист туалетной бумаги, опять смоченный лист. Все это зажимается вертикально в тиски. Но мы так делать не будем, мы поступим проще.
На форумах по изготовлению плат проскочила очень хорошая мысль - какая проблема делать двухстороннюю плату - берем нож и режем текстолит пополам. Так как стеклотекстолит - это слоеный материал, то это не сложно сделать при опредленной сноровке:
В итоге из одной двухсторонней платы толщиной 1.5мм получаем две односторонние половинки.
Далее делаем две платы, сверлим и все - они идеально совмещены. Ровно разрезать текстолит не всегда получалось, и в итоге пришла идея использовать сразу тонкий односторонний текстолит толщиной 0.8мм. Две половинки потом можно не склеивать, они будут держаться за счет запаяных перемычек в переходных отверстиях, кнопок, разъемов. Но если это необходимо без проблем можно склеить эпоксидным клеем.
Основные плюсы такого похода:
Текстолит толщиной 0,8мм легко режется ножницами по бумаге! В любую форму, то есть очень легко обрезать под корпус.
Тонкий текстолит - прозрачный - посветив фонарем снизу можно легко проверить корректность всех дорожек, замыкания, разрывы.
Паять одну сторону проще - не мешают компоненты на другой стороне и легко можно контролировать спайки выводов микросхем- соединить стороны можно в самом конце
Сверлить надо в два раза больше отверстий и отверстия могут чуть-чуть не совпасть
Немного теряется жёсткость конструкции если не склеивать платы, а склеивать не очень удобно
Односторонний стеклотекстолит толщиной 0.8мм трудно купить, в основном продается 1.5мм, но если не удалось достать, то можно раскроить ножем более толстый текстолит.
Перейдем к деталям.
Необходимые инструменты и химия
Нам понадобятся следующие ингридиенты:
Теперь когда все это есть, делаем по шагам.
1. Компоновка слоев платы на листе бумаги для печати c помощью InkScape
Автоматический цанговый набор:
Мы рекомендуем первый вариант - он дешевле. Далее необходимо к мотору припаять провода и выключатель (лучше кнопку). Кнопку лучше разместить на корпусе, чтобы удобнее было быстро включать и выключать моторчик. Остается подобрать блок питания, можно взять любой блок питания на 7-12в током 1А (можно и меньше), если такого блока питания нет, то может подойти зарядка по USB на 1-2А или батарейка Крона (только надо пробовать - не все зарядки любят моторы, мотор может не запустится).
Дрель готова, можно сверлить. Но вот только необходимо сверлить строго под углом 90градусов. Можно соорудить мини станок - в интернет есть различные схемы:
Но есть более простое решение.
Кондуктор для сверления
Чтобы сверлить ровно под 90 градусов достаточно изготовить кондуктор для сверления. Мы будем делать вот такой:
Изготовить его очень легко. Берем квадратик любого пластика. Кладем нашу дрель на стол или другую ровную поверхность. И сверлим в пластике нужным сверлом отверстие. Важно обеспечить ровное горизонтальное смещение дрели. Можно прислонить моторчик к стене или рейке и пластик тоже. Далее большим сверлом рассверлить отверстие под цангу. С обратной стороны рассверлить или срезать кусок пластика, чтобы было видно сверло. На низ можно приклеить нескользящую поверхность - бумагу или резинку. Такой кондуктор надо сделать под каждое сверло. Это обеспечит идеально точное сверление!
Такой вариант тоже подойдет, срезать сверху часть пластика и срезать уголок снизу.
Вот как производится сверление с его помощью:
Зажимаем сверло так, чтобы оно торчало на 2-3мм при полном погружении цанги. Ставим сверло на место где надо сверлить (при травлении платы у нас будет оставаться метка где сверлить в виде мини отверстия в меди - в Kicad мы специально ставили галку для этого, так что сверло будет само вставать туда), прижимаем кондуктор и включаем мотор - отверстие готово. Для подстветки можно использовать фонарик, положив его на стол.
