Платы технология изготовления радиолюбителями

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Все схемы в настоящее время располагают на печатных платах. Название «печатные» произошло от того, что промышленные платы изготавливаются методом фотопечати. В промышленности рисунок проводников на плате за­ранее подготавливают в одном из специализированных программных пакетов (наиболее известны PCAD и OrCAD), представляющих собой векторный графический редактор с множеством дополнительных специализированных функций, включающих, в том числе, и автоматизированную раскладку (хотя несложные одно- или двусторонние платы раскладываются обычно вруч­ную). Затем этот рисунок переносится на контрастную черно-белую техниче­скую фотопленку (примерно так же, как делаются пленки для полиграфиче­ской печати), образуя фотошаблон. Если плата двусторонняя, то есть дорожки-проводники у нее расположены с обеих сторон платы (самый рас­пространенный случай), то фотошаблона приходится делать, естественно, два. Иногда готовую плату еще дополнительно покрывают термостойким ла­минирующим составом, который защищает дорожки, оставляя свободными контактные площадки и отверстия для пайки (вы его не раз видели, скажем, на компьютерных картах — ранее он был только зеленого цвета, а последнее время в моде самые немыслимые расцветки)— в этом случае приходится делать дополнительные шаблоны.

Сразу заметим, что раскладка платы и изготовление шаблонов — самая доро­гая стадия в этом процессе. Поэтому если вы решите отдавать свои разработ­ки в подобное производство — убедитесь сначала, что в схеме нет ошибок.

Сами платы изготавливают из фольгированного сгеклотекстолита, представ­ляющего собой стеклоткань, пропитанную эпоксидным составом и покрытую с одной или двух сторон тонкой медной фольгой (когда-то основой для плат был гетинакс — то есть пропитанная синтетической смолой бумага, но каче­ство таких плат ниже). Стеклотекстолит бывает разной толщины. Для наших целей удобнее всего употреблять двусторонний стеклотекстолит толщиной 1,5 мм. Заметим, что отечественный стеклотекстолит несколько дешевле им­портного, но зато у него дорожки имеют тенденцию отслаиваться от носите­ля при нагревании, потому лучше не экономить. Многослойные платы (ска­жем, компьютерные материнские платы обычно имеют четыре слоя) делают, склеивая между собой несколько односторонних, это сильно экономит об­щую площадь. Однако этот процесс много сложнее и дороже, потому прак­тически недоступен для любителей.

На подготовленную и очищенную от загрязнений поверхность заготовки из фольгированного стеклотекстолита нужного размера наносят состав, назы­ваемый фоторезистом (простейший фоторезист — обычный желатин с неко­торыми добавками). Затем на него накладывают фотошаблон и засвечивают ярким светом от кварцевой лампы. После этого плату обрабатывают в специ­альных растворах (проявляют), и фоторезист в основном смывается, остава­ясь только там, где на него попадал свет (или наоборот — в зависимости от того, негативный процесс или позитивный). Остается только протравить пла­ту в составе, растворяющем медь на незащищенных фоторезистом участках. Таково сильно упрощенное описание процесса, в действительности все про­исходит несколько сложнее, но принцип остается тем же.

Но на формировании рисунка проводников на плате дело отнюдь не заканчива­ется. Во-первых, на плате должны быть переходные и крепежные отверстия, причем разного диаметра. Они обычно просверливаются еще до покрытия фо­торезистом. Так как отверстий много, то их сверлят на специальных станках с ЧПУ, по программе, которая подготавливается автоматически в том же про­граммном пакете, что и рисунок проводников. После формирования дорожек отверстия металлизируют, не только чтобы обеспечить контакт между дорож­ками на разных сторонах, но и для того чтобы обеспечить качественную пайку выводов. Поэтому при промышленном изготовлении обязательно следует ме­таллизировать отверстия даже на односторонней плате. Но и это еще не все — на последнем этапе проводники покрывают сплавом, который защищает медь от окисления и позволяет припою лучше приставать к контактам, а затем, если необходимо, покрывают упомянутыми ламинирующими пленками.

Как видите, процесс изготовления плат достаточно сложен и, соответственно, дорог. Стоимость одной платы средних размеров даже в самых дешевых мас­терских может зашкалить за пару сотен вечнозеленых. Однако однозначно следует отдавать ваши платы в промышленное изготовление, если вы делаете несколько экземпляров (чем больше ^ тем получится дешевле в расчете на один экземпляр) хорошо отработанного и обкатанного на макете устройства. Так вы сильно сэкономите на последующей отладке и сборке, и к тому же надежность полученного устройства заметно выше и меньше зависит от ква­лификации монтажника. А если вы изготавливаете ваше изделие в одном эк­земпляре, то чаще всего затевать подобную историю экономически нецеле­сообразно: быстрее и дешевле аккуратно собрать схему на универсальной макетной плате, хотя это и приводит к значительной трате времени на мон­таж и его проверку.

