Травление печатной платы (дешевый способ). Изготовление печатной платы в домашних условиях (в картинках) Изготовление платы в домашних условиях

Любой электронный девайс требует соединения воедино кучи деталей. Конечно, можно спаять девайс на монтажной плате, но при этом велик риск наделать кучу ошибок, да и сам девайс будет выглядеть весьма стремно. Торчащие во все стороны провода оценят только любители трешдизайна. Поэтому, будем делать печатную плату!

А чтобы тебе было проще, я сделал видео урок на тему изготовления печатных плат методом Лазерного Утюга ака ЛУТ.

Полный цикл, от подготовки платы с куска текстолита, до сверления и лужения.

Печатные платы делаются из фольгированного изоляционного материала (гетинакса, стеклотекстолита, фторопласта). На одну из сторон листа изоляционного материала прочно наклеена металлическая фольга, которая позволяет получить в дальнейшем печатные проводники любой формы. Они представляют собой полоску фольги, соединяющую выводы двух или более деталей, установленных на печатной плате в соответствии с принципиальной схемой радиотехнического устройства.

Что требуется для изготовления печатных плат?

0) Рисунок печатной платы в электронном виде.

1) Лазерный принтер, для печати оттиска будущей платы. Желательно чтобы принтер имел возможность прямого тракта - печать с минимальным изгибом бумаги. У меня Samsung ML1520. Печать на максимум, без всякой экономии тонера!

2) Фольгированный текстолит.

3) Фотобумага для струйной печати Lomond 120г/м глянцевая, односторонняя с улучшеным покрытием. Также неплохие результаты на бумаге Lomond 230г/м глянцевая.

4) Щетка для замши с металлическим+пластиковым ворсом (опционально)

5) Ацетон

6) Шкурка нулевка

Форма проводников, их количество и взаимное расположение определяются схемой устройства, примененными элементами, а также опытом радиолюбителя, разрабатывающего чертеж печатной платы.

При этом надо помнить, что чертежи разрабатываются для установки вполне определенных типов элементов. Если типы некоторых элементов будут другими (например, вместо конденсаторов типа К50-6 применяются конденсаторы типа К53-4 с иным расположением выводов), то чертеж платы придется соответствующим образом изменить.

Чаще всего для изготовления печатной платы радиолюбители применяют фольгированный стеклотекстолит марки СТФ или фольгированный гетинакс марки ГФ. Гетинакс по сравнению со стеклотекстолитом имеет несколько худшие характеристики, но он вполне пригоден для подавляющего большинства радиолюбительских конструкций. При работе с гетинаксом используйте легкоплавкие припои (ПОСК-50, ПОС-40, ПОС-61), так как фольга при перегреве печатных проводников во время пайки может легко отслаиваться.

Фольгированные материалы, выпускаемые промышленностью, имеют различную толщину. Обычно используют материал толщиной 1,5 мм. Но в тех случаях, когда плата больших размеров и на ней нужно устанавливать массивные элементы, применяют материал толщиной 2-2,5 мм.

Если в вашем распоряжении не окажется готового фольгированного материала, его можно сделать самостоятельно.

Вырежьте из гетинакса толщиной 1,5- 2 мм заготовку по размеру будущей платы, а из листовой медной фольги (ее толщина должна быть в пределах 0,05 - 0,1 мм) - пластину такого же размера. Зашкурьте склеиваемые поверхности мелкозернистой наждачной бумагой, очистите их от пыли и обезжирьте ацетоном или бензином. Нанесите на гетинакс и фольгу ток-кий слой клея БФ-2 и подсушите его в течение часа при комнатной температуре, затем нанесите второй слой клея и подсушите минут 30. После этого наложите фольгу на гетинакс и раскатайте ее твердым валиком от середины к краям. Обработанную таким образом заготовку поместите под пресс или в тиски и выдержите 2-3 суток.

Заготовку поместите между двумя металлическими пластинами (со стороны фольги дополнительно проложите картон) и крепко сожмите весь пакет.

Нанесение рисунка печатной платы

Подготовьте вспомогательный рисунок печатной платы со стороны печатных проводников в масштабе 1:1, точками обозначьте центры будущих отверстий.

Приклейте рисунок к фольге несколькими каплями резинового клея. С помощью кернера легкими ударами небольшого молотка поочередно переведите на фольгу центры всех будущих отверстий,

Кернер держите перпендикулярно к поверхности платы, иначе разметка будет неточной. Фольгу до этой операции не зашкуривайте, чтобы следы, оставленные кернером, были заметнее.

Снимите с заготовки рисунок и просверлите отверстия. Лучше всего делать это на сверлильном станке, поскольку отверстия для выводов деталей имеют 0 0,8 -1 мм. Можно использовать и электродрель. Для этого зажмите заготовку в тисках через картонные или гетинаксовые прокладки фольгой к себе. Сидя на стуле, поставьте локоть левой руки на верстак, на ладонь положите электродрель, а правой рукой удерживайте дрель за рукоятку.

Подачу сверла в горизонтальной плоскости регулируйте согласованными движениями обеих рук. По мере сверления отверстий изменяйте положение заготовки, в конце работы проверьте, все ли отверстия просверлены.

Зашкурьте фольгу мелкой наждачной бумагой, удалите пыль и остатки резинового клея, обезжирьте поверхность ацетоном. Теперь старайтесь до окончания обработки печатной платы не касаться фольги руками.

Чтобы на плате после травления остались печатные проводники, соответствующие участки фольги закрасьте каким-либо кислотоупорным лаком или краской. Наиболее часто радиолюбители используют нитроэмаль; она быстро сохнет и хорошо сцепляется с поверхностью фольги. Для удобства пользования краску следует наливать небольшими порциями в мелкую стеклянную или металлическую посуду и набирать ее оттуда. Переносить изображение с бумаги на фольгу можно с помощью. обычного или стеклянного рейсфедера, доработанного медицинского шприца, стержня от авторучки, из которого удален шарик, или обыкновенной заостренной спичкой. Желательно, чтобы отверстия были тоже закрыты краской, это защитит их стенки от пропитывания растворами при травлении. Как только на спичке появятся тянущиеся “нити”, меняйте порцию краски, иначе на плате они могут образовать тончайшие перемычки между проводниками, в это сделает невозможной работу устройства.

Для перенесения рисунка можно применять также асфальтобитумный лак, цветной цапонлак, клей БФ, некоторые сорта туши и чернил.

После того как все проводники изображены, проверьте качество рисунка, при необходимости поправьте вид “проводников”, устраните перемычки, проработайте зазоры между контактными площадками (они должны быть не менее 1 мм). При осмотре рисунка желательно использовать лупу.

Некоторые радиолюбители вместо краски или лака используют липкую ленту - скоч, нарезая из нее “проводники” и “контактные площадки” и наклеивая их на фольгу в соответствии с рисунком. Тем, кто захочет воспользоваться этим способом подготовки платы к травлению, посоветуем очень внимательно следить за качеством отрезков скоча, иначе в проводниках могут оказаться разрывы. Более высокое качество рисунка можно получить, применяя специальные приборы для вычерчивания. С описанием конструкции одного из них вы можете познакомиться, прочитав книгу Ю. В. Бездельева “Плоские и объемные модули в любительских конструкциях” (выпущенную в издательстве “Энергия” в 1977 году).

Не защищенные краской, лаком или липкой лентой участки фольги удалите, протравливая плату в одном из рекомендуемых растворов. Основным материалом для травления служит раствор хлорного железа - оно продается в магазинах химических реактивов в порошке либо в гранулах. Для получения раствора нужно насыпать в стакан примерно 3/4 порошка хлорного железа и долить теплой водой.

Травление плат

Для травления используйте стеклянную или пластмассовую посуду, например, фотографическую кювету. Положите плату в раствор рисунком вверх, вся поверхность платы должна быть залита раствором. Процесс травления ускоряется, если сосуд покачивать или подогревать. При травлении образуются ядовитые испарения, поэтому работайте либо а хорошо проветриваемом помещении, либо на открытом воздухе. Периодически проверяйте состояние платы, приподнимая ее для осмотра деревянными или пластмассовыми палочками, металлические инструменты и приспособления для этой цели применять нельзя. Убедившись в том, что фольга в незащищенных местах исчезла полностью, прекратите процесс травления,

Перенесите, например, с помощью бельевой прищепки плату под струю проточной воды и тщательно промойте, после чего просушите ее при комнатной температуре.