Как уже мы писали ранее, сверлить можно только отверстия с одной стороны - там где подходят дорожки - вторую половину можно досверлить уже без кондуктора по направляющему первому отверстию. Это немного экономит силы.
8. Лужение платы
Зачем лудить платы - в основном для защиты меди от корозии. Основной минус лужения - перегрев платы, возможная порча дорожек. Если у вас нет паяльной станции - однозначо - не лудите плату! Если она есть, то риск минимальный.
Можно лудить плату сплавом РОЗЕ в кипящей воде, но он дорого стоит и его сложно достать. Лудить лучще обычным припоем. Чтобы сдеалать это качественно, очень тонким слоем надо сделать простое приспособление. Берем кусочек оплетки для выпайки деталей и одеваем ее на жало, прикручиваем проволокой к жалу, чтобы она не соскочила:
Плату покрываем флюсом - например ЛТИ120 и оплетку тоже. Теперь в оплетку набираем олово и ей водим по плате (красим)- получается отличный результат. Но по мере использования оплетка расподается и на плате начинают оставаться ворскинки медные - их обязательно надо убрать, а то будет замыкание! Увидеть это очень легко посветив фонарем с обратной стороны платы. При таком методе хорошо использовать или мощный паяльник (60ват) или сплав РОЗЕ.
В итоге, платы лучше не лудить, а покрывать лаком в самом конце- например PLASTIC 70, или простой акриловый лак купленный в автозапчастях KU-9004:
Тонкий тюнинг метода переноса тонера
В методе есть два момента, которые поддаются тюнингу, и могут не получиться сразу. Для их настройки, необходимо в Kicad сделать тестовую плату, дорожки по квадратной спирали разной толщины, от 0.3 до 0.1 мм и с разными промежутками, от 0.3 до 0.1 мм. Лучше сразу распечатать несколько таких образцов на одном листе и провести подстройку.
Возможные проблемы, которые мы будем устранять:
1) дорожки могут менять геометрию - растекаться, становится шире, обычно очень не значительно, до 0.1мм - но это не хорошо
2) тонер может плохо прилипать к плате, отходить при снятии бумаги, плохо держаться на плате
Первая и вторая проблема взаимосвязаны. Решаю первую, вы приходите ко второй. Надо найти компромисс.
Дорожки могут растекаться по двум причинам - слишкой большой груз прижима, слишком много ацетона в составе полученной жидкости. В первую очередь надо попробовать уменьшить груз. Минимальный груз - около 800гр, ниже уменьшать не стоит. Соответственно груз кладем без всякого прижима - просто ставим сверху и все. Обязательно должно быть 2-3 слоя туалетной бумаги для хорошего впитывания лишнего раствора. Вы должны добиться того, что после снятия груза, бумага должна быть белая, без фиолетовых подтеков. Такие подтеки говорят о сильном расплавлении тонера. Если грузом отрегулировать не получилось, дорожки все равно расплываются, то увеличиваем долю жидкости для снятия лака в растворе. Можно увеличить до 3 части жидкости и 1 часть ацетона.
Вторая проблема, если нет нарушения геометрии, говорит о недостаточном весе груза или малом количестве ацетона. Начать опять же стоит с груза. Больше 3кг смысла не имеет. Если тонер все равно плохо держится на плате, то надо увеличить количество ацетона.
Эта проблема в основном возникает, когда вы меняете жидкость для снятия лака. К сожалению, это не постоянный и не чистый компонент, но на другой его заменить не получилось. Пробовал заменить его спиртом, но видимо получается не однородная смесь и тонер прилипает какими-то вкраплениями. Также жидкость для снятия лака может содержать ацетон, тогда ее надо будет меньше. В общем, такой тюнинг вам надо будет провести один раз, пока не закончится жидкость.
Плата готова
Если вы не будете сразу запаивать плату, то ее необходимо защитить. Самый простой способ сделать это - покрыть спиртоканифольным флюсом. Перед пайкой это покрытие надо будет снять например изопропиловым спиртом.
Альтернативные варианты
Вы также можете сделать плату:
Дополнительно, сейчас набирает популярность сервис изготовления плат на заказ - например Easy EDA . Если необходима более сложная плата (например 4-х слойная) - то это единственный выход.
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.
Если простые радиосхемы можно паять, не задумываясь об изготовлении монтажной платы (см., например, статью "Карманное сторожевое устройство", "Наука и жизнь" № 5, 2003 г.), то для более сложных устройств, особенно с применением микросхем, без монтажной платы не обойтись. Лучшим выходом было бы самостоятельное изготовление печатных плат, но опытных радиолюбителей отпугивают трудности при изготовлении, а начинающие вообще не представляют, что это можно сделать своими руками.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Рисунок печатной платы готовится на компьютере в любой графической программе, например в Photoshop, причем если вам нужно повторить плату из книги или журнала, то сосканируйте оригинал и закрасьте места будущих проводников. Можно разработать разводку печатной платы и непосредственно на экране компьютера и скомпоновать рисунок с несколькими печатными платами для вывода (1). Перед выводом на печать не забудьте зеркально повернуть рисунок и при печати на лазерном принтере попробуйте разные режимы, чтобы получить наиболее насыщенный черный цвет (2).
Главная хитрость заключается в подборе бумаги - хорошие результаты получаются при использовании тонкой мелованной фотобумаги для струйных принтеров (foto qualite ink jet paper). В Интернете можно найти несколько страничек, например http://un7ppx.narod.ru/info/technology/plates/pl18.htm , где радиолюбители делятся опытом по подбору бумаги. Перед переносом рисунка фольгированный стеклотекстолит нужно зачистить шкуркой-нулевкой, затем наложить рисунок и с нажимом нагревать утюгом 1-3 минуты (3). При остывании тоже нужно обеспечить прижим, например вторым, холодным, утюгом. Ответственный этап операции - освобождение от бумаги: нужно дать полежать заготовке в воде минут десять и потом начинать стирать пальцем размокшую бумагу под струей воды (4). Бумага сходит довольно легко, но нужно удалить и белесый налет с мест, подлежащих травлению. Если печать получилась неудачная, смойте тонер ацетоном и попробуйте снова или исправьте ошибки цапон-лаком.
Следующий этап - травление - происходит обычным образом: растворяем в воде хлорное железо (FeCl 3 ∙6H 2 O) до цвета крепкого чая и кладем плату в раствор (5). Если вы хотите наблюдать за процессом травления, то положите плату рисунком вверх, но при этом вам придется покачивать кювету с раствором или саму плату, чтобы продукты распада не мешали дальнейшему травлению. Когда исчезнет вся медь с незакрашенных участков, хорошо промойте плату и удалите защитное покрытие ацетоном.
При работе с хлорным железом нельзя пользоваться металлическим инструментом и нужно соблюдать минимальные меры предосторожности: обеспечить доступ свежего воздуха и не допускать попадания раствора на кожу и тем более в глаза.
Впечатляет быстрота изготовления печатных плат таким способом - за один день вы сможете придумать схему, начертить на компьютере чертеж печатной платы, напечатать ее, протравить, если нужно, нарезать (6), облудить и смонтировать детали(7).
Не знаю как вы, а я с лютой ненавистью отношусь к классическим монтажным платам. Монтажка это такая хрень с дырками куда можно вставлять детальки и запаивать, где все соединения делаются посредством проводков. Вроде бы просто, но при этом получается такая каша, что понять в ней что либо весьма проблематично. Поэтому и ошибки и сгоревшие детали, непонятные глюки. Ну ее нафиг. Только нервы портить. Мне гораздо проще нарисовать в моем любимом схемку и тут же вытравить ее в виде печатной платы. С использованием лазеро-утюжного метода
все выходит за каких то полтора часа ненапряжной работы. Ну и, конечно же, этот метод отлично подходит для выполнения финального устройства, так как качество печатных плат, получаемых таким методом весьма высоко. А поскольку данный метод весьма непрост для неискушенного, то я с радостью поделюсь своей отработанной технологией, позволяющей получать с первого раза и без каких либо напрягов, печатные платы с дорожками 0.3мм и просветом между ними до 0.2мм
. В качестве примера я изготовлю отладочную плату для моего учебного курса, посвященного контроллеру AVR
. Принципиальную вы найдете в записи , а
На плате разведена демосхема, а еще навалом медных пятачков, которые тоже можно высверлить и использовать под свои нужды, подобно обычной монтажной плате.
