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:
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.
Добрый день, друзья! Сегодня я вам расскажу, как изготовить печатную плату в домашних условиях. Есть несколько способов ее изготовления при помощи:
В данной статье я расскажу о "дедовском", первом методе, так как это самые азы и любой новичок должен пройти этот этап. Ручная разводка печатных плат не означает неопытность радио электронщика, хоть и существует множество технологий нанесения рисунка на фольгированный текстолит, более красивые и быстрые, но есть радиоэлектронщики старой закалки, которые относятся к изготовлению печатной платы, как искусству ручной работы и им плевать, что есть фоторезисты, лазерные принтеры и т.п.
Также данный метод изготовления печатной платы в домашних условиях полезен при изготовлении двухсторонней платы. При ЛУТ технологии сложно совместить две стороны из-за неточной сверловки отверстий, тогда-то и проще сделать разводку печатной платы в ручную, или только её вторую сторону.
Все выше перечисленные методы разводки печатной платы, не что иное, как способ нанесения рисунка на фольгированный текстолит. А принцип изготовления печатной платы в домашних условиях сводится к одному, это убрать лишнюю фольгу, а рисунок (дорожки) оставить.
Что нам потребуется:
Сразу несколько слов о лаке. Использовать можно любой, можно для ногтей или цветной, чтобы было лучше видно. Когда я был совсем маленький, лет 20 назад, мой Отец разводил дорожки именно красным лаком для ногтей, которым пользовалась моя Мама. Можно использовать быстросохнущую эмаль. Я для разводки печатных плат использую цапонлак, продается он у нас в магазине радиодеталей, стоит копейки.
Сейчас в магазинах радиодеталей продаются эмалевые маркеры, очень удобная штука, для изготовления печатных плат в домашних условиях, стоит примерно 200 руб., хватает надолго. Толщина линии 0.8 мм. Вот пример моего маркера Edding 780.
Итак, для начала делаем разводку печатной платы на листочке миллиметровки или в клеточку, помечая точками отверстия под выводы элементов. Я всегда сначала закупаю все элементы, потом в зависимости от их размеров и исполнения делаю разводку. Можно не рисовать печатную плату в ручную, а развести в , потом распечатать на любом принтере, в том числе и струйном, как это сделал я.
При разводке печатной платы учитывайте относительно, какой стороны вы рисуете. При данном способе лучше рисовать относительно стороны, на которой будут находиться дорожки, а элементы с обратной стороны. Если рисовать относительно стороны, на которой находятся элементы, то придется рисовать зеркально. Возможно, вы ничего не поняли, это ерунда, все приходит с опытом. Попробуете, поймете!
Далее накладываем наш листочек с платой на отшлифованный, фольгированный текстолит и чем-нибудь острым (например, цыганской иглой) наносим метки для сверления отверстий. После чего сверлим отверстия тонким сверлом.
Потом я беру цапонлак или эмалевый маркер Edding 780 и рисую дорожки, срисовывая их с листочка. Данный этап наиболее простой и увлекательный.
Есть еще один вариант нанесения рисунка на фольгированный текстолит. Рисуется на прозрачной бумаге (калька) рисунок, далее аккуратно вырезается лезвием бритвы. Накладывается на текстолит и обрабатывается лаком. Короче говоря, как трафарет.
После того как лак засохнет, готовим раствор хлорного железа, для травления печатной платы, купить можно в любом радиомагазине. Как разводить раствор, написано на баночке, я обычно это делаю на глаз.
Все, опускаю плату в раствор и зубной щеткой потираю плату.
Через некоторое время, плату нужно вынуть из раствора хлорного железа и промыть в теплой воде.
Дорожки лучше облудить припоем, иначе медь очень хорошо окисляется. Далее впаиваем детали, вот и все, печатная плата в домашних условиях готова.
Как подготовить к производству плату, сделанную в Eagle
Подготовка к производству состоит из 2 этапов: проверка технологических ограничений (DRC) и генерация файлов в формате Gerber
У каждого производителя печатных плат существуют технологические ограничения на минимальную ширину дорожек, зазоры между дорожками, диаметры отверстий, и т.п. Если плата не соответствует этим ограничениям, производитель отказывается принимать плату к производству.
При создании файла печатной платы устанавливаются технологические ограничения по умолчанию из файла default.dru из каталога dru. Как правило, эти ограничения не соответствуют ограничениям реальных производителей, поэтому их нужно изменить. Можно настроить ограничения непосредственно перед генерацией файлов Gerber, но лучше сделать это сразу после создания файла платы. Для настройки ограничений нажимаем кнопку DRC
Переходим на вкладку Clearance, где задаются зазоры между проводниками. Видим 2 секции: Different signals и Same signals . Different signals - определяет зазоры между элементами, принадлежащим разным сигналам. Same signals - определяет зазоры между элементами, принадлежащим одному и тому же сигналу. При перемещении между полями ввода картинка меняется, показывая смысл вводимого значения. Размеры можно задавать в миллиметрах (mm) или в тысячных долях дюйма (mil, 0.0254 мм).
На вкладке Distance определяются минимальные расстояния между медью и краем платы (Copper/Dimension ) и между краями отверстий (Drill/Hole )
На вкладке Sizes для двухсторонних плат имеют смысл 2 параметра: Minimum Width - минимальная ширина проводника и Minimum Drill - минимальный диаметр отверстия.
На вкладке Restring задаются размеры поясков вокруг переходных отверстий и контактных полщадок выводных компонентов. Ширина пояска задается в процентах от диаметра отверстия, при этом можно задать ограничение на минимальную и максимальную ширину. Для двухсторонних плат имеют смысл параметры Pads/Top , Pads/Bottom (контактные площадки на верхнем и нижнем слое) и Vias/Outer (переходные отверстия).
На вкладке Masks задаются зазоры от края контактной площадки до паяльной маски (Stop ) и паяльной пасты (Cream ). Зазоры задаются в процентах меньшего размера площадки, при этом можно задать ограничение на минимальный и максимальный зазор. Если производитель плат не указывает специальных требований, можно оставить на этой вкладке значения по умолчанию.
Параметр Limit определяет минимальный диаметр переходного отверстия, которое не будет закрыто маской. Например если узазать 0.6mm то переходные отверстия диаметром 0.6мм и менее будут закрыты маской.
После установки ограничений, переходим на вкладку File . Можно сохранить установки в файл, нажав кнопку Save As... . В дальнейшем для других плат можно быстро загрузить установки (Load... ).
Нажатием кнопки Apply установленные технологические ограничения применяются к файлу печатной платы. Это влияет на слои tStop, bStop, tCream, bCream . Также для переходных отверстий и контактных площадок выводных компонентов будет изменен размер, чтобы удовлетворить ограничениям, заданным на вкладке Restring .
Нажатие кнопки Check запускает процесс контроля ограничений. Если плата удовлетворяет всем ограничениям, в строке статуса программы появится сообщение No errors . Если плата не проходит контроль, появляется окно DRC Errors
В окне содержится список ошибок DRC, с указанием типа ошибки и слоя. При двойном щелчке на строке область платы с ошибкой будет показана в центре главного окна. Типы ошибок:
слишком маленький зазор
слишком маленький диаметр отверстия
пересечение дорожек с разными сигналами
фольга слишком близко к краю платы
После исправления ошибок нужно снова запустить контроль, и повторять эту процедуру до тех пор, пока не будут устранены все ошибки. Теперь плата готова к выводу в файлы Gerber.
Из меню File выбрать CAM Processor . Появится окно CAM Processor .
Совокупность параметров генерации файлов называется заданием. Задание состоит из нескольких секций. Секция определяет параметры вывода одного файла. По умолчанию в поставке Eagle имеется задание gerb274x.cam, но оно иммет 2 недостатка. Во-первых, нижние слои выводятся в зеркальном отображении, во-вторых не выводится файл сверловки (для генерации сверловки нужно будет выполнить еще одно задание). Поэтому рассмотрим создание задания "с нуля".
Нам нужно создать 7 файлов: границы платы, медь сверху и снизу, шелкография сверху, паяльная маска сверху и снизу и сверловка.
Начнем с границ платы. В поле Section вводим имя секции. Проверяем, что в группе Style установлены только pos. Coord , Optimize и Fill pads . Из списка Device выбираем GERBER_RS274X . В поле ввода File вводится имя выходного файла. Удобно поместить файлы в отдельный каталог, поэтому в этом поле введем %P/gerber/%N.Edge.grb . Это означает каталог, в котором расположен исходный файл платы, подкаталог gerber , исходное имя файла платы (без расширения .brd ) с добавленным в конце .Edge.grb . Обратите внимание, что подкаталоги не создаются автоматически, поэтому перед генерацией файлов нужно будет создать подкалог gerber в каталоге проекта. В полях Offset вводим 0. В списке слоев выбираем только слой Dimension . На этом создание секции закончено.
Для создания новой секции нажимаем Add . В окне появляется новая вкладка. Устанавливаем параметры секции как описано выше, повторяем процесс для всех секций. Разумеется, для каждой секции должен быть выбран свой набор слоев:
медь сверху - Top, Pads, Vias
медь снизу - Bottom, Pads, Vias
шелкография сверху - tPlace, tDocu, tNames
маска сверху - tStop
маска снизу - bStop
сверловка - Drill, Holes
и имя файла, например:
медь сверху - %P/gerber/%N.TopCopper.grb
медь снизу - %P/gerber/%N.BottomCopper.grb
шелкография сверху - %P/gerber/%N.TopSilk.grb
маска сверху - %P/gerber/%N.TopMask.grb
маска снизу - %P/gerber/%N.BottomMask.grb
сверловка - %P/gerber/%N.Drill.xln
Для файла сверловки устройство вывода (Device ) должно быть EXCELLON , а не GERBER_RS274X
Следует иметь в виду, что некоторые производители плат принимают только файлы с именами в формате 8.3, то есть не более 8 символов в имени файла, не более 3 символов в расширении. Это следует учитывать при задании имен файлов.
Получаем следующее:
Затем открываем файл платы (File => Open => Board ). Убедитесь, что файл платы был сохранен! Нажимаем Process Job - и получаем набор файлов, которые можно отправить производителю плат. Обратите внимание - кроме собственно Gerber файлов будут также сгенерированы информационные файлы (с раширениями .gpi или .dri ) - их отправлять не нужно.
Можно также вывести файлы только из отдельных секций, выбирая нужную вкладку и нажимая Process Section .
Перед отправкой файлов производителю плат полезно просмотреть то, что получилось, с помощью программы просмотра Gerber. Например, ViewMate для Windows или для Linux. Еще бывает полезно сохранить плату в PDF (в редакторе платы File->Print->кнопка PDF) и закинуть этот файл производителю вместе с герберами. А то они ведь тоже люди, это поможет им не ошибиться.
Технологические операции, которые необходимо выполнять при работе с фоторезистом СПФ-ВЩ
1. Подготовка
поверхности.
а) зачистка шлифованным порошком («Маршалит»), размер М-40, промывка
водой
б) декапирование 10% раствором серной кислоты (10-20 сек), промывка
водой
в) сушка при T=80-90 гр.Ц.
г) проверка – если в течение 30 сек. на поверхности остается
сплошная пленка – подложка готова к работе,
если нет – повторить все сначала.
2. Нанесение фоторезиста.
Нанесение фоторезиста производится на ламинаторе с Tвалов =80 гр.Ц.
(см. инструкцию работы на ламинаторе).
С этой целью горячая подложка (после сушильного шкафа) одновременно
с плёнкой из рулона СПФ направляется в зазор между валов, причем
полиэтиленовая (матовая) плёнка должна быть направлена к медной
стороне поверхности. После прижима пленки к подложке начинается
движение валов, при этом полиэтиленовая пленка снимается, а слой
фоторезиста накатывается на подложку. Лавсановая защитная пленка
остается сверху. После этого пленка СПФ обрезается со всех сторон по
размеру подложки и выдерживается при комнатной температуре в течение
30 минут. Допускается выдержка в течение от 30 минут до 2 суток в
темноте при комнатной температуре.
3. Экспонирование.
Экспонирование через фотошаблон производят на установках СКЦИ или
И-1 с УФ-лампами типа ДРКТ-3000 или ЛУФ-30 с вакуумным разрежением
0,7-0,9 кг/см2. Время экспонирования (для получения рисунка)
регламентируется самой установкой и подбирается экспериментально.
Шаблон должен быть хорошо прижат к подложке! После экспонирования
заготовка выдерживается в течение 30 минут (допускается до 2 часов).
4. Проявление.
После экспонирования проводится процесс проявления рисунка. С этой
целью с поверхности подложки снимается верхний защитный слой –
лавсановая пленка. После этого заготовка опускается в раствор
кальцинированной соды (2%) при T=35 гр.Ц. Через 10 секунд начинают
процесс снятия незасвеченной части фоторезиста с помощью
поролонового тампона. Время проявления подбирают опытным путем.
Затем подложку вынимают из проявителя, промывают водой, декапируют
(10 сек.) 10%-ным раствором H2SO4 (серная кислота), снова водой и
сушат в шкафу при T=60 гр.Ц.
Полученный рисунок не должен отслаиваться.
5. Полученный рисунок.
Полученный рисунок (слой фоторезиста) устойчив для травления в:
- хлорном железе
- соляной кислоте
- сернокислой меди
- царской водке (после дополнительного задубливания)
и др. растворах
6. Срок годности фоторезиста СПФ-ВЩ.
Срок годности СПФ-ВЩ 12 месяцев. Хранение осуществляется в темном
месте при температуре от 5 до 25 гр. Ц. в вертикальном положении,
завернутым в черную бумагу.
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.
Рассмотрим процесс изготовления печатных плат в домашних условиях на конкретном примере. Нужно изготовить две платы. Одна - переходник с одного типа корпуса на другой. Вторая - замена большой микросхемы с корпусом BGA на две поменьше, с корпусами TO-252, с тремя резисторами. Размеры плат: 10x10 и 15x15 мм. Существует несколько вариантов изготовления печатных плат в домашних условиях. Самые популярные - с помощью фоторезиста и по «утюжно-лазерной технологии».
Готовим проект печатной платы. Я пользуюсь программой DipTrace : удобно, быстро, качественно. Разработана нашими соотечественниками. Очень удобный и приятный пользовательский интерфейс, в отличие от общепризнанного PCAD. Бесплатна для небольших проектов. Библиотеки корпусов радиоэлектронных компонентов, в том числе и 3D модели. Есть конвертация в формат PCAD PCB . Многие отечественные фирмы уже начали принимать проекты в формате DipTrace.
Проект печатной платы
В программе DipTrace есть возможность увидеть будущее творение в объёме, что удобно и наглядно. Вот что должно получиться у меня (платы показаны в разных масштабах):
Сначала размечаем текстолит и выпиливаем заготовку для печатных плат.
Выводим проект на лазерном принтере в зеркально отражённом виде в максимально возможном качестве, не скупясь на тонер. Путём долгих экспериментов была выбрана лучшая бумага для этого - плотная матовая бумага для принтеров. Можно попробовать использовать фотобумагу или купить специальную термобумагу .
Почистим и обезжирим заготовку платы. Если нет обезжиривателя, можно пройтись по медной фольге стеклотекстолита обычным ластиком. Далее с помощью утюга «привариваем» тонер с бумаги к будущей печатной плате. Я держу 3-4 минуты под небольшим нажимом, до лёгкого пожелтения бумаги. Нагрев ставлю максимальный. Сверху кладу ещё один лист бумаги для более равномерного прогрева, иначе изображение может «поплыть».
Важный момент здесь - равномерность прогрева и нажима и время нагрева. Если недодержать утюг, то отпечаток смоется при травлении, и дорожки будут разъедены кислотой. Если передержать, то рядом расположенные проводники могут слиться друг с другом.
После этого кладём заготовку с прилипшей к ней бумагой в воду. Можно не дожидаться, пока текстолит остынет. Фотобумага быстро намокает, и через минуту-две можно аккуратно снять верхний слой.
В местах, где большое скопление наших будущих токопроводящих дорожек, бумага прилипает к плате особенно сильно. Её пока не трогаем. Даём плате ещё пару минут отмокнуть. Теперь остатки бумаги снимаются с помощью ластика или трения пальцем. Должна получиться красивая чистая заготовка с чётко отпечатанным рисунком.
Снимаем остатки бумаги с заготовки печатной платы
Вынимаем заготовку. Просушиваем. Если где-то дорожки получились не очень чёткими, можно сделать их ярче тонким маркером для CD или лаком для ногтей, например (смотря чем вы собираетесь травить плату).
Нужно добиться, чтобы все дорожки вышли чёткими, ровными и яркими. Это зависит от:
Поэкспериментируйте с разными видами бумаги, разным временем нагрева, разными видами очистки поверхности стеклотекстолита, чтобы найти наиболее оптимальный по качеству вариант. Подобрав приемлемое сочетание этих условий, в дальнейшем вы сможете быстрее и качественнее изготавливать печатные платы дома.
Кладём получившуюся заготовку с отпечатанными на ней будущими дорожками-проводниками в кислоту, например, в раствор хлорного железа. Мы ещё поговорим о других видах травления . Травим часа 1,5 или 2. Пока ждём, накроем ванночку крышкой: испарения достаточно едкие и токсичные.
Достаём из раствора готовые платы, промываем, сушим. Тонер от лазерного принтера замечательно смывается с платы с помощью ацетона. Как видно, даже самые тонкие проводники шириной более 0,2 мм вышли вполне хорошо. Осталось совсем немного.
Лудим изготовленные печатные платы. Смываем бензином или спирто-бензиновой смесью остатки флюса.
Осталось только выпилить платы и смонтировать радиоэлементы!
При определённой сноровке «лазерно-утюжный метод» подходит для изготовления несложных печатных плат в домашних условиях. Чётко получаются проводники от 0,2 мм и толще. Времени на подготовку, эксперименты с подбором типа бумаги и температуры утюга, травление и лужение уходит примерно от 2 до 5 часов. Когда вы найдёте оптимальное сочетание, затрачиваемое на изготовление платы время составит менее 2 часов. Это гораздо быстрее, чем заказывать платы в фирме. Денежные затраты также минимальны. В общем, для простых бюджетных радиолюбительских проектов метод рекомендуется к использованию.
