Технология изготовления печатных плат (утюжная технология)

Производство трафарета для печатной платы

Для начала необходимо развести дорожки в специальных программах для трассировки и черчения плат. Есть множество программ для этой цели, к примеру, Sprint Layout, Pcad, Eagle и Deep Trace. После разведения дорожек на плате следует вывести схему на печать, обязательно отключив экономию тонера.
В некоторых случаях необходимо распечатать рисунок зеркально для того, чтобы выводы на плате совпадали с распиновкой деталей, например микросхем в smd исполнении. Для удобства надо создать контур платы, чтобы после травления было легче обрабатывать края платы, придавая им эстетичный вид. Затем следует убрать ненужные слои для травления или выставить два слоя для дорожек и шелкографии в настройках. Для надежности можно напечатать несколько образцов, для возможных неудачных попыток. Для печати можно использовать любую бумагу с глянцевым покрытием.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >

Печатаем плату.

Автор: Опубликовано 01.01.1970

Да-да, именно так — печатаем. Сейчас речь у нас пойдет о том, как сделать хорошую печатную плату при помощи лазерного принтера и утюга. В общем, поговорим о модной нынче лазерно-утюжной технологии изготовления печатных плат. Технология, как выяснилось не только модная, но и весьма удобная и простая. Чтобы совместить приятное с полезным и не делать некую абстрактную плату, возьмем для примера схему простого бегущего огонька на 10 светодиодах с нашего сайта. Для нее и сварганим плату. Прежде всего, что нам понадобится?

1.

Разумеется фольгированный стеклотекстолит — одно- или двух- сторонний, неважно. Сейчас проблем с ним нет — продается в любом магазине радиодеталей или на рынке.
2.
Любой журнал на «глянцевой» бумаге.
3.
Инструмент для резки текстолита — лучше всего резак из ножовочного полотна.
4.
Наждачная бумага «нулевка» или жесткая губка для чистки посуды из стальной проволоки.
5.
Из химии: спирт, ацетон или растворитель, жидкий флюс для пайки, хлорное железо.
6.
Ну и разумеется компьютер, лазерный принтер, паяльник, хорошее освещение и много терпения. Вроде все. Начинать надо, естественно, с проектирования этой самой платы. Существует великое множество разнообразных программ, которые занимаются трассировкой (то есть разведением дорожек) печатных плат в ручном и автоматическом режиме. Лично я пока остановился на программе
DipTrace
отечественного производителя. Она позволяет рисовать не только платы, но и принципиальные схемы и библиотеки электронных компонентов. Но нас сейчас интересует исключительно платы.

Вот так выглядит эта программа и так выглядит уже готовый чертеж платы в ней. Ну а дальше приступаем непосредственно к процессу изготовления и, дабы в нем не запутаться будем идти маленькими шажочками, итак:

ШАГ 1.

Чертеж платы нам надо распечатать на лазерном принтере. В принципе, можно использовать струйный принтер, но в этом случае надо будет сделать ксерокопию чертежа и использовать уже её. Идея простая — нам нужен отпечаток чертежа на бумаге сделанный тонером (порошком), который используется в лазерных принтерах или ксероксах. Бумага нам нужна глянцевая — чаще всего, она используется в компьютерных журналах или разных рекламных буклетах. Я использовал журнал «Компьютерра»

, который очень люблю и уважаю за содержание, а теперь еще и за качественную бумагу, на которой он печатается.

Ничего чистить не надо — просто выдираем страницу и печатаем наш чертеж прямо поверх исходного текста.

Напечатайте сразу пару экземпляров — вдруг пригодится. Напечатали, в связи с чем идем дальше.

ШАГ 2.

Отрезаем необходимый нам по размерам кусок текстолита, готовим шкурку (губку) и ацетон с куском ваты или ватными дисками.

Берем шкурку или губку и начинаем тереть нашу заготовку со стороны фольги. Особо усердствовать не надо, но тем не менее, поверхность должна стать ровной и ярко блестящей, а не матовой, как была до этого. После берем кусок ваты, окунаем в ацетон или растворитель и протираем только что начищенную фольгу. Должно получится что то вроде этого:

Должен сказать, что после того, как заготовка протерта ацетоном, её ни в коем случае нельзя хватать пальцами за фольгу — только за края, лучше даже двумя пальцами за уголки. Иначе вы должны будете заново протереть фольгу ацетоном. Переходим к следующему шагу.

ШАГ 3.

Прежде чем выполнять это шаг прочитайте до конца его описание. Итак, из листа, на котором напечатан чертеж платы вырезаем кусок непосредственно с чертежом, оставляя при этом довольно большие поля по краям. После чего аккуратно накладываем нашу заготовку на чертеж (фольгой к напечатанным дорожкам, разумеется), заворачиваем поля и скрепляем их, например, малярным скотчем. Должен получится вот такой конвертик:

Сделали? Отлично, переходим к самому ответственному шагу — глаженью утюгом.