▌Технология изготовления качественных печатных плат в домашних условиях.
Суть метода изготовления печатных плат в том, что на фольгированный текстолит наносится защитный рисунок, который предотвращает травление меди. В результате, после травления, на плате остаются дорожки проводников. Способов нанесения защитных рисунков много. Раньше их рисовали нитрокраской, посредством стеклянной трубочки, потом стали наносить водостойкими маркерами или даже вырезать из скотча и наклеивать на плату. Также для любительского применения стал доступен фоторезист
, который наносится на плату, а потом засвечивается. Засвеченные участки становятся растворимы в щелочи и смываются. Но по простоте применения, дешевизне и скорости изготовления все эти методы сильно проигрывают лазеро-утюжному методу
(далее ЛУТ
).
Метод ЛУТ основан на том, что защитный рисунок образуется тонером, который посредством нагревания переносится на текстолит.
Так что нам потребуется лазерный принтер, благо они сейчас не редкость. Я использую принтер Samsung ML1520
с родным картриджем. Заправленные картриджи подходят крайне плохо, так как у них недостаточная плотность и равномерность выдачи тонера. В свойствах печати надо выставить максимальную плотность и контрастность тонера, обязательно отключить все режимы экономии — не тот случай.
▌Инструмент и материалы
Помимо фольгированного текстолита нам потребуется еще лазерный принтер, утюг, фотобумага, ацетон, мелкая шкурка, щетка для замши с металлопластиковым ворсом,
▌Процесс
Дальше рисуем рисунок платы в любой удобной для нас софтине и печатаем его. Sprint Layout. Простая рисовалка для плат. Чтобы нормально напечаталось надо слева цвета слоев выставить черным. Иначе получится фигня.
Вывод на печать, две копии. Мало ли, вдруг одну запортачим.
Вот тут заключается главная тонкость технологии ЛУТ
из-за которой у многих возникают проблемы с выходом качественных плат и они бросают это дело. Путем множества экспериментов было выяснено, что самый лучший результат достигается при печати на глянцевой фотобумаге для струйных принтеров. Идеальной я бы назвал фотобумагу LOMOND 120г/м 2
Она стоит недорого, продается везде, а главное дает отличный и повторяемый результат, и не пригорает своим глянцевым слоем к печке принтера. Это очень важно, так как я слышал про случаи когда глянцевой бумагой загаживали печь принтера.
Заряжаем бумагу в принтер и смело печатаем на глянцевой стороне
. Печатать нужно в зеркальном отображении, чтобы после переноса картинка соответствовала действительности. Сколько раз я ошибался и делал неправильные отпечатки, не пересчитать:) Поэтому первый раз лучше для пробы напечатать на обычной бумаге и проверить, чтобы все было правильно. Заодно и печку принтера прогреете.
После печати картинку ни в коем случае нельзя хватать руками и желательно беречь от пыли
. Чтобы ничто не мешало соприкосновению тонера и меди. Далее вырезаем рисунок платы точно по контуру. Без каких либо запасов — бумага жесткая, поэтому все будет хорошо.
Теперь займемся текстолитом. Вырежем сразу же кусок нужного размера, без допусков и припусков. Столько, сколько нужно.
Его надо хорошенько зашкурить. Тщательно, стараясь содрать весь окисел, желательно круговыми движениями. Немного шершавости не повредит — тонер будет лучше держаться. Можно взять не шкурку, а абразивную губку «эффект». Только брать надо новую, не жирную.
Шкурку лучше взять самую мелкую какую найдете. У меня вот такая.
После зашкуривания его надо тщательнейшим же образом обезжирить. Я обычно тырю у жены ватную подушечку и, смочив ее как следует ацетоном, хорошенько прохожусь по всей поверхности. Опять же после обезжиривания ни в коем случае нельзя хватать его пальцами.
Накладываем наш рисунок на плату, естественно тонером вниз. Разогрев утюг на максимум
, придерживая бумагу пальцем, хорошенько прижимаем и проглаживаем одну половину. Надо чтобы тонер прилип к меди.
Далее, не допуская сдвижения бумаги, проглаживаем всю поверхность. Давим изо всех сил, полируем и утюжим плату. Стараясь не пропустить ни миллиметра поверхности. Это ответственнейшая операция, от нее зависит качество всей платы. Не бойтесь давить изо всех сил, тонер не поплывет и не размажется, так как фотобумага толстая и отлично защищает его от расползания.
Гладим до тех пор, пока бумага не пожелтеет. Впрочем это зависит от температуры утюга. У меня на новом утюге не желтеет почти, а вот на старом почти обугливалось — результат везде был одинаково хорош.
После можно дать плате немного остыть. А затем, схватив пинцетом, суем под воду. И держим некоторое время в воде, обычно минуты две три.
Взяв щетку для замши, под сильной струей воды, начинаем яростно задирать внешнюю поверхность бумаги. Нам надо покрыть ее множественными царапинами, чтобы вода проникла в глубь бумаги. В подтверждение твоих действий будет проявление рисунка через плотную бумагу.
И вот этой щеткой дрючим плату пока не сдерем верхний слой.
Когда рисунок будет весь явно виден, без белых пятен, то можно начинать аккуратно, скатывать бумагу от центра к краям. Бумага Lomond
скатывается великолепно, практически сразу же оставляя 100% тонера и чистую медь.
Скатав пальцами весь рисунок можно зубной щеткой хорошенько продраить всю плату, чтобы вычистить остатки глянцевого слоя и ошметки бумаги. Не бойся, зубной щеткой отодрать хорошо прижаренный тонер практически нереально.
Вытираем плату и даем ей просохнуть. Когда тонер высохнет и станет серым, то будет явно видно где осталась бумага, а где все чисто. Белесые пленочки между дорожками надо убирать. Можно разрушить их иголкой, а можно продрать зубной щеткой под струей воды. Вообще полезно пройтись щеткой вдоль дорожек. Из узких щелей белесый глянец можно вытаскивать с помощью изоленты или малярного скотча. Он липнет не так яростно как обычный и не срывает тонер. А вот остатки глянца отрывает без следа и сразу же.
Под светом яркой лампы внимательно оглядываем слои тонера на разрывы. Дело в том, что при охлаждении он может потрескаться, тогда в этом месте останется узкая трещина. Под светом лампы трещины поблескивают. Эти места стоит подкрасить перманентным маркером для компакт дисков. Даже если есть лишь подозрение, то лучше все же прокрасить. Этим же маркером можно дорисовать и некачественные дорожки, если таковые возникли. Я рекомендую маркер Centropen 2846
— он дает толстый слой краски и, фактически, им можно тупо рисовать дорожки.
Когда плата будет готова, то можно бодяжить раствор хлорного железа.
Техническое отступление, при желании можно его пропустить
Вообще травить можно много в чем. Кто то травит в медном купоросе, кто то в кислотных растворах, а я в хлорном железе. Т.к. продается оно в любом радио магазине, травит быстро и чисто.
Но у хлорного железа есть жуткий недостаток — оно марается просто писец. Попадет на одежду или любую пористую поверхность вроде дерева или бумаги все, считай пятно на всю жизнь. Так что свои фуфайки от Дольче Габаны или валенки от Гуччи нычь подальше в сейф и обматывай скотчем на три рулона. А еще хлорное железо самым жестоким образом разрушает почти все металлы. Особенно быстро аллюминий и медь. Так что посуда для травления должна быть стеклянной или пластиковой.
Я кидаю 250 граммовый пакет хлорного железа в литр воды
. И полученным раствором травлю десятки плат, пока не перестанет травить.
Порошок надо сыпать в воду. И следи за тем, чтобы вода не перегревалась, а то реакция идет с выделением большого количества тепла.
Когда порошок весь растворится и раствор приобретет однородную окраску, то можно кидать туда плату. Желательно, чтобы плата плавала на поверхности, медью вниз. Тогда осадок будет сваливаться на дно емкости, не мешая травлению более глубоких слоев меди.
Чтобы плата не тонула, то можно на двусторонний скотч прилепить к ней кусок пенопласта. Я так и сделал. Получилось очень удобно. Шуруп я вкрутил для удобства, чтобы держатсья за него как за рукоятку.
Плату лучше несколько раз макнуть в раствор, причем опускать не плашмя, а под углом, чтобы на поверхности меди не остались пузырьки воздуха, иначе будут косяки. Периодически надо доставать из раствора и следить за процессом. В среднем на травление платы уходит от десяти минут до часа. Все зависит от температуры, крепости и свежести раствора.
Очень резко ускоряется процесс травления если под плату опустить шланчик от аквариумного компрессора и пускать пузырьки. Пузыри перемешивают раствор и мягко выбивают прореагировавшую медь с платы. Также можно покачивать плату или емкость, главное не расплескать, а то не отмоешь потом.
Когда вся медь стравится, то аккуратно вынимаем плату и промываем под струей воды. Дальше смотрим на просвет, чтобы нигде не было соплей и недотрава. Если сопли есть, то кидаем еще минут на десять в раствор. Если дорожки подтравились или возникли разрывы, то значит тонер криво лег и эти места надо будет пропаять медной проволокой.
Если все хорошо, то можно смывать тонер. Для этого нам потребуется ацетон — верный друг токсикомана. Хотя сейчас ацетон купить становится сложней, т.к. какой то придурок из госнаркоконтроля решил, что ацетон это вещество использующееся для приготовления наркотоиков, а значит нужно запретить его свободную продажу. Вместо ацетона вполне подходит 646 растворитель
.
Берем кусок бинта и хорошенько смочив его ацетоном начинаем смывать тонер. Сильно давить не надо, главное возякать не слишком быстро, чтобы растворитель успевал впитываться в поры тонера, разьедая его изнутри. На смыв тонера уходит минуты две три. За это время даже зеленые собаки под потолком не успеют появиться, но форточку все же открыть не помешает.
Отмытую плату можно сверлить. Я для этих целей уже много лет использую моторчик от магнитофона, запитанный от 12 вольт. Монстр машина, правда хватает его ресурса примерно на 2000 отверстий, после чего щетки сгорают напрочь. А еще из него нужно выдрать схему стабилизации, подпаяв проводки напрямую к щеткам.
При сверловке нужно стараться держать сверло строго перпендикулярно. Иначе потом хрен ты туда микросхему засунешь. А с двусторонними платами этот принцип становится основным.
Изготовление двусторонней платы происходит также, только тут делаются три реперных отверстия, как можно меньшего диаметра. И после вытравливания одной стороны (другую в это время заклеивают скотчем, чтобы не стравилась) по этим отверстиям совмещают и накатывают вторую сторону. Первую заклеивают наглухо скотчем и травят вторую.
На лицевую сторону можно тем же ЛУТ методом нанести обозначение радиодеталей, для красоты и удобства монтажа. Впрочем, я так не заморачиваюсь, а вот камрад Woodocat
из ЖЖ сообщества ru_radio_electr
делает так всегда, за что ему большой респект!
В скором времени я, наверное, выдам также и статью по фоторезисту. Метод более замороченный, но в то же время мне им больше прикалывает делать — люблю с реактивами пошаманить. Хотя 90% плат я делаю все же ЛУТом.
Кстати, вот по поводу точности и качества плат изготовленных лазерно утюжным методом. Контроллер P89LPC936
в корпусе TSSOP28
. Расстояние между дорожками 0.3мм, ширина дорожек 0.3мм.
Резисторы на верхней плате типоразмера 1206 . Каково?
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.