Если вы Собираетесь использовать раствор повторно, Слейте его в плотно закрывающуюся посуду и храните в прохладном темном месте. Учтите, что при повторном использовании эффективность раствора снижается.

При работе с раствором хлорного железа помните, что он не должен попадать на руки и другие открытые части тела, а также на поверхности ванн и раковин, поскольку на последних могут остаться трудно смываемые желтые пятна.

Раствор хлорного железа можно изготовить самостоятельно, если обработать железные опилки соляной кислотой. Возьмите 25 весовых частей 10-процентной соляной кислоты и смешайте с одной весовой частью железных опилок. Смесь в плотно закрытой посуде выдержите 5 суток в темном месте, после чего ее можно использовать. Переливая раствор в сосуд для травления, не взбалтывайте его: осадок должен остаться в той посуде, в которой раствор готовился.

Длительность процесса травления платы в растворе хлорного железа зависит от концентрации раствора, его температуры, толщины фольги и обычно составляет 40 - 50 минут.

Растворы для травления плат можно приготовить не только на основе хлорного железа. Более доступным может оказаться для многих радиолюбителей водный раствор медного купороса и поваренной соли. Приготовить его нетрудно - растворите в 500 мл горячей воды (t около 80°С) 4 столовые ложки поваренной соли и 2 столовые ложки растолченного в порошок медного купороса. Если раствор применять сразу, его эффективность будет невысокой, она значительно повышается после выдержки раствора в течение двух-трех недель.

Время травления платы в таком растворе - три часа и более.

Значительного сокращения времени травления можно добиться, используя растворы на основе кислот. Процесс травления платы, например, в концентрированном растворе азотной кислоты длится всего 5-7 минут.

В этом случае рисунок наносится бакелитоеым лаком средней вязкости помощью стеклянного рейсфедера ипишущего узла авторучки с удаленным шариком. При заправке инструмента опустите его рабочий конец в лак, а с другого конца создайте разрежение, подсасывая воздух через хлорвиниловую трубочку, .После тpaвления плату тщательно промойте водой с мылом.

Хорошие результаты дает применение раствора соляной кислоты и перикиси водорода. Для приготовлени возьмите 20 частей (по объему) соляной кислоты плотностью 1,19 г/см.куб, 4 частей аптечной перекиси водорода 40 частей воды. Сначала воду смешайте с перекисью водорода, затем осторожно добавьте кислоту. Рисунок этом случае делается нитрокраской.

Растворы на основе кислот заливайте в стеклянную или керамическую посуду, работайте с ними только в хорошо проветриваемых помещениях.

Способ гальванического травления плат

Для этого потребуется источник постоянного тока напряжением 25-30 В и концентрированный раствор поваренной соли. При помощи зажима “крокодил” соедините положительный полюс источника с незакрашенными участками фольги платы, а к оголенному и свернутому в петлю концу провода, идущего от отрицательного полюса источника, прикрепите ватный тампон. Последний обильно пропитайте раствором соли и, слегка прижимая к фольге, перемещайте по поверхности платы, движение тампона должно напоминать вырисовывание цифры 8. Фольга при этом будет как бы “смываться”. По мере загрязнения тампон меняйте.

Во всех случаях после окончани процесса травления платы тщательно промывают в проточной воде (например, под водопроводным краном, просушивают и только после этого сни мают краску ацетоном, уайт-спиритом и другими подобными растворителями. Краска, оставшаяся в отверстиях удаляется тонким шилом или иглой.

Теперь зачистите проводники до блеска самой мелкозернистой наждачной бумагой или чернильным ластиком, удалите с платы все посторонние частицы и залудите проводники следующим способом: смажьте их спиртоканифольным флюсом (15% канифоли и 15% этилового спирта), возьмите отрезок оплетки от экранированног тровода и пропитайте его этим ж флюсом, наберите на жало паяльника немного припоя ПОС-61 и через оплетку “втирайте” припой в фольгу. Скорость движения паяльника должна быть такой, чтобы проводники хорошо залуживались, но не отслаивались от материала платы. При выполнени этой работы плату желательно закрепить неподвижно. Можно ограничиться залуживанием только контактных площадок.

Закончив лужение проводников, удалите остатки флюса и лишний припой (в том числе из отверстий), проверьте качество изготовления платы и приступайте к установке на нее радиоэлементов.

Так как я учусь на инженера, я часто делаю дома проекты с достаточно простыми электронными схемами и для этого частенько делаю печатные платы сам.

Что такое печатная плата?

Печатная плата (ПП) служит для механического монтажа радиокомпонентов и электрического их соединения с помощью проводящего рисунка, контактных площадок и других компонентов, вытравленных на медном слое ламинированной пластины.
На ПП находятся заранее спроектированные медные дорожки. Правильно проектирование соединений посредством этих дорожек сокращает количество использованных проводов, а значит, и количество повреждений, вызванных разрывами соединений. Компоненты монтируются на ПП пайкой.

Способы создания

Основных способов изготовления печатных плат своими руками три:

1. ЛУТ технология изготовления печатных плат
2. Нанесение дорожек вручную
3. Травление на лазерном станке

Метод лазерного травления является промышленным, поэтому я расскажу подробнее о первых двух методах изготовления.

Шаг 1: Создаем разводку печатной платы

Обычно разводку делают путем конвертирования принципиальной схемы с помощью специальных программ. Существует множество бесплатных программ в открытом доступе, например:

Я создал разводку с помощью первой программы.

Не забудьте в настройках изображения (Файл – Экспорт – Изображение) выбрать DPIG 1200 для лучшего качества изображения.

Шаг 2: Материалы для платы

(текст на фото):

• Журналы или рекламные брошюры
• Лазерный принтер
• Обычный утюг
• Ламинат с медным покрытием для ПП
• Раствор для травления
• Поролоновая губка
• Растворитель (например, ацетон)
• Провод в пластиковой изоляции

Также вам понадобятся: перманентный маркер, острый нож, наждачная бумага, бумажные полотенца, вата, старая одежда.
Объяснять технологию я буду на примере изготовления ПП сенсорного выключателя с IC555.

Шаг 3: Распечатываем разводку

Распечатайте разводку схемы на листе глянцевой или фото бумаги форматаА4 на лазерном принтере. Не забудьте:

• Распечатывать нужно изображение в зеркальном отображении
• Выберите «Печатать все черным» и в программе для дизайна печатных плат и в настройках лазерного принтера
• Убедитесь, что изображение будет напечатано на глянцевой стороне листа.

Шаг 4: Вырезаем плату из ламината

Вырежьте из листа ламината кусок такого же размера, как и изображение разводки платы.

Шаг 5: Шлифуем плату

Обработайте фольгированную сторону металлической мочалкой или абразивной стороной губки для мытья посуды. Это нужно, чтобы снять оксидную пленку и фоточувствительный слой.
На загрубленную поверхность изображение ложится лучше.

Шаг 6: Варианты изготовления схемы

Вариант 1:
ЛУТ: перенос напечатанного на глянцевом слое бумаги изображения на фольгированный слой ламината. Положите напечатанное изображение на горизонтальную поверхность тонером вверх. Положите сверху плату медным слоем на изображение. Изображение должно располагаться ровно относительно краев. Скрепите ламинат и изображение с двух сторон скотчем, чтобы бумага не могла сместиться, липкий слой скотча не должен попасть на медное покрытие.

Вариант 2:
Нанесение дорожек перманентным маркером: взяв за образец распечатанную разводку, нанесите схему на медный слой куска ламината сначала простым карандашом, затем обведите перманентным черным маркером.

Шаг 7: Проглаживаем изображение

• распечатанное изображение нужно прогладить утюгом. Разогрейте утюг до максимальной температуры.
• положите на ровную деревянную поверхность чистую ненужную ткань, на нее положите будущую плату медным слоем вверх с прижатым к нему изображением схемы.
• с одной стороны прижмите плату рукой с полотенцем, с другой прижмите ее утюгом. Утюг держите в течение 10 секунд, затем начинайте проглаживать с бумагой немного надавливая, в течение 5-15 минут.
• хорошо прогладьте края – с нажимом, медленно перемещая утюг.
• длительное нажатие действует лучше, чем постоянно проглаживание.
• тонер должен расплавиться и прилипнуть к медному слою.

Шаг 8: Очистка платы

После утюжки поместите ее в теплую воду примерно на 10 минут. Бумага намокнет и ее можно будет удалить. Удаляйте бумагу под малым углом и, желательно, без остатков.

Иногда с бумагой снимаются частички дорожек.
Белым прямоугольником на фотографиях выделено место, где дорожки плохо перенесены и затем восстановлены черным перманентным маркером.

Шаг 9: Травление

Во время травления нужно быть чрезвычайно осторожным.

• сначала оденьте резиновые перчатки или перчатки с пластиковым покрытием
• застелите пол газетами на всякий случай
• наполните пластиковую коробку водой
• добавьте в воду 2-3 чайных ложки порошка хлорида железа
• опустите плату в раствор примерно на 30 минут
• хлорид железа вступит в реакцию с медью и медь, не защищенная слоем тонера, уйдет в раствор
• чтобы проверить, как идет травление внутренних частей платы, достаньте плату из раствора пассатижами, если внутренняя часть еще не очистилась от меди, оставьте ее в растворе еще на некоторое время.

Слегка перемешивайте раствор, чтобы реакция шал активнее. В растворе образуется хлорид меди и хлорид железа.
Каждые две-три минуты проверяйте, вся ли медь вытравлена с платы.

Шаг 10: Техника безопасности

Не прикасайтесь к раствору незащищенными руками, обязательно используйте перчатки.
На фото видно, как проходит травление.

Шаг 11: Утилизация раствора

Раствор для травления токсичен для рыб и других водных организмов.
Не выливайте отработанный раствор в раковину, это незаконно и может испортить трубы.
Разбавьте раствор для снижения концентрации и только после этого слейте в общую канализацию.

Шаг 12: Завершение процесса изготовления

На фото показаны для сравнения две печатных платы, изготовленных с помощью ЛУТ и перманентного маркера.

апните несколько капель растворителя (можно жидкость для снятия лака) на ватку и удалите остатки тонера с платы, у вас должны остаться только медные дорожки. Действуйте осторожно, затем просушите плату чистой тканью. Обрежьте плату до нужного размера и обработайте края наждачной бумагой.

Просверлите монтажные отверстия и припаяйте все компоненты на плату.

Шаг 13: Заключение

1. Лазерно-утюжная технология — вполне эффективный способ изготовления печатных плат в домашних условиях. Если делать все аккуратно, каждая дорожка получится четкой.
2. Выполнение разводки с помощью перманентного маркера ограниченно нашими художественными навыками. Этот способ подходит для простейших схем, для чего-то более сложного лучше изготавливать плату первым способом.

Подробный рассказ о популярной "лазерно-утюжной" технологии изготовления печатных плат, её особенностях и нюансах.

Печатные платы в радиотехнике применяются очень давно. В условиях производства существует различное оборудование, позволяющее выпускать платы в массовом масштабе. Подобные платы раньше выпускались методами офсетной печати, почему и получили название «печатных».

В домашних условиях или в заводских электролабораториях, занимающихся ремонтом электрооборудования подобные платы приходилось рисовать вручную различными лаками. Инструменты для рисования применялись самые разнообразные, от просто остро заточенной спички до иголок от шприца и стеклянных рейсфедеров.

Производительность подобного труда была низкая, да и качество оставляло желать лучшего. Если же требовалось изготовить несколько одинаковых плат, то уже вторая рисовалась без особого вдохновения, а следующие за ней, оптимизма не прибавляли.

Сейчас компьютерные технологии проникли во все сферы человеческой деятельности, в том числе и в радиолюбительство. Печатные платы рисовать вручную теперь уже не приходится, разве что очень простые, которые можно даже вырезать ножом. Но обо всем по порядку.

Прежде всего, печатную плату необходимо спроектировать согласно принципиальной электрической схеме. Подобная работа выполняется на компьютере при помощи специальных программ. Наиболее просты и доступны программы Sprint-Layout. Они бесплатны, и их можно скачать в Интернете. Их интерфейс интуитивно понятен и пользование программой затруднений не вызывает.

В версиях программ, начиная с третьей, возможна вставка рисунка и просто его обведение линиями печатных дорожек. Эта функция позволяет изготавливать платы, опубликованные на страницах журналов. Картинка из журнала, если ее просто распечатать, требуемого качества, как правило, не дает.

После того, как печатная плата спроектирована и проверена, ее следует перенести на заготовку будущей печатной платы. И именно на этом этапе следует проявить внимательность и аккуратность.

Прежде всего, следует рассказать, как печатать и на чем. Это два основных вопроса, от которых зависит конечный результат.

Рисунок платы печатается на лазерном принтере при отключении всех экономных режимов, что позволяет нанести на бумагу максимально толстый слой тонера. Это способствует улучшению переноса тонера на заготовку печатной платы. Сейчас подобная технология называется «лазерно-утюжной».

Общий смысл ее достаточно прост: рисунок помещается на заготовку (фольгированный стеклотекстолит), конечно рисунком к фольге, после чего проглаживается обычным утюгом. Тонер, расплавляясь, переносится на фольгу, оставляя на ней рисунок платы. После этого бумага размачивается в воде, а плата травится как обычно в растворе хлорного железа.

Теперь о тонкостях и деталях всего процесса.

Прежде всего на чем печатать? Когда эта технология была известна только по слухам, считалось, что печатать рисунок надо на бумаге самого низкого качества. Такая бумага, тонкая и бурая, предназначалась для пишущих машинок. Отмочить эту бумагу было просто невозможно, поэтому предлагалось сначала растворять ее, кажется, соляной кислотой. Бумага растворялась плохо, а вместе с ней и часть рисунка.

Тогда большинство исследователей, видимо, печатали подобные картинки на государственных принтерах, поэтому были предложения делать распечатки даже на бытовой алюминиевой фольге, каких-то пленках и еще не помню на чем.

На самом деле все оказалось значительно проще: лучше всего подходит мелованная бумага из глянцевых журналов. При этом рисунки и фотографии на страницах на качество не влияют. Единственное, что следует опытным путем подобрать журнал, дающий лучшее качество. Некоторые журналы намелованы до такой степени, что приглаживаются к фольге даже без тонера.

Границы платы на распечатке лучше указать при помощи «крестов», (такая опция присутствует в программе), нежели в рамке. Рамка может потянуть за собой бумагу в процессе приглаживания и исказить рисунок.

Бывает, рисунок приглаживается хорошо не с первого раза, поэтому на одном листе бумаги надо отпечатать несколько его экземпляров. Количество рисунков на листе устанавливается в программе.

Заготовку для платы следует вырезать не ровно в размер, а так, чтобы по краям оставался запас 6…10 мм. Он срезается уже после того, как плата будет готова. Это необходимо для того, чтобы крайние дорожки рисунка получились хорошо. Не понятно почему, именно эти дорожки приглаживаются плохо. Поэтому острые кромки фольги следует притупить сняв небольшие фаски.

Перед тем, как приглаживать рисунок утюгом, заготовку следует зачистить наждачной бумагой, так, чтобы поверхность фольги приобрела матовый оттенок. После этого поверхность обезжирить ацетоном или бензином.

Затем положить бумагу рисунком вверх на ровную поверхность, и уже на нее фольгой вниз, ориентируя по крестам, заготовку платы. Для фиксации заготовки края бумаги подогнуть вовнутрь получившегося пакета. При приглаживании пакет положить, естественно, бумагой вверх.

Обычный утюг для глажения белья следует разогреть до 200 градусов. Температуру можно проконтролировать авометра, либо подбирать опытным путем.

Приглаживание производить сначала всей плоскостью утюга для разогрева платы, а ближе к концу процесса приглаживать бумагу ребром утюга. Чтобы мелованная бумага не прилипала к утюгу в начале приглаживания можно под утюг положить обычную чистую бумагу. Под приглаживаемую заготовку лучше подложить картонную папку для бумаг или журнал. Это позволит плате несколько прогибаться, что исключит влияние неровностей, как самой платы, так и рабочего стола.

После приглаживания весь пакет следует остудить, прикладывая другой утюг, только холодный, чтобы рисунок лучше зафиксировался на плате.

После этих процедур приглаженную бумагу следует отмочить в теплой 50…60 градусов воде. Когда бумага достаточно размокнет ее следует осторожно снять. Остатки бумаги, прилипшие к плате, удалить, протирая пальцем, как переводные картинки.

После того, как будет получен оттиск хорошего качества, заготовку следует как обычно протравить в растворе хлорного железа. После травления рисунок удаляется ацетоном или бензином.

Программа Sprint-Layout позволяет нарисовать в контактных площадках отверстия для деталей. Эти отверстия следует делать диаметром не менее 0,7…0,8 мм. Тогда фольга в них протравится до текстолита и не потребуется кернить отверстия: сверло будет центроваться в этих протравленных отверстиях. Точность сверления такова, что даже микросхемы в 40 выводных корпусах «садятся» на свои места безо всякого подгибания ножек.

Борис Аладышкин

В распоряжении имеется заводская макетная плата вот такого типа:

Она не нравится мне по двум причинам:

1) При монтаже деталей приходится постоянно вертеть туда-сюда, чтоб сначала поставить радиодеталь, а потом припаять проводник. На столе ведёт себя неустойчиво.

2) После демонтажа отверстия остаются залиты припоем, перед следующим использованием платы приходится их прочищать.

Поискав в интернете различные виды макетных плат, которые можно сделать своими руками и из доступных материалов, наткнулся на несколько интересных вариантов, один из которых решил повторить.

Вариант №1

Цитата с форума: «Я, например многие годы, использую вот такие самодельные макетные платы. Собраны из куска стеклотекстолита, в который наклёпаны медные штырьки. Такие штырьки можно либо купить на радиорынке, либо изготовить самому из медной проволоки диаметром 1,2-1,3 мм. Более тонкие штырьки слишком сильно гнутся, а более толстые забирают слишком много тепла при пайке. Эта «макетка» позволяет многократно использовать самые затрапезные радиоэлементы. Соединения лучше делать проводом во фторопластовой изоляции МГТФ. Тогда однажды изготовленных концов хватит на всю жизнь.»

Думаю, что такой вариант подойдёт мне больше всего. Но стеклотекстолита и готовых медных штырьков в наличии не имеется, так что сделаю немного по-другому.

Медную проволоку добыл из провода:

Зачистил изоляцию и при помощи нехитрого ограничителя наделал штырьков одинаковой длины:

Диаметр штырьков — 1 мм .

За основу платы взял фанеру толщиной 4 мм (чем толще, тем крепче будут держаться штырьки ):

Чтобы не мучиться с разметкой, скотчем наклеил на фанеру разлинованную бумагу:

И просверлил отверстия с шагом 10 мм сверлом диаметром 0.9 мм :

Получаем ровные ряды отверстий:

Теперь нужно забить штырьки в отверстия. Так как диаметр отверстия меньше диаметра штырька, соединение получится внатяг и штырь будет плотно зафиксирован в фанере.

При забивании штырьков под низ фанеры нужно подложить металлический лист. Штырьки забиваются лёгкими движениями, и когда звук изменится, значит, штырь достиг листа.

Чтобы плата не ёрзала, делаем ножки:

Приклеиваем:

Макетная плата готова!

Таким же методом можно сделать плату для поверхностного монтажа (фото из интернета, радиоприёмник):

Ниже для полноты картины я приведу несколько годных конструкций, найденных в интернете.

Вариант №2

В отрезок доски забиваются канцелярские кнопки с металлической головкой:

Осталось только залудить их. Омеднёные кнопки лудятся без проблем, а вот со стальными .

Сегодня мы выступим в немного непривычном для себя амплуа, будем рассказывать не о гаджетах, а о технологиях, которые стоят за ними. Месяц назад мы были в Казани, где познакомились с ребятами из Навигатор-кампуса . Заодно побывали на расположенном близко (ну, относительно близко) заводе по производству печатных плат - Технотех . Этот пост - попытка разобраться в том, как же все-таки производят те самые печатные платы.


Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?

На заводе умеют делать платы от начала и до конца - проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат.
Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.

О методах изготовления плат

Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio -прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio -отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе.
В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом.
Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными.) - нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению - тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения.
Я покажу именно комбинированный метод.

Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)

Изготовление стеклотекстолита

Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит - это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист.
Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты - это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:

Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:


В центре платы, светлые участки - это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее - параллельно.
Или например на микрофотографии tiberius , насколько я помню из этой статьи:

Итак, начнем.
Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах:


Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой - такой материал называется препрегом , от английского pre -impreg nated - предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии - листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.
Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:


А вот сам рулон фольги.


Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:


На фото Владимир Потапенко, начальник производства.
Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолита


При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист.
Вот такой:


Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:


Технотех использует два вида заготовок: 305х450 - маленькая групповая заготовка, 457х610 - большая заготовка
После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…


Маршрутная карта - это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.

Сверловка заготовок

Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат - сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:


Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки - так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.


После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:


Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому . Он ест трехразовое трехфазное питание напряжением 400В, и потребляет при работе 20 КВт. Вес станка около 8 тонн. Он может одновременно обрабатывать четыре пакета по разным программам, что в сумме дает 12 плат за цикл(естественно, что все заготовки в одном пакете будут просверлены одинаково). Цикл сверления - от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и количества отверстий. Среднее время - около 20 минут. Всего таких станков у технотеха три штуки.


Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору - отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.


Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его - станок все время знает степень износа сверл - записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.


Вот так выглядят внутренности станка:


После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляется по этапу на следующий этап.

Очистка, активация заготовок и химическое меднение.

Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивами


Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона».
Плата становится чистой и блестящей:


После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности. Для каждой поверхности вводится серийный номер Активация поверхности - это подготовка к осаждению меди на внутреннюю поверхность отверстий для создания переходных отверстий между слоями платы. Медь не может осесть на неподготовленную поверхность, поэтому плату обрабатывают специальными катализаторами на основе палладия. Палладий, в отличии от меди, легко осаждается на любую поверхность, и в дальнейшем служит центрами кристаллизации для меди. Установка активации:

После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях.


Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон - это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.

Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.

Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):


Собственно вот зеленая пленка на барабане - это и есть фоторезист.


Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше - установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного - примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами.
А на переднем плане - огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:


Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:


Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди - маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.


Это тоже позитивная маска:


Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении.
Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:

Гальваническая металлизация

Теперь настал через ее величества - гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше - с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:


В которых циркулируют сложные составы электролитов:


А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:


Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.

Осаждение металлорезиста

Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС - припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:


Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:


И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:

Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста

Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:


Дорожки на плате - это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция - слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.


Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) - когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:


И устанавливается вот в такой автомат:


Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:


Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные - при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных.
Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно.
Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине - он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.

Электротест

Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест - это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно - станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме (кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:


Та большая машина слева - и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:


На видео, правда, была другая машинка - с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.

Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок

Следующий технологический процесс - нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:


Закладываются вот в такой автомат:


Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:


Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме (и подписаться тоже:)
После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:


Потом их покрывают финишным покрытием - горячим лужением или иммерсионным нанесением:


И наносят маркировку - шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит.
Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:


Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.

Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:

Все, что я описал выше - касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.

Изготовление ядер

Ядро - это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны - трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым - это означает, что оно используется в качестве реперного - того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:


Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала - обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии - нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:


После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный - сидят люди и смотрят в заготовки:


Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):


Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.

Сборка ядер в пакет и прессование

Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:


Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:


А рядом кладется карта расположения слоев:


После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.


Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:


А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:


А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.


Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев - в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у него доброе сердце несколько ядер со сформированными дорожками, которые, правда, еще никак не связаны между собой и разделены изолирующими слоями полимеризированного препрега. Дальше процесс проходит те же стадии, что я уже описывал ранее. Правда, за небольшим различием.

Сверловка заготовок

При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском - все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям - при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их в экстазе при металлизации. Поэтому пакет собирается вот на такой машинке:


Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.

Металлизация

Дальше все просто - заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:


Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.

Проверка и шлифы

Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально.


Эти кусочки называются шлифы - поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:

Фрезеровка или скрайбирование

Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:


Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант - скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:

А вот фрезерованная:


Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается - платы складывают в стопочку:


Оборачивается все тем же маршрутным листом:


И ждет отправки.
А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.

Сборка

Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке - то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):


И собирают, собирают:


А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все - от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям.


Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:


Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.


Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:


Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:


Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:


И он начинает расставлять компоненты на плате.


Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно:

Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды).
Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная - это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:


Запаянный лист плат выглядит вот так:


Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:

Примеры

Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:


C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления - этого требуют военные):


Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:


И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению).
Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления - они очень хотят работать с гражданскими заказами.

И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.

Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб: