В статье расскажем про способы изготовления печатной платы и травлении платы.

Существует много способов изготовления печатной платы. Главный способ, которым пользуюсь лично я – изготовление платы из фольгированного текстолита (гетинакса), путём нанесения рисунка рейсфедером и травления в химическом растворе. Так сложилось, что я начал рисовать платы с шестого класса школы (по нынешнему – с пятого), тогда, когда компьютеры были размерами с целые помещения. В то время я и «натаскался». Поэтому, я рисую плату на листе бумаги в клетку быстрее, чем на компьютере, с применением специальных программ. Правда самая объёмная по элементной базе плата, которую я когда либо рисовал от руки, была плата, состоящая из четырнадцати микросхем и пары сотен простых элементов.

Изготовление платы, путём нанесения рисунка рейсфедером или, что чаще в последнее время, ЛУТ (лазерно-утюжной технологией) и травления в химическом растворе состоит из ниже перечисленных этапов, разница от других способов может незначительно отличаться в самих операциях и в их последовательности:

1. Планировка размещения радиоэлементов на плате и трассировки проводников (дорожек). В настоящее время существует много программ для разработки радиоплат. Проще пользоваться именно ими. Можно разработкой заниматься и без использования специальных программ, но это требует некоторой усидчивости и в разы больше времени. В этом случае, для удобства плату рисуют на листе бумаги в клетку, а для перепланировки рисуют заново;

2. Из фольгированного текстолита, или гетинакса вырезается плата необходимых размеров. Более удобным материалом является текстолит, это по сути — многослойное стекловолокно, на нём и фольга держится лучше, чем на гетинаксе. Гетинакс – листовой материал, выполненный из прессованной бумаги, пропитанной бакелитовым лаком. Гетинакс менее качественный материал, чем текстолит, и обладает несколькими свойствами, которые мне лично не нравятся:

— может расслаиваться;

— печатные проводники от перегрева отскакивают быстрее, чем у текстолита, что затрудняет замену радиодеталей без повреждения платы в случае выхода их из строя;

— бывают случаи перегрева радиодеталей, от чего может «подкоптиться» радиоплата. Это же происходит при попадании влаги в высоковольтные цепи. Сгоревший гетинакс, часто превращается в проводник (что то вроде графита). Это же происходит с гетинаксом при случайном попадании влаги в высоковольтные цепи. Последнее, может принести Вам огромные хлопоты;

Но при всём этом, он прилично дешевле и режется ножницами. Это бывает полезно, когда надо сделать быстренькую одностороннюю плату на SMD-деталях.

3. Торцы платы обрабатываются от острых углов и заусенцев напильником или наждачной бумагой;

4. Вырезанная плата оборачивается листом с нарисованной платой. Тонким керном, лёгкими ударами молотка делаются ямки (разметка) будущих отверстий, в тех местах, которые ранее были размечены на листе;

5. В размеченных местах сверлятся отверстия под будущие радиодетали. Для малых деталей – резисторов, конденсаторов, тонковыводных транзисторов используется сверло на 0,5мм, для более толстых выводов – сверло на 0,7мм. При необходимости, можно использовать и другие размеры. В качестве дрели, удобнее использовать портативный сверлильный аппарат, который можно приобрести в специализированном радиомагазине. Можно использовать и ручную электродрель с определённой сноровкой;

6. После сверления отверстий, плата обрабатывается наждачной бумагой. Счищаются все заусенцы, образовавшиеся в результате сверления, и фольга зачищается для дальнейшего нанесения рисунка дорожек и травления;

7. Из обычного пустого стержня от шариковой ручки делается рейсфедер. Для этого стержень нагревается над пламенем спички (или зажигалки), а когда пластмасса расплавится, стержень вытягивается. После застывания пластмассы, конец рейсфедера обрезается для получения отверстия диаметром приблизительно 0,2…0,4мм;

8. В рейсфедер набирается лак (удобнее – лак для ногтей) 2…5 см по высоте, после чего рисуется печатная плата: вокруг отверстий делаются площадки для пайки, и между этими площадками рисуются дорожки печатного монтажа. При определённой сноровке и использовании в качестве направляющих – линеек, качество рисунка может не уступать заводским радиоплатам;

9. После того, когда лак засохнет, не покрытые лаком участки платы вытравляют, поместив плату в раствор хлорного железа. При этом, медь дорожек защищённая лаком не травится, а не закрытое лаком медное покрытие платы, вступая в химическую реакцию растворяется в хлорном железе. Для ускорения процесса травления, раствор с платой можно подогреть в водяной бане, или просто поставить на батарею центрального отопления;

10. После травления плату промывают водой и с помощью ватного тампона смоченного ацетоном, или другим растворителем с платы снимают лак, после чего ещё раз промывают под проточной водой;

11. Пайку радиодеталей лучше производить с помощью легкоплавкого припоя и флюса – канифоли растворённой в спирте.

Следует добавить:

В качестве рейсфедера можно использовать одноразовый шприц, при этом необходимо сломав косой срез иглы обточить её, чтобы не было острых царапающих поверхностей наконечника. В последнее время в продаже имеется множество маркеров, краситель которых не смывается водой и дает достаточно прочный защитный слой, поэтому их так же можно использовать в качестве рейсфедера.

Некоторые мастера после травления платы ещё и лудят. Лужение производят одним из двух способов:

1. Паяльником;

2. Железная ванночка заполняется сплавом Розе или Вуда. Сплав, во избежание окисления припоя, сверху полностью покрывается слоем глицерина. Для лужения, плата погружается в расплав на время не более пяти секунд. Нагревают ванночку при помощи электроплитки.

В последнее время, всё более широкое распространение получает принтерный способ переноса рисунка радиоплаты.

Заключается он в следующем:

1. С помощью специальных программ проектируется и рисуется радиоплата;

2. Изображение платы в зеркальном отображении распечатывается на лазерном принтере на подложке. При этом в качестве подложки используется тонкая мелованная бумага (обложки от различных журналов), бумага для факсов, или пленка для лазерных принтеров.

3. На подготовленную плату лицевой стороной (картинкой) прикладывается подложка и с помощью очень горячего утюга «притирается» к плате. Для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Тонер, расплавляясь, прилипает к плате.

4. После остывания, возможны два варианта снятия подложки: либо подложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров), либо предварительно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Тонер при этом остаётся на плате. После снятия подложки, в тех местах, где тонер всё таки отделился, можно подретушировать плату вручную.

5. Плата травится в химическом растворе. В ходе травления, тонер в хлорном железе не растворяется.

Этот способ позволяет получить очень красивый печатный монтаж, но к нему необходимо приловчиться, потому, как с первого раза может не получиться. Дело в том, что необходим определённый высокотемпературный режим. Критерий тут один: тонер должен успеть достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. Снятие бумажного листа требует определённого размягчения водой, иначе лист бумаги может сняться вместе с тонером. Сверление отверстий в плате изготовленной принтерным методом осуществляется после травления.

Травление печатной платы

Существует много составов для химического стравливания меди с печатной платы. Все они отличаются скоростью протекания реакции и доступностью необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Не забывайте, что любая химия вредна для здоровья, поэтому не забывайте про меры осторожности. Приведу те химические растворы для травления печатных плат, которыми пользовался лично я:

1. Азотная кислота (HNO 3) – самый опасный и не популярный реактив. Прозрачный, имеет резкий запах, сильно гигроскопичен, и так же сильно испаряется. Поэтому не рекомендуется к хранению в домашних условиях. Для травления используется не в чистом виде, а растворе с водой в соотношении 1/3 (одна часть кислоты к трём частям воды). Не забудьте, что не вода льётся в кислоту, а наоборот – кислота в воду. Процесс травления занимает не более пяти минут, с активным выделением газа. «Азотка» растворяет и лак, поэтому перед её применением необходимо дать лаку хорошо просохнуть. Тогда, во время травления, он не успеет размягчиться и отстать от медного покрытия. Необходимо строго выполнять меры предосторожности.

2. Раствор серной кислоты (H 2 SO 4) и перекиси водорода (H 2 O 2) . Для приготовления этого раствора необходимо на стакан обыкновенного аккумуляторного электролита (раствор серной кислоты в воде), бросить четыре таблетки перекиси водорода (аптечное название – «Гидроперит»). Готовый раствор должен храниться в темной таре, не закрытой герметически, так как при разложении перекиси водорода выделяется газ. Время травления печатной платы составляет порядка одного часа для хорошо перемешиваемого свежего раствора при комнатной температуре. Данный раствор после травления можно восстанавливать добавлением перекиси водорода H 2 O 2 . Оценка требуемого количества перекиси водорода осуществляется визуально: погруженная в раствор медная плата должна перекрашиваться из красного в темно-коричневый цвет. Образование пузырей в растворе свидетельствует об избытке перекиси водорода, что ведет к замедлению реакции травления. Необходимо строго выполнять меры предосторожности.

Внимание: При использовании двух ранее указанных растворов необходимо соблюдать все меры предосторожности при работе с едкими химическими веществами. Все работы необходимо производить только на свежем воздухе или под вытяжкой. При попадании раствора на кожу, ее необходимо немедленно промыть большим количеством воды.