ШАГ 4.

Итак, берем утюг — совершенно любой. Тефаль, Бош, Белорусский тракторный завод, с отпаривателем, без отпаривателя. Без разницы. Регулятор температуры ставим на максимум (если у вас на утюге написаны названия тканей, то на «лён»). Кладем утюг на заготовленный конвертик.

Конвертик, разумеется, надо положить скотчем вниз. Начинаем аккуратно проглаживать. Это самая тонкая часть всей процедуры и кроме как на собственном опыте научится ей невозможно. Нажим на утюг должен быть не сильным — иначе тонер будет растекаться и размазываться по фольге, но и не слабым — иначе тонер плохо пристанет к заготовке. Короче говоря — тут широкое поле для экспериментов. В любом случае, прогревать надо равномерно всю поверхность будущей платы и особое внимание уделять краям — там наибольший риск непрогрева и последующего отслаивания тонера. Тоже относится и ко времени прогревания, хотя с этим проще. Примерно степень готовности можно определить по пожелтению бумаги и по проступанию на ней очертаний дорожек.

Вот примерно, как на фотографии. Ну, допустим, мы решили, что все готово. Выключаем утюг и оставляем плату примерно на 10 минут, чтобы она остыла. Наливаем воду в подходящую посудину. Температура воды должна быть такой, что в ней только-только можно было держать руку. Ну и бросаем туда нашу остывшую заготовку.

Все, идем курить, пить чай, гонять кота — все что угодно на 15 минут. Можно даже 20. Кстати, воду можно оставить включенной, дабы она не остывала.

Приходим обратно и начинаем аккуратно отделять бумагу от заготовки. Очень аккуратно и медленно. Оставшиеся после этого клочки скатываем пальцами. Ни в коем случае, не скребем когтями по плате, а нежно, подушечками пальцев очищаем фольгу от прилипшей бумаги. После чего, вооружаемся феном и сушим, сушим, сушим. На самом деле, все не так долго, потому как высыхает она буквально за минуту-другую.

Ну и получилось у нас вот такая фиговина

Фу. Выдохнули и перешли к следующему шагу.

ШАГ 5.

На этом этапе нам надо протравить плату — то есть убрать с заготовки всю ненужную фольгу, дабы остались только нарисованные нами дорожки. Для чего воспользуемся хлорным железом. Продается оно в банках — это такая кашица ржавого цвета и ужасно мерзко воняющая. Разводится оно теплой водой. Разводим приблизительно из расчета 100 грамм хлорного железа на 100 грамм воды. Воды можно меньше — главное, чтобы раствор целиком покрывал нашу заготовку. Итак, растворяем железо в воде, тщательно размешиваем и бросаем туда будущую плату — теперь уже недолго осталось ей быть заготовкой.

В процессе травления невредно помешивать раствор — либо перемешивая его неметаллической палочкой, либо покачивая ванночку из стороны в сторону. Опять же, можно пустить под дно ванночки теплую воду, чтобы раствор не остывал. Время травления зависит от размера платы и концентрации раствора. Обычно около 20 минут. Если за это время плата не протравилась, значит концентрация хлорного железа недостаточна и стоит подсыпать еще.

Кстати! Знаете ли вы, что использованное хлорное железо можно восстанавливать? Если вас задушила большая, зеленая жаба, использованный раствор можно использовать повторно. Для этого надо его восстановить — то есть выбрать из раствора всю ту медь, которую он сожрал с печатной платы. Посмотрите на фотографию

Половина этого гвоздя побывала в использованном растворе хлорного железа. Таким образом, если всыпать горсть гвоздей — на них будет осаждаться вся медь, присутствующая в растворе. Что характерно — потребительские качества гвоздей от этого совершенно не пострадают.

Однако вернемся к нашим баранам. Вернее, к нашей уже почти готовой плате. Она уже протравилась. Теперь тщательнейшим образом её промываем, сушим и вот что получилось:

Теперь опять берем вату, макаем в ацетон и стираем весь тонер, который сейчас покрывает дорожки на плате.

Ну вот — почти все готово — остался последний шаг.

ШАГ 6.

Ну теперь осталось только просверлить отверстия под элементы, и облудить дорожки — то есть покрыть их тонким слоем припоя. Сверлим, сами понимаете, сверлом. Я использовал сверло диаметром 0,9 мм, чего и вам рекомендую, если конечно у вас на плате не будет крупногабаритных деталей. А вообще, конечно, диаметр выводов надо учитывать еще на стадии проектирования печатной платы, дабы потом не кусать локти и не переделывать все подряд. Что касается лужения, то тут совсем все просто — покрываем плату любым жидким флюсом — самое простое 30% раствор канифоли в спирте. Разогреваем паяльник и взяв на жало минимальное количество припоя, начинаем водить им вдоль дорожек платы. После чего протираем плату спиртом для удаления лишнего флюса. Должно получится вот так:

Ну вот собственно и все. Такая вот замечательная плата у нас получилась — на ней не стыдно и собрать что-нить хорошее. Всем удачи. Вопросы в Форум. PS

Хочу попросить прощения у товарищей Голубицкого и Козловского — замечательных авторов вышеупомянутой мной
«Компьтерры»
за столь нецелевое использование их статей. Чего не сделаешь ради искусства, сами понимаете.

Перенос рисунка на плату

Затем потребуется утюг, наждачная бумага, деревянная разделочная доска и ванночка с мыльным раствором. Необходимо подготовить кусок подходящего под плату текстолита или гетинакса, а также наждачную бумагу средней зернистости. Дальше следует тщательно убрать пыль и грязь, приложить кусок с отпечатком платы так, чтоб рисунок оказался посередине заготовки. Затем крепко завернуть, положить на деревянную доску, сверху поставить горячий утюг. Температура запекания тонера около 100-180 градусов. Поэтому температуру утюга поначалу следует выставлять экспериментально, так же как и длительность воздействия на заготовку.

Травление платы

Есть множество растворов для травли плат, но в данной статье использован для травления раствор перекиси водорода с лимонной кислотой. Следует опустить плату в раствор, и смотреть на реакцию травления, иногда реакция настолько быстрая и бурная, что можно ощутить тепло от платы в конце процесса. После травления платы можно увидеть результат – места, не покрытые тонером, были лишены слоя меди, остались только дорожки и символы, которые под слоем тонера. Далее потребуется растворитель 646 и тряпочка, например, одноразовая салфетка или тряпка для протирания пыли. Необходимо слегка смочить тряпку в растворителе, и оттереть тонер с поверхности заготовки.

Слой земли

Здесь мы коснемся отдельных ключевых моментов этого вопроса. Перечень ссылок на данную тему приводится в конце статьи.

Слой земли действует как общий опорный потенциал, обеспечивает экранирование, позволяет отводить тепло и уменьшает паразитную индуктивность (однако увеличивает паразитную емкость). Хотя существует много преимуществ использования слоя земли, есть ряд важных ограничений, и при его реализации следует проявлять осторожность.

В идеале один слой ПП должен служить как слой земли. Наилучшие результаты получаются, если его целостность не нарушена. Не старайтесь удалить часть слоя земли, чтобы проводить по нему сигналы. Он уменьшает индуктивность дорожек, удаляя магнитное поле между собой и проводником. Если участок слоя земли под дорожкой удален, дорожка получает нежелательные паразитные индуктивности под или над ним.

Так как слой земли обычно имеет большую площадь и поперечное сечение, его сопротивление сохраняется минимальным. На низких частотах ток протекает по пути наименьшего сопротивления, но на высоких частотах — по пути наименьшего сопротивления. Тем не менее есть исключения, и иногда меньший слой заземления работает лучше. Это касается и высокоскоростных ОУ, если удалить часть земли под входными и выходными контактными площадками.

Паразитная емкость, вводимая слоем земли на входе, добавляется к входной емкости ОУ, снижает запас по фазе и может стать причиной нестабильности. Как мы видели при рассмотрении паразитных реактивностей, 1 пФ емкости на входе ОУ может вызвать появление значительного пика частотной характеристики. Емкостная нагрузка на выходе— в том числе из-за паразитных емкостей — создает полюс в цепи обратной связи. Это также может уменьшить запас по фазе и привести к нестабильности.

Аналоговые и цифровые цепи, включая их землю и подложки, по возможности, должны быть разделены. Крутые фронты импульсов создают пики тока, текущие по слою земли и создающие помехи, ухудшая аналоговые параметры схемы.

На высоких частотах следует обратить внимание на явление, называемое скин-эффектом. Он заставляет ток протекать по внешней поверхности проводника, как бы делая его уже и увеличивая сопротивление по сравнению с значением проводника на постоянном токе. Хотя рассмотрение скин-эффекта не входит в задачи этой статьи, приведем приблизительное выражение для расчета глубины скин-слоя в меди (в см):

Для снижения скин-эффекта может быть полезным покрытие из металлов, снижающих возможность его появления.

Лужение заготовки

Следующий этап процесса – лужение дорожек. Для данной заготовки использовался сплав Розе, в отличие от сплава Вуда, он не имеет кадмия и потому не так токсичен. Преимущество этого метода лужения перед другими в аккуратности и эстетичном виде изделия. Так как сплав Розе плавится при температуре +94 градуса, для повышения точки кипения используется жидкий глицерин, который можно приобрести в любой аптеке за копейки. Также надо добавить чайную ложку лимонной кислоты – она служит своеобразным флюсом. Еще потребуются две деревянные палочки, подойдут те, что подают к китайской еде. На конец одной палочки надевается специальный тампон из тканевого материала. Также желательно приобрести резиновый шпатель небольших размеров, например, из авто-магазина.

