Практические советы радиолюбителю

Изготовление печатной платы. Травление платы


Существует много способов изготовления печатной платы. Главный способ, которым пользуюсь лично я – изготовление платы из фольгированного текстолита (гетинакса), путём нанесения рисунка рейсфедером и травления в химическом растворе. Так сложилось, что я начал рисовать платы с шестого класса школы (по нынешнему – с пятого), тогда, когда компьютеры были размерами с целые помещения. В то время я и "натаскался". Поэтому, я рисую плату на листе бумаги в клетку быстрее, чем на компьютере, с применением специальных программ. Правда самая объёмная по элементной базе плата, которую я когда либо рисовал от руки, была плата, состоящая из четырнадцати микросхем и пары сотен простых элементов.


Изготовление платы, путём нанесения рисунка рейсфедером или, что чаще в последнее время, ЛУТ (лазерно-утюжной технологией) и травления в химическом растворе состоит из ниже перечисленных этапов, разница от других способов может незначительно отличаться в самих операциях и в их последовательности:

1. Планировка размещения радиоэлементов на плате и трассировки проводников (дорожек). В настоящее время существует много программ для разработки радиоплат. Проще пользоваться именно ими. Можно разработкой заниматься и без использования специальных программ, но это требует некоторой усидчивости и в разы больше времени. В этом случае, для удобства плату рисуют на листе бумаги в клетку, а для перепланировки рисуют заново;

2. Из фольгированного текстолита, или гетинакса вырезается плата необходимых размеров. Более удобным материалом является текстолит, это по сути - многослойное стекловолокно, на нём и фольга держится лучше, чем на гетинаксе. Гетинакс – листовой материал, выполненный из прессованной бумаги, пропитанной бакелитовым лаком. Гетинакс менее качественный материал, чем текстолит, и обладает несколькими свойствами, которые мне лично не нравятся:

- может расслаиваться;

- печатные проводники от перегрева отскакивают быстрее, чем у текстолита, что затрудняет замену радиодеталей без повреждения платы в случае выхода их из строя;

- бывают случаи перегрева радиодеталей, от чего может «подкоптиться» радиоплата. Это же происходит при попадании влаги в высоковольтные цепи. Сгоревший гетинакс, часто превращается в проводник (что то вроде графита). Это же происходит с гетинаксом при случайном попадании влаги в высоковольтные цепи. Последнее, может принести Вам огромные хлопоты;

Но при всём этом, он прилично дешевле и режется ножницами. Это бывает полезно, когда надо сделать быстренькую одностороннюю плату на SMD-деталях.

3.Торцы платы обрабатываются от острых углов и заусенцев напильником или наждачной бумагой;

4. Вырезанная плата оборачивается листом с нарисованной платой. Тонким керном, лёгкими ударами молотка делаются ямки (разметка) будущих отверстий, в тех местах, которые ранее были размечены на листе;

5. В размеченных местах сверлятся отверстия под будущие радиодетали. Для малых деталей – резисторов, конденсаторов, тонковыводных транзисторов используется сверло на 0,5мм, для более толстых выводов – сверло на 0,7мм. При необходимости, можно использовать и другие размеры. В качестве дрели, удобнее использовать портативный сверлильный аппарат, который можно приобрести в специализированном радиомагазине. Можно использовать и ручную электродрель с определённой сноровкой;

6. После сверления отверстий, плата обрабатывается наждачной бумагой. Счищаются все заусенцы, образовавшиеся в результате сверления, и фольга зачищается для дальнейшего нанесения рисунка дорожек и травления;

7. Из обычного пустого стержня от шариковой ручки делается рейсфедер. Для этого стержень нагревается над пламенем спички (или зажигалки), а когда пластмасса расплавится, стержень вытягивается. После застывания пластмассы, конец рейсфедера обрезается для получения отверстия диаметром приблизительно 0,2…0,4мм;

8. В рейсфедер набирается лак (удобнее – лак для ногтей) 2…5 см по высоте, после чего рисуется печатная плата: вокруг отверстий делаются площадки для пайки, и между этими площадками рисуются дорожки печатного монтажа. При определённой сноровке и использовании в качестве направляющих – линеек, качество рисунка может не уступать заводским радиоплатам;

9. После того, когда лак засохнет, не покрытые лаком участки платы вытравляют, поместив плату в раствор хлорного железа. При этом, медь дорожек защищённая лаком не травится, а не закрытое лаком медное покрытие платы, вступая в химическую реакцию растворяется в хлорном железе. Для ускорения процесса травления, раствор с платой можно подогреть в водяной бане, или просто поставить на батарею центрального отопления;

10. После травления плату промывают водой и с помощью ватного тампона смоченного ацетоном, или другим растворителем с платы снимают лак, после чего ещё раз промывают под проточной водой;

11. Пайку радиодеталей лучше производить с помощью легкоплавкого припоя и флюса – канифоли растворённой в спирте.

Следует добавить:

В качестве рейсфедера можно использовать одноразовый шприц, при этом необходимо сломав косой срез иглы обточить её, чтобы не было острых царапающих поверхностей наконечника. В последнее время в продаже имеется множество маркеров, краситель которых не смывается водой и дает достаточно прочный защитный слой, поэтому их так же можно использовать в качестве рейсфедера.

Некоторые мастера после травления платы ещё и лудят. Лужение производят одним из двух способов:

1. Паяльником;

2. Железная ванночка заполняется сплавом Розе или Вуда. Сплав, во избежание окисления припоя, сверху полностью покрывается слоем глицерина. Для лужения, плата погружается в расплав на время не более пяти секунд. Нагревают ванночку при помощи электроплитки.


В последнее время, всё более широкое распространение получает принтерный способ переноса рисунка радиоплаты.

Заключается он в следующем:

1. С помощью специальных программ проектируется и рисуется радиоплата;

2. Изображение платы в зеркальном отображении распечатывается на лазерном принтере на подложке. При этом в качестве подложки используется тонкая мелованная бумага (обложки от различных журналов), бумага для факсов, или пленка для лазерных принтеров.

3. На подготовленную плату лицевой стороной (картинкой) прикладывается подложка и с помощью очень горячего утюга «притирается» к плате. Для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Тонер, расплавляясь, прилипает к плате.

4. После остывания, возможны два варианта снятия подложки: либо подложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров), либо предварительно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Тонер при этом остаётся на плате. После снятия подложки, в тех местах, где тонер всё таки отделился, можно подретушировать плату вручную.

5. Плата травится в химическом растворе. В ходе травления, тонер в хлорном железе не растворяется.

Этот способ позволяет получить очень красивый печатный монтаж, но к нему необходимо приловчиться, потому, как с первого раза может не получиться. Дело в том, что необходим определённый высокотемпературный режим. Критерий тут один: тонер должен успеть достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. Снятие бумажного листа требует определённого размягчения водой, иначе лист бумаги может сняться вместе с тонером. Сверление отверстий в плате изготовленной принтерным методом осуществляется после травления.

Травление печатной платы

Существует много составов для химического стравливания меди с печатной платы. Все они отличаются скоростью протекания реакции и доступностью необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Не забывайте, что любая химия вредна для здоровья, поэтому не забывайте про меры осторожности. Приведу те химические растворы для травления печатных плат, которыми пользовался лично я:

1. Азотная кислота (HNO3) – самый опасный и не популярный реактив. Прозрачный, имеет резкий запах, сильно гигроскопичен, и так же сильно испаряется. Поэтому не рекомендуется к хранению в домашних условиях. Для травления используется не в чистом виде, а растворе с водой в соотношении 1/3 (одна часть кислоты к трём частям воды). Не забудьте, что не вода льётся в кислоту, а наоборот – кислота в воду. Процесс травления занимает не более пяти минут, с активным выделением газа. «Азотка» растворяет и лак, поэтому перед её применением необходимо дать лаку хорошо просохнуть. Тогда, во время травления, он не успеет размягчиться и отстать от медного покрытия. Необходимо строго выполнять меры предосторожности.

2. Раствор серной кислоты (H2SO4) и перекиси водорода (H2O2). Для приготовления этого раствора необходимо на стакан обыкновенного аккумуляторного электролита (раствор серной кислоты в воде), бросить четыре таблетки перекиси водорода (аптечное название – «Гидроперит»). Готовый раствор должен храниться в темной таре, не закрытой герметически, так как при разложении перекиси водорода выделяется газ. Время травления печатной платы составляет порядка одного часа для хорошо перемешиваемого свежего раствора при комнатной температуре. Данный раствор после травления можно восстанавливать добавлением перекиси водорода H2O2. Оценка требуемого количества перекиси водорода осуществляется визуально: погруженная в раствор медная плата должна перекрашиваться из красного в темно-коричневый цвет. Образование пузырей в растворе свидетельствует об избытке перекиси водорода, что ведет к замедлению реакции травления. Необходимо строго выполнять меры предосторожности.

Внимание: При использовании двух ранее указанных растворов необходимо соблюдать все меры предосторожности при работе с едкими химическими веществами. Все работы необходимо производить только на свежем воздухе или под вытяжкой. При попадании раствора на кожу, ее необходимо немедленно промыть большим количеством воды.

3. Хлорное железо (FeCl3) — самый популярный реактив для травления печатной платы. В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке. Процесс травления в этом растворе может занять от 15 до 60 минут. Время зависит от свежести раствора и температуры. По окончании травления плату необходимо промыть большим количеством воды, желательно с мылом (для нейтрализации остатков кислоты). К недостаткам данного раствора следует отнести образование в процессе реакции отходов, которые оседают на плате и препятствуют нормальному протеканию процесса травления, а также сравнительно низкую скорость реакции.

4. Раствор поваренной соли (NaCl) и медного купороса (CuSO4) в воде. В 500 мл горячей воды (примерно 80 °С) растворяют четыре столовых ложки поваренной соли и две ложки растолченного в порошок медного купороса. Раствор готов к применению сразу после остывания (при использовании теплостойкой краски, остывание необязательно). Время травления около 8 ч. Для ускорения процесса травления раствор с платой можно подогреть до 50 °С.

5. Раствор лимонной кислоты в перекиси водорода (H2O2). В небольшой ванночке (до 100 мл) заливается печатная плата большим объёмом перекиси водорода, после чего туда добавляется 1 столовая ложка лимонной кислоты. После чего начинается процесс травления печатной платы. Он активно сопровождается сменой цвета жидкости с прозрачной на синюю. Края получаются ровными и, если предварительно пройтись по фольгированному стеклотекстолиту мелкой наждачной, то и травиться всё очень равномерно.

Данным методом мне удалось получить платы со следующими параметрами:

• Зазор между проводниками 0,2 мм.

• При установленной толщине проводника 0,25 мм на деле она получалась 0,2-0,22 мм.

• Габариты плат до 100х200 мм.

Чтобы не быть голословным вот несколько фотографий моих плат, протравленных в данном растворе:

плата с микроконтроллером STM32 Силовая плата

Если вам нужно протравить по быстрее, то можно добавить щепотку обычной поваренной соли. Она ускорит процесс, но будьте осторожны: В процессе травления выделяется тепловая энергия и обычно раствор прилично разогревается. За мою многолетнюю практику работы с данным раствором он у меня 2 раза взрывался и "заляпывал" всё вокруг. Конечно, всё очень быстро оттиралось обычной тряпкой с содой и никаких следов на одежде или вещах от него (в отличии от хлорного железа не остаётся), но довольно интересно это наблюдать.

Среднее время травления составляет 20-30 минут.


Другие растворы для травления печатных плат я не использовал. Наиболее приятнее работать с последним пунктом, так как компоненты можно достать в любом городе.


Если нужно сделать качественно

В принципе печатную плату можно заказать и на специализированном под их производство заводе. Стоит это конечно дороже, чем вы бы сделали её сами, но качество изготовления будет в разы лучше. Если у вас таких прототипов много, то очень рекомендую посмотреть видео по производству сразу сборки печатных плат.

Дело тут заключается в следующем. Завод берёт деньги за 2 вещи: за подготовку к производству, во время которой переводит ваши файлы с печатной платой к своему стандарту и изготовляет оснастку, и за само изготовление. Само изготовление вещь не дорогая: заводы покупают заготовки под радиоплаты в большом объёме и само производство у них дешевле, а вот за подготовку они берут в среднем 2-3 тыс. руб. По мне, платить такие деньги за изготовление одной платы не имеет смысла. Но, если этих плат набирается 10-20 штук, то эти деньги за подготовку делятся между всеми платами и получается дешевле.


                                         
Самое популярное на сайте за декабрь


Самое новое на сайте

Отчёт о деятельности за 2017 год



Сайт создан в 2011 г. © Все права на материалы сайта, принадлежат Meanders.
Копирование материалов сайта и размещение на других интернет-ресурсах запрешено. По всем вопросам пишите мне на E-mail: netolkomilo@ya.ru