3. Хлорное железо (FeCl 3) - самый популярный реактив для травления печатной платы. В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке. Процесс травления в этом растворе может занять от 15 до 60 минут. Время зависит от свежести раствора и температуры. По окончании травления плату необходимо промыть большим количеством воды, желательно с мылом (для нейтрализации остатков кислоты). К недостаткам данного раствора следует отнести образование в процессе реакции отходов, которые оседают на плате и препятствуют нормальному протеканию процесса травления, а также сравнительно низкую скорость реакции.

4. Раствор поваренной соли (NaCl) и медного купороса (CuSO 4) в воде . В 500 мл горячей воды (примерно 80 °С) растворяют четыре столовых ложки поваренной соли и две ложки растолченного в порошок медного купороса. Раствор готов к применению сразу после остывания (при использовании теплостойкой краски, остывание необязательно). Время травления около 8 ч. Для ускорения процесса травления раствор с платой можно подогреть до 50 °С.

5. Раствор лимонной кислоты в перекиси водорода (H 2 O 2). В небольшой ванночке (до 100 мл) заливается печатная плата большим объёмом перекиси водорода, после чего туда добавляется 1 столовая ложка лимонной кислоты. После чего начинается процесс травления печатной платы. Он активно сопровождается сменой цвета жидкости с прозрачной на синюю. Края получаются ровными и, если предварительно пройтись по фольгированному стеклотекстолиту мелкой наждачной, то и травиться всё очень равномерно.

Данным методом мне удалось получить платы со следующими параметрами:

Зазор между проводниками 0,2 мм.

При установленной толщине проводника 0,25 мм на деле она получалась 0,2-0,22 мм.

Габариты плат до 100х200 мм.

Если вам нужно протравить по быстрее, то можно добавить щепотку обычной поваренной соли. Она ускорит процесс, но будьте осторожны: В процессе травления выделяется тепловая энергия и обычно раствор прилично разогревается. За мою многолетнюю практику работы с данным раствором он у меня 2 раза взрывался и «заляпывал» всё вокруг. Конечно, всё очень быстро оттиралось обычной тряпкой с содой и никаких следов на одежде или вещах от него (в отличии от хлорного железа не остаётся), но довольно интересно это наблюдать.

Среднее время травления составляет 20-30 минут.

Другие растворы для травления печатных плат я не использовал. Наиболее приятнее работать с последним пунктом, так как компоненты можно достать в любом городе.

Если нужно сделать качественно

В принципе печатную плату можно заказать и на специализированном под их производство заводе. Стоит это конечно дороже, чем вы бы сделали её сами, но качество изготовления будет в разы лучше. Если у вас таких прототипов много, то очень рекомендую посмотреть видео по производству сразу сборки печатных плат.

Дело тут заключается в следующем. Завод берёт деньги за 2 вещи: за подготовку к производству, во время которой переводит ваши файлы с печатной платой к своему стандарту и изготовляет оснастку, и за само изготовление. Само изготовление вещь не дорогая: заводы покупают заготовки под радиоплаты в большом объёме и само производство у них дешевле, а вот за подготовку они берут в среднем 2-3 тыс. руб. По мне, платить такие деньги за изготовление одной платы не имеет смысла. Но, если этих плат набирается 10-20 штук, то эти деньги за подготовку делятся между всеми платами и получается дешевле.

Что такое печатная платa

Печа́тная пла́та (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) - пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.

В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твердой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки для монтажа выводных или планарных компонентов. Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы. С внешних сторон на плату обычно нанесены защитное покрытие («паяльная маска») и маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации).

В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком, печатные платы подразделяют на:

односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика.

двухсторонние (ДПП): два слоя фольги.

многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат.

По мере роста сложности проектируемых устройств и плотности монтажа, увеличивается количество слоёв на платах.

Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. При этом металлическое основание платы крепится к радиатору. В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д), и керамика. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.

Какой материал будем использовать для изготовления плат

Самые распространненые, доступные материалы для изготовления плат - это Гетинакс и Стеклотекстолит. Гетинакс-бумага пропитанная бакелитовым лаком, текстолит стекловолокно с эпоксидкой. Однозначно будем использовать стеклотекстолит!

Стеклотекстолит фольгированный представляет собой листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол и облицованные с двух сторон медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Предельно допустимая температура от -60ºС до +105ºС. Имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой.

Стеклотекстолит в основном используется одно или двухсторонний толщиной 1.5мм и с медной фольгой толщиной 35мкм или 18мкм. Мы будем использовать односторонний стеклотекстолит толщиной 0.8мм с фольгой толщиной 35мкм (почему будет подробно рассмотрено далее).

Методы изготовления печатных плат дома

Платы можно изготавливать химическим методом и механическим.

При химическом методе в тех местах где должны быть дорожки (рисунок) на плате на фольгу наносится защитный состав (лак, тонер, краска и т.д.). Далее плата погружается в специальный раствор (хлорное железо, перекись водорода и другие) который «разъедает» медную фольгу, но не действует на защитный состав. В итоге под защитным составом остается медь. Защитный состав в дальнейшем удаляется растворителем и остаётся готовая плата.

При механическом методе используется скальпель (при ручном изготовлении) или фрезерный станок. Специальная фреза делает бороздки на фольге, в итоге оставляя островки с фольгой - необходимый рисунок.

Фрезерные станки довольно дорогое удовольствие, а также сами фрезы дороги и имеют небольшой ресурс. Так что, этот метод мы не будем использовать.

Самый простой химический метод - ручной. Ризографом лаком рисуются дорожки на плате и потом травим раствором. Этот метод не позволяет делать сложные платы, с очень тонкими дорожками - так что это тоже не наш случай.

Следующий метод изготовления плат - с помощью фоторезиста. Это очень распространненая технология (на заводе платы делаются как раз этим методом) и она часто используется в домашних условиях. В интернет очень много статей и методик изготовления плат по этой технологии. Она дает очень хорошие и повторяемые результаты. Однако это тоже не наш вариант. Основная причина - довольно дорогие материалы (фоторезист, который к тому же портится со временем), а также дополнительные инструменты (УФ ламка засветки, ламинатор). Конечно, если у вас будет объемное производство плат дома - то фоторезист вне конкуренции - рекомендуем освоить его. Также стоит отметить, что оборудование и технология фоторезиста позволяет изготовливать шелкографию и защитные маски на платы.

С появлением лазерных принтеров радиолюбители стали активно их использовать для изготовления плат. Как известно, для печати лазерный принтер использует «тонер». Это специальный порошок, который под температурой спекается и прилипает к бумаге - в итоге получается рисунок. Тонер устойчив к различным химическим веществам, это позволяет использовать его как защитное покрытие на поверхности меди.

Итак, наш метод состоит в том, чтобы перенести тонер с бумаги на поверхность медной фольги и потом протравить плату специальным раствором для получения рисунка.

В связи с простотой использования данный метод заслужил очень большое распространение в радиолюбительстве. Если вы наберете в Yandex или Google как перенести тонер с бумаги на плату - то сразу найдёте такой термин как «ЛУТ» - лазерно утюжная технология. Платы по этой технологии делаются так: печатается рисунок дорожек в зеркальном варианте, бумага прикладывается к плате рисунком к меди, сверху данную бумагу гладим утюгом, тонер размягчяется и прилипает к плате. Бумага далее размачивается в воде и плата готова.

В интернет «миллион» статей о том как сделать плату по этой технологии. Но у данной технологии есть много минусов, которые требуют прямых рук и очень долгой пристройки себя к ней. То есть ее надо почувствовать. Платы не выходят с первого раза, получаются через раз. Есть много усовершенствований - использовать ламинатор (с переделкой - в обычном не хватает температуры), которые позволяют добиться очень хороших результатов. Даже есть методы построения специальных термопрессов, но все это опять требует специального оборудования. Основные недостатки ЛУТ технологии:

перегрев - дорожки растекаются - становятся шире

недогрев - дорожки остаютяся на бумаге

бумага «прижаривается» к плате - даже при размокании сложно отходит - в итоге может повредится тонер. Очень много информации в интернете какую бумагу выбрать.

Пористый тонер - после снятия бумаги в тонере остаются микропоры - через них плата тоже травится - получаются изъеденные дорожки

повторяемость результата - сегодня отлично, завтра плохо, потом хорошо - стабильного результат добиться очень сложно - нужна строго постоянная температура прогрева тонера, нужно стабильное давление прижима платы.

К слову, у меня этим методом не получилось сделать плату. Пробовал делать и на журналах, и на мелованной бумаге. В итоге даже платы портил - от перегрева вздувалась медь.

В интернет почему-то незаслуженно мало информации про еще один метод переноса тонера - метод холодного химического переноса. Он основан на том факте, что тонер не растворяется спиртом, но растворяется ацетоном. В итоге, если подобрать такую смесь ацетона и спирта, которая будет только размягчать тонер - то его можно «переклеить» на плату с бумаги. Этот метод мне очень понравился и сразу дал свои плоды - первая плата была готова. Однако, как оказалось потом, я нигде не смог найти подробной информации, которая давала бы 100% результат. Нужен такой метод, которым плату мог сделать даже ребёнок. Но на второй раз плату сделать не вышло, потом опять и пришло долго подбирать нужные ингридиенты.

В итоге после долгих была разработана последовательность действий, подобраны все компоненты, которые дают если не 100% то 95% хорошего результата. И самое главное процесс настолько простой, что плату может сделать ребенок полностью самостоятельно. Вот этот метод и будем использовать. (конечно его можно и далее доводить до идеала - если у вас выйдет лучше - то пишите). Плюсы данного метода:

все реактивы недорогие, доступные и безопасные

не нужны дополнительные инструменты (утюги, лампы, ламинаторы - ничего, хотя нет - нужна кастрюля)

нет возможности испортить плату - плата вообще не нагревается

бумага отходит сама - видно результат перевода тонера - где перевод не вышел

нет пор в тонере (они заклеиваются бумагой) - соответственно нет протравов

делаем 1-2-3-4-5 и получаем всегда один и тот же результат - почти 100% повторяемость

Прежде чем начать, посмотрим какие платы нам нужны, и что мы сможем сделать дома данным методом.

Основные требования к изготовленным платам

Мы будем делать приборы на микроконтроллерах, с применением современных датчиков и микросхем. Микросхемы становятся все меньше и меньше. Соответственно необходимо выполнение следующих требований к платам:

платы должны быть двух сторонними (как правило развести одностороннюю плату очень сложно, сделать дома четырехслойные платы довольно сложно, микроконтроллерам нужен земляной слой для защиты от помех)

дорожки должны быть толщиной 0.2мм - такого размера вполне достаточно - 0.1мм было бы еще лучше - но есть вероятность протравов, отхода дорожек при пайке

промежутки между дорожками - 0.2мм - этого достаточно практически для всех схем. Уменьшение зазора до 0.1мм чревато сливанием дорожек и сложностью в контроле платы на замыкания.

Мы не будем использовать защитные маски, а также делать шелкографию - это усложнит производство, и если вы делаете плату для себя, то в этом нет нужды. Опять же в интернет много информации на эту тему, и если есть желание вы можете навести «марафет» самостоятельно.

Мы не будем лудить платы, в этом тоже нет необходимости (если только вы не делаете прибор на 100лет). Для защиты мы будем использовать лак. Основная наша цель - быстро, качественно, дёшево в домашних условиях сделать плату для прибора.

Вот так выглядит готовая плата. сделанная нашим методом - дорожки 0.25 и 0.3, расстояния 0.2

Как сделать двухстороннюю плату из 2-ух односторонних

Одна из проблем изготовления двухсторонних плат - это совмещение сторон, так чтобы переходные отверстия совпадали. Обычно для этого делается «бутерброд». На листе бумаги печатается сразу 2 стороны. Лист сгибается пополам, на просвет точно совмещаются стороны с помощью специальных меток. Внутрь вкладывается двухсторонний текстолит. При методе ЛУТ такой бутерброд проглаживается утюгом и получается двухсторонняя плата.

Однако, при методе холодного переноса тонера сам перенос осуществляется с помощью жидкости. И поэтому очень сложно организовать процесс смачивания одной стороны одновременно с другой стороной. Это конечно тоже можно сделать, но с помощью специального приспособления - мини пресса (тисков). Берутся плотные листы бумаги - которые впитывают жидкость для переноса тонера. Листы смачиваются так, чтобы жидкость не капала, и лист держал форму. И дальше делается «бутерброд» - смоченный лист, лист туалетной бумаги для впитывания лишней жидкости, лист с рисунком, плата двухсторонняя, лист с рисунком, лист туалетной бумаги, опять смоченный лист. Все это зажимается вертикально в тиски. Но мы так делать не будем, мы поступим проще.

На форумах по изготовлению плат проскочила очень хорошая мысль - какая проблема делать двухстороннюю плату - берем нож и режем текстолит пополам. Так как стеклотекстолит - это слоеный материал, то это не сложно сделать при опредленной сноровке:

В итоге из одной двухсторонней платы толщиной 1.5мм получаем две односторонние половинки.

Далее делаем две платы, сверлим и все - они идеально совмещены. Ровно разрезать текстолит не всегда получалось, и в итоге пришла идея использовать сразу тонкий односторонний текстолит толщиной 0.8мм. Две половинки потом можно не склеивать, они будут держаться за счет запаяных перемычек в переходных отверстиях, кнопок, разъемов. Но если это необходимо без проблем можно склеить эпоксидным клеем.

Основные плюсы такого похода:

Текстолит толщиной 0,8мм легко режется ножницами по бумаге! В любую форму, то есть очень легко обрезать под корпус.

Тонкий текстолит - прозрачный - посветив фонарем снизу можно легко проверить корректность всех дорожек, замыкания, разрывы.

Паять одну сторону проще - не мешают компоненты на другой стороне и легко можно контролировать спайки выводов микросхем- соединить стороны можно в самом конце

Сверлить надо в два раза больше отверстий и отверстия могут чуть-чуть не совпасть

Немного теряется жёсткость конструкции если не склеивать платы, а склеивать не очень удобно

Односторонний стеклотекстолит толщиной 0.8мм трудно купить, в основном продается 1.5мм, но если не удалось достать, то можно раскроить ножем более толстый текстолит.

Перейдем к деталям.

Необходимые инструменты и химия

Нам понадобятся следующие ингридиенты:

Теперь когда все это есть, делаем по шагам.

1. Компоновка слоев платы на листе бумаги для печати c помощью InkScape

Автоматический цанговый набор:

Мы рекомендуем первый вариант - он дешевле. Далее необходимо к мотору припаять провода и выключатель (лучше кнопку). Кнопку лучше разместить на корпусе, чтобы удобнее было быстро включать и выключать моторчик. Остается подобрать блок питания, можно взять любой блок питания на 7-12в током 1А (можно и меньше), если такого блока питания нет, то может подойти зарядка по USB на 1-2А или батарейка Крона (только надо пробовать - не все зарядки любят моторы, мотор может не запустится).

Дрель готова, можно сверлить. Но вот только необходимо сверлить строго под углом 90градусов. Можно соорудить мини станок - в интернет есть различные схемы:

Но есть более простое решение.

Кондуктор для сверления

Чтобы сверлить ровно под 90 градусов достаточно изготовить кондуктор для сверления. Мы будем делать вот такой:

Изготовить его очень легко. Берем квадратик любого пластика. Кладем нашу дрель на стол или другую ровную поверхность. И сверлим в пластике нужным сверлом отверстие. Важно обеспечить ровное горизонтальное смещение дрели. Можно прислонить моторчик к стене или рейке и пластик тоже. Далее большим сверлом рассверлить отверстие под цангу. С обратной стороны рассверлить или срезать кусок пластика, чтобы было видно сверло. На низ можно приклеить нескользящую поверхность - бумагу или резинку. Такой кондуктор надо сделать под каждое сверло. Это обеспечит идеально точное сверление!

Такой вариант тоже подойдет, срезать сверху часть пластика и срезать уголок снизу.

Вот как производится сверление с его помощью:

Зажимаем сверло так, чтобы оно торчало на 2-3мм при полном погружении цанги. Ставим сверло на место где надо сверлить (при травлении платы у нас будет оставаться метка где сверлить в виде мини отверстия в меди - в Kicad мы специально ставили галку для этого, так что сверло будет само вставать туда), прижимаем кондуктор и включаем мотор - отверстие готово. Для подстветки можно использовать фонарик, положив его на стол.

Как уже мы писали ранее, сверлить можно только отверстия с одной стороны - там где подходят дорожки - вторую половину можно досверлить уже без кондуктора по направляющему первому отверстию. Это немного экономит силы.

8. Лужение платы

Зачем лудить платы - в основном для защиты меди от корозии. Основной минус лужения - перегрев платы, возможная порча дорожек. Если у вас нет паяльной станции - однозначо - не лудите плату! Если она есть, то риск минимальный.

Можно лудить плату сплавом РОЗЕ в кипящей воде, но он дорого стоит и его сложно достать. Лудить лучще обычным припоем. Чтобы сдеалать это качественно, очень тонким слоем надо сделать простое приспособление. Берем кусочек оплетки для выпайки деталей и одеваем ее на жало, прикручиваем проволокой к жалу, чтобы она не соскочила:

Плату покрываем флюсом - например ЛТИ120 и оплетку тоже. Теперь в оплетку набираем олово и ей водим по плате (красим)- получается отличный результат. Но по мере использования оплетка расподается и на плате начинают оставаться ворскинки медные - их обязательно надо убрать, а то будет замыкание! Увидеть это очень легко посветив фонарем с обратной стороны платы. При таком методе хорошо использовать или мощный паяльник (60ват) или сплав РОЗЕ.

В итоге, платы лучше не лудить, а покрывать лаком в самом конце- например PLASTIC 70, или простой акриловый лак купленный в автозапчастях KU-9004:

Тонкий тюнинг метода переноса тонера

В методе есть два момента, которые поддаются тюнингу, и могут не получиться сразу. Для их настройки, необходимо в Kicad сделать тестовую плату, дорожки по квадратной спирали разной толщины, от 0.3 до 0.1 мм и с разными промежутками, от 0.3 до 0.1 мм. Лучше сразу распечатать несколько таких образцов на одном листе и провести подстройку.

Возможные проблемы, которые мы будем устранять:

1) дорожки могут менять геометрию - растекаться, становится шире, обычно очень не значительно, до 0.1мм - но это не хорошо

2) тонер может плохо прилипать к плате, отходить при снятии бумаги, плохо держаться на плате

Первая и вторая проблема взаимосвязаны. Решаю первую, вы приходите ко второй. Надо найти компромисс.

Дорожки могут растекаться по двум причинам - слишкой большой груз прижима, слишком много ацетона в составе полученной жидкости. В первую очередь надо попробовать уменьшить груз. Минимальный груз - около 800гр, ниже уменьшать не стоит. Соответственно груз кладем без всякого прижима - просто ставим сверху и все. Обязательно должно быть 2-3 слоя туалетной бумаги для хорошего впитывания лишнего раствора. Вы должны добиться того, что после снятия груза, бумага должна быть белая, без фиолетовых подтеков. Такие подтеки говорят о сильном расплавлении тонера. Если грузом отрегулировать не получилось, дорожки все равно расплываются, то увеличиваем долю жидкости для снятия лака в растворе. Можно увеличить до 3 части жидкости и 1 часть ацетона.

Вторая проблема, если нет нарушения геометрии, говорит о недостаточном весе груза или малом количестве ацетона. Начать опять же стоит с груза. Больше 3кг смысла не имеет. Если тонер все равно плохо держится на плате, то надо увеличить количество ацетона.

Эта проблема в основном возникает, когда вы меняете жидкость для снятия лака. К сожалению, это не постоянный и не чистый компонент, но на другой его заменить не получилось. Пробовал заменить его спиртом, но видимо получается не однородная смесь и тонер прилипает какими-то вкраплениями. Также жидкость для снятия лака может содержать ацетон, тогда ее надо будет меньше. В общем, такой тюнинг вам надо будет провести один раз, пока не закончится жидкость.

Плата готова

Если вы не будете сразу запаивать плату, то ее необходимо защитить. Самый простой способ сделать это - покрыть спиртоканифольным флюсом. Перед пайкой это покрытие надо будет снять например изопропиловым спиртом.

Альтернативные варианты

Вы также можете сделать плату:

Дополнительно, сейчас набирает популярность сервис изготовления плат на заказ - например Easy EDA . Если необходима более сложная плата (например 4-х слойная) - то это единственный выход.

Условиях на конкретном примере. Например, 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. Есть 2 варианта изготовления печатных плат в : с помощью фоторезиста и методом "лазерного утюга". Воспользуемся методом "лазерного утюга".

Процесс изготовления печатных плат в домашних условиях

1. 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. Есть конвертация в формат PCAD PCB. Хотя многие отечественные фирмы уже начали принимать в формате DipTrace.

В DipTrace есть возможность узреть своё будущее творение в объёме, что весьма удобно и наглядно. Вот что должно получиться у меня (платы показаны в разных масштабах):

2. Сначала размечаем текстолит, выпиливаем заготовку для печатных плат.

3. Выводим наш проект на в зеркально отражённом виде в максимально возможном качестве, не скупясь на тонер. Путём долгих экспериментов была выбрана бумага для этого -- плотная матовая фотобумага для принтеров.

4. Не забудем почистить и обезжирить заготовку платы. Если нет обезжиривателя, можно пройтись по меди стеклотекстолита ластиком. Далее с помощью обыкновенного 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.

5. После этого, дав плате немного остыть, кладём заготовку с прилипшей к ней бумагой в воду, желательно горячую. 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.

6. Даём плате ещё пару минут отмокнуть. Остатки бумаги аккуратно снимаем с помощью ластика или трения пальцем.

7. Вынимаем заготовку. Просушиваем. Если где-то дорожки получились не очень чёткими, можно сделать их ярче тонким маркером для CD. Хотя лучше добиться того, чтобы все дорожки вышли одинаково чёткими и яркими. Это зависит от 1) равномерности и достаточности прогрева заготовки утюгом, 2) аккуратности при снятии бумаги, 3) качества поверхности текстолита и 4) удачного подбора бумаги. С последним пунктом можно поэкспериментировать, чтобы найти наиболее подходящий вариант.

8. Кладём получившуюся заготовку с отпечатанными на ней будущими дорожками-проводниками в раствор хлорного железа. Травим часа 1,5 или 2. Пока ждём, накроем нашу "ванночку" крышкой: испарения достаточно едкие и токсичные.

9. 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 0,2 мм вышли вполне хорошо. Осталось совсем немного.

10. Лудим изготовленные методом "лазерного утюга" печатные платы. Смываем бензином или спиртом остатки флюса.

11. Осталось только выпилить наши платы и смонтировать радиоэлементы!

Выводы

При определённой сноровке метод "лазерного утюга" подходит для изготовления несложных печатных плат в домашних условиях. Вполне чётко получаются короткие проводники от 0,2 мм и шире. Более толстые проводники получаются совсем хорошо. Времени на подготовку, эксперименты с подбором типа бумаги и температуры утюга, травление и лужение уходит примерно 3-5 часов. Но это гораздо быстрее, чем если заказывать платы в фирме. Денежные затраты также минимальны. В общем, для простых бюджетных радиолюбительских проектов метод рекомендуется к использованию.

В данной статье приведен обзор нескольких способов травления печатной платы в домашних условиях, изготовленной, в частности, . И так приступим.

Способ первый (один из самых популярных)

В 250 миллилитров воды необходимо растворить 200 грамм хлорного железа. Данного раствора хватит для травления платы средней площадью около 200 кв.сантиметров. Если под рукой нет хлорного железа, его возможно приготовить самому. Для этого нужно в 200 миллилитров соляной кислоты (очень осторожно!) засыпать примерно 10-15 грамм мелких железных опилок.

По завершению химической реакции, раствор еще отстаивают пару дней до возникновения бурой окраски. После этого раствор хлорного железа можно применять. Ориентировочное время травления печатных плат до 200 кв. сантиметров составляет 30 минут.

Способ второй как травить печатную плату в домашних условиях

Печатную плату можно протравить в растворе азотной кислоты (очень осторожно!) с концентрацией менее 20%. По завершению травления, плату хорошо моют раствором пищевой соды. Сода нейтрализует азотную кислоту. При попадании азотной кислоты на кожу или одежду ее необходимо нейтрализовать раствором пищевой соды.

Помимо этого, кислота выделяет неприятный газ бурого цвета - окись азота, в связи с этим все работы при травлении печатных плат выполняют в хорошо проветриваемом месте. Примерное время травления печатных плат площадью 200 кв. сантиметров в растворе азотной кислоты при температуре 20 C 5-10 минут.

Способ третий

В 200 мл воды (осторожно!) заливают 20-30 мл серной кислоты (именно кислоту в воду, а не наоборот!). В приготовленный раствор кидают 4-6 таблеток перекиси водорода. При работе с серной кислотой соблюдают меры безопасности, как и при травлении с азотной кислотой. Время травления составляет около 1 часа.

Способ четвертый

В пол литре горячей воды растворить четыре столовые ложки пищевой соли, а затем в данном совевом ростворе растворить еще две ст. ложки медного купороса. При температуре раствора в районе 40-50 С, время травления составит один час.

Способ пятый

Травление осуществляют при помощи мощного источника постоянного тока напряжением 25…30 В. Для этого подсоединяют положительный контакт блока питания к фольге печатной платы, с предварительно нанесенными на нее дорожками. К отрицательному контакту блока питания (БП) подсоединяют палочку с хорошо намотанным на нее тампоном из ваты, смоченным насыщенным раствором пищевой соли (рис. 10.3.1).

Простыми движениями водят палочку с тампоном по фольгированному текстолиту. При травлении наблюдают за тем, чтобы тампон постоянно был хорошо намочен раствором. При подборе БП обращают внимание на то, чтобы он отдавал выходную мощность более 100…120 Вт (около 4 ампер при напряж. 25…30 вольт).

По завершению травления на отдельных местах не всегда получается убрать слой меди. Это связано с тем, что травление совершается не всегда равномерно по всей поверхности платы и отдельные зоны теряют соприкосновение между положительным контактом БП. Ничего страшного, поскольку оставшийся слой меди довольно тонок и несложно счищается скальпелем.

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

DRC

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

Зазоры

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).

Расстояния

На вкладке Distance определяются минимальные расстояния между медью и краем платы (Copper/Dimension ) и между краями отверстий (Drill/Hole )

Минимальные размеры

На вкладке Sizes для двухсторонних плат имеют смысл 2 параметра: Minimum Width - минимальная ширина проводника и Minimum Drill - минимальный диаметр отверстия.

Пояски

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).

Маски

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.

Запуск проверки

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.

Генерация файлов в формате 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.