Подробный рассказ о популярной "лазерно-утюжной" технологии изготовления печатных плат, её особенностях и нюансах.
Печатные платы в радиотехнике применяются очень давно. В условиях производства существует различное оборудование, позволяющее выпускать платы в массовом масштабе. Подобные платы раньше выпускались методами офсетной печати, почему и получили название «печатных».
В домашних условиях или в заводских электролабораториях, занимающихся ремонтом электрооборудования подобные платы приходилось рисовать вручную различными лаками. Инструменты для рисования применялись самые разнообразные, от просто остро заточенной спички до иголок от шприца и стеклянных рейсфедеров.
Производительность подобного труда была низкая, да и качество оставляло желать лучшего. Если же требовалось изготовить несколько одинаковых плат, то уже вторая рисовалась без особого вдохновения, а следующие за ней, оптимизма не прибавляли.
Сейчас компьютерные технологии проникли во все сферы человеческой деятельности, в том числе и в радиолюбительство. Печатные платы рисовать вручную теперь уже не приходится, разве что очень простые, которые можно даже вырезать ножом. Но обо всем по порядку.
Прежде всего, печатную плату необходимо спроектировать согласно принципиальной электрической схеме. Подобная работа выполняется на компьютере при помощи специальных программ. Наиболее просты и доступны программы Sprint-Layout. Они бесплатны, и их можно скачать в Интернете. Их интерфейс интуитивно понятен и пользование программой затруднений не вызывает.
В версиях программ, начиная с третьей, возможна вставка рисунка и просто его обведение линиями печатных дорожек. Эта функция позволяет изготавливать платы, опубликованные на страницах журналов. Картинка из журнала, если ее просто распечатать, требуемого качества, как правило, не дает.
После того, как печатная плата спроектирована и проверена, ее следует перенести на заготовку будущей печатной платы. И именно на этом этапе следует проявить внимательность и аккуратность.
Прежде всего, следует рассказать, как печатать и на чем. Это два основных вопроса, от которых зависит конечный результат.
Рисунок платы печатается на лазерном принтере при отключении всех экономных режимов, что позволяет нанести на бумагу максимально толстый слой тонера. Это способствует улучшению переноса тонера на заготовку печатной платы. Сейчас подобная технология называется «лазерно-утюжной».
Общий смысл ее достаточно прост: рисунок помещается на заготовку (фольгированный стеклотекстолит), конечно рисунком к фольге, после чего проглаживается обычным утюгом. Тонер, расплавляясь, переносится на фольгу, оставляя на ней рисунок платы. После этого бумага размачивается в воде, а плата травится как обычно в растворе хлорного железа.
Теперь о тонкостях и деталях всего процесса.
Прежде всего на чем печатать? Когда эта технология была известна только по слухам, считалось, что печатать рисунок надо на бумаге самого низкого качества. Такая бумага, тонкая и бурая, предназначалась для пишущих машинок. Отмочить эту бумагу было просто невозможно, поэтому предлагалось сначала растворять ее, кажется, соляной кислотой. Бумага растворялась плохо, а вместе с ней и часть рисунка.
Тогда большинство исследователей, видимо, печатали подобные картинки на государственных принтерах, поэтому были предложения делать распечатки даже на бытовой алюминиевой фольге, каких-то пленках и еще не помню на чем.
На самом деле все оказалось значительно проще: лучше всего подходит мелованная бумага из глянцевых журналов. При этом рисунки и фотографии на страницах на качество не влияют. Единственное, что следует опытным путем подобрать журнал, дающий лучшее качество. Некоторые журналы намелованы до такой степени, что приглаживаются к фольге даже без тонера.
Границы платы на распечатке лучше указать при помощи «крестов», (такая опция присутствует в программе), нежели в рамке. Рамка может потянуть за собой бумагу в процессе приглаживания и исказить рисунок.
Бывает, рисунок приглаживается хорошо не с первого раза, поэтому на одном листе бумаги надо отпечатать несколько его экземпляров. Количество рисунков на листе устанавливается в программе.
Заготовку для платы следует вырезать не ровно в размер, а так, чтобы по краям оставался запас 6…10 мм. Он срезается уже после того, как плата будет готова. Это необходимо для того, чтобы крайние дорожки рисунка получились хорошо. Не понятно почему, именно эти дорожки приглаживаются плохо. Поэтому острые кромки фольги следует притупить сняв небольшие фаски.
Перед тем, как приглаживать рисунок утюгом, заготовку следует зачистить наждачной бумагой, так, чтобы поверхность фольги приобрела матовый оттенок. После этого поверхность обезжирить ацетоном или бензином.
Затем положить бумагу рисунком вверх на ровную поверхность, и уже на нее фольгой вниз, ориентируя по крестам, заготовку платы. Для фиксации заготовки края бумаги подогнуть вовнутрь получившегося пакета. При приглаживании пакет положить, естественно, бумагой вверх.
Обычный утюг для глажения белья следует разогреть до 200 градусов. Температуру можно проконтролировать авометра, либо подбирать опытным путем.
Приглаживание производить сначала всей плоскостью утюга для разогрева платы, а ближе к концу процесса приглаживать бумагу ребром утюга. Чтобы мелованная бумага не прилипала к утюгу в начале приглаживания можно под утюг положить обычную чистую бумагу. Под приглаживаемую заготовку лучше подложить картонную папку для бумаг или журнал. Это позволит плате несколько прогибаться, что исключит влияние неровностей, как самой платы, так и рабочего стола.
После приглаживания весь пакет следует остудить, прикладывая другой утюг, только холодный, чтобы рисунок лучше зафиксировался на плате.
После этих процедур приглаженную бумагу следует отмочить в теплой 50…60 градусов воде. Когда бумага достаточно размокнет ее следует осторожно снять. Остатки бумаги, прилипшие к плате, удалить, протирая пальцем, как переводные картинки.
После того, как будет получен оттиск хорошего качества, заготовку следует как обычно протравить в растворе хлорного железа. После травления рисунок удаляется ацетоном или бензином.
Программа Sprint-Layout позволяет нарисовать в контактных площадках отверстия для деталей. Эти отверстия следует делать диаметром не менее 0,7…0,8 мм. Тогда фольга в них протравится до текстолита и не потребуется кернить отверстия: сверло будет центроваться в этих протравленных отверстиях. Точность сверления такова, что даже микросхемы в 40 выводных корпусах «садятся» на свои места безо всякого подгибания ножек.
Борис Аладышкин
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.
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.
В распоряжении имеется заводская макетная плата вот такого типа:
Она не нравится мне по двум причинам:
1) При монтаже деталей приходится постоянно вертеть туда-сюда, чтоб сначала поставить радиодеталь, а потом припаять проводник. На столе ведёт себя неустойчиво.
2) После демонтажа отверстия остаются залиты припоем, перед следующим использованием платы приходится их прочищать.
Поискав в интернете различные виды макетных плат, которые можно сделать своими руками и из доступных материалов, наткнулся на несколько интересных вариантов, один из которых решил повторить.
Вариант №1
Цитата с форума: «Я, например многие годы, использую вот такие самодельные макетные платы. Собраны из куска стеклотекстолита, в который наклёпаны медные штырьки. Такие штырьки можно либо купить на радиорынке, либо изготовить самому из медной проволоки диаметром 1,2-1,3 мм. Более тонкие штырьки слишком сильно гнутся, а более толстые забирают слишком много тепла при пайке. Эта «макетка» позволяет многократно использовать самые затрапезные радиоэлементы. Соединения лучше делать проводом во фторопластовой изоляции МГТФ. Тогда однажды изготовленных концов хватит на всю жизнь.»
Думаю, что такой вариант подойдёт мне больше всего. Но стеклотекстолита и готовых медных штырьков в наличии не имеется, так что сделаю немного по-другому.
Медную проволоку добыл из провода:
Зачистил изоляцию и при помощи нехитрого ограничителя наделал штырьков одинаковой длины:
Диаметр штырьков — 1 мм .
За основу платы взял фанеру толщиной 4 мм (чем толще, тем крепче будут держаться штырьки ):
Чтобы не мучиться с разметкой, скотчем наклеил на фанеру разлинованную бумагу:
И просверлил отверстия с шагом 10 мм сверлом диаметром 0.9 мм :
Получаем ровные ряды отверстий:
Теперь нужно забить штырьки в отверстия. Так как диаметр отверстия меньше диаметра штырька, соединение получится внатяг и штырь будет плотно зафиксирован в фанере.
При забивании штырьков под низ фанеры нужно подложить металлический лист. Штырьки забиваются лёгкими движениями, и когда звук изменится, значит, штырь достиг листа.
Чтобы плата не ёрзала, делаем ножки:
Приклеиваем:
Макетная плата готова!
Таким же методом можно сделать плату для поверхностного монтажа (фото из интернета, радиоприёмник):
Ниже для полноты картины я приведу несколько годных конструкций, найденных в интернете.
Вариант №2В отрезок доски забиваются канцелярские кнопки с металлической головкой:
Осталось только залудить их. Омеднёные кнопки лудятся без проблем, а вот со стальными .
» 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.
Загрузка...