Как сделать рисунок печатной платы. Травление плат перекисью водорода и лимонной кислотой
После того, как рисунок печатной платы перенесён на фольгированный текстолит при помощи , необходимо произвести травление печатной платы. Несколько рецептов травления печатных плат описаны под катом.
1. Способ первый — хлорное железо.
Хлорное железо добавляем в воду в соотношении 1:3. Тщательно перемешать.
Время травления зависит от температуры раствора, толщины меди и «свежести» раствора.
В среднем от 10 мин до часа. При нанесении дорожек тонером лазерного принтера не нагревать выше 45°с.
Плату рекомендуется покачивать в растворе.
2. Способ второй — медный купорос плюс поваренная соль.
Приготовление раствора — на 200 мл. тёплой воды две столовые ложки поваренной соли и столовая ложка медного купороса. Процесс травления может быть довольно длительным.
Поваренная соль
Для нормального протекания процесса травления рекомендуется значительный избыток соли, подогрев раствора и покачивание платы в растворе.
3. Травление печатной платы в перекиси водорода плюс лимонная кислота.
Достаточно быстрый способ травления печатной платы при комнатной температуре плюс доступность компонентов.
Состав раствора:
В 100 мл. 3% перекиси водорода растворить 30 г. лимонной кислоты и 5 г. поваренной соли.
Соль можно дать с избытком.
Разбавлять раствор не следует. Чем больше перекеси, тем интенсивнее будет процесс.
Но надо учитывать, что раствор одноразовый и не подлежит хранению.
Кто-то может сказать, меня устраивает персульфат из-за своей скорости травления, так вот, новый метод травления позволяет протравливать платы, думаю с не меньшей скоростью. Вчера протравил плату за полчаса, рисунок был начерчен на скорую руку маркером, самые узкие дорожки были в 1 мм шириной, подтравов замечено не было. Фото платы ниже, правда после того как залудил и спаял все детали на плату, просто чтобы показать, что даже узкие дорожки получаются без подтравов, этого думаю достаточно. Но сразу хочу заметить, что рисунок переведенный на печатную плату методом ЛУТ (лазерно-утюжной технологией ) сохраняется лучше, у людей по отзывам при протравке этим методом даже узкие дорожки шириной в 1 мм получаются стабильно хорошо.
Теперь перейдем к делу. На плату размерами 35*25, которую травил, истратил следующие ингридиенты: бутылочку аптечной перекиси водорода 50 мл, стоимостью 3 рубля и 1 пакетик 10 грамм пищевой лимонной кислоты , стоимостью 3,5 рубля, соль чайная ложка (используется как катализатор) разумеется бесплатно, подойдет любая какая есть у вас на кухне, даже йодированная. Точные пропорции здесь не обязательны, делаем примерно такой раствор: выливаем перекиси водорода, столько чтобы плату скрыло на 5 мм, добавляем 10 грамм (в моем случае пакетик) лимонной кислоты и ложим чайную ложку соли .
Воды добавлять не надо, жидкость используется та, которая есть в перекиси. Если планируется травить плату больших размеров, то увеличиваем количество ингридиентов в тех пропорциях, относительно перикиси водорода, как было указано выше, также чтобы плату скрыло на 5 мм. К концу травления раствор окрасится в голубоватый цвет. Во время травления плату шевелим в емкости, потому что на плате будут скапливаться пузырьки газа, мешающие травлению.
Ближе к концу травления извлекаем пинцетом плату из раствора и осматриваем. Если рисуем рисунок маркером, то рекомендую рисовать в несколько слоёв, чтобы избежать небольших подтравов на узких дорожках, но такой же эффект даст нам и хлорное железо и персульфат аммония. Оставшийся от травления раствор можно вылить в канализацию, пропустив после большое количество воды. Хранить раствор для повторного использования, думаю никто не будет, всегда проще сделать новый раствор при необходимости, чем ждать дольше при протравке со старым раствором.
Экономия времени и денег в сравнении со старыми методами, думаю очевидна всем. Также можно пользоваться концентрированной перекисью продающейся в магазинах для парикмахеров или таблетками гидроперита , но здесь соотношение ингридиентов придется каждому подбирать самому, так как с ними не экспериментировал. Выкладываю, как обещал фото платы, протравленной этим методом, делал плату правда на скорую руку.
Ещё немного про такую полезную вещь, как вертикальные ванны . Если требуется равномерное и качественное двусторонее травление - удобны именно вертикальные ванны с перемешиванием раствора. Перемешивание делается введением в ванну трубочку от аквариумного аэратора. Также у вертикальной ванны минимальна площадь испарения. Кроме того, не будет налипающей грязи, если раствор старый и замусорен. Желаю удачных травлений без подтравов. С вами был AKV .
Обсудить статью ТРАВЛЕНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
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:
Не знаю как вы, а я с лютой ненавистью отношусь к классическим монтажным платам. Монтажка это такая хрень с дырками куда можно вставлять детальки и запаивать, где все соединения делаются посредством проводков. Вроде бы просто, но при этом получается такая каша, что понять в ней что либо весьма проблематично. Поэтому и ошибки и сгоревшие детали, непонятные глюки. Ну ее нафиг. Только нервы портить. Мне гораздо проще нарисовать в моем любимом схемку и тут же вытравить ее в виде печатной платы. С использованием лазеро-утюжного метода
все выходит за каких то полтора часа ненапряжной работы. Ну и, конечно же, этот метод отлично подходит для выполнения финального устройства, так как качество печатных плат, получаемых таким методом весьма высоко. А поскольку данный метод весьма непрост для неискушенного, то я с радостью поделюсь своей отработанной технологией, позволяющей получать с первого раза и без каких либо напрягов, печатные платы с дорожками 0.3мм и просветом между ними до 0.2мм
. В качестве примера я изготовлю отладочную плату для моего учебного курса, посвященного контроллеру AVR
. Принципиальную вы найдете в записи , а
На плате разведена демосхема, а еще навалом медных пятачков, которые тоже можно высверлить и использовать под свои нужды, подобно обычной монтажной плате.
▌Технология изготовления качественных печатных плат в домашних условиях.
Суть метода изготовления печатных плат в том, что на фольгированный текстолит наносится защитный рисунок, который предотвращает травление меди. В результате, после травления, на плате остаются дорожки проводников. Способов нанесения защитных рисунков много. Раньше их рисовали нитрокраской, посредством стеклянной трубочки, потом стали наносить водостойкими маркерами или даже вырезать из скотча и наклеивать на плату. Также для любительского применения стал доступен фоторезист
, который наносится на плату, а потом засвечивается. Засвеченные участки становятся растворимы в щелочи и смываются. Но по простоте применения, дешевизне и скорости изготовления все эти методы сильно проигрывают лазеро-утюжному методу
(далее ЛУТ
).
Метод ЛУТ основан на том, что защитный рисунок образуется тонером, который посредством нагревания переносится на текстолит.
Так что нам потребуется лазерный принтер, благо они сейчас не редкость. Я использую принтер Samsung ML1520
с родным картриджем. Заправленные картриджи подходят крайне плохо, так как у них недостаточная плотность и равномерность выдачи тонера. В свойствах печати надо выставить максимальную плотность и контрастность тонера, обязательно отключить все режимы экономии — не тот случай.
▌Инструмент и материалы
Помимо фольгированного текстолита нам потребуется еще лазерный принтер, утюг, фотобумага, ацетон, мелкая шкурка, щетка для замши с металлопластиковым ворсом,
▌Процесс
Дальше рисуем рисунок платы в любой удобной для нас софтине и печатаем его. Sprint Layout. Простая рисовалка для плат. Чтобы нормально напечаталось надо слева цвета слоев выставить черным. Иначе получится фигня.
Вывод на печать, две копии. Мало ли, вдруг одну запортачим.
Вот тут заключается главная тонкость технологии ЛУТ
из-за которой у многих возникают проблемы с выходом качественных плат и они бросают это дело. Путем множества экспериментов было выяснено, что самый лучший результат достигается при печати на глянцевой фотобумаге для струйных принтеров. Идеальной я бы назвал фотобумагу LOMOND 120г/м 2
Она стоит недорого, продается везде, а главное дает отличный и повторяемый результат, и не пригорает своим глянцевым слоем к печке принтера. Это очень важно, так как я слышал про случаи когда глянцевой бумагой загаживали печь принтера.
Заряжаем бумагу в принтер и смело печатаем на глянцевой стороне
. Печатать нужно в зеркальном отображении, чтобы после переноса картинка соответствовала действительности. Сколько раз я ошибался и делал неправильные отпечатки, не пересчитать:) Поэтому первый раз лучше для пробы напечатать на обычной бумаге и проверить, чтобы все было правильно. Заодно и печку принтера прогреете.
После печати картинку ни в коем случае нельзя хватать руками и желательно беречь от пыли
. Чтобы ничто не мешало соприкосновению тонера и меди. Далее вырезаем рисунок платы точно по контуру. Без каких либо запасов — бумага жесткая, поэтому все будет хорошо.
Теперь займемся текстолитом. Вырежем сразу же кусок нужного размера, без допусков и припусков. Столько, сколько нужно.
Его надо хорошенько зашкурить. Тщательно, стараясь содрать весь окисел, желательно круговыми движениями. Немного шершавости не повредит — тонер будет лучше держаться. Можно взять не шкурку, а абразивную губку «эффект». Только брать надо новую, не жирную.
Шкурку лучше взять самую мелкую какую найдете. У меня вот такая.
После зашкуривания его надо тщательнейшим же образом обезжирить. Я обычно тырю у жены ватную подушечку и, смочив ее как следует ацетоном, хорошенько прохожусь по всей поверхности. Опять же после обезжиривания ни в коем случае нельзя хватать его пальцами.
Накладываем наш рисунок на плату, естественно тонером вниз. Разогрев утюг на максимум
, придерживая бумагу пальцем, хорошенько прижимаем и проглаживаем одну половину. Надо чтобы тонер прилип к меди.
Далее, не допуская сдвижения бумаги, проглаживаем всю поверхность. Давим изо всех сил, полируем и утюжим плату. Стараясь не пропустить ни миллиметра поверхности. Это ответственнейшая операция, от нее зависит качество всей платы. Не бойтесь давить изо всех сил, тонер не поплывет и не размажется, так как фотобумага толстая и отлично защищает его от расползания.
Гладим до тех пор, пока бумага не пожелтеет. Впрочем это зависит от температуры утюга. У меня на новом утюге не желтеет почти, а вот на старом почти обугливалось — результат везде был одинаково хорош.
После можно дать плате немного остыть. А затем, схватив пинцетом, суем под воду. И держим некоторое время в воде, обычно минуты две три.
Взяв щетку для замши, под сильной струей воды, начинаем яростно задирать внешнюю поверхность бумаги. Нам надо покрыть ее множественными царапинами, чтобы вода проникла в глубь бумаги. В подтверждение твоих действий будет проявление рисунка через плотную бумагу.
И вот этой щеткой дрючим плату пока не сдерем верхний слой.
Когда рисунок будет весь явно виден, без белых пятен, то можно начинать аккуратно, скатывать бумагу от центра к краям. Бумага Lomond
скатывается великолепно, практически сразу же оставляя 100% тонера и чистую медь.
Скатав пальцами весь рисунок можно зубной щеткой хорошенько продраить всю плату, чтобы вычистить остатки глянцевого слоя и ошметки бумаги. Не бойся, зубной щеткой отодрать хорошо прижаренный тонер практически нереально.
Вытираем плату и даем ей просохнуть. Когда тонер высохнет и станет серым, то будет явно видно где осталась бумага, а где все чисто. Белесые пленочки между дорожками надо убирать. Можно разрушить их иголкой, а можно продрать зубной щеткой под струей воды. Вообще полезно пройтись щеткой вдоль дорожек. Из узких щелей белесый глянец можно вытаскивать с помощью изоленты или малярного скотча. Он липнет не так яростно как обычный и не срывает тонер. А вот остатки глянца отрывает без следа и сразу же.
Под светом яркой лампы внимательно оглядываем слои тонера на разрывы. Дело в том, что при охлаждении он может потрескаться, тогда в этом месте останется узкая трещина. Под светом лампы трещины поблескивают. Эти места стоит подкрасить перманентным маркером для компакт дисков. Даже если есть лишь подозрение, то лучше все же прокрасить. Этим же маркером можно дорисовать и некачественные дорожки, если таковые возникли. Я рекомендую маркер Centropen 2846
— он дает толстый слой краски и, фактически, им можно тупо рисовать дорожки.
Когда плата будет готова, то можно бодяжить раствор хлорного железа.
Техническое отступление, при желании можно его пропустить
Вообще травить можно много в чем. Кто то травит в медном купоросе, кто то в кислотных растворах, а я в хлорном железе. Т.к. продается оно в любом радио магазине, травит быстро и чисто.
Но у хлорного железа есть жуткий недостаток — оно марается просто писец. Попадет на одежду или любую пористую поверхность вроде дерева или бумаги все, считай пятно на всю жизнь. Так что свои фуфайки от Дольче Габаны или валенки от Гуччи нычь подальше в сейф и обматывай скотчем на три рулона. А еще хлорное железо самым жестоким образом разрушает почти все металлы. Особенно быстро аллюминий и медь. Так что посуда для травления должна быть стеклянной или пластиковой.
Я кидаю 250 граммовый пакет хлорного железа в литр воды
. И полученным раствором травлю десятки плат, пока не перестанет травить.
Порошок надо сыпать в воду. И следи за тем, чтобы вода не перегревалась, а то реакция идет с выделением большого количества тепла.
Когда порошок весь растворится и раствор приобретет однородную окраску, то можно кидать туда плату. Желательно, чтобы плата плавала на поверхности, медью вниз. Тогда осадок будет сваливаться на дно емкости, не мешая травлению более глубоких слоев меди.
Чтобы плата не тонула, то можно на двусторонний скотч прилепить к ней кусок пенопласта. Я так и сделал. Получилось очень удобно. Шуруп я вкрутил для удобства, чтобы держатсья за него как за рукоятку.
Плату лучше несколько раз макнуть в раствор, причем опускать не плашмя, а под углом, чтобы на поверхности меди не остались пузырьки воздуха, иначе будут косяки. Периодически надо доставать из раствора и следить за процессом. В среднем на травление платы уходит от десяти минут до часа. Все зависит от температуры, крепости и свежести раствора.
Очень резко ускоряется процесс травления если под плату опустить шланчик от аквариумного компрессора и пускать пузырьки. Пузыри перемешивают раствор и мягко выбивают прореагировавшую медь с платы. Также можно покачивать плату или емкость, главное не расплескать, а то не отмоешь потом.
Когда вся медь стравится, то аккуратно вынимаем плату и промываем под струей воды. Дальше смотрим на просвет, чтобы нигде не было соплей и недотрава. Если сопли есть, то кидаем еще минут на десять в раствор. Если дорожки подтравились или возникли разрывы, то значит тонер криво лег и эти места надо будет пропаять медной проволокой.
Если все хорошо, то можно смывать тонер. Для этого нам потребуется ацетон — верный друг токсикомана. Хотя сейчас ацетон купить становится сложней, т.к. какой то придурок из госнаркоконтроля решил, что ацетон это вещество использующееся для приготовления наркотоиков, а значит нужно запретить его свободную продажу. Вместо ацетона вполне подходит 646 растворитель
.
Берем кусок бинта и хорошенько смочив его ацетоном начинаем смывать тонер. Сильно давить не надо, главное возякать не слишком быстро, чтобы растворитель успевал впитываться в поры тонера, разьедая его изнутри. На смыв тонера уходит минуты две три. За это время даже зеленые собаки под потолком не успеют появиться, но форточку все же открыть не помешает.
Отмытую плату можно сверлить. Я для этих целей уже много лет использую моторчик от магнитофона, запитанный от 12 вольт. Монстр машина, правда хватает его ресурса примерно на 2000 отверстий, после чего щетки сгорают напрочь. А еще из него нужно выдрать схему стабилизации, подпаяв проводки напрямую к щеткам.
При сверловке нужно стараться держать сверло строго перпендикулярно. Иначе потом хрен ты туда микросхему засунешь. А с двусторонними платами этот принцип становится основным.
Изготовление двусторонней платы происходит также, только тут делаются три реперных отверстия, как можно меньшего диаметра. И после вытравливания одной стороны (другую в это время заклеивают скотчем, чтобы не стравилась) по этим отверстиям совмещают и накатывают вторую сторону. Первую заклеивают наглухо скотчем и травят вторую.
На лицевую сторону можно тем же ЛУТ методом нанести обозначение радиодеталей, для красоты и удобства монтажа. Впрочем, я так не заморачиваюсь, а вот камрад Woodocat
из ЖЖ сообщества ru_radio_electr
делает так всегда, за что ему большой респект!
В скором времени я, наверное, выдам также и статью по фоторезисту. Метод более замороченный, но в то же время мне им больше прикалывает делать — люблю с реактивами пошаманить. Хотя 90% плат я делаю все же ЛУТом.
Кстати, вот по поводу точности и качества плат изготовленных лазерно утюжным методом. Контроллер P89LPC936
в корпусе TSSOP28
. Расстояние между дорожками 0.3мм, ширина дорожек 0.3мм.
Резисторы на верхней плате типоразмера 1206 . Каково?
Условиях на конкретном примере. Например, нужно изготовить две платы. Одна - переходник с одного типа корпуса на другой. Вторая - замена большой микросхемы с корпусом BGA на две поменьше, с корпусами TO-252, с тремя резисторами. Размеры плат: 10x10 и 15x15 мм. Есть 2 варианта изготовления печатных плат в : с помощью фоторезиста и методом "лазерного утюга". Воспользуемся методом "лазерного утюга".
Процесс изготовления печатных плат в домашних условиях
1. Готовим проект печатной платы. Я пользуюсь программой DipTrace: удобно, быстро, качественно. Разработана нашими соотечественниками. Очень удобный и приятный пользовательский интерфейс, в отличие от общепризнанного PCAD. Есть конвертация в формат PCAD PCB. Хотя многие отечественные фирмы уже начали принимать в формате DipTrace.
В DipTrace есть возможность узреть своё будущее творение в объёме, что весьма удобно и наглядно. Вот что должно получиться у меня (платы показаны в разных масштабах):
2. Сначала размечаем текстолит, выпиливаем заготовку для печатных плат.
3. Выводим наш проект на в зеркально отражённом виде в максимально возможном качестве, не скупясь на тонер. Путём долгих экспериментов была выбрана бумага для этого -- плотная матовая фотобумага для принтеров.
4. Не забудем почистить и обезжирить заготовку платы. Если нет обезжиривателя, можно пройтись по меди стеклотекстолита ластиком. Далее с помощью обыкновенного утюга "привариваем" тонер с бумаги к будущей печатной плате. Я держу 3-4 минуты под небольшим нажимом, до лёгкого пожелтения бумаги. Нагрев ставлю максимальный. Сверху кладу ещё один лист бумаги для более равномерного прогрева, иначе изображение может "поплыть". Важный момент здесь -- равномерность прогрева и нажима.
5. После этого, дав плате немного остыть, кладём заготовку с прилипшей к ней бумагой в воду, желательно горячую. Фотобумага быстро намокает, и через минуту-две можно аккуратно снять верхний слой.
В местах, где большое скопление наших будущих токопроводящих дорожек, бумага прилипает к плате особенно сильно. Её пока не трогаем.
6. Даём плате ещё пару минут отмокнуть. Остатки бумаги аккуратно снимаем с помощью ластика или трения пальцем.
7. Вынимаем заготовку. Просушиваем. Если где-то дорожки получились не очень чёткими, можно сделать их ярче тонким маркером для CD. Хотя лучше добиться того, чтобы все дорожки вышли одинаково чёткими и яркими. Это зависит от 1) равномерности и достаточности прогрева заготовки утюгом, 2) аккуратности при снятии бумаги, 3) качества поверхности текстолита и 4) удачного подбора бумаги. С последним пунктом можно поэкспериментировать, чтобы найти наиболее подходящий вариант.
8. Кладём получившуюся заготовку с отпечатанными на ней будущими дорожками-проводниками в раствор хлорного железа. Травим часа 1,5 или 2. Пока ждём, накроем нашу "ванночку" крышкой: испарения достаточно едкие и токсичные.
9. Достаём из раствора готовые платы, промываем, сушим. Тонер от лазерного принтера замечательно смывается с платы с помощью ацетона. Как видно, даже самые тонкие проводники шириной 0,2 мм вышли вполне хорошо. Осталось совсем немного.
10. Лудим изготовленные методом "лазерного утюга" печатные платы. Смываем бензином или спиртом остатки флюса.
11. Осталось только выпилить наши платы и смонтировать радиоэлементы!
Выводы
При определённой сноровке метод "лазерного утюга" подходит для изготовления несложных печатных плат в домашних условиях. Вполне чётко получаются короткие проводники от 0,2 мм и шире. Более толстые проводники получаются совсем хорошо. Времени на подготовку, эксперименты с подбором типа бумаги и температуры утюга, травление и лужение уходит примерно 3-5 часов. Но это гораздо быстрее, чем если заказывать платы в фирме. Денежные затраты также минимальны. В общем, для простых бюджетных радиолюбительских проектов метод рекомендуется к использованию.