Хабрахабр

[Из песочницы] Изготовление печатных плат ЛУТ’ом от А до Я

Доброго времени суток! Среди моих знакомых бытует мнение, что самостоятельно изготавливать печатные платы (ПП) бесполезно. Учитывая, что современные компоненты далеко ушли от DIP корпусов, то кустарно травить платы под них даже и не стоит пытаться. Тем не менее необходимость в быстрой оценке того или иного компонента всегда есть, и ждать несколько суток заказанной платы времени нет. И это учитывая, что заказ за «несколько суток» дорог, для одноразовой задачи.

В данной статье я хочу изложить порядок действий, которые позволят быстро изготавливать ПП под компоненты в корпусах подобных TQFP-100, то есть с ногами 0,2мм и таким же зазором, и при этом сводить брак к минимуму.

Конечно это способ изготовления плат только для прототипов, но он снижает риски ошибиться при создании конечного устройства.

Здесь же хочу показать весь процесс, который в домашних условиях позволит за час-полтора изготовить приемлемый экземпляр ПП. В сети много статей и роликов с подобными советами, но как правило там не охвачены все нюансы тех или иных действий.

Под катом подробности и трафик.
Минимальный набор материалов:

image

  1. Правильная бумага (ниже остановлюсь на понятии «правильная»)
  2. Персульфат аммония
  3. Ёмкость для травления
  4. Шкурка «нулевка»
  5. Кисточка (натуральная или из стекловолокна)
  6. Зубочистка

И, конечно, лазерный принтер и утюг.

Весть процесс покажу на изготовлении ПП под оценочную плату микросхемы ATxmega128A1U-AU (оценка заявленного аппаратного крипто модуля, EBI и вообще), и платы для подключения 7 дюймового дисплея к STM32F407VE

Если пересечений много и точно нужно два слоя, то травлю каждый слой на отдельном текстолите (соединяю потом по VIA). Для оценочных плат стараюсь делать разводку только на одной стороне, там где пересечений не избежать, ставлю резистор с сопротивлением=0 и корпусе 0805, пропуская дорогу под ним.

Первый этап

Подготовка текстолита.

Момент со шкуркой обязателен! Односторонний текстолит с толщиной меди 17-35мкм отмывается от грязи средством для посуды под теплой водой, потом капля моечного средства наноситься на шкурку с зерном P800 или меньше и будущая плата шлифуется до образования шероховатостей по всей площади. После шлифовки поверхность промывается чистой водой, вытирается насухо и откладывается досыхать. Таким способом медь до дыр не затрем, но обеспечим хорошее прилипание тонера.

К моменту переноса макета, текстолит должен быть сухой, без окислов, жирных пятен и заметными шероховатостями.

В одной из статей видел рекомендацию, что медный слой надо подержать на солнце, до появления сизой оксидной пленки, в нашем случае это не нужно.

Второй этап

Подготовка макета.

Для ATxmega128 сделал такую вот разводку:

image

если нужно, то есть PDF.

Рисунок платы несколько отличается от того, что буду травить. На плате сама xmega, преобразователь интерфейса ft232 и стабилизатор lp2985, а так же мелочёвка- разъем PDI, USB, светодиодики на весь порт «B». Перед печатью добавил надписей и мелочей для усложнения.

Все дороги на верхнем слое (TOP), поэтому печатаем макет в отзеркаленном виде.

Я печатал на разных принтерах с печатью «по дефолту» и проблем не было, за исключением одного момента: Принтеры Brother (а конкретно HL-l2340 и HL-l2250) очень непочтительно относятся к переводу DPI в реальный размер, поэтому рисунок может поплыть по размерам, а это критично, когда на 1мм две дороги должны уместиться. Наличие в принтере «неэкономного» режима для жирной печати необязательно.

Теперь бумага.

Никаких глянцевых журналов и подложек от самоклейки!

И даже от китайской бумаги для ЛУТа я тоже отказался (слишком тонкая и мнется при печати)
Бумага должна быть плотной — минимум 150гр на квадратный сантиметр, должна быстро прилипать при нагревании и не ёрзать под утюгом, хорошо набухать в воде.

Не «слишком хорошего качества» это значит не премиум и не LOMOND. Лучший вариант- глянцевая фотобумага, не слишком хорошего качества. На фото выше, одна из таких и показана, есть еще «Фотобумага глянцевая», выпускаемая под брендом крупного магазина компьютерной техники, это клон той, что на фото (складывается впечатление, что они с одного завода, но в разных упаковках). То есть дешевая глянцевая фотобумага.

Данная бумага сразу прилипает к меди под утюгом и не сдвигается при проглаживании (матовая бумага не содержит глянцевого слоя и поэтому не липнет, а горячий тонер легко смазать), она легко отходит в теплой воде (в отличии от LOMOND и бумаги с приставкой «премиум»).

Печатаем макет, потом, не касаясь лицевой стороны пальцами, обрезаем края. Итак пора печатать. и готовим утюг.

Третий этап

Перевод макета.

У меня роль этой емкость выполняет обычный тазик. Необходимо сначала подготовить емкость с водой, в которой будет замачиваться плата. Наливается горячая вода ( градусов 50, то есть чтобы рука уже не терпела), литров пять, и в ней растворяется немного моющего средства (немного, это столовая ложка).

И идем к утюгу.

При первом проглаживании распечатку лучше придерживать, чтобы не сдвинулась. Подготовленный текстолит кладем на ровную поверхность и накрываем распечатанным макетом, утюгом прогретым до максимальной температуры проглаживаем по центральной линии, а потом от центра к бокам. Теперь можно носиком утюга пройтись по всем краям и местам, где на вид бумага отходит. После первого проглаживания лист фотобумаги прилипает к меди и сдвинуть его утюгом уже можно не бояться. Потом секунд тридцать просто прогреваем по всему объему.

Не смог удержаться чтобы в статье про ЛУТ не показать главное действующее лицо:

image

То есть не удаляя бумагу, подхватываем горячую пинцетом и кладем в подготовленную емкость с водой. После проглаживания, не остужая кидаем плату воду. 10 минут перерыв на отмачивание.

Четвертый этап

Очистка от бумаги.

Как бы долго плата не лежала в воде, вся бумага не отстанет. По истечении 10 минут достаем плату из воды и удаляем бумагу. Точнее сама то бумага без проблем, а вот глянцевый слой, который нам обеспечивал хорошее прилипание останется в узких местах.

как-то так:

image

Вообще тонер держится очень надежно, тереть можно пальцами, ластиком или губкой для мыться посуды, но между дорожками вытащить глянец сложно, достаточно дать плате высохнуть, как такие места будут видны.

Есть три пути.

  1. Замочить плату в спирте еще на 10-15 минут, глянцевый слой набухнет и смоется мягкой тряпочкой. Это не наш способ, в виду его кощунственности.
  2. Замочить плату в растворителе «анти-силикон», который продается в строительных магазинах. Не знаю что там в качестве активного вещества (на бутылке не написано), но глянцевый слой тоже разбухает и удаляется, тонер при этом остается. Это способ на любителя, средство довольно вонючее.
  3. И третий способ — удалить механически, что не очень долго.

Для этого надо обратно намочить плату и острым предметом удалить лишнее. Лучше всего использовать острую зубочистку. Мокрый глянец удаляется без проблем, а дерево зубочистки не сносит тонер. Особо замечу, что нельзя использовать иголки! Не потому, что можно снять тонер (он то прилеплен хорошо), а потому, что железо оставляет на меди следы. Да! сам в шоке, знаю что медь мягче железа, тем более нержавейки. Но факт имеет место быть. Там где водил иглой медь травиться очень медленно.

Пример из практики:

image

Оставляем высыхать. После удаления остатков глянцевого слоя, промываем плату с моющим средством, удаляя «пальчики».

image

Почти специально оставил несколько мест, где глянец не удален (потом увидим, что не так все страшно).

Пятый этап

Травление.

Травлю персульфатом аммония, не скажу, что он лучше хлорного железа, просто от железа больше грязи (ну да, персульфат аммония это же отбеливатель, какая тут грязь) и хлорное железо труднее хранить — гигроскопичен и как следствие сплавляется в большие куски, которые надо дробить.

На плату с медью 35мкм — 15 минут, С медью 17мкм — 5 тире 7 минут. Травлю при температуре 40 градусов. Можно и при комнатной температуре 17мкм травится порядка 20 минут, 35мкм в теории 40 минут, но это уже и не помню.

Но если ПП делаются часто, то можно заделать себе ванночку для травления: В домашних условиях можно травить в любой емкости, для этой статьи специально травил в обычной пластиковой емкости, что накладывает определенные дополнительные действия от исполнителя.

image

Насос нужен мембранный, с пластиковой мембраной.
Тот что на рисунке, купил в интернет магазине для робокрафтеров. главным дополнением которой — насос для перемешивания раствора, он освобождает от «определенных дополнительных действий».

Внутри емкости перегородки, для размещения нескольких ПП.

image

На фото травятся две стороны платы под STM32F407VE подключаемую к семи дюймовому дисплею.
Под xmega вытравлю в открытой пластиковой.

Вообще рекомендуется 250 грамм на пол литра, но в кустарных условиях при остывании раствора и испарении воды, выпадают кристаллы и намертво прилепляются на медь, как итог непротравленные точки.
Как писал выше — температура 40 градусов. Делаем раствор — пол литра воды плюс 100-150г персульфата аммония.

Также кисточкой можно удалять с платы хлопья глянцевого покрытия, если при подготовке не все удалились. Кидаем в раствор плату и начинаем кисточкой перемешивать раствор, чтобы травление шло равномерно.

У меня плата с медью 35мкм, через 10 минут уже видно текстолит:

image

Жду еще 5 минут и все готово.

И дополнительное время может быть довольно большим. Надо сказать, что в процессе травления лучше передержать плату, чем недодержать. Однако ни одного подтравливания не заметил: Один раз я увидев недотравленный полигон закинул платку обратно и забыл про нее часа на три, когда вспомнил, думал что ее разъело насквозь.

вот этот передержанец (уже облуженный):

image

Итак, вытащили нашу плату, помыли и посмотрели на свет:

image

Если нашли лишнюю медь, то можно кинуть обратно в раствор.

Если все хорошо, то ЛУТ окончен!

Смываем ацетоном тонер и облуживаем, если в ближайшее время облуживание не предусмотрено, то хранить плату можно не смывая тонер, он будет защитной оболочкой.

Итог:

image

Те места, которые глянец закрывал герметично (уголок на плате), там не протравилось, там где небольшие перекрытия между дорожками — все нормально, раствор туда пробрался. Выше я помечал места на плате, где глянцевое покрытие осталось. Если использовать емкость с насосом, то глянцевое покрытие можно вообще до конца не оттирать, просто время травления увеличивается в два раза.

Поскольку ЛУТом делаются платы временные или для себя, то особо возиться с облуживанием не стоит (ИМХО), можно просто пройтись паяльником по тем местам где будет пайка, а потом все покрыть лаком. Пара фраз о лужении.

Либо паяльником пройти по всей меди, либо если есть фен, то паяльной пастой. Но если компоненты на плате будут перепаиваться или плата будет долгое время эксплуатироваться, то лучше залудить.

Я мешаю пасту с флюсом примерно 1 часть пасты и 5 частей флюса, покрываю всю плату и прогреваю феном:

image

Не воздушный нож, конечно, но тоже довольно аккуратно. во время прогрева, текстолитовой кисточкой (известная как «вечная кисточка») сгоняю припой к краям платы, Лишнего припоя на дорожках при таком способе не остается, а там где его не хватает, можно пригнать с краев.

image

Вот на фото их хорошо видно: Главная проблема при использовании паяльной пасты, это лишние шарики, присохшие к плате.

image

Поэтому после лужения, плату надо хорошенько промыть и оттереть тряпочкой, смоченной в ацетоне.

Монтаж. Плату облудили, теперь точно все. Проверка:

image

На данную плату ушло не больше часа (с учетом фотографирования этапов). Задача выполнена.

И если первая платка была скорее для демонстрации (можно было и на DIP переходнике выполнить, а не подобие ардуины делать), то вторая нужна была для конкретной цели и плести косы проводов на переходнике не вариант (да еще не факт, что помех не нахватает при подключении через fsmc) Параллельно у меня травилась вторая плата, точнее две стороны одной платы.

Две стороны:

image

Лучше это сделать сейчас. Как видно, я не стал травить двухсторонний текстолит, проходя убийственную процедуру совмещения двух шаблонов на этапе работы утюгом.

Все платы совмещены! Сверлим отверстия на VIA у всех плат, берем ножки от резисторов и штук 5 припаиваем к одной стороне, потом нанизываем на них вторую сторону, пропаиваем с двух сторон. Теперь можно пропаять все отверстия.

Как-то так:

image

Все готово!

Вы, должно быть заметили сильный брак на одной из сторон:

image

Особенно волосы, особенно кошачьи! Бумага после принтера наэлектролизована и собирает на себя все подряд. Так что я не досмотрел.

А вот и виновник:

image

Контролирует все выполняемые процессы.

После восстановления дорожки, ПП готова и устройство собралось:

image

Правда, это была плата как раз временная — проверить правильность подключений, чтобы потом развести по-человечески и заказать.

Удачи в ваших начинаниях! Вот и все.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть