В этой заметке я разберу популярные способы для создания печатных плат самостоятельно в домашних условиях: ЛУТ, фоторезист, ручное рисование. А также с помощью каких программ лучше всего рисовать ПП.
Когда-то электронные устройства монтировали с помощью навесного монтажа. Сейчас так собирают разве что ламповые аудиоусилители. В массовом ходу печатный монтаж, который преквратился уже давно в настоящую отрасль со своими хитростями, особенностями и технологиями. А хитростей там немало. Особенно при создании ПП для высокочастотных устройств. (Думаю, что сделаю как-нибудь обзор литературы и особенностей проектирования расположения проводников ПП)
Общий принцип создания печатных плат (ПП) заключается в том, чтобы на поверность из непроводящего ток материала нанести дорожки, которые этот самый ток проводят. Дорожки соединяют радиодетали согласно требуемой схеме. На выходе получается электронное устройство, которое можно трясти, носить, иногда даже мочить без боязни его повредить.
В общих чертах технология создания печатной платы в домашних условиях состоит из нескольких шагов:
- Выбрать подходящий фольгированный стеклотекстолит. Почему текстолит? Его проще достать. Да и подешевле получается. Зачастую для любительского устройства этого достаточно.
- Нанести на текстолит рисунок печатной платы
- Стравить лишнюю фольгу. Т.е. убрать лишнюю фольгу с участков платы, на которых нет рисунка проводников.
- Просверлить отверстия под выводы компонентов. Если требуется просверлить отверстия под компоненты с выводами. Для чип компонентов этого очевидно не требуется.
- Залудить токоведущие дорожки
- Нанести паяльную маску. Опционально, если хочешь внешне приблизить свою плату к заводским.
Другой вариант -- это просто заказать свлю плату на заводе. Сейчас множество компаний предоставляют услуги по производсту печатных плат. Получишь отличную заводскую печатную плату. Различаться с любительской они будут не только наличием паяльной маски, но и многими другими параметрами. Например, если у тебя двусторонняя ПП, то на плату бедт присутствовать металлизация отверстий. Можно выбирать цвет паяльной маски и т.д. Преимуществ море, только успевай отслюнявливать деньги!
Шаг 0
Прежде, чем изготавливать ПП, она должна быть где-то нарисована. Можно по старинке нарисовать её на миллиметровой бумаге и потом переносить рисунок на заготовку. А можно воспользоваться одной из многочисленных программ для создания печатных плат. Программы эти называются общим словом САПР (CAD). Из доступных радиолюбителю можно назвать DeepTrace (беспл. версия), Sprint Layout, Eagle (можно конечно найти и специализированные типа Altium Designer)
С помощью этих программ можно не только нарисовать ПП, но и подготовить её к производству в заводских условиях. Вдруг захочется заказать десяток платок? А если не захочется, то такую ПП удобно распечатать и с помощью ЛУТ или фоторезиста изготовить самостоятельно. Но об этом ниже.
Шаг 1
Итак, заготовку для ПП условно можно разделить на две части: непроводящая основа и проводящее покрытие.
Заготовки для ПП бывают разные, но чаще всего они различаются материалом непроводящего слоя. Можно встретить такую подложку из гетинакса, стеклотекстолита, гибкая основа из полимеров, композиции целлюлозной бумаги и стеклоткани с эпоксидной смолой, даже металлическая основа бывает. Все эти материаллы разлиаются своими физическими и механическими свойствами. И на производстве материал для ПП выбирается исходя из экономических соображений и технических условий.
Для домашних ПП я рекомендую фольгированный стеклотекстолит. Легко достать и цена приемлемая. Гетинаксы наверно дешевле, но лично я их терпеть не могу. Если ты разбирал хоть одно массовое китайское устройство, то наверно видел из чего там сделаны ПП? Они ломкие, а при пайке воняют. Пусть китайцы это нюхают.
В зависимости от собираемого устройства и условий его эксплуатации можно выбрать подходящий текстолит: односторонний, двусторонний, с разной толщиной фольги (18 мкм, 35 мкм и т.д. и т.п.
Шаг 2
Для нанесения рисунка ПП на фольгированную основу радиолюбители отработали множество методов. Среди них два самых популярных в нынешнее время: ЛУТ и фоторезист. ЛУТ -- это сокращение от "лезерно утюжная технология". Как и следует из названия потребюутся лазерный принтер, утюг и глянцевая фотобумага.
ЛУТ
На фотобумагу печатается рисунок в отзеракленном виде. Затем он накладывается на фольгированный текстолит. И хорошенько прогревается утюгом. Под воздействием температуры тонер с глянцевой фотобумаги прилипает к медной фольге. После прогрева плата отмачивается в воде и бумага аккуратно убирается.
На фото выше как раз плата после травления. Черный цвет токоведущих дорожек из-за того, что они еще покрыты затвердевшим тонером от принтера.
Фоторезист
Это более сложная технология . Но и результат с его помощью можно получить более качественный: без протравов, более тонкие дорожки и т.д. Процесс похож на ЛУТ, но рисунок ПП печатается на прозрачной пленке. Таким образом получается шаблон, который можно использовать многократно. Затем на текстолит наносится "фоторезист" -- чувствительная к ультрафиолету пленка или жидкость (фоторезист бывает разным).
Затем поверх фоторезиста прочно закрепляется фотошаблон с рисунком ПП и затем этот бутерброд облучается ультрафиолетовй лампой четко отмеренное время. Надо сказать, что рисунок ПП на фотошаблоне печатается инвертированным: дорожки прозрачные, а пустоты темные. Делается это для того, чтобы при засветке фоторезиста незакрытые шаблоном участки фоторезиста среагировали на ультрафиолет и стали нерастворимыми.
После засветки (или экспонирования, как это называют спецы) плата и "проявляется" -- засвеченные участки становятся тёмными, незасвеченные -- светлыми, так как там фоторезист просто растворился в проявителе (обычная кальцинированная сода). Затем плата травится в растворе, а после фоторезист удаляется, к примеру, ацетоном.
Виды фоторезиста
В природе обитает несколько видов фоторезиста: жидкий, самоклеющаяся плёнка, позитивный, негативный. В чем разница и как выбрать себе подходящий? На мой взгляд в любительском применении особой разницы нет. Тут уж как ты наловчишься, тот вид применять и будешь. Я выделил бы только два основных критерия: цена и на сколько удобно лично мне пользоваться тем или иным фоторезистом.
Шаг 3
Травление заготовки ПП с нанесённым рисунком. Растворить незащищенную часть фолги с ПП можно множеством способов: травление в персульфате аммония, хлорном железе, . Мне нравится последний способ: быстро, чисто, дешево.
Помещаем заготовку в раствор для травления, ждем минут 10, вынимаем, промываем, зачищаем дорожки на плате и переходим к следующему этапу.
Шаг 4
Плату можно залудить либо сплавом Розе, либо Вуда, лубо просто покрыть дорожки флюсом и пройтись по ним паяльником с припоем. Сплавы Розе и Вуда -- многокомпонентные легкоплавкие сплавы. А сплав Вуда ещё и кадмий содержит. Так то в домашних условиях проводить такие работы следует под вытяжкой с фильтром. Идеально иметь простенький дымоуловитель. Ты же хочешь жить долго и счастливо?:=)
Шаг 6
Пятый шаг я пропущу, там всё понятно. А вот нанесение паяльной маски довольно интересный и не самый простой этап. Так что давай изучим его подробней.
Паяльная маска используется в процессе создания ПП для того, чтобы защитить дорожки платы от окислений, влаги, флюсов при монтаже компонентов, а также, чтобы облегчить сам монтаж. Особенно, когда используются SMD-компоненты.
Обычно, чтобы защитить дорожки ПП без маски от хим. и мех воздействий матерые радиолюбители такие дорожки покрывают слоем припоя. После лужения такая плата часто выглядит как-то не очень красиво. Но хуже, что в процессе лужения можно перегреть дорожки или повесить между ними "соплю". В первом случае проводник отвалится, а во втором придётся удалять такие нежданные "сопли", чтобы устранить короткое замыкание. Еще одним минусом является увеличение ёмкости между такими проводниками.
Прежде всего: паяльная маска довольно токсична. Все работы следует проводить в хорошо проветриваемом помещении (а лучше под вытяжкой), а также избегать попадания маски на кожу, слизистые оболочки и в глаза.
Не могу сказать, что процесс нанесения маски довольно сложный, но все же требует большого числа шагов. После обдумывания решил, что дам ссылку на более-менее подробное описание нанесения паяльной маски, так как нет сейчас возможности самостоятельно продемонстрировать процесс.
Творите, ребята, это интересно =) Создания ПП в наше время сродни не просто ремеслу, а целому искусству!
Таити!.. Таити!..
Не были мы ни на каком Таити!
Нас и тут неплохо кормят!
© Кот из мультика
Вступление с отступлением
Как в бытовых и лабораторных условиях делали платы раньше? Способов было несколько например:
- рисовали будущие проводники рейсфедерами;
- гравировали и резали резаками;
- наклеивали скотч или изоленту, потом рисунок вырезали скальпелем;
- изготавливали простейшие трафареты с последующим нанесением рисунка с помощью аэрографа.
Недостающие элементы дорисовывали рейсфедерами и ретушировали скальпелем.
Это был длительный и трудоемкий процесс, требующий от «рисователя» недюжинных художественных способностей и аккуратности. Толщина линий с трудом укладывалась в 0,8 мм, точность повторения была никакая, каждую плату нужно было рисовать отдельно, что сильно сдерживало выпуск даже очень маленькой партии печатных плат (далее ПП ).
Что же мы имеем сегодня?
Прогресс не стоит на месте. Времена, когда радиолюбители рисовали ПП каменными топорами на шкурах мамонтов, канули в лету. Появление на рынке общедоступной химии для фотолитографии открывает перед нами совсем иные перспективы производства ПП без металлизации отверстий в домашних условиях.
Коротко рассмотрим химию, используемую сегодня для производства ПП.
Фоторезист
Можно использовать жидкий или пленочный. Пленочный в данной статье рассматривать не будем вследствие его дефицитности, сложностей прикатывания к ПП и более низкого качества получаемых на выходе печатных плат.
После анализа предложений рынка я остановился на POSITIV 20 в качестве оптимального фоторезиста для домашнего производства ПП.
Назначение:
POSITIV 20 фоточувствительный лак. Используется при мелкосерийном изготовлении печатных плат, гравюр на меди, при проведении работ, связанных с переносом изображений на различные материалы.
Свойства:
Высокие экспозиционные характеристики обеспечивают хорошую контрастность переносимых изображений.
Применение:
Применяется в областях, связанных с переносом изображений на стекло, пластики, металлы и пр. при мелкосерийном производстве. Способ применения указан на баллоне.
Характеристики:
Цвет: синий
Плотность: при 20°C 0,87 г/см 3
Время высыхания: при 70°C 15 мин.
Расход: 15 л/м 2
Максимальная фоточувствительность: 310-440 нм
В инструкции к фоторезисту написано, что хранить его можно при комнатной температуре и он не подвержен старению. Категорически не согласен! Хранить его нужно в прохладном месте, например, на нижней полке холодильника, где обычно поддерживается температура +2 +6°C. Но ни в коем случае не допускайте отрицательных температур!
Если использовать фоторезисты, продаваемые «на розлив» и не имеющие светонепроницаемой упаковки, требуется позаботиться о защите от света. Хранить нужно в полной темноте и температуре +2 +6°C.
Просветитель
Аналогично, наиболее подходящим просветителем я считаю постоянно используемый мной TRANSPARENT 21.
Назначение:
Позволяет непосредственно переносить изображения на поверхности, покрытые светочувствительной эмульсией POSITIV 20 или другим фоторезистом.
Свойства:
Придает прозрачность бумаге. Обеспечивает пропускание ультрафиолетовых лучей.
Применение:
Для быстрого переноса контуров рисунков и схем на подложку. Позволяет значительно упростить процесс репродуцирования и сократить временны
е затраты.
Характеристики:
Цвет: прозрачный
Плотность: при 20°C 0,79 г/см 3
Время высыхания: при 20°C 30 мин.
Примечание:
Вместо обычной бумаги с просветителем можно использовать прозрачную пленку для струйных или лазерных принтеров в зависимости от того, на чем будем печатать фотошаблон.
Проявитель фоторезиста
Существует много различных растворов для проявления фоторезиста.
Советуют проявлять с помощью раствора «жидкое стекло». Его химический состав: Na 2 SiO 3 *5H 2 O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП вы можете оставить ПП на не фиксированное точно время. Раствор почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры (нет риска распада при увеличении температуры), также имеет очень большой срок хранения его концентрация остается постоянной не менее пары лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуют смешивать 1 часть концентрата с 180 частями воды (чуть более 1,7 г силиката в 200 мл воды), но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 секунд без риска разрушения поверхности при передержке. При невозможности приобретения силиката натрия используйте углекислый натрий (Na 2 СO 3) или углекислый калий (K 2 СO 3).
Не пробовал ни первое, ни второе, поэтому расскажу, чем проявляю без каких-либо проблем уже несколько лет. Я использую водный раствор каустической соды. На 1 литр холодной воды 7 граммов каустической соды. Если нет NaOH, применяю раствор KOH, вдвое увеличив концентрацию щелочи в растворе. Время проявления 30-60 секунд при правильной экспозиции. Если по истечении 2 минут рисунок не проявляется (или проявляется слабо), и начинает смываться фоторезист с заготовки значит, неправильно выбрано время экспозиции: нужно увеличивать. Если, наоборот, быстро проявляется, но смываются и засвеченные участки, и незасвеченные либо слишком велика концентрация раствора, либо низкое качество фотошаблона (ультрафиолет свободно проходит сквозь «черное»): нужно увеличивать плотность печати шаблона.
Растворы травления меди
Лишнюю медь с печатных плат стравливают с помощью разных травителей. Среди людей, занимающихся этим дома, зачастую распространены персульфат аммония, перекись водорода + соляная кислота, раствор медного купороса + поваренная соль.
