В этой статье я хочу описать лазерно-утюжную технологию (ЛУТ) производства печатных плат, которой сам пользуюсь довольно давно. Данная технология описана на многих сайтах, но раз вы уже на моем сайте можете прочитать прямо здесь.
Шаг №1. Рисуем плату на компьютере. Можно применить специализированные программами, которые автоматически производят разводку плату по принципиальной схеме, я для этого использую программу . До этого для небольших схем раньше я использовал , тоже, кстати, удобная программа.
Шаг №2. Из фольгированного стеклотекстолита выпиливается заготовка будущей печатной платы. Далее сторону, на которой будут проводники, нужно зачистить, хотя бы той же нулевкой, но я в последнее время делаю это обычным ластиком. Затем фольгированную сторону необходимо обезжирить ацетоном.
Шаг №3. На лазерном принтере распечатываем рисунок дорожек печатной платы на глянцевой тонкой бумаге. Я использую вот такую бумагу из каталога электронных компонентов, который в свое время мне прислали бесплатно с какого-то сайта, сейчас уже не помню.
Перед тем как распечатать рисунок, желательно прогнать один лист для прогрева барабана. Затем в настройках принтера необходимо убрать экономный режим тонера, что бы печать получилась максимально насыщенной.
Шаг №4. После того как изображение распечатали, вырезаем контур не забывая оставить поля примерно на ширину и высоту платы. Укладываем лист изображением вверх. Готовим полоски бумажного скотча длинной примерно с сантиметр. Далее накладываем плату фольгированной стороной на бумагу, точно располагая по контуру.
Затем плотно прижимая плату к бумаге, аккуратно заворачиваем края бумаги, закрепляя их заранее приготовленными полосками скотча.
Теперь берем обыкновенный утюг, включенный на максимальную температуру, и тщательно проглаживаем завернутую в бумагу плату со стороны рисунка.
Важно не слишком сильно нажимать, так как возникает опасность, что тонер может растечься.
Шаг 5. Затем помещаем плату с прилипшей бумагой в горячую воду примерно градусов 50 и ждем, пока бумага не размокнет.
После того как бумага разбухнет, ее необходимо аккуратно отделить от платы. Остатки бумаги скатываем пальцем под водой. Просушенную плату проверяем на возможные дефекты, если местами тонер все же отошел его можно дорисовать обычным перманентным маркером.
Шаг 6. Вытравляем нашу плату в хлорном железе. Чтобы процесс травления шел быстро раствор необходимо подогреть до 40-50 градусов.
На страницах сайта уже заходила речь о так называемой «карандашной технологии» изготовления печатных плат . Метод прост и доступен – корректирующий карандаш можно купить практически в любом магазине, торгующем канцелярскими товарами. Но есть и ограничения. Те, кто пробовал рисовать рисунок печатной платы с помощью корректирующего карандаша, заметили, что минимальная ширина получаемой дорожки вряд ли будет меньше 1,5-2,5 миллиметров.
Это обстоятельство накладывает ограничения на изготовление печатных плат, которые имеют тонкие дорожки и малое расстояние между ними. Известно, что шаг между выводами микросхем, выполненных в корпусе для поверхностного монтажа очень мал. Поэтому, если требуется изготовить печатную плату с наличием тонких дорожек и малым расстоянием между ними то «карандашная» технология не подойдёт. Также стоит отметить, что нанесение рисунка корректирующим карандашом не очень удобно, дорожки получаются не всегда ровные, а медные пятачки для запайки выводов радиодеталей выходят не очень аккуратные. Поэтому приходиться корректировать рисунок печатной платы острым лезвием бритвы или скальпелем.
Выходом из сложившейся ситуации может быть использование маркера для печатных плат, который прекрасно подходит для нанесения устойчивого к травлению слоя. По незнанию можно приобрести маркер для нанесения надписей и пометок на CD/DVD-диски. Такой маркер не годится для изготовления печатных плат – раствор хлорного железа разъедает рисунок такого маркера, и медные дорожки практически полностью вытравливаются. Но, несмотря на это, в продаже имеются маркеры, которые годятся не только для нанесения надписей и пометок на различные материалы (CD/DVD-диски, пластмассу, изоляцию проводов), но и для изготовления устойчивого к травлению защитного слоя.
На практике был применён маркер для печатных плат Edding 792 . Он позволяет рисовать линии шириной 0,8-1 мм. Этого достаточно для изготовления большого количества печатных плат для самодельных электронных устройств. Как оказалось, данный маркер прекрасно справляется с поставленной задачей. Печатная плата получилась довольно неплохой, хотя и рисовалась второпях. Взгляните.
Печатная плата (сделано с помощью маркера Edding 792)
К слову сказать, маркер Edding 792 также можно использовать для исправления ошибок и помарок, которые получились при переносе рисунка печатной платы на заготовку методом ЛУТ (лазерно-утюжной технологии). Такое бывает, особенно, если печатная плата довольно больших размеров и со сложным рисунком. Это очень удобно, так как нет необходимости снова полностью переносить весь рисунок на заготовку.
Если найти маркер Edding 792 не удастся, то подойдёт Edding 791 , Edding 780 . Их также можно использовать для рисования печатных плат.
Наверняка начинающим любителям электроники интересен сам технологический процесс изготовления печатной платы с помощью маркера, поэтому дальше пойдёт рассказ именно об этом.
Весь процесс изготовления печатной платы аналогичен тому, который описан в статье «Изготовление печатной платы "карандашным" методом ». Вот краткий алгоритм:
О сверлении отверстий.
Есть мнение, что сверлить отверстия в печатной плате нужно после травления. Как видим, в приведённом алгоритме сверловка отверстий стоит до травления печатной платы в растворе. В принципе, можно сверлить хоть до травления печатной платы, хоть после. С технологической точки зрения никаких ограничений нет. Но, стоит учитывать, что качество сверловки напрямую зависит от инструмента, которым производится сверловка отверстий.
Если сверлильный станок развивает хорошие обороты и в наличии есть качественные свёрла, то можно сверлить и после травления – результат будет хороший. Но, если сверлить отверстия в плате самопальной минидрелью на базе слабенького моторчика с плохой центровкой, то можно запросто содрать медные пятачки под выводы.
Также многое зависит от качества текстолита, гетинакса или стеклотекстолита. Поэтому в приведённом алгоритме сверловка отверстий стоит до травления печатной платы. При таком алгоритме медные края, оставшиеся после сверления легко убрать наждачной бумагой и заодно очистить медную поверхность от загрязнений, если таковые имеются. Как известно, загрязнённая поверхность медной фольги плохо вытравливается в растворе.
Чем растворить защитный слой маркера?
После травления в растворе защитный слой, который наносили маркером Edding 792 легко убрать растворителем. На деле использовался «Уайт-спирит». Воняет он, конечно, противно, но защитный слой смывает на ура. Остатков лака не остаётся.
Подготовка печатной платы к лужению медных дорожек.
После того, как защитный слой убран, можно на несколько секунд закинуть заготовку печатной платы опять в раствор. При этом поверхность медных дорожек чуть подтравиться и станет ярко-розового цвета. Такая медь лучше покрывается припоем при последующем лужении дорожек, так как на её поверхности нет окислов и мелких загрязнений. Правда лужение дорожек нужно производить сразу, иначе медь на открытом воздухе вновь покроется слоем окисла.
Готовое устройство после сборки
Как изготовить печатную плату в домашних условиях. Или ЛУТ (лазерно-утюжная технология) - наоборот.
Под «ЛУТ» имеется в виду термоперенос тонера с бумаги на поверхность металлизации будущей печатной платы.
 |
 |
 |
 |
Много раз пытался изготовить печатную плату с использованием ЛУТ, но мне так ни разу не удалось получить надёжный легко повторяемый результат. Кроме того, при изготовлении платы мне необходимы протравленные отверстия в контактных площадках размером не более 0,5мм. Впоследствии, я их использую при сверлении, для того, чтобы отцентровать сверло диаметром 0,75мм.
Брак проявляется в виде смещения или изменения ширины дорожек, а так же в неодинаковой толщине тонера оставшегося на медной фольге после удаления бумаги. Кроме того, при удалении бумаги перед травлением, проблематично очистить каждое отверстие в тонере от остатков целлюлозы. В результате, при травлении печатной платы появляются дополнительные трудности, которых удалось избежать, только сделав всё наоборот.
Предполагаю, что причина, вызывающая брак следующая.
Бумага, нагреваясь до высокой температуры начинает коробиться. В то время как температура фольгированного стеклотекстолита всегда немного ниже. Тонер частично закрепляется на фольге, но остаётся расплавленным со стороны бумаги. При короблении, бумага сдвигается и изменяет первоначальную форму проводников.
В самом начале хочу предупредить, что технология не лишена определённых недостатков.
Первый, это отсутствие специальной бумаги для термопереноса, вместо которой я предлагаю подобрать подходящую бумагу для самоклеящихся этикеток. К сожалению, не всякая бумага годится. Нужно выбрать ту, у которой этикетки плотнее, а подложка имеет хорошую, ровную поверхность.
Второй недостаток состоит в том, что размер печатной платы ограничен размерами подошвы утюга. Кроме того, не каждый утюг может достаточно равномерно разогреть фольгированный стеклотекстолит, поэтому лучше выбрать самый массивный.
Однако, при всех этих недостатках, описываемая ниже технология позволила мне получить стабильный, легко повторяемый результат, при мелкосерийном производстве.
Суть изменения традиционного процесса состоит в том, что предлагается нагревать не бумагу с тонером, а сам фольгированный стеклотекстолит.
Основное преимущество состоит в том, что при этом способе легко контролировать температуру в зоне плавления тонера. Кроме того, резиновый валик позволяет равномерно распределить давление и предотвратить раздавливание тонера.(Я везде пишу именно про фольгированный стеклотекстолит, так как другие материалы не испытывал).
Технология одинаково хорошо подходит для фольгированного стеклотекстолита разной толщины, но лучше использовать материал не толще одного миллиметра, так как его легко резать ножницами.
Итак, берём кусок, самого что ни на есть, затрапезного фольгированного стеклотекстолита и обрабатываем его шкуркой. Очень крупную шкурку использовать не стоит, так как можно повредить будущие дорожки. Однако можно не шкурить, если вы располагаете куском нового стеклотекстолита. Поверхность меди требуется тщательно очистить и обезжирить в любом случае.
Делаем трафарет для термопереноса. Для чего отрезаем необходимый кусок от листа бумаги для этикеток отделяем от подложки сами этикетки. В начале листа нужно оставить кусочек этикетки, чтобы предотвратить застревание подложки в механизме принтера.
Не следует прикасаться руками тех мест на подложке, куда впоследствии будет нанесён тонер.
Если толщина фольгированного стеклотекстолита один и менее миллиметра, то расстояние между краями отдельных плат можно выбрать 0,2мм, если больше и вы собираетесь разрезать заготовку ножовкой, то - 1,5-2,0мм в зависимости от толщины полотна и допуска на обработку.
Слой тонера я использую тот, что заложен по-умолчанию в дрйвере принтера, а вот «B & W Halftones:» (Ч/Б Полутон) следует выбрать «Solid» (Сплошной). Иными словами, нужно предотвратить появление растра. Вы его можете не увидеть на трафарете, однако это может сказаться на толщине тонера.
Закрепляем трафарет на отрезке фольгированного стеклотекстолита канцелярскими скрепками. Ещё одну скрепку цепляем на свободный край трафарета, чтобы он не соприкоснулся с утюгом.
Температура плавления тонера разных марок составляет примерно 160-180С. Поэтому, температура утюга должна быть чуть выше на 10-20С. Если ваш утюг не нагревается до температуры 180С, то придётся его подрегулировать.
Перед нагревом, подошву утюга следует тщательно очистить от жира и других загрязнений!
Разогреваем утюг до температуры 180-190 градусов и плотно прижимаем к фольгированному стеклотекстолиту так, как показано на рисунке. Если расположить утюг иначе, плата может разогреться слишком неравномерно, так как обычно утюг разогревается на 20-30С сильнее в широкой части. Выдерживаем две минуты.
После этого, снимаем утюг и одним движением, с усилием прикатываем трафарет к фольгированному стеклотекстолиту используя резиновый валик для накатки фотографий.
Если во время прикатывания происходит раздавливание тонера, то есть, дорожки съёзжают в сторону или меняют свои очертания, то следует уменьшить количество тонера в драйвере принтера.
Нужно, чтобы центр валика всегда двигался вдоль центра платы. Ручку валика нужно держать так, чтобы не допустить появления вектора силы направленного "вокруг" ручки.
Ещё несколько раз сильно прикатываем трафарет и прижимаем полученный «бутерброд» чем-нибудь тяжёлым, предварительно проложив сложенную в несколько раз газету для того, чтобы равномерно распределить вес.
Прикатывать трафарет следует всякий раз в одну и ту же сторону. Валик начинает движение от места крепления трафарета.
Минут через десять можно снять пресс и удалить трафарет. Вот что получилось.
Лишнюю часть заготовки можно отрезать и использовать в следующий раз.
Теперь нужно к обратной стороне платы приклеить любым способом что-то такое, за что впоследствии можно будет эту плату удерживать при травлении. (Я использую термоклей.)
Травим плату в растворе хлорного железа.
Если банка с хлорным железом разгерметизирована, то там, скорее всего, уже есть сверхконцентрированный раствор. Его можно слить в посуду для травления и добавить немного воды.
Если хлорное железо ещё не покрылось водой, то это можно сделать самому. Наверное, можно достать и сами кристаллы из банки, но не используйте для этого фамильное серебро.
Имейте в виду, в сверконцентрированном растворе процесс травления не пойдёт, поэтому, получив такой раствор, нужно добавить немного воды.
В качестве посуды лучше всего использовать фото ванночку из винипласта, но можно и любую другую.
На снимке видно, что плата плавает на поверхности раствора за счёт его поверхностного натяжения. Этот метод хорош тем, что продукты травления не задерживаются на поверхности платы, а сразу опускаются на дно ванночки.
В самом начале травления нужно убедиться, что под платой не осталось воздушных пузырей. В процессе травления желательно проверять, чтобы травление протекало равномерно на всей поверхности платы.
Если есть какая-то неоднородность, то нужно активировать процесс старой зубной щёткой или чем-то подобным. Но делать это нужно осторожно, чтобы не разрушить слой тонера.
Особое внимание следует уделить отверстиям в контактных площадках. Места, на которых процесс травления не пошёл сразу - более светлые. В принципе, достаточно в самом начале процесса добиться потемнения всей поверхности и всех отверстий и тогда успех предрешён.
В тех местах, где медь вытравилась полностью, стеклотекстолит начинает просвечиваться.
Если основная часть платы вытравилась за 15 минут, то не стоит увеличивать общее время травления больше, чем в два раза, то есть более 30 минут. Дальнейшее травление не только уменьшит ширину проводников, но и может частично разрушить тонер.
Обычно за удвоенное время вытравляются все отверстия 0,5мм в контактных площадках.
Моторчик крутит небольшой эксцентрик, который создаёт вибрации в растворе (не обязательно, если периодически приподнимать и шевелить плату).
Смываем тонер тампоном смоченным в ацетоне.
Вот, что получилось. Слева плата ещё покрыта тонером. Ширина дорожек 0,4мм.
Сверлим отверстия, не забывая периодически затачивать сверло.
Теперь можно удалить заусенцы, образовавшиеся на меди при сверлении. Для этого, сначала закатываем их при помощи шарикоподшипника закреплённого в какой-нибудь удобной оправке. При этом плату лучше разместить на твёрдой ровной поверхности. Затем, мелкой шкуркой удаляем окисел с поверхности меди, если он образовался.
Лудим заготовку, для чего предварительно покрываем её слоем флюса.
Разрезаем заготовку на отдельные платы.
По просьбам трудящихся сходил в магазин канцтоваров и сфотографировал упаковку с Самоклеящимися этикетками. Именно эта бумага плохо подходит для термопереноса. Хотя, если нет другой, то можно использовать и эту после некоторой доработки. Подробнее – в очередной статье про ЛУТ.
Слева лицевая сторона упаковки, а справа, соответственно, задняя. На задней стороне нарисованы варианты размещения Самоклеящихся этикеток на листе А4. Крупные цифры, это количество этикеток одинакового размера размещённых на одном листе А4.
Все вышесказанные слова по поводу упаковки не имеют прямого отношения к отобранной мною бумаге. Как оказалось, продавцы используют данную упаковку для хранения совсем других типов бумаги.
Подозрения закрались, когда в разных магазинах я купил разную бумагу, которую достали из одной и той же упаковки. Продавцы рассказывали что-то про производителя, который типа меняет качество бумаги как перчатки. Но, сегодня я разговаривал с хозяином мелкооптового магазина и он мне поведал, что оказывается, продавцы просто используют упаковку как тару для бумаги, которая изначально не имеет упаковки. Вернее упаковка есть, но это просто тонкая прозрачная плёнка.
Так что, бумага, которая оказалась самой удобной для термопереноса, оказалась производства финской компании "Campas". А так как на мелкой упаковке нет никаких опознавательных знаков, то вряд ли удастся её идентифицировать без тестирования.
