Для изготовления плат потребуются следующие инструменты и материалы (см. рисунок 1):
— глянцевая бумага для применения в лазерных принтерах;
— фольгированный пластик для печатной платы;
— маркер;
— ванночка из пластмасса или стекла;
— утюг;
— хлорное железо;
— стэплер;
— термометр;
— наждачка;
— лупа;
— раковина.
Создание шаблонов
Ранее мы рассмотрели схему для сборки. Наиболее простой способ ее реализации – сборка на макетной плате с соединением соответствующих выводов проводами. Но такой способ можно применять только в случае, когда нужно проверить, работает ли схема; его не используют как способ конечной реализации схемы. Для создания печатной платы следует освободить пластину от всей лишней меди. Не трогаем только медные дорожки, которые впоследствии заменят провода, для чего на основе принципиальной схемы создаем шаблон платы. Далее необходимо воспроизвести этот шаблон на медной поверхности таким образом, чтобы она не могла вступить в реакцию с кислотой. Разработан ряд методов, которые можно применить для того, чтобы перенести схемный рисунок на медную поверхность. Используем один из них — метод фоторезиста. В широкой продаже есть наборы, содержащие химические вещества и инструменты для решения данной задачи.
Перед тем, как применять метод фоторезиста, необходимо отсканировать шаблон и на прозрачной подложке напечатать нужные изображения. Все наборы оснащены подробными инструкциями.
Нами были изготовлены платы с применением метода переноса тонера. Такой метод имеет недостатки, среди которых самым очевидным является ширина дорожки. Невозможно сделать дорожки узкими, а также близко расположить их относительно друг друга. Узкие дорожки, имеющие малое промежуточное расстояние, будут замыкаться, поскольку после обработки утюгом довольно сложно убрать оставшуюся бумагу. Конечно, итогом будет плата немного большего размера, чем созданная методом фоторезиста, однако беспокоиться не следует, так как при изготовлении данной платы применение слишком мелких элементов не требуется.
Для того, чтобы разместить управляющие элементы, нами была изготовлена двухсторонняя плата (см. рисунок 2). Но Вы можете поступить иначе, если у Вас нет достаточного количества материала или просто желания.
Рис. 1. Материалы и инструменты
Рис. 2. Управляющая плата: нижняя часть
Для создания односторонней платы следует применять изображение верхней части платы управления в качестве схемы соединений проводов (см. рисунок 3). Интерфейсная плата — это одностороння плата с единственной перемычкой, находящейся на верхней стороне (см. рисунок 4).
Рис. 3. Управляющая плата: верхняя часть
Рис. 4. Интерфейсная плата: нижняя часть
Необходимо отсканировать изображения схем с помощью программы по обработке изображений и проверить соответствие их размеров. Следует установить максимально высокое разрешение параметров печати. Если позволяют характеристики принтера, рекомендуется сделать изображение по возможности более темным. Основной целью здесь является печать изображения с большим количеством тонера, тогда при переносе схем на медную поверхность не появятся никакие зазоры на участках, которые необходимо сохранить.
Мы применяли лазерный принтер HP4. Настройки принтера представлены на рисунке 5.
Рис. 5. Настройки параметров печати
Следующим этапом является печать шаблонов платы на поверхность глянцевой бумаги для лазерного принтера. Нежелательно применять бумагу, предназначенную для струйных принтеров. Стоит отметить, что при экспериментах на начальном этапе Вы можете использовать большое количество бумаги, поэтому необходимо иметь ее запас.
Нами применялась сначала глянцевая бумага для струйной печати, распечатывали на струйном принтере. Однако, такую бумагу потом просто невозможно было отклеить от платы. В результате воздействия высокой температуры она просто сплавилась с медью. Распечатку можно делать и на фотокопировальном аппарате, так как он также позволяет работать с глянцевой бумагой.
Вырезание и очистка платы
После того, как напечатаны шаблоны, мы определили размеры медной пластины, а затем вырезали ее с помощью маленького отрезного станка с применением режущего диска из цветного металла (см. рисунок 6). Произошло окисление меди на пластине, и мы произвели зачистку поверхности мелкой наждачкой (см. рисунок 7).
Рис. 6. Вырезание пластины
Рис.7 Отполированная медная пластина
После того, как плата обработана наждачной бумагой, ее необходимо промыть в горячей воде с применением средства для мытья посуды (см. рисунок 8). Необходимо помнить, что нельзя касаться меди руками, поскольку жир с рук не позволит тонеру прочно покрыть медь, а при травлении будет действовать как резист.
На последнем этапе выполняем сушку пластины (см. рисунок 9).
Рис. 8. Промывка платы
Рис. 9. Сушка пластины на бумажном полотенце
Перенос тонера
После того, как шаблоны изготовлены, необходимо совместить и сложить вместе два листа, развернув их краской внутрь, чтобы тонер касался меди на пластине, вложенной между листами. Для того, чтобы выполнить эти операции, следует воспользоваться ярким источником света или приложить листы к окну (см. рисунки 10 и 11).
Рис. 10. Невыровненные шаблоны
Рис. 11. Выровненные шаблоны
Далее скрепляем слоеную бумагу, соединив края в трех местах, чтобы совмещение было точным (см. рисунок 12).
Затем, как изображено на рисунке 13, следует вложить между листами пластину. Совмещение не должно сбиться!
Рис. 12. Фиксирование шаблонов скрепками
Рис. 13. Размещение пластины между листами
Необходимо нагреть утюг до максимума. Чтобы избежать пригорания к глянцевой бумаге, можно сверху положить лист обычной бумаги (см. рисунок 14).
Рис. 14. Применение бумажного защитного слоя
Далее следует немного прогладить одну сторону для ее фиксации. Затем пластину переворачивают с бумагой и проглаживают другую сторону минуту или дольше: необходимо слегка надавливать и стараться одинаково обработать каждый участок платы. Проглаживаем еще раз первую сторону (см. рисунок 15).
Рис. 15. Обработка платы с помощью утюга
Чтобы тонер зафиксировался, нужно ополоснуть или подержать пластину холодной воде несколько минут (см. рисунок 16).
Рис. 16. Ополаскивание пластины в холодной воде
Чтобы легко можно было снять с пластины бумагу, следует погрузить ее на 10 минут в теплую воду (см. рисунки 17 и 18), а затем отделить бумагу.
Рис. 17. Отделение бумаги
Рис. 18. Отделение бумаги пальцем
В случае, если оставшаяся бумага плохо снимается при незначительном надавливании пальцем, нужно снова погрузить плату в теплую воду для полного размокания бумаги (см. рисунок 19).
Рис. 19. Повторное замачивание
После того, как будет удалена вся оставшаяся бумага, нужно внимательно осмотреть плату. Присутствие тонера должно быть везде, где проходят дорожки. В случае обнаружения участков без тонера, нужно подправить их маркером (см. рисунки 20 и 21).
Рис. 20. Участок без тонера
Рис. 21. Исправление
Следует внимательно осмотреть все несколько раз, дабы убедиться, что Вы хорошо защитили медь тонером или маркером. После того, как найдены все области без тонера, нужно проверить отверстия контактных площадок, а затем осторожно удалить из них всю ненужную бумагу с помощью булавки или кончика ножа (см. рисунок 22 и 23).
Рис. 22. Бумага в отверстии
Рис. 23. Удаление бумаги
Сверление незначительно облегчается вытравливанием меди из отверстий контактных площадок. Для того, чтобы тщательно осмотреть плату и подправить участки без тонера, можно применять лупу.
Травление
После того, как Вы убедитесь, что в местах прохождения дорожки медь надежно защищена, и после удаления бумаги можно начинать травление плат. Для того, чтобы удалить всю незащищенную медь, применяется раствор хлорного железа.
При использовании травящего раствора во избежание ожога кожи необходимо использовать перчатки, респиратор и средство защиты для глаз. Следует поддерживать рабочую температуру, не превышающую 40°С (104°F) (см. рисунок 24). В случае превышения рекомендуемой температуры раствор будет выделять вредные испарения.
Рис. 24. Установка для травления
Для отслеживания температуры можно применять термометр. Мы использовали плавающий термометр. В ходе работы нужно следить за поведением платы в растворе хлорного железа (см. рисунок 25 и 26).
Рис. 25. Неготовая плата
Рис. 26. Готовая плата
Время травления платы зависит от того, сколько раз применялся травящий раствор до этого, а также от температуры раствора. Когда плата примет надлежащий вид (см. рисунок 26), процедуру травления следует прекратить. Для этого нужно ополоснуть плату в чистой воде, тем самым удалив с ее поверхности раствор хлорного железа (см. рисунок 27).
Возможно, что Вам пригодится поролоновая кисточка для протравливания отдельных участков платы (см. рисунок 28).
Рис. 27. Ополаскивание
Рис. 28. Протравливание отдельных участков платы
Итак, на плате остается только медь, покрытая тонером. Далее следует удалить тонер, для чего на некоторое время необходимо поместить плату в растворитель, а затем немного смочить тряпку жидкостью для снятия лака и протереть плату (см. рисунок 29).
Следующим этапом нашей работы является лужение платы. Для этой процедуры нужно поместить плату в небольшую ванночку, содержащую лудильный раствор, таким образом, чтобы плата погрузилась полностью. Затем нужно подождать, пока на поверхности меди не будет появляться равномерное покрытие, после чего следует вынуть плату и промыть ее. Лужение существенно облегчит дальнейшую пайку (см. рисунок 30).
Рис. 29. Удаление тонера
Рис. 30. Лужение плат
На рисунке 31 изображены полностью законченные, подготовленные к сверлению, платы.
Итак, мы рассказали, как самостоятельно изготовить печатные платы, рассмотрели методы создания и перечислили необходимые для данных работ материалы. Теперь у Вас имеется еще одна интерфейсная плата, а также три управляющие. Можно приступать к их обработке. В следующей статье мы поделимся с Вами информацией, каким образом можно выполнять сверление в платах отверстий, а также опишем процесс завершения сборки.
Рис. 31. Протравленные луженые платы