↑ Ты помнишь, как всё начиналось…
Надеюсь, что многие из уважаемых датагорцев, помнят свои первые шаги в электронику. Помнят как выглядели их первые приёмники, усилители или там генераторы, до того, как были полностью проверены, настроены, собраны на печатных платах и помещены в корпуса. В наших краях в 80-е дело обстояло так (в других, думаю, также): схемы попроще представляли из себя «паутину» из проводов и деталей, на которую иногда и дышать страшно.
Для схем посложнее брался отрезок доски. Из жести вырезались контактные площадки и рядами прибивались к той самой доске на гвоздики. Возможно, где-то в сарае у моих родителей до сих пор хранится такое изделие. Именно на таких макетных платах радиолюбители в наших, да и не только в наших краях, собирали и настраивали свои первые конструкции. Измеряли и подгоняли режимы транзисторов, добивались требуемых параметров или хотя бы просто работы, до того, как изделие попадало (или не попадало) на нормальную плату, затем в корпус и радовало своего создателя.
Действительно — быстро, дёшево и сердито. Про недостатки такого «испытательного стенда» говорить не буду. Все, кто его когда-либо использовал и так знают. Иногда в журналах вроде «Радио» или «МК» встречались советы по изготовлению макетных плат из фольгированного гетинакса или текстолита. Пример из «МК»:
Щаззз! Его и на простые печатные платы не всегда наскрести удавалось. Большинство из них делалось упомянутым в моей позапрошлой статье «непечатным монтажом». Да и не видел смысла городить изделие, которое прослужит «полтора раза» в результате лишившись всех площадок.
Примерно в те времена и была придумана конструкция о которой будет рассказано ниже. Хотя «придумана» — это слишком громко сказано. Скорее сделана на основе похожих публикаций в тех же «Радио», «МК» и «ЮТ», с учётом местных условий.
Вот пример из приложения к «Юному технику» за 1985 г.
Если не ошибаюсь туда он перекочевал из журнала «Радио» 70-х, вместе со всеми недостатками, вроде свободного вращения контактных площадок в отверстиях и из-за этого огромных (даже по меркам 80-х) расстояний между ними. Эта конструкция и была взята за основу. Правда при изготовлении пришлось отказаться от «наворотов» и по возможности избавиться от недостатков «прототипа».
К сожалению в то время, когда такая макетная плата изготовлялась крайний раз (примерно год назад), под рукой не было фотоаппарата. Поэтому придётся ограничиться криво сделанными мной рисунками и пояснениями.
КАК ПРОИЗВОДЯТ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ
305881
6906
744
00:20:49
19.11.2018
Подписывайтесь на канал 🤍
В фильме «Как производят печатные платы» рассказывается о процессе изготовления многослойных печатных плат в Технопарке Резонит. Видео будет полезно посмотреть инженерам, разработчикам электроники и радиолюбителям. Познакомьтесь обзорно с процессами изготовления многослойной печатной платы: фотолитография внешних и внутренних слоев, травление, автоматическая оптическая инспекция, прессование, вскрытие базовых отверстий, сверление сквозных отверстий, первая металлизация, гальваническое меднение, нанесение маски и финишных покрытий (олово-свинец и ENIG), маркировка, электротестирование, механическая обработка контура.
Подробно о фотолитографии внутренних слоев 🤍
Подробно о травлении внутренних слоев 🤍
Подробное описание каждого процесса (всего 17) 🤍
Инструкции по экспорту Gerber данных из разных программ 🤍
Заказ срочных печатных платы 🤍
Страницы в соцсетях: группа в ВКонтакте 🤍 страница в Facebook 🤍
Сайт Резонит 🤍
Music: Aspire, Strive for perfection, Motivation for friends (Standard License, Item ID: 20848639)
Подготовка и экранирование
Для того чтобы работать с макетной платой, особенно, если она предназначена для монтажа без пайки, сначала необходимо произвести подготовительные работы. Это тем более актуально, если плата не использовалась длительное время.
Подготовка включает в себя очистку макетной платы от пыли. Для этого можно воспользоваться мягкой кистью, а для очистки отверстий можно использовать пылесос или баллончик со сжатым воздухом.
Следующим этапом необходимо прозвонить мультиметром токопроводящие дорожки, чтобы избежать лишних трат времени на поиск возможной потери контакта при монтаже схемы.
При отладке устройств, они могут работать некорректно из-за различных помех и наведенных токов, возникающих при работе схемы. Для устранения этого явления необходимо применить экранирование макетной платы.
Для этого используют металлическую пластину, прикрепленную снизу и соединенную пайкой с общей шиной, которая впоследствии станет отрицательной.
Для успешного использования макетной платы под пайку и осуществления быстрой отладки целесообразно приобретать несколько макеток разных размеров.
Во-первых, это позволит собирать сложные схемы отдельными блоками, отлаживая каждый, и позже соединять в одно устройство. Во-вторых, так можно собрать дополнительные устройства, которые могут понадобиться для контроля работы основной схемы.
Приобретать макетную плату лучше с комплектом соединительных проводов. Их еще называют «джамперами».
Но в некоторых случаях можно сэкономить значительную сумму, если купить плату для беспаечного монтажа, неукомплектованную соединителями. Их в этом случае можно изготовить самостоятельно из подходящего провода.
Идеально подойдет кабель КСВВ 4-0,5, используемый при устройстве систем пожарной сигнализации. Этот кабель имеет 4 изолированных жилы из тонкого медного провода диаметром 0,5 мм. Одного метра кабеля будет достаточно, чтобы получить много соединительных перемычек.
При монтаже всегда нужно надежно подключать все выводы полупроводников и микросхем. Даже, если какие-либо выводы не используются, их необходимо подключить к общей шине, чтобы избежать возникновения наведенных токов.
При использовании макетных плат можно применять только слаботочные детали, работающие от напряжения не более 12 В. Подключать к макетной плате переменный ток напряжением 220 В от бытовой электросети запрещено.
Правильное использование макетной платы для монтажа без пайки существенно упростит сборку всей схемы и снизит затраты на изготовление устройства, в котором такая схема будет использоваться.
Breadboard (макетная (монтажная) беспаечная плата) – один из основных инструментов как для познающих основы схемотехники, так и для профессионалов.
В этой статье вы познакомитесь с тем, где и как использовать breadboard и какие они бывают. После ознакомления с приведенными основами, вы сможете собрать свою электросхему с использовнием макетной беспаечной платы.
Печать шаблона
Принтер настраиваем на максимум dpi, режим с максимальной жирностью печати, у меня этот режим ставится, когда выбираю печать на прозрачную пленку. Печатаем 2 (ДВА) шаблона на листе пленке. Берем эти два шаблона, накладываем друг на друга, и очень точно выравниваем. Скрепляем их просто: утюг на 3-х точках, через бумагу прикладываем утюг к уголкам шаблона на 2-3 секунды. Это очень удобно, так как если выравнивание было плохим, то разъединить пленки можно очень просто и без повреждений. Не бойтесь, выровнять с точностью до 0.1мм руками очень просто. Смотрите через шаблон на лампу — так проще. Вся процедура занимает минут 5 — 10.
Использование хлорного железа
Часто при травлении печатных плат в домашних условиях, используется хлорное железо. Чтобы выполнить процедуру травления рекомендуется воспользоваться пластиковой либо стеклянной емкостью, с налитой в нее водой. При этом следует отметить, что температура воды должна варьироваться в пределах 50-70 градусов по Цельсию. В противном случае, если температура воды выше этих значений, то нанесенный тонером или лаком рисунок начнет постепенно плавиться, а затем ходить.
Для травления платы в хлорном железе сначала нужно сделать специальный раствор. Необходимо взять хлорное железо, и небольшими порциями постоянно перемешивая, добавлять его в воду. Стоит отметить, что при изготовлении такого раствора рекомендуется использовать респиратор, так как при попадании хлорного железа в воду, начинается химическая реакция, в результате которой образуются вредные для здоровья человека испарения.
В итоге, после добавления в воду хлорного железа, должен получиться состав, обладающий бурым оттенком. Стоит отметить, что если полученная смесь обладает темновато – зеленоватым оттенком, то процесс протекания химической реакции будет длиться гораздо дольше.
Для травления печатной платы ее нужно поместить в получившийся раствор таким образом, чтобы печатные проводники оказались внизу. При травлении двухсторонних плат на низ емкости рекомендуется опускать тот слой, в котором присутствует максимальный, большой уровень плотности.
Для фиксации платы в растворе можно использовать небольшие куски пенопласта либо продольно протянутую над емкостью нить. При травлении плату, которая находится в растворе, рекомендуется периодически покачивать. Средняя продолжительность травления в растворе хлорного железа может составлять от 10 минут до 1 часа.
При этом следует отметить, что время травления в свежем, только что приготовленном растворе, может составлять около 3-30 минут. Это обусловлено тем, что на скорость протекания химических процессов влияет как концентрация сделанного раствора, так и показатели температуры воды.
↑ Дошли до проявки
Проявлять производители советуют в кальцинированной соде. Что характерно, не обманывают. Я также пробовал в обычной. Получается, но процесс идет дольше и при наличии мелких, порядка 0.2, расстояний между дорогами, незасвеченый фоторезист может не раствориться. Концентрация — пару столовых ложек соды на литр теплой воды. Перед купанием платы в проявителе не забываем оторвать сверху лавсановую пленку. Раствор имеет смысл помешивать, можно также кисточкой помахивать по плате для ускорения смыва неполимеризовавшегося фоторезиста.Растворяем кальцинированную содуПроявляемПроявилосьЕсли вам повезло и с первого раза все получилось, как задумано, у вас должна получиться красивая плата, готовая для травления. Но может все пойти криво (по крайней мере я, когда начинал осваивать технологию, наделал много брака), тогда плату перед следующей попыткой (а равно как и после травления) надо очистить от слоя фоторезиста. Можно счистить его наждаком, но это неспортивно. Лучше применить раствор любой щелочи. У меня по случаю завалялся гидроксид натрия, им и смываю, но вполне подходит, к примеру, Крот, каустическая сода и разные мистерпроперы для очистки плит от жира. Опускаем плату в этот раствор и через несколько минут вся пленка фоторезиста аккуратно слазит.
Практика печати на фольгированном текстолите
Листовой текстолит, ламинированный по одной или обеим сторонам тонким слоем меди, традиционно используется для изготовления печатных электронных плат. Обычно жёсткая основа с разводкой электронных схем под пайку электронных деталей – это приоритеты специализированной производственной сферы. Однако конструирование электроники для личных нужд и в малых экземплярах выглядит более рационально, когда технология производства «печаток» доступна в условиях быта.
Вот такой результат работы вполне возможно получить в домашних условиях, используя простые доступные средства, инструменты, материалы Если же освоить все тонкости производства и запастись необходимым материалом, не исключается изготовление печатных плат дома, если не в промышленных масштабах, так в количествах достаточных для бизнеса. Существует несколько технологий прорисовки и травления миниатюрных дорожек на фольгированном текстолите.
Начиная от метода простого рисунка электронной схемы лаком для ногтей с последующим химическим травлением, и заканчивая автоматической лазерной разводкой и микронной резкой. Однако для домашних условий требуется методика особая – эффективная, но одновременно бюджетная и относительно несложная.
Шаг 3: перенос рисунка
Теперь возьмите напечатанный рисунок и положите его на медь стороной с тонером вниз. Включите утюг и дождитесь его нагрева, выставив самую высокую температуру и самую низкую настройку пара, если таковая имеется. Когда утюг нагреется, поместите его на бумагу на плате и пока не двигайте его. Подождите около 30 секунд, после чего можете начать разглаживать бумагу утюгом. Продолжайте гладить около 2 минут; это расплавит тонер и заставит его прилипнуть к медной фольге на плате. Теперь вам нужно удалить бумагу (это очень деликатный процесс, и терпение будет вознаграждено): возьмите лист стеклотекстолита с приклеившейся к нему бумагой и поместите его в ванну с холодной водой.
Вода должна пропитать бумагу, что сделает ее очень мягкой и позволит вам очень осторожно очистить от нее плату, получив в результате на стеклотекстолите чистую медную фольгу с отпечатком из черного тонера. Если на данный момент у вас не осталось тонера на плате, это означает, что вы недостаточно нагрели плату, и вам нужно будет попробовать еще раз, удерживая утюг на плате чуть дольше
В качестве альтернативы, если у вас есть ламинатор, пропустите через него пару раз плату с напечатанным на листе из журнала рисунком; в итоге, после вымачивания, вы получите очень хорошо перенесенный на медь рисунок.
↑ Установка ультрафиолетовой засветки
Тут остановлюсь подробней. В куче мусора из интернета я ничего хорошего для себя не почерпнул. Решил сделать сам. В театре, где работал, попросил УФ лампу для сцены. Она как ДРЛка. Засветила всё вокруг, долго с ней мучился.После месяца напряжённых экспериментов я нашёл в магазине первоклассный вариант. УФ лампа с цоколем Е27, выглядит как энергосберегающая лампа. Стоит дорого, 250 руб/шт. Разорился пока на 3 экземпляра.Сделал такую установку: Две пластины формата А4 толстого 20 мм оргстекла длинными гранями соединил в угол _| На боковой стороне приделал 4 патрона Е27 в ряд, так, чтобы лампы были на высоте около 5 – 6 см. Сзади поставил реле времени на 2 минуты. Над лампами придумал фанерную крышку (чтобы в глаза не слепили). На нижнюю пластину под лампами наклеил тонкую шумоизоляцию от авто, типа сплэна. Нашёл подходящий кусок стекла, снял с рабочего стола и вырезал. Всё, установка готова.
Сверление
Если в качестве основного материала вы используете FR-4, то вам понадобятся сверла, покрытые карбидом вольфрама, сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), т.к. сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром меньше 1 мм, лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Движение сверху вниз самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким хвостовиком (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия), или с толстым (иногда называют «турбо») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно 3.5 мм).
При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, т.к. сверло может при движении вверх вырвать фрагмент платы
Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон различных размеров, либо в трех кулачковый патрон — иногда 3-х кулачковый патрон является оптимальным вариантом. Для точного фиксирования, однако, это закрепление не подходит, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, обеспечивающих хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами — выбросите их и купите металлические.
Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, т.е., во-первых, обеспечить освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать 12 В галогеновую лампу (или 9В, чтобы уменьшить яркость) прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 6″ выше высоты стола, для лучшего визуального контроля процесса. Неплохо было бы удалить пыль (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно — случайное замыкание цепи пылевой частицей — это миф. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая, и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка, особенно при частой замене сверл.
Типичные размеры отверстий: · Переходные отверстия — 0.8 мм и менее · Интегральная схема, резисторы и т.д. — 0.8 мм. · Большие диоды (1N4001) — 1.0 мм; · Контактные колодки, триммеры — от 1.2 до 1.5 мм;
Старайтесь избегать отверстия диаметром менее 0.8 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0.8 мм, т.к. они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат — отверстия, расположенные близко от центра. Итак, положите платы друг на друга и просверлите отверстия 0.8 мм в двух противоположных углах, затем, используя штифты как колышки, закрепите платы относительно друг друга.
Анатомия ПП
Когда вы работает за своим компьютером любая задача кажется абстрактно, однако не стоит забывать, что вы работаете с реальными физическими средами и материалами. Перед тем как начинать изучать проектирование плат неплохо было бы разобраться как они делаются на самом деле.
Разрез ПП для показа внутренних слоев
Если уже знакомы с тем, что и как делается можете смело переходить к следующему разделу.
Материалы для ПП
Сперва разберем какие материалы используются для изготовления. База для ПП изготавливается из сплошного непроводящего материала. Этот материал покрывается слоем меди (или другого металла), который и образует проводящий слой.
Обычно основа это стеклотекстолит, известный как FR-4. Это наиболее часто употребляемый материал, т.к. он огнестоек, дешев и самое главное имеет низкую собственную проводимость.
Для высокопроизводительных схем (RF) используются другие типы материалов, такие как керамика или PTFE. В рамках этих статей мы не будем касаться высокочастотных схем. Когда вы будете отправлять свой дизайн ПП на производство или будете делать плату сами, электрические соединения обычно создаются удалением выбранных участков меди со общего слоя проводника.
Слои
Самый дешевый вариант ПП это односторонняя ПП, т.е. на стеклотекстолите используется лишь один слой меди. Если вы собирается изготавливать ПП в домашних условия, то скорее всего это будет односторонняя ПП. Однослойные ПП очень просты в производстве и разработке, но если разводка вашей платы не умещается в один слой вам придется использовать внешние джамперы для электрических соединений, а это уже может быть неудобно на этапе монтажа радиодеталей.
Большая часть коммерческих и хоббийных проектов строится на двухслойных печатных платах. Их использование позволяет разрабатывать более сложные и элегантные решения дизайнов плат.
Чем более сложными становятся конструкции, тем больше дополнительных слоев металлизации требуют ПП. Обычно хватает двух слоев и если нет необходимости добавлять больше слоев, то лучше этого не делать, т.к. многослойные платы дороже при производстве значительно.
Медные дорожки
Как уже писали выше медные дорожки (электрические соединения) создаются путем удаления лишней меди с поверхности металлизированного слоя. Более подробно о важных аспектах электрических соединений будет сказано во второй статье.
Переходные отверстия (Vias)
Один из главных компонентов ПП это переходные отверстия, используются в двух и многослойных платах для электрического соединения одного слоя металлизации с другим.
Переходные отверстия бывают нескольких видов:1. Сквозные переходные отверстия – наиболее часто используемый вид, отверстие засверливается сквозь всю плату и металлизируется для создания электрического контакта со слоями.2. Глухие (blind vias) – отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними.3. Скрытые (buried vias) – переходные отверстия, не выходящие наружу и соединяющие между собой сигналы на внутренних слоях.4. Микро-via или uVia – микроотверстия или отверстия малого диаметра и малой глубины, выполненные лазером или сверлением с контролем глубины и соединяющие внешний слой с внутренним.
Вот в принципе и все, что нужно знать про переходные отверстия.
Другие вещи
Разберем еще несколько концепция для построения печатных плат и затронем некоторые другие слои ПП, назначение которых нужно понять.1. Паяльная маска (Soldermask) – если спросить любого человека, что такое плата, он скажет, что это что-то зеленое. Это зеленое и есть паяльная маска, которая выполняет защитные функции для ПП и не позволяет паяльной пасте попадать на нежелательные электрические контакты платы. И кстати, она бывает необязательно зеленого цвета, а практически любого цвета, все зависит от производителя плат.2. Реперные точки (Fiducials) – это специальная маркировка на плате, которая позволяет системам автоматического монтажа компонентов калиброваться и правильно устанавливать элементы на плату при монтаже. Представляют собой небольшие окружности металла, не закрытые паяльной маской.3. Шелкография (Silkscreen) – это еще один слой, который наносится на плату при производстве. Шелкография это рисунки на плате, которые дают подсказки пользователю, идентифицируют компонент на плате по размещению или номиналу и другая информация.4. Медные полигоны (Copper fill) – участки меди, которые подключены электрически к земле или питанию, создание полигонов очень важная часть в проектировании ПП. Полигоны уменьшают шумы устройства, отводят лишнее тепло от мощных активных компонентов.
Результат
Вот ссылка на скан 3200 dpi (126 пикселей на 1 мм) платы с фоторезистом: скан 1.5Mb
Стабильно и без напрягов этим способом выходят дорожки от 0.15 и зазоры от 0.20. Мой ЛУТ способ дает такой же результат. Так в чем же преимущества? Их несколько:
- для действительно больших плат (больше 10х15 см) ЛУТ тяжеловат в применении
- меньше зазубрин на дорожках
- проще сделать размеры на плате такими же, какие они на фотошаблоне
Но ЛУТ дает больше точности на мелких деталях, как это не странно. Фотоспособ любит «съедать» мелкие штучки, а ЛУТ, наоборот, делает их пожирнее. Фотоспособ на самом деле немного муторнее, чем ЛУТ И список оборудования подлиннее, а так как у меня нет больших плат, то я, пока, с ЛУТом.