Я всегда травлю хлорным железом в стеклянной посуде. При работе с раствором нужно быть осторожным и внимательным: при попадании на одежду и предметы остаются ржавые пятна, которые с трудом удаляются слабым раствором лимонной (сок лимона) или щавелевой кислоты.
Концентрированный раствор хлорного железа подогреваем до 50-60°C, в него погружаем заготовку, стеклянной палочкой с ватным тампоном на конце аккуратно и без усилия водим по участкам, где хуже стравливается медь, этим достигается более ровное травление по всей площади ПП. Если не выравнивать принудительно скорость, увеличивается требуемая продолжительность травления, а это со временем приводит к тому, что на участках, где медь уже стравилась, начинается подтравливание дорожек. В итоге имеем совсем не то, что хотели получить. Очень желательно обеспечить непрерывное перемешивание травильного раствора.
Химия для смывки фоторезиста
Чем проще всего смыть уже ненужный фоторезист после травления? После многократных проб и ошибок я остановился на обыкновенном ацетоне. Когда его нет смываю любым растворителем для нитрокрасок.
Итак, делаем печатную плату
С чего начинается высококачественная печатная плата? Правильно:
Создание высококачественного фотошаблона
Для его изготовления можно воспользоваться практически любым современным лазерным или струйным принтером. Учитывая, что мы используем в рамках данной статьи позитивный фоторезист, там, где на ПП должна остаться медь, принтер должен рисовать черным. Где не должно быть меди принтер ничего не должен рисовать. Очень важный момент при печати фотошаблона: требуется установить максимальный полив красителя (в настройках драйвера принтера). Чем более черными будут закрашенные участки, тем больше шансов получить великолепный результат. Цвет не нужен, достаточно черного картриджа. Из той программы (рассматривать программы не будем: каждый волен выбирать сам от PCAD до Paintbrush), в которой рисовался фотошаблон, печатаем на обычном листе бумаги. Чем выше разрешение при печати и чем качественнее бумага, тем выше будет качество фотошаблона. Рекомендую не ниже 600 dpi, бумага не должна быть сильно плотной. При печати учитываем, что той стороной листа, на которую наносится краска, шаблон будет класться на заготовку ПП. Если сделать иначе, края у проводников ПП будут размытыми, нечеткими. Даем просохнуть краске, если это был струйный принтер. Далее пропитываем бумагу TRANSPARENT 21, даем просохнуть и фотошаблон готов.
Вместо бумаги и просветителя можно и даже очень желательно использовать прозрачную пленку для лазерных (при печати на лазерном принтере) или струйных (для струйной печати) принтеров. Учтите, что у этих пленок стороны неравнозначны: только одна рабочая. Если будете использовать лазерную печать, крайне рекомендую сделать «сухой» прогон листа пленки перед печатью просто прогоните лист через принтер, имитируя печать, но ничего не печатая. Зачем это нужно? При печати фьюзер (печка) прогреет лист, что неизбежно приведет к его деформации. Как следствие ошибка в геометрии ПП на выходе. При изготовлении двусторонних ПП это чревато несовпадением слоев со всеми вытекающими А с помощью «сухого» прогона мы прогреем лист, он деформируется и будет готов к печати шаблона. При печати лист во второй раз пройдет сквозь печку, но деформация при этом будет куда менее значительной проверено неоднократно.
Если ПП несложная, можно нарисовать ее вручную в очень удобной программе с русифицированным интерфейсом Sprint Layout 3.0R (~650 КБ).
На подготовительном этапе рисовать не слишком громоздкие электрические схемы очень удобно в также русифицированной программе sPlan 4.0 (~450 КБ).
Так выглядят готовые фотошаблоны, распечатанные на принтере Epson Stylus Color 740:
Печатаем только черным, с максимальным поливом красителя. Материал прозрачная пленка для струйных принтеров.
Подготовка поверхности ПП к нанесению фоторезиста
Для производства ПП используются листовые материалы с нанесенной медной фольгой. Самые распространенные варианты с толщиной меди 18 и 35 мкм. Чаще всего для производства ПП в домашних условиях используются листовые текстолит (прессованная с клеем ткань в несколько слоев), стеклотекстолит (то же самое, но в качестве клея используются эпоксидные компаунды) и гетинакс (прессованная бумага с клеем). Реже ситтал и поликор (высокочастотная керамика в домашних условиях применяется крайне редко), фторопласт (органический пластик). Последний также применяется для изготовления высокочастотных устройств и, имея очень хорошие электротехнические характеристики, может использоваться везде и всюду, но его применение ограничивает высокая цена.
Прежде всего, необходимо убедиться в том, что заготовка не имеет глубоких царапин, задиров и тронутых коррозией участков. Далее желательно до зеркала отполировать медь. Полируем не особо усердствуя, иначе сотрем и без того тонкий слой меди (35 мкм) или, во всяком случае, добьемся разной толщины меди на поверхности заготовки. А это, в свою очередь, приведет к разной скорости вытравливания: быстрее стравится там, где тоньше. Да и более тонкий проводник на плате не всегда хорошо. Особенно, если он длинный и по нему будет течь приличный ток. Если медь на заготовке качественная, без грехов, то достаточно обезжирить поверхность.
Нанесение фоторезиста на поверхность заготовки
Располагаем плату на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности и наносим состав из аэрозольной упаковки с расстояния примерно 20 см. Помним, что важнейший враг при этом пыль. Каждая частица пыли на поверхности заготовки источник проблем. Чтобы создать однородное покрытие, распыляем аэрозоль непрерывными зигзагообразными движениями, начиная из верхнего левого угла. Не применяйте аэрозоль в избыточных количествах, так как это вызывает нежелательные подтеки и приводит к образованию неоднородного по толщине покрытия, требующего более длительного времени экспозиции. Летом при высокой температуре окружающей среды может потребоваться повторная обработка, либо необходимо распылять аэрозоль с меньшего расстояния для уменьшения потерь от испарения. При распылении не наклоняйте баллон сильно это приводит к повышенному расходу газа-пропеллента и как следствие аэрозольный баллон прекращает работу, хотя в нем остается еще фоторезист. Если вы получаете неудовлетворительные результаты при аэрозольном нанесении фоторезиста, используйте центрифужное покрытие. В этом случае фоторезист наносится на плату, закрепленную на вращающемся столе с приводом 300-1000 оборотов в минуту. После окончания нанесения покрытия плата не должна подвергаться воздействию сильного света. По цвету покрытия можно приблизительно определить толщину нанесенного слоя:
- светло-серый синий 1-3 микрона;
- темно-серый синий 3-6 микрон;
- синий 6-8 микрон;
- темно-синий более 8 микрон.
На меди цвет покрытия может иметь зеленоватый оттенок.
Чем тоньше покрытие на заготовке, тем лучше результат.
Я всегда наношу фоторезист на центрифуге. В моей центрифуге скорость вращения 500-600 об/мин. Крепление должно быть простым, зажим производится только по торцам заготовки. Закрепляем заготовку, запускаем центрифугу, брызгаем на центр заготовки и наблюдаем, как фоторезист тончайшим слоем растекается по поверхности. Центробежными силами излишки фоторезиста будут сброшены с будущей ПП, поэтому очень рекомендую предусмотреть защитную стенку, чтобы не превратить рабочее место в свинарник. Я использую обыкновенную кастрюлю, в днище которой по центру сделано отверстие. Через это отверстие проходит ось электродвигателя, на которой установлена площадка крепления в виде креста из двух алюминиевых реек, по которым «бегают» уши зажима заготовок. Уши сделаны из алюминиевых уголков, зажимаемых на рейке гайкой типа «барашек». Почему алюминий? Маленькая удельная масса и, как следствие, меньше биения при отклонении центра массы вращения от центра вращения оси центрифуги. Чем точнее отцентрировать заготовку, тем меньше будут биения за счет эксцентриситета массы и тем меньше усилий потребуется для жесткого крепления центрифуги к основанию.
Фоторезист нанесен. Даем ему просохнуть в течение 15-20 минут, переворачиваем заготовку, наносим слой на вторую сторону. Даем еще 15-20 минут на сушку. Не забываем о том, что попадание прямого солнечного света и пальцев на рабочие стороны заготовки недопустимы.
Дубление фоторезиста на поверхности заготовки
Помещаем заготовку в духовку, плавно доводим температуру до 60-70°C. При этой температуре выдерживаем 20-40 минут. Важно, чтобы поверхностей заготовки ничто не касалось допустимы только касания торцов.
Выравнивание верхнего и нижнего фотошаблонов на поверхностях заготовки
На каждом из фотошаблонов (верхний и нижний) должны быть метки, по которым на заготовке нужно сделать 2 отверстия для совмещения слоев. Чем дальше друг от друга метки, тем выше точность совмещения. Обычно я их ставлю по диагонали шаблонов. По этим меткам на заготовке с помощью сверлильного станка строго под 90° сверлим два отверстия (чем тоньше отверстия, тем точнее совмещение я использую сверло 0,3 мм) и совмещаем по ним шаблоны, не забывая о том, что шаблон должен прикладываться к фоторезисту той стороной, на которую была произведена печать. Прижимаем шаблоны к заготовке тонкими стеклами. Стекла предпочтительнее всего использовать кварцевые они лучше пропускают ультрафиолет. Еще лучшие результаты дает оргстекло (плексиглас), но оно имеет неприятное свойство царапаться, что неизбежно скажется на качестве ПП. При небольших размерах ПП можно использовать прозрачную крышку от упаковки компакт-диска. За неимением таких стекол можно использовать и обычное оконное, увеличив время экспозиции. Важно, чтобы стекло было ровным, обеспечивая ровное прилегание фотошаблонов к заготовке, иначе невозможно будет получить качественные края дорожек на готовой ПП.
Заготовка с фотошаблоном под оргстеклом. Используем коробку из-под компакт-диска.
Экспозиция (засветка)
Время, требуемое для экспонирования, зависит от толщины слоя фоторезиста и интенсивности источника света. Лак-фоторезист POSITIV 20 чувствителен к ультрафиолетовым лучам, максимум чувствительности приходится на участок с длиной волны 360-410 нм.
Лучше всего экспонировать под лампами, диапазон излучения которых находится в ультрафиолетовой области спектра, но если такой лампы у вас нет можно использовать и обычные мощные лампы накаливания, увеличив время экспозиции. Не начинайте засветку до момента стабилизации освещения от источника необходимо, чтобы лампа прогрелась в течение 2-3 минут. Время экспозиции зависит от толщины покрытия и обычно составляет 60-120 секунд при расположении источника света на расстоянии 25-30 см. Используемые пластины стекла могут поглощать до 65% ультрафиолета, поэтому в таких случаях необходимо увеличивать время экспозиции. Лучшие результаты достигаются при использовании прозрачных плексигласовых пластин. При применении фоторезиста с длительным сроком хранения время экспонирования может потребоваться увеличить вдвое помните: фоторезисты подвержены старению!
Примеры использования различных источников света:
Лампы УФ-излучения
Каждую сторону экспонируем по очереди, после экспозиции даем выстояться заготовке 20-30 минут в затемненном месте.
Проявление экспонированной заготовки
Проявляем в растворе NaOH (каустическая сода) подробнее смотрите в начале статьи при температуре раствора 20-25°C. Если до 2 минут проявления нет мало время экспозиции. Если проявляется хорошо, но смываются и полезные участки вы перемудрили с раствором (слишком велика концентрация) или слишком велико время экспозиции при данном источнике излучения или фотошаблон низкого качества недостаточно насыщенный печатаемый черный цвет позволяет ультрафиолету засвечивать заготовку.
При проявлении я всегда очень бережно, без усилий «катаю» ватным тампоном на стеклянной палочке по тем местам, где должен смыться засвеченный фоторезист, это ускоряет процесс.
Промывка заготовки от щелочи и остатков отслоившегося засвеченного фоторезиста
Я делаю это под водопроводным краном обычной водопроводной водой.
Повторное дубление фоторезиста
Помещаем заготовку в духовку, плавно поднимаем температуру и при температуре 60-100°C выдерживаем 60-120 минут рисунок становится прочным и твердым.
Проверка качества проявления
Кратковременно (на 5-15 секунд) погружаем заготовку в подогретый до температуры 50-60°C раствор хлорного железа. Быстро промываем проточной водой. В местах, где фоторезиста нет, начинается интенсивное травление меди. Если где-то случайно остался фоторезист, аккуратно механически удаляем его. Удобно это делать обычным или офтальмологическим скальпелем, вооружившись оптикой (очки для пайки, лупа часовщика, лупа на штативе, микроскоп).
Травление
Травим в концентрированном растворе хлорного железа с температурой 50-60°C. Желательно обеспечить непрерывную циркуляцию травильного раствора. Плохо стравливающиеся места аккуратно «массируем» ватным тампоном на стеклянной палочке. Если хлорное железо свежеприготовленное, время травления обычно не превышает 5-6 минут. Промываем заготовку проточной водой.
Плата вытравлена
Как готовить концентрированный раствор хлорного железа? Растворяем в слегка (до 40°C) подогретой воде FeCl 3 до тех пор, пока не перестанет растворяться. Фильтруем раствор. Хранить нужно в затемненном прохладном месте в герметичной неметаллической упаковке в стеклянных бутылках, например.
Удаление уже ненужного фоторезиста
Смываем фоторезист с дорожек ацетоном или растворителем для нитрокрасок и нитроэмалей.
Сверление отверстий
Диаметр точки будущего отверстия на фотошаблоне желательно подбирать таким, чтобы впоследствии было удобно сверлить. Например, при требуемом диаметре отверстия 0,6-0,8 мм диаметр точки на фотошаблоне должен быть около 0,4-0,5 мм в таком случае сверло будет хорошо центроваться.
Желательно использовать сверла, покрытые карбидом вольфрама: сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), так как сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром менее 1 мм лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Если сверлить ручной дрелью неизбежны перекосы, ведущие к неточной стыковке отверстий между слоями. Движение сверху вниз на вертикальном сверлильном станке самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия) или с толстым (иногда называют «турбо-») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно, 3,5 мм). При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, так как такое сверло при движении вверх может приподнять ПП, перекосить перпендикулярность и вырвать фрагмент платы.
Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон (различных размеров), либо в трехкулачковый патрон. Для точной фиксации закрепление в трехкулачковом патроне не самый лучший вариант, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, теряя хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами выбросите их и купите металлические.
Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, то есть, во-первых, обеспечить хорошее освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать галогенную лампу, прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 15 см выше столешницы для лучшего визуального контроля над процессом. Неплохо было бы удалять пыль и стружку в процессе сверления (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка.
Типичные размеры отверстий:
- переходные отверстия 0,8 мм и менее;
- интегральные схемы, резисторы и т.д. 0,7-0,8 мм;
- большие диоды (1N4001) 1,0 мм;
- контактные колодки, триммеры до 1,5 мм.
Старайтесь избегать отверстий диаметром менее 0,7 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0,8 мм и менее, так как они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат отверстия, расположенные близко от центра. Положите платы друг на друга и, используя центрующие отверстия 0,3 мм в двух противоположных углах и штифты в качестве колышков, закрепите платы относительно друг друга.
При необходимости можно зенковать отверстия сверлами большего диаметра.
Лужение меди на ПП
Если нужно облудить дорожки на ПП, можно воспользоваться паяльником, мягким низкоплавким припоем, спиртоканифольным флюсом и оплеткой коаксиального кабеля. При больших объемах лудят в ванных, наполненных низкотемпературными припоями с добавлением флюсов.
Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав «Розе» (олово 25%, свинец 25%, висмут 50%), температура плавления которого 93-96°C. Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 секунд и, вынув, проверяют, вся ли медная поверхность покрыта равномерно. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его остатки удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении, перпендикулярном плоскости платы, удерживая ту в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является нагрев платы в термошкафу и встряхивание. Операция может проводиться повторно для достижения монотолщинного покрытия. Чтобы предотвратить окисление горячего расплава, в емкость для лужения добавляют глицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После окончания процесса плата отмывается от глицерина в проточной воде. Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожога необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками.
Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.
Не забудьте после лужения очистить плату от флюса и тщательно обезжирить.
Если у вас большое производство можно использовать химическое лужение.
Нанесение защитной маски
Операции с нанесением защитной маски в точности повторяют все, что было написано выше: наносим фоторезист, сушим, дубим, центруем фотошаблоны масок, экспонируем, проявляем, промываем и еще раз дубим. Само собой, пропускаем шаги с проверкой качества проявления, травлением, удалением фоторезиста, лужением и сверлением. В самом конце дубим маску в течение 2 часов при температуре около 90-100°C она станет прочной и твердой, как стекло. Образованная маска защищает поверхность ПП от внешнего воздействия и предохраняет от теоретически возможных замыканий при эксплуатации. Также она играет не последнюю роль при автоматической пайке не дает «сесть» припою на соседние участки, замыкая их.
Все, двусторонняя печатная плата с маской готова
Мне приходилось таким образом делать ПП с шириной дорожек и шагом между ними до 0,05 мм (!). Но это уже ювелирная работа. А без особых усилий можно делать ПП с шириной дорожки и шагом между ними 0,15-0,2 мм.
На плату, показанную на фотографиях, я маску не наносил не было такой необходимости.
Печатная плата в процессе монтажа на нее компонентов
А вот и само устройство, для которого делалась ПП:
Это сотовый телефонный мост, позволяющий в 2-10 раз снизить стоимость услуг мобильной связи ради этого стоило возиться с ПП;). ПП с распаянными компонентами находится в подставке . Раньше там было обыкновенное зарядное устройство для аккумуляторов мобильного телефона.
Дополнительная информация
Металлизация отверстий
В домашних условиях можно выполнить даже металлизацию отверстий. Для этого внутренняя поверхность отверстий обрабатывается 20-30-процентным раствором азотнокислого серебра (ляпис). Затем поверхность очищается ракелем и плата сушится на свету (можно использовать УФ-лампу). Суть этой операции в том, что под действием света азотнокислое серебро разлагается, и на плате остаются вкрапления серебра. Далее производится химическое осаждение меди из раствора: сернокислая медь (медный купорос) 2 г, едкий натр 4 г, нашатырный спирт 25-процентный 1 мл, глицерин 3,5 мл, формалин 10-процентный 8-15 мл, вода 100 мл. Срок хранения приготовленного раствора очень мал готовить нужно непосредственно перед применением. После осаждения меди плату промывают и сушат. Слой получается очень тонким, его толщину необходимо увеличить до 50 мкм гальваническим способом.
Раствор для нанесения медного покрытия гальваническим способом:
На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) и 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка, подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, плотность тока 0,02-0,3 A/см 2 , температура 18-30°C. Чем меньше ток, тем медленнее идет процесс металлизации, но тем качественнее получаемое покрытие.
Фрагмент печатной платы, где видна металлизация в отверстии
Самодельные фоторезисты
Фоторезист на основе желатина и бихромата калия:
Первый раствор: 15 г желатина залить 60 мл кипяченой воды и оставить для набухания на 2-3 часа. После набухания желатина поставить емкость на водяную баню при температуре 30-40°C до полного растворения желатина.
Второй раствор: в 40 мл кипяченой воды растворить 5 г двухромовокислого калия (хромпик, порошок ярко-оранжевого цвета). Растворять при слабом рассеянном освещении.
В первый раствор при интенсивном перемешивании влить второй. В полученную смесь пипеткой добавить несколько капель нашатырного спирта до получения соломенного цвета. Фотоэмульсия наносится на подготовленную плату при очень слабом освещении. Плата сушится до «отлипа» при комнатной температуре в полной темноте. После экспонирования плату при слабом рассеянном освещении промыть в теплой проточной воде до удаления незадубленного желатина. Чтобы лучше оценить результат, можно окрасить участки с неудаленным желатином раствором марганцовки.
Усовершенствованный самодельный фоторезист:
Первый раствор: 17 г столярного клея, 3 мл водного раствора аммиака, 100 мл воды оставить для набухания на сутки, затем греть на водяной бане при 80°C до полного растворения.
Второй раствор: 2,5 г бихромата калия, 2,5 г бихромата аммония, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды, 6 мл спирта.
Когда первый раствор остынет до 50°C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную смесь профильтруйте (эту и последующие операции необходимо проводить в затемненном помещении, солнечный свет недопустим!
). Эмульсия наносится при температуре 30-40°C. Дальше как в первом рецепте.
Фоторезист на основе бихромата аммония и поливинилового спирта:
Готовим раствор: поливиниловый спирт 70-120 г/л, бихромат аммония 8-10 г/л, этиловый спирт 100-120 г/л. Избегать яркого света!
Наносится в 2 слоя: первый слой сушка 20-30 минут при 30-45°C второй слой сушка 60 минут при 35-45°C. Проявитель 40-процентный раствор этилового спирта.
Химическое лужение
Прежде всего, плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3 секунды в 5-процентном растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.
Достаточно просто осуществлять химическое лужение погружением платы в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такой раствор соли олова, в котором потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразующей добавки тиокарбамида (тиомочевины). Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):
Среди перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1-го раствора предлагается использование моющего средства «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2-й раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия (препятствует старению) и многократно увеличивает срок хранения до пайки компонентов у готовой ПП.
Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проводится прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.
Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас большие заказы бывают нечасто, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количества ПП, а остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально подходят бутылки типа используемых в фотографии, не пропускающие воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнения, которое может сильно ухудшить качество вещества.
В заключение хочу сказать, что все же лучше использовать готовые фоторезисты и не заморачиваться с металлизацией отверстий в домашних условиях великолепных результатов все равно не получите.
Огромное спасибо кандидату химических наук Филатову Игорю Евгеньевичу за консультации по вопросам, связанным с химией.
Также хочу выразить признательность Игорю Чудакову
».
При изготовлении печатных плат дома, самый простой и распространенный метод, это метод ЛУТ.
Этот способ не лишен недостатков. Если тонер нагреть слабо, то он не прилипнет к фольге печатной платы, сильно нагреть- он смажется. Надо подбирать качество печати, если тонера будет много – он размажется, дорожки, при маленьких промежутках, могут слипнуться друг с другом. Плохо прогреть напечатанную плату, и часть дорожек не отпечатается, особенно это часто случается в углах печатных плат.
Я расскажу вам о способе перевода распечатанного рисунка на фольгу без нагрева. Рисунок не будет смазываться, тонер с бумаги переносится весь. Для этого понадобится два дешевых химических компонента: спирт и ацетон.
Вместо ацетона можно использовать любое другое вещество, которое хорошо растворяет тонер.
Спирт не реагирует с тонером, это знает каждый, кто пытался оттереть им печатную плату после травления, но он быстро улетучивается. Он нужен для того, чтобы разбавить ацетон.
Ацетон отлично растворяет тонер и тоже быстро испаряется. Если попытаться использовать его в чистом виде- он смажет ваш рисунок, как на фото.
На печатной плате получится какая-то размазня.
В каких пропорциях смешивать ацетон и спирт?
Понадобится три части ацетона и восемь частей спирта. Все это надо перемешать и залить в какую-нибудь емкость с плотной крышкой. Важно, чтобы емкость не растворялась ацетоном.
Как пользоваться смесью?
Наберите не много получившейся смеси в шприц,
Нанесите ее на предварительно зачищенную от окислов и хорошо обезжиренную (это важно), будущую печатную плату (не на распечатку). После этого положите на нее вашу распечатку. Особо можно не торопиться, смесь не выветривается моментально. Слегка нажмите на бумагу, чтобы она полностью прилегла к плате и пропиталась раствором,
Подождите 10-15 сек., вы увидите, когда бумага пропитается,
После этого прижмите бумагу сильно, прижимайте бумагу строго перпендикулярно, чтобы она не сдвинулась. Подождите еще 10-20 сек. За это время тонер вступит в реакцию с ацетоном, станет липким и приклеится к плате. Бумажными салфетками промокните остатки жидкости, подождите, пока бумага высохнет, после этого опустите плату в воду, чтобы бумага намокла, и отклейте ее. Весь тонер останется на плате, а бумага будет чистая. После этого промойте плату от остатков ацетона. Все. Можно травить печатную плату.
На фото, я снял бумагу не размачивая ее в воде и тонер местами остался.
Радиолюбительская технология изготовления печатных плат в домашних условиях состоит из нескольких этапов.
-
Нанесение рисунка при помощи лазерного принтера.
Нанесение рисунка.
Раствор для травления.
Травление.
Подготовка чертежей печатной платы.
Вручную удобнее всего выполнять чертеж печатной платы в масштабе 1:1 на бумаге от самописцев (имеет клетку со стороной 2.5 мм, в "шаге" микросхем), если таковой нет, то можно "отксерить" школьную бумагу "в клеточку" с уменьшением в 2 раза, в самом крайнем случае можно использовать обычную миллиметровку. Дорожки со стороны пайки нужно рисовать сплошными линиями, а дорожки со стороны деталей (в случае двухстороннего монтажа) рисовать пунктирными линиями. Необходимо отметить, что располагаемые элементы должны быть в зеркальном отражении. Центры ножек элементов отмечаются точками, вокруг которых необходимо нарисовать паечную площадку. Для последующих действий, очень важно, какого размера Вы выбираете установочные площадки для элементов (обидно, когда при рисовании платы "в живую" или дорожка между площадками не проходит, или после пайки элементы выпадают вместе с площадками). Ширину дорожек следует выбирать исходя из того, чем вы будете рисовать плату, при использовании стеклянных рейсфедеров примерно 1.5 мм. После того как рисунок готов, нужно приложить чертеж к светящейся поверхости (например стекло окна) обратной стороной к себе и обвести пунктирные линии. Так Вы получите рисунок со стороны установки деталей. Далее необходимо вырезать чертеж листа бумаги, но с учетом "крылышек" для крепежа с каждой стороны (около 15 мм).
Подготовка стеклотекстолита и сверление.
Вырезать по размеру чертежа кусок стеклотекстолита. Снять заусеницы напильником. Наложите чертеж на плату, загните края бумаги и закрепите их на обратной стороне скотчем или (предпочтительнее) изоляционной лентой. Далее производится процесс сверления. Да-да, прямо по чертежу и без кернения. Важным условием того, чтобы сверло не повело, является его "свежесть". Впрочем чего ждать от конкретного сверла, можно понять, просверлив пробное отверстие на каком-нибудь обрезке стеклотекстолита. Лучшее решение этой проблемы - наличие соответствующего сверлильного станка, пусть даже и самодельного. Если применяется "моторчик со сверлом", как правило, лучше будущие отверстия "накернить". Все отверстия, включая и крепежные, сверлятся одним (наименьшим) диаметром. Далее необходимо проверить сверление на "просвет" так как обязательно найдутся непросверленные отверстия. Досверлить. После этого со стеклотекстолита очень аккуратно снимается чертеж платы (опасность представляют заусеницы от сверления). Далее производится рассверливание крепежных и остальных, больших по диаметру, отверстий.
После произведенных операций, производится зачистка поверхности платы мелкой шкуркой. Этот процесс необходим для удаления заусениц от сверления и для лучшего сцепления краски рисунка с поверхностью. По возможности не касайтесь зачищенной поверхности пальцами, чтобы не оставались жировые отпечатки. После зачистки необходимо произвести обезжиривание платы при помощи спирта (в крайнем случае ацетоном, но следить за тем чтобы не оставались белые порошкообразные разводы). После этого касаться пальцами можно только торцевых поверхностей.
Нанесение рисунка.
По поводу применяемой краски и технологии нанесения дорожек в своих кругах мы, конечно, немало спорили, но остановился я на описанном ниже. Вычерчивание производится нитрокраской, с растворенным в ней порошком канифоли (обеспечавает на какое-то время после высыхания пластичность для корректировки и не дает краске "отстать" в случае травления горячими растворами). Рисование производится стеклянными рейсфедерами (которые в наше время найти весьма проблематично). Кроме того, возможно применение в качестве краски, асфальтобитумного лака, растворенного до нужной кондиции ксилолом. Бутылки хватит очень надолго. Возможно изготовление рейсфедеров самому, при соответствующей тренировке, конечно. Для этого можно взять тонкостенную стеклянную трубку и растянув на пламени (над газовой плитой) сломать её посередине. Затем обломанный кончик "довести" на мелкой шлифовальной шкурке. Далее, разогрев над тем же пламенем, согнуть кончик до нужного угла. Сложно!? На самом деле не более 5 минут. Так же можно использовать для рисования и одноразовые шприцы. Лак набирается в одноразовый шприц (1-2 мл) и ставится тонкая игла. Иглу перед установкой необходимо обработать надфилем, так, чтобы края были ровные (убрать острый конец). Со стороны поршня можно вставить еще одну иглу для прохода воздуха внутрь шприца.
Перед тем как начать рисовать дорожки печатного монтажа, необходимо вычертить монтажные площадки для пайки элементов. Наносятся они при помощи стеклянного рейсфедера или остро заточенной спички вокруг каждого отверстия, диаметром примерно 3 мм. Далее необходимо дать им высохнуть. После этого нужно обрезать их при помощи циркуля до нужного диаметра (я применяю маленький циркуль-измеритель с резьбовым фиксатором расстояния (да простят мне это выражения чертежники-профессианалы, никогда не знал его настоящее название), одна из иголок которого обточена под плоский резец). Далее обрезанные излишки подчищаются шилом или скальпелем. На самом деле, я использую для этих процедур переработанную школьную готовальню. В результате получаются ровные круглые площадки одного диаметра, которые остается только соединить дорожками, согласно начерченному ранее чертежу печатной платы. Далее, после просушивания, рисуется вторая сторона. После чего производится корректировка дорожек и ошибок при помощи скальпеля. Причем следует отметить, чтобы выровнять край дорожки, нужно сначала обрезать кромку по линейке (лучше металлической), а затем удалить излишки выцарапыванием. Если подчищать дорожку сразу, то в зависимости от степени пересушенности краски, можно получить "сколы" еще хуже первоначальных. Проверьте соответствие рисунка на плате с рисунком на чертеже.
Изготовление травящего вещества.
Существуют различные составы для травления, фольгированного материала при изготовлении печатных плат.
Рецепт №1.
Для форсированного (в течение 4-6 мин) травления можно использовать следующий состав (в массовых частях): 38 %-ная соляная кислота плотностью 1,19 г/см 3 , 30 %-ный пероксид (перекись) водорода-пергидроль. Если перекись водорода будет иметь концентрацию 16-18%, то на 20 массовых частей кислоты берут 40 частей пер оксида и столько же воды. Сначала смешивают с водой перекись, а затем добавляют кислоту. Печатные проводники и контактные площадки следует защищать кислотостойкой краской, например нитроэмалью НЦ-11.
Рецепт №2.
В стакане холодной воды растворяют 4-6 таблеток перекиси водорода и осторожно добавляют 15-25 мл концентрированной серной кислоты. Для нанесения рисунка печатной платы на фольгированный материал можно пользоваться клеем БФ-2. Время травления в данном растворе приблизительно 1 ч.
Рецепт №3.
В 500 мл горячей (примерно 80 °С) воды растворяют четыре столовые ложки поваренной соли к две ложки растолченного в порошок медного купороса. Раствор приобретает темно-зеленую окраску. Готов к применению сразу после остывания (при термостойкой краске, см. выше, необязательно). Раствора хватает для снятия 200 см 3 фольги. Время травления около 8 ч. Если рисунок печатной платы выполнен достаточно теплостойкой краской или лаком, температуру раствора можно довести примерно до 50 °С, и тогда интенсивность травления увеличится.
Рецепт №4.
Растворяют 350 г хромового ангидрида в 1л горячей воды (60-70 °С), затем добавляют 50 г поваренной соли *. После того как раствор остынет, приступают к травлению. Время травления 20-60 мин. Если в раствор добавить 50 г концентрированной серной кислоты, то травление будет более интенсивным.
Рецепт №5.
В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке.
Приготовление хлорного железа.
Если нет хлорного железа в готовом виде (в порошке), то его можно приготовить самому. Для этого необходимо иметь 9%-ную соляную кислоту и мелкие железные опилки. На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. По окончании реакции раствор становится светло-зеленого цвета, а через 5-6 дней Окраска меняется на желто-бурую-раствор хлорного железа готов к применению. Для приготовления хлорного железа можно использовать порошкообразный железный сурик. При этом на одну объемную часть концентрированной соляной кислоты требуется 1,5-2 части сурика. Компоненты смешивают в стеклянной посуде, добавляя сурик небольшими порциями. После прекращения химической реакции на дно выпадает осадок и раствор хлорного железа. Готов к применению
Травление и обработка платы.
Травление надо производить в пластмассовой (фото кювета) или фарфоровой (тарелка) посуде. Если плата небольших размеров, её удобно травить в тарелке. Глубокая тарелка выбирается так, чтобы плата не ложилась полностью на дно, а углами опиралась на стенки тарелки. Тогда между платой и дном будет пространство, заполненное раствором. Во время травления плату необходимо переворачивать и помешивать раствор. Если вам надо быстро протравить плату, подогрейте раствор до 50-70 градусов. Если плата больших размеров, то в крепёжные отверстия (по углам) вставьте спички так, чтобы они выступали на 5-10 мм с обеих сторон. Можно вставлять медную проволоку, но тогда будет большее насыщение раствора медью. Травите в фото кювете, помешивая и переворачивая плату. Работая с раствором хлорного железа необходимо соблюдать осторожность. Раствор практически невозможно смыть с одежды и предметов. При попадании на кожу, промойте содовым раствором. Фарфоровая тарелка легко отмывается от раствора и может применяться в дальнейшем по прямому назначению. По окончании травления слейте раствор в пластмассовую бутылку, он вам еще пригодится. Плату промойте в холодной проточной воде. Под тонкой струей воды снимите лак при помощи безопасного лезвия (счищать). Высушенную плату необходимо подчистить скальпелем от лишних соединений и расплывшегося лака. Если дорожки близко друг к другу, то можно расширить просвет скальпелем. После этого плата еще раз обрабатывается мелкой шкуркой.
Лужение платы.
О полезности данной процедуры можно и не писать. В противном случае можно остановиться и на предыдущей. Далее поверхности платы покрываются кисточкой жидким канифольным флюсом. Лужение производится очищенной от проводов луженой экранной оплеткой (белого цвета). Предварительно оплетка пропитывается канифолью и в небольшом количестве припоем (можно конечно и сплавом Розе, но это уже экзотика). Далее оплетка прижимается к поверхности дорожки паяльником и медленно равномерно (подбирается экспериментально) проводится по длине дорожки. Если все условия выполнены правильно, то в результате Вы получите ровную белую луженую дорожку. После того как все дорожки на всех сторонах обработаны, производится промывка платы спиртом. Промывка ацетоном нежелательна, так как припой с ацетоном дает со временем токопроводящее химическое соединение в виде белого налета по краям площадок и дорожек, а при достаточной плотности монтажа есть опасность ненужных гальванических связей. После промывки проводится сверление (очистка) отверстий для установки р/компонентов.
Плата готова к монтажу.
Печатные платы при помощи лазерного принтера.
Всё большую популярность у радиолюбителей приобретает способ изготовления единичных печатных плат с переносом рисунка с распечатки на лазерном принтере. Печатать лучше всего на тонкую мелованную бумагу - в ней меньше ворс, хороший результат получается на листах журнала "Стерео&Video", а также подложках "самоклеек" и термобумаге для факсов (сторону подобрать экспериментально). В лазерных принтерах следует включить режим максимальной подачи тонера (отключить "экономичный" режим, если он был включен, контраст - на максимум и т.д.), а также использовать тракт с минимальным изгибом бумаги (такая опция есть в старых моделях HP LJ 2, LJ4 и др.). Рисунок платы должен быть "отзеркален", такая опция имеется в меню печати многих графических программ, например Corel Draw, Corel Photo Paint, а при печати из программ, не умеющих "зеркалить", необходимо применять вывод на Postscript принтеры, опция отзеркаливания у которых имеется в драйвере. Вместо вывода на лазерном принтере можно использовать ксерокопирование, но также в режиме с максимальной контрастностью и на термобумагу от факсов. При изготовлении двухслойных печатных плат для уменьшения термоусадки бумаги последнюю рекомендуется перед печатью изображения "прогнать" через принтер вхолостую (без печати рисунка). Кроме того, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху полученный отпечаток тонером вниз. Этот "бутерброд" со стороны бумаги прижимается утюгом (секунд на 20 - 30), разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам). Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Когда плата остынет, её нужно опустить в теплую воду, подержать там несколько минут. Как бумага раскиснет (будет видно), всё легко сдерется, остальное просто скатать пальцем. Вместо воды удалить бумагу можно серной кислотой. Если дорожки смазанные, вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют, утюг слишком холодный. Если дорожки стали широкими, утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются бумажные распечатки обеих сторон, в любых свободных противоположных местах иголкой прокалываются два технологических отверстия, первая сторона платы "гладится" как обычно, потом сверлится по технологическим отверстиям тонким сверлом, а с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажной распечаткой другой стороны. Травить можно и хлорным железом (для ускорения немного подогреть), и солянкой с гидропиритом. Всё это применялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет, нормально выполняются дорожки шириной до 0,8 мм, а при некотором опыте и до 0,5 мм. После травления тонер удаляется ацетоном, смывкой лака для ногтей или аэрозолем Flux Off. Сверлится, обрезается и так далее, как обычно...
Еще один способ нанесения рисунка на п/п при помощи лазерного принтера.
Изготовление п/п с помощью лазерного принтера и утюга процесс довольно утомительный, но даёт довольно хороший результат если немного потренироваться.
1
. Аккуратно клеим лист факсовой бумаги (глянцевой стороной вверх) на лист обычной (для компенсации недостатка жесткости факсовки). Зачем? Необходимо предварительно прогнать бумагу ч/з печку принтера/лазера - для усадки. Для спокойного протаскивания ч/з тракт достаточно термобумагу просто прогладить утюгом с чувствительной стороны.
2
. Бумага - взять основу от самоклейки, или термобумагу для факса однозначно термобумагу, причем подготовленную - сперва листы выгладить горячим утюгом до плоского состояния (при этом они станут тёмно-коричневым, затем синевато-серым), в таком виде сложить их для будущего употребления. перед выводом платы прогнать лист ч/з принтер - н-р, отпечатав пустую страницу. минимальный размер листа - ~6*12 см для HP 5/6L.
3
. Печатать - на максимуме жирности, зеркально. печать и перевод на заготовку могут быть с разницей до недели, больше не пробовал (это для тех у кого дома лазера нет).
4
. Заготовку взять с запасом по 3-5 мм с каждой стороны. фольгу - слегка зашкурить нулевкой и протереть. не должно быть всяких вредных налётов типа белого осадка от денатурата. Использую изопропиловый спирт или бензин "калоша" (aka "для зажигалок").
5
. Утюг - с нормальной, гладкой поверхностью. разогреть заранее. Температуру - для восковки надо тщательнее подбирать (у меня показометр на "иск.шелк"), иначе начнёт пропитка переноситься. для термобумаги - можно и выше.
6
. Пыли и всякой мелочи - быть не должно, ни на фольге, ни на бумаге.
7
. Сделать бутерброд - на ровную толстую фанеру (правда, у меня 3-х миллиметровка) положить кусок плотного картона, заготовку платы, сдуть пыль, рисунок, для термобумаги (она ж тонкая) - ещё и кусок в меру плотной бумаги, горячий утюг.
8
. Начинаешь елозить утюгом, прижимая с силой ~5..10 кг/кв.дм. елозижь минуты две, чтобы прихватилось.
9
. Очень слегка наклонив утюг, пару минут прикатываешь отдельные дорожки. Тут очень важно и не раздавить дорожки, и при том приварить их. Время от времени надо опускать утюг на всю плоскость, чтобы остальная часть не остывала. На термобумаге отчётливо видно разницу в приваренных и дефектных кусках.
10
. Ну ещё минуту гладишь для очистки совести и убираешь утюг. Бутерброд остывает и вспучиваются участки бумаги между дорожками. Остывания не дожидаемся, плату сразу под струю крутого кипятка.
11
. Теперь плату - под струю воды и кусочком мокрого поролона начинаешь стирать бумагу. Большими кусками или с сухой фольги сдирать её нельзя. С поролона надо почаще убирать комки бумаги. Берём бумагу за уголок и срываем. Уж затем пальцем / тряпкой / поролоном снимаем остатки.
12
. Новым кусочком губки стираешь ворс (насколько получится), смотришь влажный рисунок под лупой. если дефектов много, или они расположены в неудобных местах - см п.1, с вариацией параметров.
13
. Обратную сторону заклеить полосами широкого скотча, травим. Можно даже в кипящем FeCl3
Способ нанесения рисунка на п/п с помощью лазерного принтера
Я все делаю намного проще:
Беру заготовку и простую советскую стерку. Стеркой тщательно протираю всю плату. Снимаются все окисления. Можно на всякий случай и бензином протереть (но я этого не делаю, стеркой вполне достаточно). Потом беру термобумагу от факса и глажу ее утюгом. Она становится серо-фиолетовой. Вставляю эту бумагу в принтер (у меня HP 6L и никаких бумажек для жесткости я не клею, еще не разу не зажевал) и зеркально печатаю рисунок платы. Накладываю бумагу на п/п и начинаю елозить утюгом. У меня мощность стоит на 3/4 от максимальной мощности. Глажу минуты 3-4. Потом кидаю заготовку в горячую-теплую воду и жду минут 5, чтобы раскисла бумага. Потом губкой или пальцами скатываю бумагу с платы. Не берите за край бумаги и не сдирайте ее, дорожки могут оторваться вместе с бумагой! Просто скатывайте ее с платы. Далее - керню, сверлю, обрезаю и травлю. И плата готова.
Как подготовить к производству плату, сделанную в Eagle
Подготовка к производству состоит из 2 этапов: проверка технологических ограничений (DRC) и генерация файлов в формате Gerber
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.