Изготовление печатных плат в домашних условиях

Существует также достаточно много описанных в литературе способов изго­товления печатных плат в домашних условиях (достаточно поковыряться в старых подшивках журнала «Радио»). Вот один из самых простых.

Подготовьте рисунок проводников в натуральную величину— бумажный шаблон с четко обозначенными центрами отверстий. Раньше такие шаблоны приходилось рисовать карандашом на миллиметровке, теперь, располагая графическим редактором и принтером, можно сделать все гораздо аккуратнее и точнее. Вырежьте ножницами по металлу заготовку платы из фольгирован-ного стеклотекстолита, соблюдая точные габаритные размеры. Затем плотно по всей поверхности наклейте на заготовку шаблон, используя простой рези­новый клей — это позволяет потом легко удалить бумагу и остатки клея с заготовки. Положите заготовку шаблоном вверх на деревянное основание, которое не жалко испортить, и закрепите ее струбцинкой. Чем плотнее за­готовка прижмется к основанию, тем лучше. Аккуратно накерните отвер­стия по шаблону, затем шаблон можно удалить. Операцию кернения нужно провести обязательно, иначе отверстия потом «разъедутся». Затем микро­дрелью просверлите отверстия в помеченных местах, используя сверла со­ответствующего диаметра (для выводов большинства обычных компонен­тов— резисторов, диодов, маломощных транзисторов, микросхем в DIP-корпусе — подойдет сверло 0,6—0,7 мм, остальные измерьте штангенцир­кулем и накиньте 0,1 мм).

Учтите, что сверла на стеклотекстолите довольно быстро затупляются и при­ходят в негодность, потому следует иметь запас. После сверления следует осторожно (чтобы не расширять отверстия) обработать края отверстий свер­лом большего диаметра или зенковкой, чтобы убрать заусенцы. Наконец, об­работайте поверхность с обеих сторон платы шкуркой-нулевкой или «стек­лянным» ластиком до зеркального блеска. На этом первый этап можно считать законченным.

Затем тщательно очистите рабочий стол и заготовку от стружек и пыли, и обработайте поверхность заготовки бензином «Галоша» с обеих сторон, ис­пользуя тампон из хлопчатобумажной ткани (но не из ваты!). В дальнейшем старайтесь не касаться пальцами поверхности медного слоя — берите заго­товку пинцетом или, как компьютерный компакт-диск, за края.

Теперь вам понадобится лак, а также — что самое сложное — инструменты для его нанесения. В качестве лака можно использовать нитролак или любую нитрокраску (лучше водостойкую — с первой цифрой 1 после букв НЦ, на­пример, НЦ-11). Цапон-лак применять не рекомендуется (он очень нестой­кий). Прозрачный лак следует подкрасить пастой из шариковой ручки, иначе его не видно после нанесения. Лак должен быть слегка загустевший, слиш­ком жидкому следует дать постоять на воздухе. Адгезия к поверхности платы улучшится, если добавить в него немного порошка канифоли.

Идеальный инструмент для нанесения лака — стеклянный рейсфедер, однако достать их в настоящее время проблематично. Можно научиться их изготавли­вать самим из тонких стеклянных Трубок, но это требует определенного навы­ка. Вместо стеклянного рейсфедера можно попробовать обычный из старой школьной готовальни, который при этом, правда, придется часто промывать в ацетоне. Еще рекомендуют использовать для этой цели одноразовые шприцы, игла в которых стачивается под прямым углом, и кончик ее полируется.

Сначала следует аккуратно обвести отверстия с обеих сторон платы лаком, формируя контактные площадки. Они не должны быть слишком большими и иметь разрывов или непрокрашенных мест. Потом только останется соеди­нить эти площадки в соответствии с рисунком проводников (не забывайте, что вторая сторона выглядит зеркально по отношению к первой).

Рисуя дорожки, не старайтесь их делать узкими. Если место позволяет, луч­ше провести рядом несколько линий, сливающихся в одну. В любом случае следует шины питания и, особенно общего провода («земли»), делать как можно шире и стараться, чтобы питание проходило по одной стороне платы, а общий провод— по другой. Неплохо также распространить «землю» на свободную поверхность платы, где это возможно. Для некоторых аналоговых схем даже делают так: обратную сторону платы (противоположную распо­ложению компонентов) оставляют целиком фольгированной, оставляя только протравленные места под сквозные отверстия для выводов (это удобно де­лать зенковкой по готовой плате), и соединяют эту сторону с «землей», а ос­тальные проводники располагают на лицевой стороне.

Иногда вместо лака и рейсфедеров рекомендуют применять водостойкий фломастер с тонким стержнем,, но опыт показывает, что это значительно ме­нее надежно.

Нарисовав проводники с обеих сторон, оставьте заготовку окончательно под­сохнуть и подготовьте травильную ванну. Для этого лучше всего использо­вать фотографическую пластмассовую кювету — ни в коем случае не метал­лическую! Из множества известных рецептов для травления меди в радиолюбительской практике лучше всего использовать концентрированный раствор хлорного железа, который не выделяет в процессе работы газов и потому меньше повреждает рисунок. Он продается на рынках и в радиолю­бительских магазинах, и его можно использовать многократно, только при хранении следует его плотно закрывать. Учтите, что все травильные раство­ры весьма агрессивно относятся к металлам и даже к не слишком качествен­ной эмали на сантехнических приборах, потому нужно соблюдать предель­ную осторожность, чтобы не испортить раковину или ванну.

Для травления окуните плату в подготовленный раствор. Работать лучше в резиновых перчатках, а манипулировать платой с помощью пинцета из пласт­массы или нержавеющей стали, причем это тот случай, когда лучше исполь­зовать пинцет с гладкими губками, типа фотографического. Имейте в виду, что лимитирующая стадия процесса травления в хлорном железе — отвод продуктов травления от поверхности платы, поэтому в состоянии покоя плата снизу будет травиться гораздо быстрее, чем сверху — продукты реакции осе­дают на дно. Кювету нужно непрерывно покачивать и как можно чаще пере­ворачивать плату, иначе могут остаться непротравленные участки, в то время как в других местах уже начнется процесс подтравливания дорожек. Самое важное — не пропустить момент, когда вся медь на непрокрашенных участ­ках уже сошла. Если вы оставите плату на более долгий срок — считайте, что все испортили, так как никакая краска долго не выдерживает, и дорожки начнут протравливаться. Лучше всего под конец процесса периодически промывать плату в проточной воде и рассматривать ее на свет — если трав­ление еще не закончено, то его следует продолжить.

После травления плату нужно тщательно промыть теплой водой, высушить и тщательно смыть ацетоном краску — меняя тампоны до удаления малейших следов лака. Наконец, все дорожки следует облудить. Для этого берется са­мый мощный паяльник, а плата целиком покрывается активным флюсом. При облуживании следует всего лишь легко касаться дорожек, Чтобы долго их не прогревать, иначе они могут отслоиться. Следите, чтоб припой не за­полнял отверстия — для этого нужно, чтобы его на паяльнике было немного. Затем плата еще раз промывается водой, вьюушивается и покрывается кани­фольным лаком — теперь она готова к монтажу.

Изготовление плат с помощью принтеров дает куда лучшие результаты, но требует значительного опыта. Сначала делается все то же самое, до форми­рования изображения дорожек. Самое простое — просто напечатать изобра­жение на поверхности слоя медной фольги, используя принтер, имеющий прямой тракт подачи носителя, без перегибов. Однако обычные струйные принтеры для этой цели не годятся, так как чернила у них водорастворимые. Можно использовать принтеры с термопереносом (не технологию термопе­реноса изображения на металл с помощью полимерной пленки, а именно принтеры). Однако они либо очень дороги, либо имеют специфические об­ласти применения (только для печати на поверхности CD/DVD, скажем).

Наибольшее распространение среди радиолюбителей получила технология с использованием обы-чных лазерных принтеров. При этом рисунок платы пе­чатается в зеркальном изображении на каком-либо носителе, а затем перено­сится на плату с помощью горячего утюга (здесь, разумеется, отверстия сверлятся после нанесения рисунка, а не до). В качестве носителя может быть использована мелованная глянцевая бумага (обложки от журналов), термо­бумага от факсов, алюминиевая фольга и др. Самое главное при этом — точ­но подобрать температуру утюга, чтобы тонер на основе расплавился, но не растекся. Затем после остывания основу удаляют. При использовании обыч­ной бумаги ее можно просто размочить в воде, а алюминиевую пленку вооб­ще удалять не надо, так как она растворяется в травильном растворе, удалить надо только основу, на которую она наклеена (без основы напечатать на ней ничего не удастся). Многие тонкости этого процесса вы можете узнать, на­пример, здесь: cxem.net/master/ll.php.

Интересно, что сейчас не так уж сложно приобрести фоторезист в аэрозоль­ной упаковке, что делает доступным в домашних условиях изготовление пе­чатных плат по технологии, максимально приближенной к заводской (един­ственное отличие— переходные отверстия придется пропаивать вручную). Рисунок при этом также печатается с помощью лазерного принтера на про­зрачной пленке или, что проще, на кальке. Фоторезист через него экспониру­ется лампой «для загара» или специальными УФ-лампами, которые несложно купить в том же «Чипе-Дипе». Можно применить и засветку прямыми сол­нечными лучами, хотя в этом случае она длится дольше (5—10 минут против десятков секунд). В качестве прижимного стекла следует использовать орг­стекло (не поцарапанное и без грязи), но ни в коем случае не обычное окон­ное, которое не пропускает ультрафиолета. Успех в значительной мере зави­сит от аккуратности и качества прижима, не должно быть и намека на боковую засветку. Хорошее описание процесса можно найти на сайте sires.ucoz.ru.

После того как плата изготовлена и облужена, можно приступать к монтажу.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты