Главная » Хабрахабр » Лайфхаки изготовления двухсторонних плат (ЛУТ)

Лайфхаки изготовления двухсторонних плат (ЛУТ)

Иногда задача позволяет нафигачить всё проводами на макетке, а иногда, к сожалению, нужно нечто посерьёзнее. Потребность делать железо периодически возникает у многих технарей. ЛУТ бесспорно дешевле любого другого варианта, и (внезапно) вполне подходит для двухсторонних плат. Вот и меня однажды настигла потребность делать печатные платы… Лазерно-утюжная технология кустарного изготовления плат по началу сильно отталкивает своей рандомностью (на чём печатать, как греть, с какой силой давить, как отдирать, и т.д.), но друзья поделились опытом, и оказалось, что это действительно не так уж сложно.

3/0. Кому интересно посложнее, подороже и поточнее, можно делать фоторезистом, но наша методика (основным элементом которой является особая бумага) позволяет стабильно прорабатывать шины 0. 3 мм, так что в нашем сообществе бытует мнение что тян фоторезисты не нужны.

А сделав одну плату дома, можно её хорошенько отладить и приобрести уверенность в фабричных платах. Кто не видит смысла в кустарном производстве плат, скорее всего сможет вспомнить пару случаев, когда приходилось пилить дорожки и припаивать проводки на целой партии плат.

От идеи до включения. Под катом я поделюсь детерминированной методикой изготовления двухсторонних печатных плат по технологии ЛУТ с различными резервными схемами на случай косяков. Будем работать с KiCad, Incscape, наждачкой и гравёром.

Большинство ошибок платы можно устранить на этапе проектирования. Любое устройство начинается со схемы. Например, KiCad. А чтобы схема гарантированно соответствовала плате, нужен хороший EDA-софт.

KiCad --> Плата

Если Вы всё еще работаете с проприетарными ограниченными решениями, начните со статьи Трассировка печатной платы в KiCAD или пропустите этот раздел.

Используем KiCad 5, поскольку мне глубоко симпатична эта программа, её комьюнити (включающее CERN) и идея мультиплатформенного FOSS в целом.

Пятая версия намного стабильнее, СИЛЬНО менее глюченная и в сотни раз удобнее, чем четвертая. Не ведитесь на то что версия 4 якобы Stable, а 5 типа Nightly.

Итак, алгоритм с лайфхаками:

  1. Находим компонент в каталоге вашего любимого магазина электроники.
  2. Находим соответствующий компонент в библиотеке KiCad.
    • Если это транзистор или другой компонент с тремя или более выводами, находим его корпус в библиотеке футпринтов в Pcbnew, смотрим нумерацию, сопоставляем с даташитом и выбираем в Eeschema компонент с правильной нумерацией выводов.
    • Если компонента нет в библиотеке KiCad, ищем в Интернетах. Если всё еще нет, находим в библиотеке похожий, экспортируем Symbol (в новую библиотеку), подключаем ее к проекту, открываем в Symbol library editor, дорабатываем, проделываем то же самое с футпринтом, если корпус тоже нестандартный.
    • Если есть ну совсем равнозначный выбор, отдаём предпочтение компонентам, у которых есть 3D-модель. KiCad умеет показывать как будет выглядеть девайс, это сильно помогает находить ошибки.
  3. Помещаем компонент на схему, в поле Datasheet компонента помещаем ссылку на этот компонент из магаза.
  4. Рисуем схему не забывая:
    • Использовать шины и метки, чтобы не перегружать схему кучей параллельных линий.
    • Давать имена цепям не входящим в шины и метки, чтобы на плате было проще ориентироваться.
    • Сохраняться.
    • Положить проект под git и комитить.
  5. Ассоциировать компоненты с футпринтами, пронумеровать компоненты, сгенерировать Netlist, сгенерировать Bill of Materials (в котором будет список ссылок и количество элементов возле каждой ссылки, чтобы прям сразу никуда больше не обращаясь наполнить корзину и заказать элементы).
  6. Открыть Pcbnew, загрузить Netlist.
  7. Настроить DRC:
    • Для сигнальных цепей минимальная ширина дорожек 0.3 мм, clearance 0.3 мм.
    • Для силовых побольше, пропорционально силе тока. Есть онлайн калькуляторы.
    • Дефолтные Via — 0.8 с отверстиями 0.4.
    • Разумеется, если будет место на плате, все эти размеры (кроме отверстий) надо делать максимальными из возможных, ведь если Via 1 мм, то вероятность попасть в неё сверлом с другого слоя крайне высока ))
    • Ну и Via 0.8 — это вовсе не жестко минимальный размер: если к отверстию подходит толстенная дорожка, то можно хоть 0.5 ставить, там все равно будет к чему удобно припаяться.
  8. Вручную нарисовать плату, следуя советам из статьи 7 правил проектирования печатных плат.
    • Мне тоже по началу казалось "фэ, это должна делать машина", но потом я однажды попробовал и мой мир больше не станет прежним. Ручная трассировка намного интереснее и увлекательнее, чем кажется. Всем советую, особенно любителям собирать паззлы.
    • К тому же, 7 правил проектирования печатных плат машина соблюдать не будет, а на исправление автотрассировки может уйти больше времени, чем на ручную трассировку.
    • Если не убедил, ну берите топор...
  9. Добавить надписей и логотипов.
    • Чтобы логотип KiCad поместить на один из медных слоёв, надо экспортировать футпринт, открыть его в текстовом редакторе и поменять "F.SilkS" на "F.Cu" во всех полигонах.
  10. Добавить 4 габаритных отверстия 0.4/0.6 по углам платы на расстоянии ~5-10 мм от линий слоя Edge.Cuts

