Автор: Сергей Машин.

Рубрика: Читатель читателю.

Номер: №18 (01.11.2003).

Изготовление печатных плат

По понятным причинам, браться за доработку компьютера, можно лишь четко представляя себе негативные последствия неквалифицированного вмешательства в схему машины.

Не секрет, что для многих камнем преткновения становится изготовление печатной платы (п/п) под какое-то расширение, либо будущее устройство, и, именно на этой стадии все, как правило, заканчивается.

Поэтому я расскажу вам, опираясь на свой личный опыт, каким образом можно изготовить не особо сложную печатную плату в домашних условиях.

Этап 1. Разводка.

Советую поначалу разводить п/п вручную - на бумаге. Опыт будет бесценен.

Даже разведя плату в каком-нибудь PCade, вы обязательно заметите, что разведенная вами вручную версия лучше и удобнее для дальнейшего изготовления.

Кстати, есть специальная миллиметровка с шагом 2.5 мм. Так же понадобится хорошая стирательная резинка, дабы не протереть бумагу до дыр. Можно даже рисовать варианты в обычной тетрадке в клеточку.

Проводники на двухсторонних п/п как правило рисуются разными цветами. Главное не забыть, что одну из сторон уже на плате нужно рисовать зеркально!

Значительно упрощается разводка при наличии компьютерной программы, т.е. своеобразная замена карандашу и резинке. К сожалению, спектрумовские трассировщики я не использовал из-за отсутствия документации, поэтому пришлось использовать для Спектрума мощности PC. На нем прекрасно работает какой-то древний (его версия нигде не указана) Orcad - разводка строго вручную, что и требуется...

Достаточно сложные и компактные вещи, например, переходник с буферизацией Пентагон-1024 - CrossBoard, который описан мной в IzhNews #OD, я делал в ACCEL EDA, c последующей коррекцией для ручной разводки.

Изготовлять нужно несколько версий разводки, причем лучшей является версия с наименьшим количеством переходов со слоя на слой и перемычек. В дальнейшем, с приобретением опыта, вы научитесь вычислять неправильные варианты, даже не донеся их до бумаги.

Питающие проводники делайте более широкими от 1.5 мм (лучше 2 мм) и шире (особенно GND), чем сигнальные, cвободные места платы заполняйте «землей», избегайте острых углов в проводниках. Поначалу не стоит пропускать проводники между ножек микросхем.

На рисунке ВСЕГДА помечайте первый вывод микросхем (ключ) и полярность диодов и полярных конденсаторов. Нумерация выводов микросхем идет при виде сверху - против часовой стрелки, виде снизу - наоборот по часовой.

Если у вас двухсторонний фольгированный стеклотекстолит либо геттинакс, то советую делать даже самую простую плату двухсторонней - одна сторона для сигнальных проводников (нижняя), другая - для питающих (верхняя). Этим вы избежите длительного травления больших участков медной фольги и, соответственно, перетрава тонких сигнальных проводников, а так же улучшите помехозащищенность устройства.

Не забывайте про блокировочные конденсаторы номиналом 0.1-0.15 мкФ - лучше по одному на микросхему, выводы МАКСИМАЛЬНО короткие. Также не помешают входные конденсаторы по питанию - я их дергаю с писишных материнских плат - они там очень малогабаритные. К тому же у нас, например, 286-я, 386-я материнка стоит 10-20 рублей, а на ней логики и буферных м/схем - на все 150.

Итак, вы развели свою схему... Проверьте ее несколько раз. Поверьте, ошибки будут.

Этап 2. Подготовка к перенесению рисунка непосредственно на заготовку п/п.

Если вы рисовали на бумаге, то сделайте зеркальную копию обратной стороны на отдельном листочке (на свет или по отверстиям под выводы элементов, проколотых иглой) - это упростит вам перенесение рисунка на нижнюю сторону платы.

Если же пользовались компьютером, то распечатки обоих сторон в необходимом виде у вас уже должны быть.

Теперь можно приступать к изготовлению платы. Для этого из фольгированного стеклотекстолита вырезается заготовка печатной платы (ножовкой по металлу).

Затем наклеиваем на 4 или более шарика пластилина (либо липкой лентой, пластырем) бумажку с рисунком и ТОНКИМ керном намечаем отверстия под выводы элементов. Далее снимаем бумажку.

Этап 3. Сверление отверстий.

Если плата ОДНОСТОРОННЯЯ, то этот этап можно выполнять ПОСЛЕ травления.

Забудьте про дрель - только сверла поломаете и намучаетесь. Нам необходим небольшой, но мощный двгатель постоянного тока с цанговым зажимом. Все это можно приобрести в радиомагазине как в виде готового устройства, так и по отдельности (это дешевле). Цанги бывают под разный диаметр вала э/двигателя (от ~4 мм). Лучше, если двигатель на 9-12 вольт, тогда его можно запитать от 12-вольтного БП. Например, подойдет писишный БП.

Итак, сверлим намеченные отверстия.

Под микросхемы, кварцы - 0.8 мм;

Переходные отверстия - от 0.8 мм до 1.0 мм

Перемычки - 1.0 мм

Под диоды, резисторы, конденсаторы - от 1.0 мм до 1.5 мм в зависимости от номинала.

Технологические (крепежные) отверстия - 3 мм или более.

Не забудьте про технологические отверстия - они вам крайне пригодятся при травке.

Этап 4. Подготовка к нанесению рисунка на заготовку.

Берем шкурку-нулевку и аккуратно снимаем слой окисла с поверхности фольги, держа плату за торцы. При необходимости АККУРАТНО снимаем фаску с рваных краев отверстий, если они присутствуют. Но не увлекайтесь, иначе можете стереть тонкий слой фольги.

Мелким напильником снимаем заусеницы с краев платы и доводим нулевкой.

Не лапая руками, МЯГКОЙ кисточкой снимаем с поверхности результаты обработки и протираем растворителем, тем самым обезжириваем поверхность платы.

Этап 5. Нанесение рисунка на заготовку п/п.

Неплохо иметь или сваять самому из дерева/металла держатель п/п с возможностью поворота зажатой платы на 180 градусов с фиксацией в данном положении (дабы не повредить рисунок на одной стороне при рисовании второй). Гораздо менее удобно рисовать, держа плату на весу за торцы. Если вы заляпаете на этом этапе плату руками, то могут возникнуть проблемы с травлением.

Как показала практика, крайне удобно рисовать проводники перманентными маркерами. Продаются подобные маркеры во многих канцелярских магазинчиках. Как их выбирать?

У некоторых на корпусе ничего не написано, поэтому необходимо попросить у продавца коробочку из-под них. Сперва именно по надписям вы и будете вести отбор.

Вот некоторые из них и что они обозначают:

- For all materials - для всех материалов/поверхностей (либо эти поверхности перечисляются - металл, стекло, и т.п.);

- Water resistаnt, Water proof - водонерастворимый;

- Так же указывается температура сопротивления растворению - градусов 100-150 и т.д.

Для определения, подходит ли нам данный маркер и стоит ли его покупать делаем следующее: рисуем им на монетке или прямо на фольгированном текстолите несколько линий, ждем высыхания - секунд 20-30 и пытаемся стереть пальцем - если не стирается и не размазывается, то покупаем.

Надо иметь маркеры с диаметром стержня 0.6 мм (0.7 мм), 1 мм, 2 мм и большой - для зарисовки площадей под металлизацию (землю).

Хранят маркеры СТРОГО в горизонтальном положении, плотно закрытыми.

Дыбы вам было проще определиться, даю список маркеров, коими я успешно пользуюсь. Первые - самые лучшие.

1. Edding 404 - толщина линии = 0.75 мм

Edding 400 - толщина линии = 1.00 мм

Некоторые надписи на корпусе:

edding 404

PERMANENT MARKER

Water resistant on virtually all materials

refillable, rechargeable (перезаправляемый)

made in Germany

Корпус - белый. Колпачок - черный, на торце бумажная наклейка с буквами EF. Надписи - красные, синие. Цена: ~ 27.50 руб.

2. Centropen 2846 PERMANENT

Корпус черный, надпись белая, выдавленная. На коробке указана вся необходимая информация, которая станет критерием для покупки. Толщина линии = 1 мм. Цена: ~ 6-7 руб.

3. Fibracolor HI-TEXT PERNMANENT

Толщина линии = 1 мм. Корпус черный, надпись белая, в отличие от Centropen’а толщиной с обычный карандаш. Цена: ~ 7 руб.

4. EMTEC CD/DVD-PEN F

Корпус черный, с зеленой стеркой на конце, надпись золотая. На торце колпачка выдавлена буква F. Толщина линии = 1 мм. Цена: ~ 9-12 руб.

Не подходящие (нестойкие) маркеры:

1. Centropen HANDWRITER 2651 (корпус светло-зеленый)

2.Lineplus PERMANENT MARKER (цвет корпуса - цвет маркера)

paper+glass+plastic

Alcohol Based Ink

WATERPROOF

MADE IN KOREA

Ими сейчас завален весь рынок.

Рисовать маркерами следует сначала КОНТАКТНЫЕ ПЛОЩАДКИ вокруг ВСЕХ отверстий, кроме крепежных, вне зависимости будет там проводник или нет. Диаметр - 2-3 мм, в зависимости от наличия п/проводников между ними.

Затем начинают прорисовку непосредственно рисунка печатных проводников, соблюдая толщину для цепей питания (чем больше - тем лучше, в разумных пределах, конечно).

Рисуют без отрыва, не мазюкая, т.к. свежие чернила повреждают уже нарисованный и засохший слой, образуя фрагменты слабого покрытия, которое может нарушиться при травке и образовать протравы, которые крайне плохо облуживаются и обладают повышенным сопротивлением.

Последними наносят разные вспомогательные надписи - ключи м/схем, плюсы диодов и полярных конденсаторов, имена сигналов на входных/выходных разъемах, наименования м/схем и дискретных элементов. Поверьте на слово - это лишним не будет.

При рисовании второй стороны НЕЛЬЗЯ ложить плату уже готовой первой стороной на стол - нанесете на покрытие микроцарапины (и не только микро), в результате получите протравы и т.п.

Этап 6. Травление.

Готовим пластмассовую/стеклянную/фарфоровую неглубокую и широкую емкость (пример - фотографическая ванночка).

Готовим раствор хлорного железа - 100 грамм FeCl3 растворить в ~140 граммах кипяченой теплой воды, при соединении воды с хл. железом произойдет реакция. Для ускорения процесса травления раствор должен иметь температуру около 50-60 градусов.

В одно из крепежных отверстий (если вы не предусмотрели посередине короткой стороны технологического отверстия) просовываем не слишком мягкий провод В ИЗОЛЯЦИИ достаточной длины, и складываем его пополам, дабы концы были у вас в руке (мы ведь травим плату, а не жилы провода), можно скрутить его косичкой. Затем плату рисунком вверх, если плата односторонняя, помещаем в ванночку с раствором хлорного железа. Двухстороннюю плату сначала надо подготовить - в крепежные отверстия вставить деревянные/пластмассовые штырьки, которые предохранят рисунок нижней стороны от повреждения.

Можно просто не допускать касания нижней поверхности о дно емкости.

Начинаем за «хвост» из провода таскать заготовку вперед-назад, тем самым обеспечиваем постоянное поступление активного раствора к медной фольге. Через 10-40 минут (в зависимости от свежести раствора) вы получите готовую к употреблению печатную плату. Промываем п/п попеременно в горячей/холодной проточной воде. Затем смываем маркер растворителем и покрываем п/п раствором канифоли в денатурате (можно и в спирте). Все, плата готова. Можно начинать паять.

Этап 7. Монтаж навесных элементов.

Облуживаем сигнальные печатные проводники - паяльником 25-45 Вт, цепи питания - 60 Вт, металлизация - до 80 Вт.

Не перегревайте проводники и контактные площадки, т.к. это может вызвать отслаивание с последующими негативными последствиями.

Собираем и впаиваем необходимые перемычки и межсторонние переходы медными неизолированными проводками.

Промываем плату от остатков флюса денатуратом/растворителем. Сушим.

Далее НЕОБХОДИМО произвести прозвонку тестером и проверку соответствия полученного печатного монтажа схеме электрических соединений устройства, а так же наличие замыканий и обрывов. Только после устранения всех недочетов приступаем непосредственно к монтажу элементов.

Подсказка - у нас нет металлизации отверстий. Потому, если вы, к примеру, хотите поставить микросхемы в панельки, при наличии проводников на стороне монтажа м/схем, то придется поступить как в случае с переходными отверстиями. Т.е. просовываем одножильные тонкие медные проводки (жилы от многожильного провода) в монтажные отверстия и припаиваем концы проводка к проводнику (не к контактной площадке!) на стороне монтажа м/схем п/п, вставляем панельку на место, и паяемся к ноге и контактной площадке/проводнику на обратной стороне п/п. Так же стоит поступить и без панелей, если монажное отверстие для ноги микросхемы является одновременно и переходным.

Сначала производят механический монтаж элемента, затем пайку паяльником 25 Вт с тонким жалом. Не перегревайте выводы м/схем!

Итак, пайка закончена. Промываем плату от остатков флюса. Убеждаемся визуально или прозвонкой с помощью тестера в отсутствии замыканий, подключаем и используем.

Буду рад, если эта статья действительно кому-нибудь поможет.

Адрес для связи: 443004, г. Самара, ул. И. Егорова, д.4, кв.76, Машин Сергей Анатольевич.

P.S. Конечно, слышал о способе с лазерным принтером, но сам этого ни разу не делал. Виденная мной плата, выполненная таким способом, не выдерживала никакой критики по качеству печатных проводников (сплошной перетрав). Возможно, если придется разводить что-то глобальное, я займусь этим вопросом и сообщу вам о своих результатах.ма