Как сделать печатную плату дома

Для любого энтузиаста электроники изготовление печатных плат для электронного проекта может быть большим удовольствием. Печатная плата или печатная плата не только помогают создавать компактные схемы, но также гарантируют отказоустойчивую и более точную работу схемы.

В этом посте мы подробно изучаем пошаговый процесс изготовления небольших домашних печатных плат с минимальными усилиями и максимальной точностью.

Пошаговые процедуры своими руками

В основном это включает следующие важные шаги:

1. Нарезка ламината с медным покрытием до нужного размера.
2. Пробивка углублений для сверления отверстий для выводов компонентов согласно схеме.
3. Нанесите контактные площадки вокруг углублений с помощью устойчивой к травлению краски и соедините контактные площадки через дорожки с помощью краски с сопротивлением травлению.
4. Погружение окрашенной платы в раствор хлорида железа до тех пор, пока химическое вещество не разъедает открытую медь, оставляя окрашенные участки макета нетронутыми.
5. Сушка платы и очистка от протравленной краски с дорожек и контактных площадок.
6. Сверление отверстий на углублениях.
7. Полировка готовой доски мелкой наждачной бумагой.
8. Использование готовой печатной платы для сборки и пайки деталей.

Теперь давайте подробно обсудим описанные выше шаги. Первым шагом в производстве печатных плат будет приобретение необходимых ресурсов и предметов. Мы собираемся сосредоточиться на всех фундаментальных вещах.

Материалы, необходимые для изготовления печатной платы

Чтобы начать процесс, мы сначала соберем все жизненно важные ингредиенты или материалы, необходимые для изготовления печатной платы. Для производства потребуются следующие фундаментальные вещи

• Ламинат с медным покрытием
• Раствор хлорида железа
• Etch Resist Chemical или краска.
• Кисть или ручка для рисования
• Контейнер для травления печатной платы
• Сверлильный станок и сверло.
• Средство для удаления травок
• Мочалка, Кухонная бумага

Медная оболочка Ламинат

Самым основным элементом будет медная оболочка для изготовления одной только печатной платы, и вы найдете их множество.

Основной (изолирующий) материал, как правило, представляет собой стекловолокно или SRBP (листовая бумага на основе смолы), и последний, как правило, является более доступным вариантом.

Тем не менее, стекловолокно стало широко использоваться как коммерческими потребителями, так и потребителями для отдыха, поскольку оно имеет несколько положительных аспектов.

Во-первых, он более жесткий и по этой причине менее подвержен изгибам и поломкам, чем SRBP. Повышенная прочность также очень полезна для плат, на которых установлены тяжелые детали, например трансформаторы.

Дополнительным преимуществом является то, что стекловолокно является полупрозрачным и, таким образом, обычно позволяет нам видеть медные пути через верхнюю (компонентную) область платы, что часто имеет смысл при осмотре и поиске неисправностей.

При этом стандарт плат SRBP более чем удовлетворяет многим требованиям. Маркетинговые кампании обычно ссылаются на картон как 1 мм, 1,6 мм и т. Д., И это фактически относится к толщине основного материала.

Толщина доски

Естественно, более толстые (от 1,6 до 2 мм) платы имеют тенденцию быть более надежными по сравнению с более тонкими (около 1 мм) моделями, однако более тяжелые качественные платы имеют решающее значение только для больших печатных плат или там, где на плату, вероятно, будут установлены тяжелые детали.

В большинстве случаев толщина плиты не имеет большого значения.

Иногда медный ламинат, вероятно, будет выбираться как качество в одну унцию или, возможно, качество в две унции, что соответствует весу меди на одном квадратном футе плиты.

Большинство схем работают только с довольно низкими токами, и обычная доска на одну унцию это почти все, что нужно. На самом деле плата весом в одну унцию часто подходит даже для цепей с сильными токами.

Краска с защитой от травления

Основным методом изготовления печатной платы обычно является покрытие участков меди, которые необходимы на готовой плате, через травильный резист, а затем погружение платы в травитель, удаляющий нежелательные (непокрытые) участки меди. .

Затем снимается травильный резист, чтобы обнажить медные дорожки и контактные площадки.

В качестве резиста можно использовать любую краску, которая может удерживать травитель вдали от медного покрытия во время процесса травления.

Лично я предпочитаю использовать эмаль для ногтей или лак для ногтей, можно использовать любой дешевый бренд, и он отлично подойдет в качестве резиста к травлению.

Свойства Etch Resist

В профессиональном плане, вероятно, наиболее широко используемыми резистами являются водостойкие краски и чернила. Водорастворимые разновидности определенно непригодны для использования просто потому, что они растворяются и смываются в травильном растворе.

Краска или чернила, которые быстро сохнут, более предпочтительны, поскольку избавляют от необходимости долго ждать, прежде чем можно будет протравить доску.

В настоящее время даже самые простые печатные схемы имеют большое количество тонких медных дорожек на относительно компактной площади платы, и становится необходима кисть, способная создавать чрезвычайно тонкие линии.

Рисование макета дорожки

Простым решением было бы использовать изношенную ручку с волокнистым наконечником в виде кисти, что может помочь достичь выдающихся конечных результатов, хотя это может показаться не совсем изящным средством для решения проблемы. Более простой способ применения резиста - использовать одну из имеющихся в продаже ручек для резиста травления, которые можно легко купить у любого продавца электронных деталей.

С этим приложением должны работать любые ручки, в которых используются чернила на спиртовой основе и острый наконечник. Если вы не уверены, подходит ли ручка, вы можете легко вытянуть несколько следов на выброшенной медной ламинатной плате, а затем протравить доску, чтобы проверить, правильно ли чернила удерживают травитель.

Дополнительным типом резиста являются трансферы, устойчивые к истиранию которые доступны у нескольких продавцов компонентов и часто могут обеспечить действительно выдающиеся и специализированные результаты, как показано в следующем примере.

На самом деле вы можете обнаружить, что существует множество химикатов, которые можно использовать в качестве травителя, но большинство из них по той или иной причине опасны и вряд ли подходят для досок домашнего изготовления.

Офорт

Травитель - это химическое вещество, которое вступает в реакцию с обнаженной медной частью медного ламината и отрывает ее от платы. Он используется для удаления медных участков на плате, которые не окрашены травильным резистом, а также участков, которые не влияют на компоновку дорожек и контактные площадки.

Травителем, обычно используемым для изготовления плит в домашних условиях, является хлорид железа, и хотя он менее опасен по сравнению с большинством других вариантов, тем не менее, это химическое вещество, которое следует применять с осторожностью.

Следовательно, его всегда следует быстро смывать проточной водой из-под крана на случай, если вы пролили воду на кожу. Убедитесь, что вы не храните хлорид железа в металлических контейнерах, поскольку это химическое вещество реагирует с металлами, делает металл пористым и вызывает утечки.

Поскольку хлорид железа токсичен (и в ходе многих применений постепенно превращается в хлорид меди, который также чрезвычайно ядовит), его, очевидно, следует хранить вдали от пищевых продуктов, посуды и т. Д.

Типы хлорида железа

Хлорид железа может быть получен в различных формах. Вероятно, самый удобный тип - это готовый к использованию раствор химического вещества. Многие поставщики компонентов продают его в такой жидкой форме, как правило, в емкостях объемом 250 мл и в концентрированной форме.

Вы должны немного разбавить его перед использованием в соответствии с указаниями на бутылке. Для этого может не потребоваться большое разбавление, и бутылка 250 мл обычно позволяет только 500 мл или литр после разбавления ее водой.

Некоторые компании могут поставлять хлорид железа в виде кристаллов, иногда также известных как «порода хлористого железа». Этот ярлык очень подходит, поскольку в таком виде он определенно выглядит как кусочки желтого камня, а не как крошечные красивые кристаллы, которые в значительной степени твердые.

В этом типе хлорид железа обычно доступен в упаковках по 500 г, что достаточно для производства одного литра травильного раствора.

Вы также можете получить это в более крупных упаковках, но поскольку 500 г достаточно, чтобы протравить очень большое количество досок обычного размера, и они могут легко пережить даже прилежный конструктор в течение очень долгого времени, то, скорее всего, вообще не стоит получать больше, чем упаковка в 500 г.

Как создать раствор хлорида железа

В частности, в кристаллическом состоянии хлорид железа не растворяется легко, однако при постоянном перемешивании он может рано или поздно полностью разрушиться, а при постоянном перемешивании может довольно быстро расплавиться.

И последнее, но не менее важное: хлорид железа можно получить в безводной форме, что в основном означает, что это настоящий хлорид железа практически без воды. Он будет иметь небольшую долю воды в кристаллической форме в качестве побочного материала.

Что на самом деле является причиной того, что с этим типом хлорида железа так сложно работать, так это из-за теплового эффекта, возникающего при его смешивании с водой. Даже если вы начнете с охлажденной воды, она может быстро нагреться до уровня, при котором емкость станет очень теплой на ощупь, что создает опасность плавления пластиковых емкостей.

Еще одна проблема заключается в том, чтобы химикат адекватно растворялся и создавал приличный состав для травления. По какой-то причине вы можете столкнуться с большим количеством химического вещества, которое никогда не разрушится, а также с раствором, который выглядит как хлорид железа, но имеет очень небольшой потенциал травления.

Вот почему необходимо использовать прохладную воду (в идеале охлажденную или со льдом). Кроме того, возможно, что там может быть небольшое количество химического вещества, которое не будет плавиться, которое можно либо отфильтровать из жидкости, либо, поскольку оно не препятствует травлению, его можно просто оставить в растворе.

Размер сверла

Следующим важным ингредиентом для изготовления печатной платы в домашних условиях является сверло, которое требуется для сверления отверстий на печатной плате для выводов компонентов.

Типичный диаметр выводных отверстий для компонентов составляет 1 мм, хотя для ряда компонентов, таких как предварительно установленные резисторы, большие электролитические конденсаторы и т. Д., Требуется немного большего диаметра. Для таких компонентов подходит отверстие диаметром около 1,4 мм.

Обычно рекомендуется использовать полупроводники и ряд других компонентов с более тонкими выводами диаметром менее 1 мм. Для этих компонентов приемлемый диаметр 0,7 мм или 0,8 мм.

Если у вас есть доступ к высококачественным сверлам, они должны быть довольно прочными.

Однако сверла диаметром от 0,7 до 1,4 мм могут оказаться довольно слабыми, и с ними следует обращаться относительно осторожно.

Если они поддерживаются с направленным вниз вертикальным давлением, это может быть нормально, но если ориентация не поддерживается под прямым углом к ​​доске, правильное отверстие не будет создано, что вполне возможно, что сверло сломается надвое.

По этой причине вы должны проявлять осторожность при сверлении отверстий с помощью таких сверл, и желательно использовать станок с регулируемой подставкой, как показано ниже.

До сих пор мы обсуждали ключевые моменты, которые необходимы при создании печатной платы, и могут быть некоторые другие вероятности и цели, которые могут оказаться важными.

Однако это, как правило, простые предметы домашнего обихода, и они будут раскрыты по мере того, как мы продвинемся в процессе травления. Вы найдете множество различных методов изготовления печатной платы.

Несмотря на то, что все они принципиально идентичны, а основные отличия - это просто последовательность, в которой выполняются различные меры по пути.

Таким образом, мы собираемся начать с рассмотрения одного подхода к производству платы, после чего мы объясним несколько альтернативных методов.

Начало работы с изготовлением печатных плат

Самым первым шагом будет свериться с книгой или журналом, где представлена ​​печатная схема, чтобы получить правильные размеры платы.

Обычно у вас может быть принципиальная электрическая схема, схема наложения компонентов и рисунок дорожки печатной платы воспроизводится в натуральную величину, как показано на следующих 3 рисунках соответственно.

Размер печатной схемы должен быть указан в тексте или на схеме, однако во многих случаях потребуется учитывать пропорции через рисунок медных дорожек реального размера.

Отметьте границу готовой платы на медной стороне ламинатной платы, затем протяните дополнительный набор линий примерно на 2 мм или около того на внешней стороне предыдущей отметки.

Осторожно обрезая эти контуры, вы сможете создать секцию доски с приличной точностью и прямыми краями с минимумом проблем.

Боковые стороны доски можно выровнять с помощью небольшого плоского напильника и стекловолоконной плиты, которая устраняет абразивные концы, которые могут быть нежелательными.

Имейте в виду, что маркировка должна быть сделана на медной стороне платы и распилена с той же стороны, чтобы предотвратить отслаивание меди во время резки платы. Поэтому убедитесь, что вы режете или просверливаете плату всегда со стороны меди, а не со стороны ламината.

Следующим шагом будет рисование положений отверстий для компонентов и, где это возможно, установочных отверстий для монтажа платы.

Самый быстрый способ сделать это - закрепить схематический рисунок над платой на медной дорожке, точно выровняв рисунок и края платы.

Затем осторожно и аккуратно отметьте схемой на плате с помощью брадила или подобного остроконечного инструмента, пробив небольшие углубления в меди.

Не обязательно делать отметки на доске, пробивая их острым инструментом, и альтернативный способ - просто выровнять и наклеить рисунок на доску с помощью виолончельной ленты, а затем просверлить рисунок, который теперь сам действует как маркеры для сверления.

Покраска дорожек Etch Resist

После того, как доска обрезана по размеру и просверлены все отверстия, следующая задача - покрасить доску травильным резистом. В основном это включает в себя как можно тщательную очистку доски.

На рынке можно найти специальные чистящие блоки, которые, по-видимому, работают довольно хорошо. На медных ламинатных платах обычно может образовываться оксид и коррозия на поверхности меди, и очень важно удалить это, иначе это может помешать правильному травлению платы.

Следовательно, рекомендуется использовать достаточно мощное чистящее средство, которое полностью удалит все оксиды, грязь и коррозию с поверхности меди.

После того, как доска была тщательно вымыта и медный слой стал блестеть, ополосните доску теплой водой, чтобы избавиться от остатков моющего средства или маслянистых ингредиентов. На этом этапе не прикасайтесь к медной поверхности, иначе это может привести к появлению жирных следов от пальцев и замедлению процесса травления.

Затем возьмите стойкую к травлению краску и протяните медные прокладки вокруг отверстий, просверленных для выводов компонентов.

После того, как контактные площадки нанесены травильным резистом, пора покрасить медные дорожки, чтобы они соединили контактные площадки в соответствии с схемой. При этом всегда держите руки подальше от медной поверхности. Начните с одного края доски и продолжайте систематически к другому краю вместо того, чтобы делать это случайным образом (что может привести к ошибкам).

Для сложных конструкций печатных плат

Некоторые современные конструкции печатных схем могут быть чрезвычайно сложными и их сложно воспроизвести.

При разработке платы такого типа рекомендуется работать с резистивным пером с печатной схемой (или подходящей альтернативой) с еще более тонким пером. В местах, где может быть много узких, плотно расположенных параллельных дорожек, вы должны воспользоваться линейкой, чтобы нарисовать тонкие прямые линии.

Если вы видите, что дорожки или контактные площадки сливаются друг с другом, подождите, пока резист высохнет, а затем воспользуйтесь циркулем или другим острым концом, чтобы соскрести лишнее перекрывающееся сопротивление.

Как только резист высохнет и печатная плата будет проверена, следующая задача - погрузить плату в раствор травителя до тех пор, пока не будет удалена вся обнаженная медь.

Как происходит травление печатной платы

По сути, в процессе травления происходит то, что медь занимает место железа в хлористом железе, образуя хлорид меди, в то время как железо осаждается.

Вначале процесс травления происходит довольно быстро и может занять всего несколько минут, но по мере того, как хлорид железа постепенно превращается в хлорид меди, действие травления постепенно становится вялым, и после травления нескольких плат можно заметить, что время травления довольно велико. длительное время или вообще не достигается.

В этом случае травитель необходимо заменить новой партией раствора хлорида железа. Как вы заметите, хлорид железа имеет красно-желтый цвет, а хлорид меди - синий, поэтому, когда вы обнаружите, что раствор для травления постепенно становится более зеленоватым, это будет означать, что химическое вещество приближается к концу своего срока службы.

При травлении платы дома в небольшой посуде убедитесь, что медная сторона платы обращена вверх, и процесс выполняется в неметаллической посуде подходящего размера.

Вы можете добавить сверху приличную крышку и периодически снимать крышку, чтобы проверять результат, пока не закончится травление. Основная проблема этого метода заключается в том, что слой хлорида железа и меди имеет тенденцию образовываться на поверхности платы, что может значительно увеличить время травления. Этому можно противодействовать, время от времени осторожно покачивая чашку, чтобы сместить этот слой, чтобы ускорить травление.

Использование специальных емкостей для травления

На самом деле вам может показаться довольно легко установить контейнер, чтобы печатная плата находилась близко к вертикальному положению, при этом медная сторона платы была обращена вниз.

В этой ситуации процесс травления происходит очень быстро, поскольку осадок железа не может образовывать слой и имеет тенденцию падать вниз от доски. Это гарантирует, что травление не будет затруднено. Тем не менее, периодическое взбалтывание платы и травителя может помочь удалить любое небольшое подавляющее покрытие, которое может образоваться, что сделает травление еще более быстрым.

На рисунке выше показано несколько простых вариантов достижения этой цели. На рисунке (а) используется изогнутая тарелка, которая гарантирует, что плита удерживается на месте по четырем углам и не соприкасается с тарелкой в ​​каких-либо других точках.

Методика, продемонстрированная в (b), является хорошим выбором для больших печатных плат, которые могут потребовать довольно большой тарелки для выполнения процедуры. Емкость должна быть достаточно большой, подойдет все, что угодно, похожее на классическую банку для растворимого кофе.

Вероятно, потребуется много травителя, чтобы практически заполнить банку. Поначалу это может показаться немного дорогим, но протравливатель определенно прослужит пропорционально больше времени по сравнению с меньшим количеством.

В качестве альтернативы меньшее количество травителя можно разбавить большим количеством воды, но это может значительно замедлить травление и не рекомендуется.

Для существенно больших плат единственный функциональный метод травления платы может заключаться в использовании большой плоской тарелки (например, фотографической тарелки) медной стороной вверх. Для сокращения времени травления можно использовать частое перемешивание.

Травление будет происходить быстрее на тех участках, где есть меньшие области открытой меди, и займет намного больше времени на участках платы, где есть относительно более широкие области открытой меди. Травление также происходит быстрее по периметру доски.

Выше показан метод, который обычно работает более эффективно и намного проще на практике. Здесь по всей длине блюда с противоположных сторон укладывают пару деревянных или пластиковых прутьев. Они относительно длиннее, чем блюдо, чтобы они могли лежать сверху. Затем доску подвешивают на стержнях, поддерживаемых парой кусков проволоки, по одной на каждом конце доски.

Для лучшего понимания на рисунке показан только один провод. Если используется медный провод, убедитесь, что это суперэмалированный медный провод толщиной 18 SWG. Проволока прикрепляется к стержням, просто повернув концы на диаметр стержня один или два раза.

После окончания травления

Когда травление будет завершено, вы должны тщательно осмотреть плату, чтобы убедиться, что на ней не осталось открытых медных карманов, и поискать части платы, где медные дорожки и контактные площадки близко нарисованы (например, группы контактных площадок IC). .

Убедившись, что травление полностью завершено, держите доску вертикально над раствором для травления на некоторое время, чтобы капающий травитель вытек с доски, а затем протрите доску куском папиросной бумаги или тряпки.

Кроме того, это мудрое решение - держать рядом кусок кухонной бумаги на протяжении всего процесса травления, чтобы при необходимости можно было стереть остатки раствора для травления с пинцета или перчаток. Затем плату необходимо тщательно промыть в воде, чтобы смыть остатки раствора для травления.

Удаление резиста

Наконец, в конце необходимо устранить прилипание резиста к меди, которое в противном случае могло бы серьезно затруднить процесс пайки медных контактных площадок. Вы можете приобрести любую стандартную жидкость для удаления резиста, и она может быть в виде легкого спирта, который разрушает большинство красок и чернил.

Также возможно получить полировальные блоки для печатных схем, которые также хорошо подходят для чистки резиста. Еще один способ - попробовать использовать губку для чистки или порошок, и это, по сути, одно из самых простых действий при производстве печатных схем, которое, безусловно, не должно вызывать никаких проблем.

Чтобы обеспечить окончательную сборку компонентов на готовой печатной плате с идеальной пайкой и абсолютно без «сухих» стыков, медные дорожки и контактные площадки должны быть отполированы до глянцевой поверхности, прежде чем можно будет фактически начинать пайку компонентов.

К тебе

Как объяснялось выше, очевидно, что изготовление печатной платы в домашних условиях выглядит довольно просто, и создание выдающихся печатных плат профессионального уровня с использованием готовых материалов DIY с рынка занимает всего несколько часов. Тем не менее, процесс может потребовать некоторой осторожности и точности для достижения желаемых результатов, чтобы намеченный проект схемы был успешно выполнен.

Если у вас есть какие-либо сомнения по теме, сообщите нам об этом в комментариях ниже, мы будем очень рады помочь!