Плата --> SVG

Лучше выгрузить плату из EDA без отзеркаливания, чтобы не точно запутаться и отзеркалить как надо. Когда плата готова, нужно перегнать её в SVG для дальнейшей доработки.

Cu. А надо отзеркалить только передний слой F. Cu мы в редакторе смотрим со стороны переднего, он уже отзеркален. Поскольку на задний слой B. Для надёжности, лучше поместить хоть какой-нибудь текст на оба слоя и следить за тем чтобы этот текст не читался ))

Собственно:

  1. Загружаем оба слоя в Incscape.
  2. Устанавливаем единицы измерения документа миллиметры, и формат листа А4.
  3. Добавляем еще больше надписей белым на областях металлизации. KiCad так не умеет, напишите в комментах если ваш EDA умеет.
  4. Группируем, чтобы было только два объекта.
  5. Выравниваем (Ctrl+Shift+A), расстояние между слоями (их габаритными отверстиями) должно быть не менее сантиметра.
  6. Отзеркаливаем передний слой кнопочкой на верхнем тулбаре.
  7. Сохраняем в SVG.

Если у вас есть выводные компоненты, то отверстия в них вряд-ли 0. Далее немного магии. А для ручного ЛУТа жирные дыры не нужны, лучше пусть побольше меди будет и она сверлом счистится. 4. 4. Нужно все отверстия сделать 0. Можно менять каждый контакт каждого футпринта в KiCad, а можно намного быстрее автозаменой поменять все кружки в SVG:

  1. Выделяем любое не-0.4 отверстие.
  2. Открываем SVG Editor (Shift+Ctrl+X).
  3. Копируем размер белого кружка.
  4. Закрываем Incscape, открываем SVG текстовым редактором.
  5. Делаем автозамену этого размера (можно для надёжности окружающие части тэгов тоже включить в поиск) на тот размер, который у кружочков 0.4 мм.
  6. Открываем Incscape, проверяем, что шалость удалась.
  7. Повторяем пока не кончатся жирные дыры.

И сделать с этой бумагой следующее: Сейчас нужно отправить SVG на принтер на обычной бумаге.

  1. Поприкладывать к ней компоненты и проверить футпринты (которые по-любому уже пришли, если у вас на плате больше трех-пяти компонентов: протрассировать всё за один вечер сложновато)
  2. Приложить к текстолиту и накернить 4 габаритных отверстия по углам, которые мы добавляли
    • Взять керн (или гвоздь) с молотком и сделать сверхточную неглубокую вмятину, поглощающую заблудшие свёрла. Сила удара должна быть такой, чтобы не деформировать плату.
  3. Просверлить 4 отверстия самым тонким сверлом (0.6-0.8) ровно под 90 градусов. Это, пожалуй, самая сложная часть, но ошибки условно допустимы; способ их последующего исправления придуман.
    • Если есть станок, Вам повезло.
    • Если есть CNC, Вам крупно повезло, фигачьте всё отверстия по DRL-файлу прямо сейчас безо всяких кернов-*ернов.

Если хочется проще, есть способ без отверстий: очень точно сложить бумажку с шаблоном и поместить текстолит внутрь. Легко догадаться, что отверстия нужны для точного ориентирования переднего слоя относительно заднего. Как уже было сказано, небольшое отклонение не станет фатальным (если, конечно, отверстия еще не просверлены)

Такс, это раздел про SVG, а мы уже к станкам перешли… Всё, последний штрих по SVG и больше комп не понадобится:

Да, хлорное железо тоже можно, но аммоний синенький. Залейте чёрным всё вокруг, чтобы части текстолита, которые не относятся к плате не травились и не насыщали персульфат аммония медью.

SVG --> Текстолит

Вот она: Вся статья, на самом деле, написана только ради того, чтобы поделиться с миром самой правильной бумагой для ЛУТа.

Другие марки могут обладать необходимыми свойствами, а могут нет. Также, у нас есть информация о пригожести бумаги Black Diamond. Можно экспериментировать с разной глянцевой фотобумагой для струйной печати. HP не подходит точно (плавится под утюгом), Lomond условно подходит, "но как-то средне". Пишите в коменты чо как с другими бумагами )

Алгоритм:

  1. Ставим утюг греться на максимальную температуру.
  2. Шлифуем текстолит с обеих сторон мелкой наждачкой, губкой для посуды или абразивным ластиком.
  3. Если Ваш принтер умеет кушать форматы отличные от A4, Отрезаем от А4 полоску по размеру изображения. Бумага сверхценная: если Вам удалось её достать, надо экономить.
  4. Заталкиваем в принтер узкой стороной. Проверяем, что изображение двух слоёв платы не превышает ширины отрезанной полоски по ширине и 210 по высоте.
  5. Печатаем лазерником с оригинальным тонером в картридже на этой глянцевой фотобумаге для струйных принтеров. < — Lifehack of the Article
  6. Не прикасаясь к тонеру, разрезаем слои на две отдельные бумажки и дырявим габаритные отверстия на обоих слоях.
  7. Вставляем прямые штырьки (например, от PLS/PLD гребёнки) в 4 габаритных отверстия.
  8. Насаживаем передний слой.
  9. Проглаживаем равномерно, сильно не надавливая, до пожелтения бумаги (или еще каких-либо знаков свыше, это всё-таки ЛУТ, совсем от магии, наверно, невозможно). Штырьки можно вытащить когда бумага начнет прилипать и потеряет способность смещаться.
  10. Не отдирая бумагу от текстолита, повторяем последние три пункта с задним слоем.
  11. Даём текстолиту остыть: можно пока поставить греться чайник и начать разбодяживать персульфат аммония.
  12. С остывшего текстолита (без воды, это архиважно) аккуратненько отодрать лишнюю бумагу. Тонер должен сойти вместе с глянцевым слоем фотобумаги, так и было задумано.

В случае ошибок, можно стереть один из слоёв ацетоном, подложить уже оторванную бумажку противоположного слоя (чтобы тонер не отлип от платы и не перевёлся на доску, на которой Вы гладите) и повторить.

Текстолит --> Текстолит с дорожками

А так же, одноразовая ложка или варибаси для помешивания платы (против пузырьков, которые мешают травиться). Для травления, нам понадобится пластиковый контейнер (или любая не-металлическая тара, в которую плата поместится лёжа).

Но когда я попытался приблизиться к такой концентрации у меня почему-то ничего не травилось. Персульфат аммония рекомендуется разводить в тёплой воде 1:2 по массе. В конце концов, можно еще подразмешать потом. Думаю 1:3 или даже 1:4 хватит. Рекомендуемая температура 40 градусов, но пфффф, 70 норм, Вы же не хотите час медитировать на синюю жижу в респираторе, помешивая её своей платой?

Был у нас случай однажды когда что-то пошло не так и стало крипово: Однако, учтите, что перегревать всякого рода химикаты довольно опасно.

https://vk.com/video-24764675_456239191

Вроде так и не выяснили чо это было.

Для этого используют водяную баню. Желательно поддерживать температуру в районе 50-70 градусов, чтобы травилось побыстрее. Если у Вас из крана может течь вода примерно такой температуры, водяная баня на проточной воде крайне рекомендована.

Если плохо травится, можно:

  1. Перестать помешивать
  2. Еще подождать
  3. Вытащить плату и подогреть раствор в микроволновке (аккуратно)

После травления, тонер стирается ацетоном.

Текстолит с дорожками --> Плата

Осталось просверлить и соединить переходные отверстия.

Лайфхак: Если так получилось, что имеет место быть смещение слоёв, его можно компенсировать углом наклона сверла.

С первого отверстия сложновато поймать нужный угол, так что лучше сначала сверлить наименее требовательные к выходной точке отверстия (например, те, что выходят в область металлизации или объемные острова меди)

Разумеется, мы будем это делать с помощью резисторных/конденсаторных ножек и паяльника. После просверливания, необходимо соединить отверстия. Мы придумали следующий трюк: Но иногда на переходное отверстие надо сверху поставить SMD-компонент, и в этом случае высокая плюшка припоя недопустима.

  1. Запаиваем штырь
  2. Стачиваем гравёром всё лишнее
  3. ....
  4. Профит!

Типа всё ))

Можно запаивать компоненты и врубать питание.

А после тестирования и исправления, привести в порядок переходные отверстия, перенести текст и логотипы на слой шелкографии и заказать фиолетовые платы на OSHPark, или много плат на EasyEDA.

Фиолетовая паяльная маска решает 🙂 Плата на КДПВ действительно изготовлена ЛУТом, а не заказана с OSHPark.

Вот еще годный видос для дальнейшего изучения всякого рода тонкостей:

Спасибо за внимание!


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Бесплатная трансляция DotNext 2018 Moscow

Меньше недели осталось до конференции DotNext 2018 Moscow: она пройдет в конгресс-парке гостиницы «Рэдиссон Ройал Москва» 22-23 ноября. Между докладами будут вестись интервью с ключевыми спикерами конференции. По традиции, прямо на YouTube будет открыта бесплатная онлайн-трансляция первого зала (ссылка спрятана ...

Прерывания от внешних устройств в системе x86. Эволюция контроллеров прерываний

В данной статье хотелось бы рассмотреть механизмы доставки прерываний от внешних устройств в системе x86 и попытаться ответить на вопросы: что такое PIC и для чего он нужен? что такое APIC и для чего он нужен? Для чего нужны LAPIC ...