Chronolite - Изготовление печатной платы
Перед тем, как начать делать печатную плату
Как честный человек, я не могу не упомянуть про метод, который не требует ни лужи хлорного железа, ни воя сверлильного станка. Есть такая штука - макетная плата. Кусок текстолита с великим множеством контактных площадок, соединенных между собой по 2-3 штуки. В площадки впаивают детали. Соединяют площадки между собой проводом.
Психически нормальные люди для монтажа на макетных платах всегда использовали одножильный луженый или посеребренный провод без изоляции. В качестве изоляции использовалась тоооненькая фторопластовая трубочка (именно фторопластовая - фторопласт не плавится и не усаживается по длине). Конец провода припаивался к одной точке платы, прокладывался по плате, отмерялась нужная длина, на провод надевалась трубочка и припаивался второй конец провода. Все. Никакой возни с зачисткой проводов, никакой возни с залуживанием проводов.
Сейчас есть все. И клубника в феврале, и итальянская кафельная плитка на каждом углу. А фторопластовой трубочки - НЕТ!..
Готовое изделие вырезалось из платы ножовкой (режется плата легко, как бисквитный торт; по дырочкам-то...).
Можно собрать устройство на макетке, да. Но (это мое мнение) на любителя или по нужде. Я предпочитаю ЛУТ, несмотря на оставшийся у меня еще с совковых времен приличный запасец макеток.
А прецеденты сборки Chronolite на макетницах есть - можно про то почитать в архиве (4 Мб), и даже с фотографиями.
Как сделать печатную плату
При изготовлении печатной платы перед неподготовленным человеком встают, как правило, три проблемы:
Начнем с конца...
Чем и как просверлить отверстия в контактных площадках
Сверлами. Самые ходовые в радиолюбительском хозяйстве - это от 0,5 до 1,2 мм., c шагом 0,1 мм. Самые-самые ходовые - это 0,6 и 0,8 мм. Без них плохо... В самом крайнем случае можно обойтись одним 0,8 мм. Но по-хорошему отверстие в плате всегда должно соответствовать диаметру вывода детали. Если отверстие слишком большое - медь площадки слишком далеко от вывода, качество пайки ухудшается, пайка усложняется. Можно, конечно, отогнуть вывод в сторону, на контактную площадку. Но это от недостатка ассортимента сверел.
И еще - диаметр сверла должен находиться в согласии с наружным диаметром контактной площадки. Если сама площадка имеет диаметр 1,2 мм. - не стоит пытаться сверлить в ней отверстие диаметром 0,8 мм. Даже в лучшем случае трудно будет поручиться за надежность пайки и за надежность крепления детали на плате, а в худшем случае - сверло просто сорвет контактную площадку с текстолита.
Сверла бывают обычные (какой нос, такой и хвост) и с утолщенным хвостовиком. Толстый хвостовик у "нашего" сверла, как правило, имеет диаметр 3 мм. Такое сверло надежно и удобно крепится даже в обычном патроне. Для обычного сверла с хвостом 1 мм. и меньше патрон нужен цанговый.
Если такого патрона нет, то можно намотать на хвостовик сверла фольгу или намотать одножильный провод (лучше медный) плотно, равномерно, виток к витку. Только не сломайте сверло при намотке провода.
Чем сверлить? Лучше всего - специальным маленьким станочком с цанговым патроном. Или на хорошем сверлильном станке с маленьким, а главное - НЕ БЬЮЩИМ (т.е. не имеющим эксцентриситета) патроном. Или небольшой дрелью (бедное сверло...). Или большой дрелью (прощай, сверло!). Я в юности сверлил платы вообще на заточном станке - с одной стороны точильный круг, а с другой патрон. В патроне - сверло, и я насаживал на него плату, стараясь не перекосить. На плату размером с Chronolite'вскую у меня уходило одно-два сверла...
Как сделать дорожки на плате
Нарисовать на фольге (т.е. на фольгированном текстолите) кислотоупорным составом и опустить в травильный раствор. Есть несколько вариантов состава, самый человеколюбивый - раствор хлорного железа. У хлорного железа только один недостаток - оставленные им пятна не отстирываются. Покупается баночка "безводного хлорного железа" (порошок, на фотографии - 250 грамм), разводится в воде согласно инструкции на упаковке, и можно опускать в него заготовку платы. В свежем растворе плата протравливается за 10 минут (зависит от толщины слоя медной фольги). А если раствор подогреть и плату в нем болтать - за 5 минут.
Если вдруг инструкция на упаковке отсутствует, то: концентрация используемого раствора 400 г/л, рабочая температура до 35 С°. Регенерации использованный раствор не поддается (в химлаборатории восстановить можно все, но обойдется восстановление раствора дороже порции свежего).
Про остальные составы (медный купорос, азотную кислоту, хлористое чего-то там и еще одно чего-то там с гидроперитом) можно поискать на просторах интернета. В частности, здесь.
Кислотоупорный состав для рисования дорожек - цапон-лак, или битумный лак, или спиртовой раствор канифоли (всем хорош, но почти прозрачный и долго сохнет). Кислотоупорные снадобья набирают в стеклянный или пластиковый рейсфедер, или в иголку от медицинского шприца и рисуют дорожки. "Все мы вышли из Гоголевской "Шинели"...". Вышли - и слава Богу! Обратно не хочу. Рисовать будем лазерным утюгом, в следующем абзаце. Можно, конечно, и фотошаблонным методом, или все-таки лаком - но это самостоятельно; описаний в интернете - море разливанное.
Как нарисовать дорожки на плате
Итак, лазерный утюг, а красиво и официально - "Лазерно-Утюжная Технология" (ЛУТ). Рисунок печатается лазерным принтером на носителе. С носителя он переводится на фольгу текстолита. Тонер - кислотоупорный, так что плата опускается в травильный раствор, и там где тонера нет, там медь растворяется. Тонер счищается с оставшихся на плате дорожек (самое простое и легкое - смыть его ацетоном). И готово дело.
Носители используют разные. И подложку от самоклеющихся пленок, и алюминиевую фольгу, и фотобумагу, и бумагу для факсов, и бумагу для струйных принтеров, и мелованную бумагу. Я предпочитаю последнее. Мой выбор - страницы журнала "Аудио Энд Видео". Страниц много, бумага тонкая, мелованная. Смысл использования мелованной бумаги в том, что поры бумаги и ее ворс забиты мелом (или что там еще?). В тонер не впекаются ворсинки, и, если бумагу размочить в горячей воде, то тонер от нее легко отделяется.
Переводится рисунок на фольгу текстолита утюгом. Для этого фольга зачищается наждачной бумагой (зерно "800" или мельче), рисунок прикладывается к фольге, сверху разогревается утюгом и утюгом же придавливается к фольге. Смысл и "высший пилотаж" в этом благородном искусстве - разогреть тонер до состояния вязкого, но не жидкого. Тогда он сцепится с фольгой, но не растечется.
Это было дано общее представление о ЛУТ. Дальше, в отдельной главе, я опишу действия по изготовлению платы подробно. Но именно действия, а не технологию. ЛУТ - это Дао. В нем есть куча мнений, вариаций, тонкостей, нюансов, заблуждений, верований, ереси и еще много чего есть. Технологию Вы можете изучать и совершенствовать самостоятельно (если будет время и желание). И тогда Вы либо примкнете к какому-либо течению, либо разработаете свою собственную технологию.
Но здесь мы делаем Chronolite. И если Вы воспроизведете описанные мной действия, то получите печатную плату. Может быть не отличную, но хорошую печатную плату. Если не с первой попытки, то со второй. Не со второй - так с третьей.
Делаем хорошую печатную плату
Исходная позиция
Ну вот и все, пожалуй. Приветствуется наличие тисков, чтобы зажать в них заготовку платы для обработки и возможность договориться с домашними освободить для вас умывальник и не занимать его в течение часа. И ножницы - вырезать шаблон платы из листа, на котором он распечатан. Может быть я чего и забыл, но это уже сущие мелочи.
Накатываем рисунок на плату
Для начала вырезаем из текстолитовой заготовки будущую печатную плату. Если плата имеет сложную конфигурацию (вырезанные углы и т.п.) желательно воспользоваться картонным шаблоном. Припуск на сторону +0,5..1 мм. Край пропитается хлорным железом, это некрасиво. Потом подрежем начисто. И рисунок при накладывании может несколько сместиться. Так что небольшой запас не помешает.
Края пока можете особенно ровно/гладко не обтачивать - достаточно так, чтобы подошву утюга не поцарапать да и руки не порвать в процессе работы.
Если Вы не уверены в чистоте заготовки, то можно помыть ее со стиральным порошком. Без фанатизма - достаточно смыть грязь и жир, если заготовка чем-то заляпана. После мытья - протереть насухо и начисто.
Моем руки. На стол кладем чистый лист бумаги, на него - заготовку. Зачищаем поверхность фольги наждачной бумагой. Зачищайте ту сторону, на которой должны быть дорожки. Во время зачистки и после нее поверхности заготовки руками не касайтесь. Придерживайте плату через чистый кусок бумаги. Не увлекайтесь - слой меди довольно тонкий. Смысл зачистки - убрать с меди окислы.
После зачистки протрите поверхность заготовки от частиц абразива. Очень подойдет для этого вата (только так, чтобы не осталось волокон), кусочек туалетной бумаги или бумажного полотенца.
Положите заготовку внутрь сложенного пополам листа чистой бумаги или хотя бы просто накройте ее чистым листом бумаги - чтобы на заготовку не попала пыль и грязь.
Включаем утюг (на какую температуру - сказано выше). Пока он греется, вырезаем шаблон платы (тот, на котором напечатаны дорожки). Очень стараемся не трогать руками ту его сторону, на которой напечатаны дорожки. Я обычно оставляю небольшой "лепесток", который делаю где-то посередине одной из сторон. Так не загораживаются углы, по которым определяется размещение шаблона на заготовке платы, и есть за что держать шаблон.
На стол - газету, сложенную в размер "половина полосы". На газету - чистый лист бумаги. На лист - заготовку платы. На заготовку - шаблон. Утюг прогрелся.
Первый ответственный момент - "прижарка" шаблона. Шаблон укладываем очень точно, придерживаем его рукой (я держу за "лепесток") и ставим на шаблон утюг, стараясь не сдвинуть шаблон. Утюг можно ставить не на всю плату,а только с одного края (но хотя бы на треть ширины платы). Немного греем. Давим на утюг, но очень слабо. Смысл - тонер должен немного "раскиснуть" и пристать к плате хотя бы в отдельных местах. Аккуратно снимаем утюг, опять же стараясь не сдвинуть шаблон. Даем плате немного остыть. Можно слегка потянуть шаблон вверх (за "лепесток") и убедиться что он "прижарился". Большая прочность от "прижарки" не требуется. Достаточно того, что шаблон не сдвинется при дальнейших манипуляциях.
Накрываем плату (с "прижаренным" шаблоном) еще одним чистым листом бумаги и ставим сверху утюг. Немного ждем (секунд 10..15). Слегка нажимаем на утюг, проводя его по листу бумаги в направлении от "прижаренного" края в сторону "не прижаренного". Лист бумаги придерживаем рукой. Но все уже должно быть нормально, после "прижарки" у меня шаблон еще не сдвигался ни разу. Несколько раз проглаживаем плату. Лист бумаги нужен для того, чтобы на пока еще слабо приставший к плате шаблон не передавалось горизонтальное усилие от проводки утюга.
С какой силой давить на утюг... Вот тут основной недостаток ЛУТ - неизвестно с какой. Речь идет об удельном давлении, Кг/кв.см. Так что оно зависит от площади контакта платы с утюгом. Rishelie советует давить с усилием 15 Кг/кв.дм (т.е. 150 гр/кв.см), его статья на тему изготовления печатной платы есть в этом архиве (4 Мб). Мне кажется, реальнее все же традиционным методом "проб и ошибок". Если не с первого раза, то со второго-третьего вы почувствуете. Только не гладьте бездумно, запоминайте силу давления Вашей руки.
Сильно давить не надо. Потому, что пришла пора убрать верхний лист бумаги и внимательно посмотреть на шаблон.
Если Вы используете бумагу от журнала "Аудио Энд Видео", то достаточно хорошо придавленнаяя дорожка проступит "тенью" на наружной стороне шаблона. Если не проступила - придавлена плохо. И границы хорошо придавленной дорожки будут ровными. А вот если вы ее "передавите", то они расплывутся.
Вот руководствуясь этими соображениями переходим ко второму ответственному моменту - гладим и давим, давим и гладим. Вот она, накатка шаблона...
Когда все выглядит правильным - убираем утюг и даем заготовке немного остыть.
Кладем заготовку в миску с горячей водой. Я обычно просто открываю кран с горячей водой тонкой струйкой. Минут через 10..15 можно аккуратно потянуть за "лепесток" - раскисшая бумага отделится от заготовки. Там, где она не отделилась, можно слегка потереть бумагу пальцем. Если она почему-то недостаточно размокла - положите ее опять в воду, пусть мокнет еще.
Скатываем всю бумагу. Самое милое дело - пальцем, или мягкой хлопчатобумажной тряпочкой. Тонер, надо сказать, держится на фольге очень крепко.
Так надо скатать бумагу со всех мест, которым полагается быть открытыми. "Глазки" в середине контактных площадок должны весело смотреть на мир. Если что - "поднимите им веки" деревянной зубочисткой. Осторожно, но без робости протираем заготовку насухо чистой тряпочкой или туалетной бумагой.
На дорожках могут оставаться белесые следы от мела, или краска от журнальной страницы - пусть остаются. Дополнительная защита дорожек.
Момент истины. Рассматриваем результат работы на сухой заготовке при хорошем освещении. Но не забываем, что трогать поверхность пальцами и чихать на нее - нельзя!
Тонер очень хорошо смывается ацетоном. Есть только одна особенность - не должно быть никакой воды. Будет хотя бы немного воды (влажная плата, или влажный ватный тампон) - и дорожки не смоются. Учтите, что ацетон смешивается с водой в любых соотношениях, и если Вам не удется смыть тонер, то, скорее всего, Ваш ацетон кем-то разбодяжен.
После смывки - все повторяем, начиная с этапа зачистки наждачной бумагой. Только теперь чистить можно менее интенсивно, особенно, если ацетон у Вас чистый.
Подготовка к травлению
Хлорное железо очень бы хорошо подогреть (градусов 50 - достаточно). Если оно у Вас хранится в стеклянной банке, то можно поставить эту банку в горячую воду (в умывальник лоток, в лоток банку, и пустить в лоток горячую воду тонкой струйкой). Раз в пять минут слегка взбалтывайте раствор в банке, чтобы он лучше прогревался.
Если Ваша заготовка из одностороннего текстолита, то разминаем кусок пластилина, налепляем его на ту сторону заготовки, где нет дорожек, и прилепляем им ручку (ту самую палочку размером с карандаш). За ручку будем плату держать, в растворе болтать и периодически вынимать для контроля процесса (ну и из любопытства тож...). Плата на палочке должна напоминать гриб на ножке.
А вот если текстолит двухсторонний, то все несколько сложнее. Надо просверлить технологические отверстия (разумно сделать их в центре будущих отверстий крепления печатной платы в корпусе прибора). Но если винт будет М3, то отверстие сверлите диаметром 2 мм. И осторожнее - не повредите дорожки при сверлении.
В отверстия проденьте нитки. Очень хорошо получается, если отверстий 4 штуки, симметричных. Я делаю 2 нитяные петли, так, чтобы по плате нитка проходила только от отверстия и к ближайшему краю платы. Получается пара "ручек", за которые плату удобно и держать, и поворачивать. И она не болтается - с нее брызги не летят.
Можно травить плату.
Травление
Это самый простой и самый короткий этап. Наливаем в лоток хлорное железо, окунаем туда плату. Надо обязательно проследить, чтобы не осталось воздушных пузырьков, прилипших к поверхности платы. Чтобы пузырьков не было, нужно не класть плату на поверхность раствора плашмя, а опускать ее в раствор под небольшим углом. Секунд через 30 плату можно вынуть и посмотреть, хорошо ли она смочена раствором. Если где-то остались не смоченные участки, берем в руки старую зубную щетку и протираем эти участки раствором хлорного железа. Опускаем плату в раствор. Если не лень - побалтываем ее там (если на пластилине - аккуратно! Если раствор горячий, то пластилин - мягкий...). Побалтываем не сильно, так, чтобы плата слегка ополаскивалась раствором, а продукты реакции на ее поверхности не задерживались. Они тяжелее раствора и будут опускаться на дно. Раз в три-четыре минуты вынимаем и смотрим, хорошо ли нашей плате.
Если Вы никогда раньше не травили платы, то учтите такую вещь: быстрее всего медь стравливается с краев платы и с больших открытых участков. Потом наступает момент, когда с краев и с больших открытых участков медь сошла, но вдоль по краям дорожек она вроде как осталась. Возьмите в руки зубную щетку и проверьте - вправду она там осталась, или только "вроде как". Дело в том, что по краю дорожек собирается осажденная из раствора медь. Выглядит это как недотравленный участок. Вы будете ждать, когда оно рассосется, хотя там давно уже все в порядке. А в это время начнется подтравливание краев дорожек, то есть будут истончаться, растворяться и исчезать столь необходимые нам дорожки. Помните - тонер держится крепко, зубная щетка ему не повредит. Особенно если водить ею аккуратно. Кстати, омывая плату раствором с помощью зубной щетки Вы ускорите процесс травления. Если какие-то участки отстают в скорости травления, можно "помыть" их раствором. Давить щеткой не надо - просто подаем свежий раствор и удаляем отходы.
Ну вот и все. Везде, где нет черных дорожек виден только стеклотекстолит, а меди не осталось. Пускаем в умывальник (но не в лоток с раствором!) воду. Проточная вода быстро разбавит/унесет все случайные капли раствора и умывальник останется чистым. Вынимаем плату из раствора, ополаскиваем водой. Сливаем раствор в банку, ополаскиваем лоток. Отрываем нитяные "ручки" или отлепляем пластилин. Промываем плату и лоток с мылом. Плату вытираем насухо.
Травление закончено.
После этого смываем тонер ацетоном. Даже если к этому моменту наступило "на сегодня все" и время поджимает, то тонер все же лучше смыть. В его порах/трещинах могло остаться хлорное железо.
Весьма желательно залудить плату (т.е. покрыть ее дорожки тонким слоем припоя) сразу после смывки тонера, пока она чистая, свежая, без окислов. Но если Вы не можете этого себе позволить, то будет очень правильным действием покрыть дорожки тонким слоем спиртоканифольного флюса, подсушить (если успеете) и убрать плату в полиэтиленовый пакетик.
Удаление затеканий
Если оставались затекания, то самое время их срезать. Лучше так: плату кладем на стол, сальпелем или ножом прорезаем медь вдоль правильного контура, а потом "состругиваем" медь "от дорожки". Чтобы дорожку случайно не повредить. Если вдоль контура остались маленькие узкие кусочки, срезаем их "к дорожке" - больших усилий для этого не требуется, контролировать скальпель просто.
Лужение
Отличные результаты получаются, если использовать при лужении флюс "Паяльный жир активный". Это довольно мягкая мазь, которую удобно набрать на ватную палочку и тонким-тонким слоем нанести на всю плату (а не только на дорожки; на большие участки без меди, конечно, можно не наносить). Но можно и "ЛТИ-120" или спиртовым раствором канифоли. Разогреваем 40-ваттный паяльник, наносим флюс на плату, набираем на жало припой так, чтобы получилась хорошая пухлая капля.
Держим плату почти вертикально (градусов 70..80) и не спеша проводим паяльником по дорожкам сверху-вниз-вдоль дорожек. Плату можно поворачивать, чтобы "вдоль дорожек" было направлено вниз. Давить и тереть дорожки паяльником ни в коем случае не нужно, да и вообще нельзя этого делать - можно сорвать дорожки.
И нельзя греть залуживаемый участок платы слишком долго. Греть нужно ровно столько, чтобы капля припоя прогрела этот участок дорожки и растеклась по нему ровным тонким слоем. Так что у Вас будет получаться равномерное плавное движение. Периодически добавляйте припой в каплю на жале. Это описывать сложно, а делать - просто.
Отверстия в середине контактных площадок не должны быть залиты припоем. Если залиты - либо плохо прогревали, либо мало флюса. Либо угол наклона платы маловат - припой неохотно стекал вниз, следуя за каплей на жале. Вокруг отверстия должен получаться симпатичный пухленький валик из припоя. Если он не будет получаться у Вас целенаправленно - это не страшно. К тому же, на какой-то площадке он получится у Вас случайно (и готов поспорить - это произойдет довольно быстро). Тогда Вы поймете, как нужно греть площадку и как нужно вести каплю, чтобы получать такие валики по своему желанию.
При возникновении каких-либо проблем или необходимости долудить-перелудить отдельные участки платы не стесняйтесь и не забывайте добавлять флюс. Уж когда-когда, а при лужении платы флюса много не бывает!
После того, как вся плата залужена, ее надо промыть (ацетоном, бензином или спиртом) от остатков флюса.
Сверление и окончательная отделка
После лужения сверлим отверстия в плате (под детали и под крепеж). Обрабатываем края платы до точного соответствия размерам (или картонному шаблону), начисто, так, чтобы плату было приятно взять в руки.
Если Вы маньяк, то острым тонким сверлом снимите заусенцы с отверстий на стороне деталей.
Если Вы не собираетесь монтировать детали на плату немедленно, то будет очень хорошо покрыть дорожки тонким слоем спиртоканифольного флюса, и подсушить без посыпания ее пылью и грязью. А потом убрать плату в полиэтиленовый пакетик. Даже если вы начнете монтаж через полгода, паять будет легко, как в первый день творения - канифоль защитит слой припоя от окисления.
...Я писал эту страницу сайта почти 4 часа. Изготовление платы для Chronolitе у меня бы заняло от 40 минут до часа. Попробуйте - ничего сложного в изготовлении платы нет! Я, например, так просто получаю удовольствие от этого процесса.
На страницу "Технологии изготовления"На главную страницу