Любой электронный девайс требует соединения воедино кучи деталей. Конечно, можно спаять девайс на монтажной плате, но при этом велик риск наделать кучу ошибок, да и сам девайс будет выглядеть весьма стремно. Торчащие во все стороны провода оценят только любители трешдизайна. Поэтому, будем делать печатную плату!
А чтобы тебе было проще, я сделал видео урок на тему изготовления печатных плат методом Лазерного Утюга ака ЛУТ.
Полный цикл, от подготовки платы с куска текстолита, до сверления и лужения.
Печатные платы делаются из фольгированного изоляционного материала (гетинакса, стеклотекстолита, фторопласта). На одну из сторон листа изоляционного материала прочно наклеена металлическая фольга, которая позволяет получить в дальнейшем печатные проводники любой формы. Они представляют собой полоску фольги, соединяющую выводы двух или более деталей, установленных на печатной плате в соответствии с принципиальной схемой радиотехнического устройства.
Что требуется для изготовления печатных плат?
0) Рисунок печатной платы в электронном виде.
1) Лазерный принтер, для печати оттиска будущей платы. Желательно чтобы принтер имел возможность прямого тракта - печать с минимальным изгибом бумаги. У меня Samsung ML1520. Печать на максимум, без всякой экономии тонера!
2) Фольгированный текстолит.
3) Фотобумага для струйной печати Lomond 120г/м глянцевая, односторонняя с улучшеным покрытием. Также неплохие результаты на бумаге Lomond 230г/м глянцевая.
4) Щетка для замши с металлическим+пластиковым ворсом (опционально)
5) Ацетон
6) Шкурка нулевка
Форма проводников, их количество и взаимное расположение определяются схемой устройства, примененными элементами, а также опытом радиолюбителя, разрабатывающего чертеж печатной платы.
При этом надо помнить, что чертежи разрабатываются для установки вполне определенных типов элементов. Если типы некоторых элементов будут другими (например, вместо конденсаторов типа К50-6 применяются конденсаторы типа К53-4 с иным расположением выводов), то чертеж платы придется соответствующим образом изменить.
Чаще всего для изготовления печатной платы радиолюбители применяют фольгированный стеклотекстолит марки СТФ или фольгированный гетинакс марки ГФ. Гетинакс по сравнению со стеклотекстолитом имеет несколько худшие характеристики, но он вполне пригоден для подавляющего большинства радиолюбительских конструкций. При работе с гетинаксом используйте легкоплавкие припои (ПОСК-50, ПОС-40, ПОС-61), так как фольга при перегреве печатных проводников во время пайки может легко отслаиваться.
Фольгированные материалы, выпускаемые промышленностью, имеют различную толщину. Обычно используют материал толщиной 1,5 мм. Но в тех случаях, когда плата больших размеров и на ней нужно устанавливать массивные элементы, применяют материал толщиной 2-2,5 мм.
Если в вашем распоряжении не окажется готового фольгированного материала, его можно сделать самостоятельно.
Вырежьте из гетинакса толщиной 1,5- 2 мм заготовку по размеру будущей платы, а из листовой медной фольги (ее толщина должна быть в пределах 0,05 - 0,1 мм) - пластину такого же размера. Зашкурьте склеиваемые поверхности мелкозернистой наждачной бумагой, очистите их от пыли и обезжирьте ацетоном или бензином. Нанесите на гетинакс и фольгу ток-кий слой клея БФ-2 и подсушите его в течение часа при комнатной температуре, затем нанесите второй слой клея и подсушите минут 30. После этого наложите фольгу на гетинакс и раскатайте ее твердым валиком от середины к краям. Обработанную таким образом заготовку поместите под пресс или в тиски и выдержите 2-3 суток.
Заготовку поместите между двумя металлическими пластинами (со стороны фольги дополнительно проложите картон) и крепко сожмите весь пакет.
Нанесение рисунка печатной платы
Подготовьте вспомогательный рисунок печатной платы со стороны печатных проводников в масштабе 1:1, точками обозначьте центры будущих отверстий.
Приклейте рисунок к фольге несколькими каплями резинового клея. С помощью кернера легкими ударами небольшого молотка поочередно переведите на фольгу центры всех будущих отверстий,
Кернер держите перпендикулярно к поверхности платы, иначе разметка будет неточной. Фольгу до этой операции не зашкуривайте, чтобы следы, оставленные кернером, были заметнее.
Снимите с заготовки рисунок и просверлите отверстия. Лучше всего делать это на сверлильном станке, поскольку отверстия для выводов деталей имеют 0 0,8 -1 мм. Можно использовать и электродрель. Для этого зажмите заготовку в тисках через картонные или гетинаксовые прокладки фольгой к себе. Сидя на стуле, поставьте локоть левой руки на верстак, на ладонь положите электродрель, а правой рукой удерживайте дрель за рукоятку.
Подачу сверла в горизонтальной плоскости регулируйте согласованными движениями обеих рук. По мере сверления отверстий изменяйте положение заготовки, в конце работы проверьте, все ли отверстия просверлены.
Зашкурьте фольгу мелкой наждачной бумагой, удалите пыль и остатки резинового клея, обезжирьте поверхность ацетоном. Теперь старайтесь до окончания обработки печатной платы не касаться фольги руками.
Чтобы на плате после травления остались печатные проводники, соответствующие участки фольги закрасьте каким-либо кислотоупорным лаком или краской. Наиболее часто радиолюбители используют нитроэмаль; она быстро сохнет и хорошо сцепляется с поверхностью фольги. Для удобства пользования краску следует наливать небольшими порциями в мелкую стеклянную или металлическую посуду и набирать ее оттуда. Переносить изображение с бумаги на фольгу можно с помощью. обычного или стеклянного рейсфедера, доработанного медицинского шприца, стержня от авторучки, из которого удален шарик, или обыкновенной заостренной спичкой. Желательно, чтобы отверстия были тоже закрыты краской, это защитит их стенки от пропитывания растворами при травлении. Как только на спичке появятся тянущиеся “нити”, меняйте порцию краски, иначе на плате они могут образовать тончайшие перемычки между проводниками, в это сделает невозможной работу устройства.
Для перенесения рисунка можно применять также асфальтобитумный лак, цветной цапонлак, клей БФ, некоторые сорта туши и чернил.
После того как все проводники изображены, проверьте качество рисунка, при необходимости поправьте вид “проводников”, устраните перемычки, проработайте зазоры между контактными площадками (они должны быть не менее 1 мм). При осмотре рисунка желательно использовать лупу.
Некоторые радиолюбители вместо краски или лака используют липкую ленту - скоч, нарезая из нее “проводники” и “контактные площадки” и наклеивая их на фольгу в соответствии с рисунком. Тем, кто захочет воспользоваться этим способом подготовки платы к травлению, посоветуем очень внимательно следить за качеством отрезков скоча, иначе в проводниках могут оказаться разрывы. Более высокое качество рисунка можно получить, применяя специальные приборы для вычерчивания. С описанием конструкции одного из них вы можете познакомиться, прочитав книгу Ю. В. Бездельева “Плоские и объемные модули в любительских конструкциях” (выпущенную в издательстве “Энергия” в 1977 году).
Не защищенные краской, лаком или липкой лентой участки фольги удалите, протравливая плату в одном из рекомендуемых растворов. Основным материалом для травления служит раствор хлорного железа - оно продается в магазинах химических реактивов в порошке либо в гранулах. Для получения раствора нужно насыпать в стакан примерно 3/4 порошка хлорного железа и долить теплой водой.
Травление плат
Для травления используйте стеклянную или пластмассовую посуду, например, фотографическую кювету. Положите плату в раствор рисунком вверх, вся поверхность платы должна быть залита раствором. Процесс травления ускоряется, если сосуд покачивать или подогревать. При травлении образуются ядовитые испарения, поэтому работайте либо а хорошо проветриваемом помещении, либо на открытом воздухе. Периодически проверяйте состояние платы, приподнимая ее для осмотра деревянными или пластмассовыми палочками, металлические инструменты и приспособления для этой цели применять нельзя. Убедившись в том, что фольга в незащищенных местах исчезла полностью, прекратите процесс травления,
Перенесите, например, с помощью бельевой прищепки плату под струю проточной воды и тщательно промойте, после чего просушите ее при комнатной температуре.
Если вы Собираетесь использовать раствор повторно, Слейте его в плотно закрывающуюся посуду и храните в прохладном темном месте. Учтите, что при повторном использовании эффективность раствора снижается.
При работе с раствором хлорного железа помните, что он не должен попадать на руки и другие открытые части тела, а также на поверхности ванн и раковин, поскольку на последних могут остаться трудно смываемые желтые пятна.
Раствор хлорного железа можно изготовить самостоятельно, если обработать железные опилки соляной кислотой. Возьмите 25 весовых частей 10-процентной соляной кислоты и смешайте с одной весовой частью железных опилок. Смесь в плотно закрытой посуде выдержите 5 суток в темном месте, после чего ее можно использовать. Переливая раствор в сосуд для травления, не взбалтывайте его: осадок должен остаться в той посуде, в которой раствор готовился.
Длительность процесса травления платы в растворе хлорного железа зависит от концентрации раствора, его температуры, толщины фольги и обычно составляет 40 - 50 минут.
Растворы для травления плат можно приготовить не только на основе хлорного железа. Более доступным может оказаться для многих радиолюбителей водный раствор медного купороса и поваренной соли. Приготовить его нетрудно - растворите в 500 мл горячей воды (t около 80°С) 4 столовые ложки поваренной соли и 2 столовые ложки растолченного в порошок медного купороса. Если раствор применять сразу, его эффективность будет невысокой, она значительно повышается после выдержки раствора в течение двух-трех недель.
Время травления платы в таком растворе - три часа и более.
Значительного сокращения времени травления можно добиться, используя растворы на основе кислот. Процесс травления платы, например, в концентрированном растворе азотной кислоты длится всего 5-7 минут.
В этом случае рисунок наносится бакелитоеым лаком средней вязкости помощью стеклянного рейсфедера ипишущего узла авторучки с удаленным шариком. При заправке инструмента опустите его рабочий конец в лак, а с другого конца создайте разрежение, подсасывая воздух через хлорвиниловую трубочку, .После тpaвления плату тщательно промойте водой с мылом.
Хорошие результаты дает применение раствора соляной кислоты и перикиси водорода. Для приготовлени возьмите 20 частей (по объему) соляной кислоты плотностью 1,19 г/см.куб, 4 частей аптечной перекиси водорода 40 частей воды. Сначала воду смешайте с перекисью водорода, затем осторожно добавьте кислоту. Рисунок этом случае делается нитрокраской.
Растворы на основе кислот заливайте в стеклянную или керамическую посуду, работайте с ними только в хорошо проветриваемых помещениях.
Способ гальванического травления плат
Для этого потребуется источник постоянного тока напряжением 25-30 В и концентрированный раствор поваренной соли. При помощи зажима “крокодил” соедините положительный полюс источника с незакрашенными участками фольги платы, а к оголенному и свернутому в петлю концу провода, идущего от отрицательного полюса источника, прикрепите ватный тампон. Последний обильно пропитайте раствором соли и, слегка прижимая к фольге, перемещайте по поверхности платы, движение тампона должно напоминать вырисовывание цифры 8. Фольга при этом будет как бы “смываться”. По мере загрязнения тампон меняйте.
Во всех случаях после окончани процесса травления платы тщательно промывают в проточной воде (например, под водопроводным краном, просушивают и только после этого сни мают краску ацетоном, уайт-спиритом и другими подобными растворителями. Краска, оставшаяся в отверстиях удаляется тонким шилом или иглой.
Теперь зачистите проводники до блеска самой мелкозернистой наждачной бумагой или чернильным ластиком, удалите с платы все посторонние частицы и залудите проводники следующим способом: смажьте их спиртоканифольным флюсом (15% канифоли и 15% этилового спирта), возьмите отрезок оплетки от экранированног тровода и пропитайте его этим ж флюсом, наберите на жало паяльника немного припоя ПОС-61 и через оплетку “втирайте” припой в фольгу. Скорость движения паяльника должна быть такой, чтобы проводники хорошо залуживались, но не отслаивались от материала платы. При выполнени этой работы плату желательно закрепить неподвижно. Можно ограничиться залуживанием только контактных площадок.
Закончив лужение проводников, удалите остатки флюса и лишний припой (в том числе из отверстий), проверьте качество изготовления платы и приступайте к установке на нее радиоэлементов.
Андреев С.
В домашних условиях можно изготавливать печатные платы. по качеству практически ничем не уступающие заводскому изготовлению. Соблюдая определённый порядок действий, Вы сами сможете повторить это для ваших самоделок.
Сначала необходимо подготовить рисунок печатных дорожек. Как развести печатную плату здесь обсуждаться не будет, предположим что рисунок уже есть, взят из журнала, интернета, или нарисован вами лично или при помощи специальной программы. Подготовка рисунка зависит от того каким способом предполагается нанести рисунок печатных дорожек на заготовку. Сейчас наиболее популярны три способа, - ручное рисование с помощью несмываемого маркера, способ «лазерного утюга» и фотоэкспонирование на фоторезист.
Первый способ
Первый способ годится для несложных плат. Здесь конечным пунктом подготовки рисунка должно быть изображение на бумаге в масштабе 1:1, вид со стороны дорожек. Хорошо если уже есть бумажное изображение 1:1, например, в журнале «Радиоконструктор» в основном все платы 1:1. Но в других изданиях и особенно в интернете бывает не все так гладко.
Если есть бумажное изображение в другом масштабе его нужно соответственно увеличить или уменьшить, например, с помощью копирования на ксероксе с масштабированием. Либо отсканировать в компьютер в графический файл и в каком-нибудь графическом редакторе (например, в Adobe Photoshop) привести размеры к 1:1 и распечатать на принтере. Это же касается и рисунков плат, полученных из интернета.
Итак, бумажный рисунок 1:1 вид со стороны дорожек есть. Берем заготовку из фольгированного стеклотекстолита, немного зашкуриваем фольгу «нулевкой», накладываем на заготовку бумажный рисунок, прикрепляем его чтобы не двигался, например, скотч-лентой. И шилом или метчиком прокалываем бумагу в точках где должны быть отверстия, причем так чтобы остался отчетливо видный, но неглубокий след на фольге.
Следующий этап, - снимаем бумагу с заготовки. В отмеченных местах сверлим отверстия необходимого диаметра. Затем, глядя на рисунок дорожек, рисуем несмываемым маркером печатные дорожки и монтажные площадки. Рисовать начинаем с монтажных площадок, а потом соединяем их линиями. Там где нужны толстые линии проводим маркером несколько раз. Или рисуем контур толстой линии, а потом плотно закрашиваем внутри. Травление рассмотрим позже.
Второй способ
Второй способ радиолюбители обозвали «лазерным утюгом». Способ популярный, но весьма капризный. Необходимые инструменты, - лазерный принтер со свежим картриджем (заправленный картридж, по моему опыту, вообще не годится для этого дела), утюг бытовой обычный, весьма хитрая бумага.
Итак, подготовка рисунка. Рисунок должен быть черным (без полутонов, цвета), в масштабе 1:1, и более того, он должен быть в зеркальном изображении. Всего этого можно добиться обработкой рисунка на ПК в каком-нибудь графическом редакторе. Выше указанный Adobe Photoshop вполне сгодится, хотя даже простейшая программа Paint из стандартного набора Windows позволяет сделать зеркальное отображение.
Результатом подготовки рисунка должен быть графический файл с изображением в масштабе 1:1, черно-белый, без полутонов и цвета, который можно распечатать на лазерном принтере.
Другой вопрос, важный и тонкий, - о бумаге. Бумага должна быть плотная и в тоже время тонкая, так называемая, мелованная (обычная «для ксерокса» хороших результатов не дает). Где её взять? Вот это главный вопрос. В продаже она бывает только толстая - для фотографий. А нам нужна тонкая. Поищите в почтовом ящике! Очень многие рекламные буклеты сделаны именно на такой бумаге, - тонкая, гладкая, глянцевая. На наличие цветных картинок внимания не обращайте, - нам они никак не помешают. Впрочем, нет, если печать сделана некачественно, то есть, картинки пачкают пальцы, - такая рекламная продукция нам не подойдет.
Дальше печатаем свой файл на этой бумаге и смотрим что получилось. Как я уже сказал выше, принтер должен быть со свежим картриджем (и барабаном, если барабан отдельно от картриджа). В установках притера нужно выбрать режим печати с наибольшей плотности отпечатка, в разных принтерах этот режим называется по разному, например, «Яркость», «Dark», «Контрастность». И никаких экономичных или черновых (в смысле, «черновик») режимов.
Все это необходимо так как нужен плотный и равномерный рисунок, с дорожками изображенными достаточно толстым слоем тонера без прерываний, светлых полос, которые могут быть при работе изношенного барабана картриджа. В противном случае рисунок будет неравномерным по толщине тонера и это приведет к тому что на готовой плате в этих местах будут прерывания дорожек.
Печатаем рисунок, вырезаем ножницами так чтобы было немного по краям лишнего, накладываем рисунок на заготовку тонером к фольге, а лишнее заворачиваем под плату так чтобы эти части были прижаты платой лежащей на столе и не давали рисунку перемещаться. Берем обычный утюг без отпаривания разогреваем его до максимальной температуры. Плавно приглаживаем, не допуская смещений рисунка.
Не переусердствуйте, так как от излишнего давления тонер размажется и некоторые дорожки сольются. Плохо обработанные кромки заготовки также не дадут хорошо пригладить тонер к заготовке.
В общем, суть процесса в том, что тонер лазерного принтера плавится и при расплавлении прилипает к фольге. Теперь ждем пока заготовка остывает. Как остынет кладем минут на 10-15 в посуду с теплой водой. Мелованная бумага размягчается и начинает отставать от платы. Если бумага не отстает, аккуратно пытаемся скатать бумагу пальцами рук под струей воды.
На заготовке будет видна разводка покрытая тонким слоем лохматой бумаги. Сильно стараться скатать всю бумагу не нужно, так как можно таким усердием содрать и тюнер с фольги. Важно чтобы лохмотья бумаги не висели, а между дорожками бумаги не должно быть вообще.
Третий способ
Третий способ, - фотоэкспонирование на слой фоторезиста. Фоторезист продается в магазинах радиодеталей. Обычно прилагается инструкция. Следуя этой инструкции нужно нанести фоторезист на заготовку, и когда он будет готов проэкспонировать на него рисунок разводки платы. Затем обработать специальным раствором - проявителем. Освещенные участки смоются, а на неосвещенных останется пленка.
Рисунок должен быть подготовлен так же как и для «лазерного утюга», но печатать нужно на прозрачной пленке для принтера. Эту пленку накладывают на обработанную фоторезистом заготовку (тонером к заготовке) и экспонируют согласно инструкции. Данный способ сложен, требует наличия фоторезиста, проявляющего раствора и строго соблюдения инструкции, но он позволяет получить разводку практически заводского качества.
К тому же, принтер не обязательно должен быть лазерным, - подойдет и струйный, при условии что печатать будете на прозрачной пленке для струйных принтеров.Экспонируя пленку всегда нужно накладывать на заготовку стороной на которое тонер, прижимать стеклом для ровности прилегания. Если прилегание будет неплотным, или положите пленку другой стороной изображение получится некачественным так как дорожки расплывутся из-за нарушения фокуса.
Травление печатной платы
Теперь о травлении. Несмотря на множество альтернативных способов травления наиболее эффективно старое доброе «хлорное железо». Это раньше его было не достать, а сейчас продается в баночках практически в любом магазине радиодеталей.
Нужно сделать раствор хлорного железа, на баночке обычно есть инструкция сколько содержимого баночки на сколько воды. Практически получается на стакан воды четыре чайные ложки с горкой порошка. Хорошенько перемешиваем. При этом может происходить сильное тепловыделение и даже вскипание на поверхности и произойти разбрызгиванием, так что действуйте осторожно.
Травить удобнее всего в ванночке для фотопечати, но можно и в обычной керамической тарелке (в металлической миске нельзя ни в коем случае!). Плата должна быть расположена дорожками вниз и находиться в подвешенном состоянии. Я просто кладу в тарелку или ванночку четыре малениких специально подготовленных с помощью напильника осколочка обычного строительного кирпича, так чтобы плата лежала уголками на них.
Теперь остается только налить раствор в эту емкость и аккуратно положить плату на эти подпорки. Некоторые предпочитают класть плату на поверхность раствора так чтобы её удерживало поверхностное натяжение воды, но мне такой способ не нравится потому что плата тяжелее воды и при любом даже незначительном сотрясении потонет.
В зависимости от концентрации и температуры раствора стравливание занимает от 10 мин до 1 часа. Для ускорения процесса травления можно создать вибрацию, например, рядом на стол положить работающий электромоторчик. А подогревать раствор можно обычной лампой накаливания (поставив ванночку под настольную лампу).
Необходимо отметить, что остатки мела (от мелованной бумаги) на тонере вступают в реакцию с раствором хлорного железа, образуются пузырьки, которые препятствуют травлению. В таком случае нужно периодически вынимать плату и промывать водой.
Кроме наиболее удобного и эффективного по моему мнению способа травления в растворе хлорного железа существуют и другие варианты. Например, травление в азотной кислоте. Травление происходит очень быстро, и с выделением теплоты. Раствор азотной кислоты должен быть концентрацией не более 20%. После травления, чтобы нейтрализовать кислоту, необходимо промывать плату раствором питьевой соды.
Способ дает быстрое травление, но имеет и много недостатков. Во-первых, если заготовку немного передержать могут быть сильные подтравы дорожек. А во-вторых, и это самое важное, способ очень опасный для здоровья. Кроме того что сама азотная кислота может вызвать химические ожоги при попадании на кожу, так еще и при травлении выделяет ядовитый газ - окись азота. Так что данный способ я очень не рекомендую.
Еще один способ - травление в растворе смеси медного купороса и поваренной соли. Данный способ активно применялся в «до перестроечные времена», когда хлорное железо, как и многое другое, отсутствовало в свободной продаже, а вот удобрения для огорода были относительно доступны.
Последовательность приготовления раствора такова, - сначала наливаете в ванночку из пластмассы или стекла, керамики воду. Затем насыпаете поваренную соль из расчета две столовые ложки на стакан воды. Размешиваете неметаллической палочкой до полного растворения соли, и добавляете медный купорос из расчета - одна столовая ложка на стакан воды. Снова размешиваете. Погружаете в раствор плату.
Фактически травление происходит в поваренной соли, а медный купорос работает как катализатор. Главный недостаток такого способа, - очень длительное травление, которое может быть от нескольких часов и доходить до суток. Немного ускорить процесс можно подогревая раствор до 60-70°С. Часто оказывается что одной порции недостаточно на всю плату и раствор приходится выливать и приготовлять снова и снова. Этот способ по всем параметрам уступает травлению в хлорном железе, и его можно рекомендовать только если хлорное железо приобрести невозможно.
Травление в электролите для автомобильных аккумуляторов. Электролит стандартной плотности нужно разбавить водой в полтора раза. Затем добавляют 5-6 таблеток перекиси водорода. Травление происходит по скорости примерно так же как в растворе хлорного железа, но присутствуют все те же минусы, что и при травлении в азотной кислоте, так как электролит представляет собой водный раствор серной кислоты. Попадание на кожу приводит к ожогам, в процессе травления выделяется ядовитый газ.
После травления нужно удалить краску, фоторезист или тонер с поверхности печатных дорожек. Рисунок маркером легко удаляется практически любым растворителем для красок, или спиртом, бензином, одеколоном. Фоторезист можно удалить уайт-спиртом или ацетоном. А вот тонер самый стойкий к химии материал. Его только счищать механически. При этом нужно не повредить сами дорожки.
Очищенную от краски (тонера, фоторезиста) заготовку нужно промыть водой, просушить и перейти к сверлению отверстий. Диаметр сверла зависит от диаметра нужного отверстия. Сверла - для металла.
Сверить мне лично удобнее всего компактной аккумуляторной дрелью-шуруповертом. При этом плату я располагаю вертикально, привинтив её шурупами к деревянному бруску, закрепленному в тисках. Дрель перемещаю горизонтально опираясь рукой о стол. Но на маленьком сверлильном станке конечно будет лучше. Многие пользуются миниатюрными бурами для гравировки, но у меня такого оборудования нет.
Кстати, питать дрель-шуруповерт можно и от лабораторного источника питания, предварительно сняв аккумулятор, подавая напряжение прямо на контакты («крокодилами»). Это удобно тем что без аккумулятора дрель значительно легче, ну, плюс аккумулятор не разряжается или можно пользоваться инструментом с неисправным аккумулятором.
Ну вот плата и готова.
Сегодня мы выступим в немного непривычном для себя амплуа, будем рассказывать не о гаджетах, а о технологиях, которые стоят за ними. Месяц назад мы были в Казани, где познакомились с ребятами из Навигатор-кампуса . Заодно побывали на расположенном близко (ну, относительно близко) заводе по производству печатных плат - Технотех . Этот пост - попытка разобраться в том, как же все-таки производят те самые печатные платы.
Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?
На заводе умеют делать платы от начала и до конца - проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат.
Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.
О методах изготовления плат
Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio
-прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio
-отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе.В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом.
Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными.) - нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению - тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения.
Я покажу именно комбинированный метод.
Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)
Изготовление стеклотекстолита
Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит - это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист. Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты - это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:
Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:
В центре платы, светлые участки - это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее - параллельно.
Или например на микрофотографии tiberius , насколько я помню из этой статьи:
Итак, начнем.
Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах: 
Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой - такой материал называется препрегом , от английского pre
-impreg
nated - предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии - листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.
Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:
А вот сам рулон фольги.
Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:
На фото Владимир Потапенко, начальник производства.
Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолита
При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист.
Вот такой:
Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:
Технотех использует два вида заготовок: 305х450 - маленькая групповая заготовка, 457х610 - большая заготовка
После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…
Маршрутная карта - это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.
Сверловка заготовок
Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат - сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:
Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки - так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.
После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:
Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому . Он ест трехразовое трехфазное питание напряжением 400В, и потребляет при работе 20 КВт. Вес станка около 8 тонн. Он может одновременно обрабатывать четыре пакета по разным программам, что в сумме дает 12 плат за цикл(естественно, что все заготовки в одном пакете будут просверлены одинаково). Цикл сверления - от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и количества отверстий. Среднее время - около 20 минут. Всего таких станков у технотеха три штуки.
Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору - отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.
Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его - станок все время знает степень износа сверл - записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.
Вот так выглядят внутренности станка:
После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляется по этапу на следующий этап.
Очистка, активация заготовок и химическое меднение.
Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивами
Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона».
Плата становится чистой и блестящей:
После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности. Для каждой поверхности вводится серийный номер Активация поверхности - это подготовка к осаждению меди на внутреннюю поверхность отверстий для создания переходных отверстий между слоями платы. Медь не может осесть на неподготовленную поверхность, поэтому плату обрабатывают специальными катализаторами на основе палладия. Палладий, в отличии от меди, легко осаждается на любую поверхность, и в дальнейшем служит центрами кристаллизации для меди. Установка активации:
После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях. 
Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон - это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.
Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.
Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):
Собственно вот зеленая пленка на барабане - это и есть фоторезист.
Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше - установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного - примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами.
А на переднем плане - огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:
Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:
Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди - маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.
Это тоже позитивная маска:
Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении.
Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:
Гальваническая металлизация
Теперь настал через ее величества - гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше - с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:
В которых циркулируют сложные составы электролитов:
А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:
Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.
Осаждение металлорезиста
Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС - припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:
Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:
И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:
Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста
Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:
Дорожки на плате - это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция - слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.
Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) - когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:
И устанавливается вот в такой автомат:
Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:
Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные - при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных.
Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно.
Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине - он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.
Электротест
Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест - это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно - станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме (кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:
Та большая машина слева - и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:
На видео, правда, была другая машинка - с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.
Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок
Следующий технологический процесс - нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:
Закладываются вот в такой автомат:
Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:
Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме (и подписаться тоже:)
После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:
Потом их покрывают финишным покрытием - горячим лужением или иммерсионным нанесением:
И наносят маркировку - шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит.
Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:
Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.
Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:
Все, что я описал выше - касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.Изготовление ядер
Ядро - это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны - трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым - это означает, что оно используется в качестве реперного - того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:
Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала - обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии - нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:
После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный - сидят люди и смотрят в заготовки:
Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):
Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.
Сборка ядер в пакет и прессование
Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:
Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:
А рядом кладется карта расположения слоев:
После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.
Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:
А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:
А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.
Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев - в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у него доброе сердце несколько ядер со сформированными дорожками, которые, правда, еще никак не связаны между собой и разделены изолирующими слоями полимеризированного препрега. Дальше процесс проходит те же стадии, что я уже описывал ранее. Правда, за небольшим различием.
Сверловка заготовок
При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском - все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям - при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их в экстазе при металлизации. Поэтому пакет собирается вот на такой машинке:
Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.
Металлизация
Дальше все просто - заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:
Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.
Проверка и шлифы
Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально. 
Эти кусочки называются шлифы - поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:
Фрезеровка или скрайбирование
Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:
Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант - скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:
А вот фрезерованная:
Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается - платы складывают в стопочку:
Оборачивается все тем же маршрутным листом:
И ждет отправки.
А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.
Сборка
Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке - то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):
И собирают, собирают:
А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все - от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям.
Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:
Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.
Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:
Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:
Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:
И он начинает расставлять компоненты на плате.
Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно:
Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды).
Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная - это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:
Запаянный лист плат выглядит вот так:
Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:
Примеры
Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:
C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления - этого требуют военные):
Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:
И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению).
Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления - они очень хотят работать с гражданскими заказами.
И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.
Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб:
Как известно, мир электроники покорил многих людей. И как говорят многие эксперты, «За электроникой будущее». Ежегодно с конвейеров заводов сходят тысячи различных плат. Многие увлекаются пайкой плат, ремонтом, некоторые люди даже конструируют какие-либо электронные приборы в домашних условиях. Но мало кому известно то, что саму плату можно изготовить в домашних условиях. Для этого необходимо немного вещей и терпения.
А какие вещи нужны для изготовления платы в домашних условиях, как вообще сделать плату будет рассказано в этой статье.
Начнём с того, что нужно для изготовления печатной платы: Фоторезист, прозрачная плёнка фирмы «Ламонд», разогретый ультрафиолет, шаблон платы, спрей, для усилителя тонера, каустическая сода, для смыва не засвеченного фоторезистора, ватные диски, спирт и ацетон, а также ламинат, для наклеивания фоторезистора. Походу дела всё обо всём будет рассказано, что и для чего нужно. Первое, что стоит сказать, это то, что фоторезист - это основа платы. А спрей нужен, для усилителя рисунка платы. Также стоит отметить, что для изготовления рисунка самой печатной платы понадобится специальная программа. В моём случае я использую программу Sprint Layout 6. На этой программе мы рисуем рисунок платы, то есть саму плату. Также на этой же программе необходимо изготовить паяльную маску, то есть места, где будут пропаиваться электронные элементы (транзисторы, микросхемы и прочее).
Далее, когда плата распечатана на плёнке, то есть планку вставлять вместо бумаги, её необходимо обработать тонером. Рисунок будет более отчётлив и понятен. Перед обработкой рисунка, его необходимо хорошо высушить. После того как рисунок высох, его необходимо побрызгать тонером (В моём случае я использую тонер фирмы «Kdensit») и оставить высыхать на 10–15 минут. После 15 минут высыхания, рисунок будет идеально чёрным. Также хочу сказать, что прям, заливать рисунок тонером не нужно. Его необходимо обрабатывать по мере потребности. Точно так же необходимо обработать и паяльную маску. Если же случится, что тонер кое-где будет блеклым, то его можно подкрасить обычным фломастером. Иногда блеклости бывают, тогда, когда принтер некачественно пропечатывает.
Далее, берём фоторезист. Желательно его постоянно хранить в холодильнике, в тёмной плёнке. Берём наш фоторезистор, и нарезаем его в соответствии с размерами нашей платы. При желании можно отрезать чуть больше (по краям с запасом).
Далее, необходимо наклеить фоторезистор на плату. Это необходимо делать под холодной водой. Под водой это нужно делать для того, чтоб не было никаких складок. Сам фоторезистор представляет собой наклеенную друг на друга плёнку, подобно наклейке, которая часто встречается в жвачках. Итак, на один уголочек фоторезистора наклеиваем обычный бумажный скотч и отклеиваем его от основания. Но отклеиваем не весь. Далее, опускаем плату под воду, и снимаем защитную плёнку фоторезистора, и в то же время наклеиваем его на плату. Проклеиваем основательно, чтоб под ним не осталось пузырьков воздуха. В процессе наклейки, его можно отклеивать и переклеивать как угодно. Главное, делать это под холодной водой, и чтоб не было складок и пузырьков воздуха. Также платы должны быть идеально вымыты, чтоб не было ни соринок, ни разводов и ничего вообще. Платы также можно мыть под водой с мылом, но без всякой бытовой химии. После проклейки под водой необходимо разгладить все складки. Делать это можно обычным строительным, но пластмассовым шпателем. Лишние куски фоторезистора по краям необходимо обрезать. В процессе равнения и вытирания воды, включаем и прогреваем эламинатор, чтоб он нагрелся. Греть его нужно до 125 градусов.
Далее, мы берём наш рисунок платы и печатной стороной кладём на эламинатор, то есть глянцевой вниз, а рисунком наружу. Далее, берём плату и стороной фоторезистора кладём её на рисунок. Нужно положить, так сказать точь-в-точь, поэтому в процессе ровняем плату, так чтобы она ровненько лягла на рисунок. Далее, хорошенько прижимаем плату к рисунку. Если кто не может, то можете положить на неё кирпич или что-либо тяжёлое. Главное, чтоб этот предмет был чист и тяжёл. На моём опыте один знакомый электронщик ложил на плату старый чугунный утюг XVII-XX века, который разогревался, горячим углём. Утюг принадлежал его прабабушке. Если плату не прижать, то может получиться такая вещь, как расфокусировка. Плату держать под прессом 5–7 минут. Время зависит от того, насколько близко лампы преподнесены к плате. Далее, включаем засветку и засекаем время.
Далее, нам необходимо будет смыть не засвеченный фоторезист и оставить только засвеченную часть. Это можно сделать 2 способами: при помощи ацетона или же при помощи каустической соды. В моём случае, я буду смывать каустической содой при помощи малярной кисточки. Кисточку брать ту, которой красят трубы, то есть маленькую. Соду разводить нужно на 1 литр воды, всего 3 грамма на литр воды. Далее, снимаем защитный слов (лавсановая плёнка) и опускаем плату в этот раствор и кисточкой, лёгкими движениями смываем не засвеченный фоторезист. Бывает такое, что лавсановая плёнка снимается довольно трудно. Для того чтобы снять её быстро, плату необходимо положить в морозилку (в холодильник) и продержать её там 1 минуту. После этого, плёнка снимется легко. После того как фоторезист смыт, на плате должны остаться только дорожки, то есть: сама плата у меня была медная и соответственного медного цвета. Фоторезист был синий. После смывки фоторезиста в растворе каустической соды у меня на плате остались только синие дорожки, а сама плата стала медной, то есть цвета меди. После отмывания фоторезиста, плату необходимо промыть водой под краном, чтобы смыть раствор. Промывать плату нужно только в холодной воде, и при промывке необходимо использовать губку и мыло.
Далее, плату нужно «протравить», то есть опустить её сразу в 2 раствора. Опускать надо по очереди. Сначала опускаем плату в раствор хлорного железа, а затем в персульфат омония. При работе с растворами обязательно работать в резиновых перчатках!!!
После травления платы, на них необходимо нанести маску. Под понятием маска понимается нанесение 2-х компонентной паяльной маски. В моем случае я использую «RS 2000». Её можно приобрести в любом магазине для электронщиков. Итак, берём нашу плату, закрепляем её на столе в моём случае я использую скотч и укладываю на неё (плату) картинную раму, которая соответствует её размерам. Одним словом, маску необходимо наносить строго по размеру, и для этого подойдёт любой предмет, так сказать «для уравнивания». Стоит отметить, что маска весьма густая, потому плату необходимо закрепить плотно. Саму же маску необходимо накладывать при помощи резинового, строительного шпателя. После нанесения маски её необходимо просушить феном, разогретым до 75 градусов (не больше) в течение 10–15 минут. После проверить ручным путём, то есть банально прикоснуться руками или пальцами и проверить, прилипает или нет. Если не прилипает, то всё хорошо и нужно переходить к следующему этапу.
Следующий этап состоит в следующем: Мы берём нашу плату и укладываем на одно стекло дорожками вниз, то есть лицевой стороной. Далее, берём рисунок паяльной маски и укладываем его на плату, той стороной, на которой он напечатан. Совмещаем со всеми дорожками, где должны быть паяльные места. После того как все паяльные места совмещены, зажимаем рисунок вторым стеклом. При желании можно скрепить стёкла скотчем, чтоб они не ездили и не сбили рисунок. И далее, кладём плату на ультрафиолет и засвечиваем 9–10 минут. Обычно 8 минут достаточно. Далее, мы снова кладём плату в раствор каустической соды и снова хорошенько смываем не засвеченный фоторезист. Но раствор уже надо разводить другой. Для смывания паяльной маски, необходимо на 0,5 литра воды развести 10 грамм каустической соды. Смывать нужно до того, чтоб паяльные кружки (места припоя) стали белыми. Смывать малярной кисточкой.
После того как паяльная маска нанесена, нарисованные паяльные дорожки и плата почти готова. Далее, необходимо нанести рисунок, для обозначения наших электронных элементов или как ещё говорят трафаретную маску (микросхем, транзисторов, конденсаторов и т. д., надеюсь, меня поняли). Для этого необходимо сделать шаблон рисунка шелкографии. И наносить его мы будем на лицевую сторону платы. Лицевая сторона соответственно у нас пуста, и ничем не обработана. Она имеет обычный зелёный фон.
После того как шаблон трафаретной маски готов, и соответствует всем нужным требованиям, мы снова используем картинную рамку. В моём случае она самодельная и состоит из картона. Итак, плату необходимо вложить в рамку и совместить по размерам с трафаретной маской. После того как всё совмещено, необходимо на край трафаретной маски нанести немного белой краски. Краску ничем не разводить, а наносить, как говорят строители, «пасту», то есть густую краску. Далее, при помощи резинового строительного шпателя, необходимо сначала, приподнять шаблон и провести по нему шпателем, предварительно нанеся на него красу. Это необходимо для того, чтоб заполнить все пустоты трафаретной маски. После «прогона» краски, уже непосредственно прижимаем шаблон и снова проводим шпателем, ровно распределяя краску по всей плате. И всё рисунок готов! Стоить также, напомнить, что расстояние между платой и шаблоном должно быть 2 миллиметра. Вплотную шаблон прижимать нельзя. Иначе в процессе прогона краски рисунок может получиться неровным.
Далее, после того как плата готова остаётся только просверлить дырочки для паяльных элементов (микросхем, конденсаторов, транзисторов и других.). После того, как дырочки просверлены, наступает время впаивания всех необходимых элементов. Но это уже другая история.
Как видно из статьи, в изготовлении печатных плат нет ничего сложного. Главное знания и больше терпения.
Надеюсь, статья была интересна всем.
Всем удачных производств плат.
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.