Конструирование

Конструирование плат происходит в специализированных программах автоматизированного проектирования. Наиболее известны P-CAD, OrCAD, TopoR, Altium Designer, Specctra, Proteus, gEDA, KiCad и др.[3] Сам процесс конструирования в русском языке часто именуют сленговым словом разводка

, подразумевая процесс прокладки проводников.

Нормативы

В России существуют нормативы на конструкторскую документацию печатных плат в рамках Единой системы конструкторской документации:

• ГОСТ 2.123-93 «Единая система конструкторской документации. Комплектность конструкторской документации на печатные платы при автоматизированном проектировании.»
• ГОСТ 2.417-91 «Единая система конструкторской документации. Платы печатные. Правила выполнения чертежей.»

Другие стандарты на печатные платы:

• ГОСТ Р 53386-2009 «Платы печатные. Термины и определения.»
• ГОСТ Р 53429-2009 «Платы печатные. Основные параметры конструкции.» Этот ГОСТ задает классы точности печатных плат и соответствующие геометрические параметры. Также нормируются основные электрические параметры проводников и диэлектриков. Всё ещё часто упоминается предшественник этого стандарта — ГОСТ 23751-86.
• ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия.» Стандарт регламентирует такие параметры как коробление печатных плат, условия и параметры нормоконтроля, электрические параметры материалов.

Типовой процесс

Рассмотрим типовой процесс разработки платы из готовой принципиальной электрической схемы: [4]

• Подготовка к конструированию: Импорт принципиальной электрической схемы в базу данных САПР конструирования печатной платы. Как правило, подготовка схемы выполняется в отдельной схемотехнической САПР. Некоторые пакеты САПР содержат компоненты как схемотехники, так и конструирования. Другие САПР ПП не имеют схемотехнической САПР в своем составе, только импортируя схемотехнику популярных форматов.
• Ввод в САПР компонентов (чертежей каждого компонента, расположения и назначения выводов и др). Обычно при этом используются готовые библиотеки компонентов, поставляемые разработчиками САПР.
• Уточнение у будущего изготовителя печатной платы его технологических возможностей (имеющиеся материалы, количество слоев, класс точности, допустимые диаметры отверстий, возможность покрытий и т. п.). На основании этих данных производится предварительный выбор материала платы, количества слоев металлизации, толщины материала и фольги, класс точности и они же являются исходными данными для конфигурирования DRC (см ниже) используемыми как для автоматической разводки так и для проверки разведенной платы. Чаще всего оптимален стеклотекстолит толщиной 1,5 мм с фольгой толщиной 18 или 35 мкм.

Типичные ошибки конструирования

Производители печатных плат часто сталкиваются с неочевидными ошибками конструирования начинающими инженерами. Наиболее типичные ошибки[6]:

• Неверный выбор диаметра сверления отверстий для монтажа компонентов. В процессе изготовления платы часть просвета отверстия уйдет на металлизацию, что может приводить к невозможности нормального монтажа компонента.
• Ошибки в согласовании требуемого размера контура печатной платы с методом его обработки. Разные методы обработки контура требуют соответствующего припуска.
• Ошибки при выборе отдельных размеров проводников, зазоров, отверстий, окантовки отверстий и т. п. Эти размеры определяют класс точности, а, значит, цену и сроки изготовления плат. Даже один элемент с ошибочно малым размером может переквалифицировать класс точности всей платы.
• Неравномерное распределение дорожек, полигонов и точек пайки на крупногабаритных печатных платах может приводить к короблению плат после пайки в печах.
• Отсутствие термозазора вокруг точек монтажа компонентов при подключении к крупным заливкам фольгой (полигонам или широким дорожкам) приводит к затруднениям и браку при пайке: медь является эффективным теплоотводом и затрудняет прогрев места пайки.
• Для плат, подлежащих лакированию, следует учитывать требования к расположению разъемов и других не подлежащих лакированию компонентов. В противном случае растет процент брака при попадании лака на контакты разъемов.

Механическая обработка платы

Последний шаг процесса – механическая обработка платы. Необходимо просверлить отверстия специальной дрелью или сверлильным станком. Не рекомендуется сверлить обычной дрелью – слишком велико биение патрона и вес самой дрели для столь тонких работ. Весьма чревато сломать сверло, например, имеющее диаметр 0,7 мм на первом же отверстии. Затем обработать неровности платы на наждачном камне, или надфилем с плоской гранью, или на наждачной бумаге на ровной поверхности. В результате получается красивая, аккуратная плата, полностью готовая для монтажа на нее деталей.

Поделиться: