15 сент. 2011 г.

Делаем двухслойные печатные платы дома

Возможно, читатели моего блога спросят: "Зачем еще одна статья про изготовление двухслойных печатных плат, когда интернет ими практически полностью завален?". Отвечаю - для достижения приемлемого результата мне пришлось компилировать советы из многих статей и я хочу описать свой оригинальный опыт здесь - может быть он кому-нибудь пригодится. Также я пишу для себя, на случай если я забуду тот или иной этап "технологического процесса".

Подготовка перед печатью

Для начала, нужно залить вашу двухслойную плату полигоном. Это нужно для того, чтобы свежий, теплый и концентрированный раствор хлорного железа травил только то, что нам нужно - промежутки между дорожками, а не растрачивался зря на пустые области.
Для разработки печатных плат я использую Altium Designer, поэтому последующие советы будут ориентированы на него.
Моя исходная печатная плата, до заливки ее полигоном выглядела вот так:

Вначале, если вы не джедай лазерно-утюжно технологии, задайте расстояние между полигоном и дорожками. Новое правило создается через Design->Rule Wizard, где нужно указать:
  1. Name и Comment - пишете сюда что душе угодно
  2. Rule Type - указываем Electrical->Clearance Constraint
Остальные управляющие элементы диалога можно и не трогать.
После создания правила, нужно его настроить и указать требуемое нам минимальное расстояние. Идем в Design->Rules, находим наше правило и ставим:
  • в качестве "first object matches" - All
  • в качестве "second object matches" - IsRegion. Для этого в Query Builder в поле Condition Type ставим "Object Kind is", а в поле Condition Value - "PolyRegion":
  • наконец, в основном окне выставляем требуемое нам расстояние между полигоном и дорожками:
Теперь, идем рисовать полигон - Place->Polygon Pour..., где задаем тип полигона по своему вкусу и подключаем его к какой-нибудь цепи (лучше всего к GND).

Инструментом тыкаем в четыре угла нашей платы на слоях Top Layer и Bottom Layer. Результат:
Top Layer





Bottom Layer



Печать

Для печати я использую файл типа Print.OutJob, в котором можно настраивать параметры вывода в широчайших пределах.
Вначале добавим две копии нашей платы в Documentation Outputs - одну для лицевой стороны, другую для противоположной. Настройки для верхней стороны должны быть как на приведенном скриншоте:

Для другой стороны используем такие же настройки, только зададим печать BottomLayer'а и отключим зеркальное отражение.
Для обоих заданий в пункте контекстного меню "Page Setup" сделаем следующие настройки:
Теперь можно отправить рисунки дорожек на печать (Hard Cory) или сделать PDF (Output Containers).
Для печати рекомендую глянцевую фотобумагу Lomond. Плотность бумаги рассчитывайте исходя из возможностей вашего принтера, я использую бумагу с плотностью 130 грамм/кв. метр. Печатать следует на глянцевой стороне.
Перед печатью следует отключить режим экономии тонера и включить все те настройки, что помогут сделать отпечаток как можно темнее и насыщеннее.
С полученными отпечатками следует обращаться как можно более осторожно, стараясь не сгибать лист на нарисованных дорожках и не касаться дорожек руками.

Подготовка шаблона

От распечатанных рисунков отрежем ненужные куски бумаги сверху и снизу, так чтобы получились продолговатые полоски:

Затем, приложим эти листы рисунками друг к другу и, глядя на  просвет, совместим дырки и переходные отверстия. Закрепим результат канцелярскими зажимами:

Проверим еще раз, совмещаются ли отверстия, и простеплеруем концы у листов для окончательного закрепления результата:

Все, шаблон для ЛУТа готов, отложим пока его в сторону.

Подготовка печатной платы

Купленный кусок текстолита нужно сначала хорошо зашкурить мелкой шкуркой с двух сторон, чтобы медь блестела и не было никакой грязи.
Зашкуренная и блестящая плата
Затем плату нужно помыть, вытереть и обезжирить. Для обезжиривания я использую нашатырный спирт. Плату после обезжиривания не следует трогать руками и держать только за торцы.
Теперь можно взять наш шаблон и вложить в него плату. Получившийся "бутерброд" нужно положить между двумя сложенными листами, которые будут "защитной" прослойкой между шаблоном и утюгом.

Перенос рисунка на плату методом ЛУТ

Для переноса рисунка нам потребуется утюг и вязальная спица. Разогреем утюг до максимальной температуры и для обеих сторон "бутерброда" из "защитных" листов, шаблона и платы выполним следующие действия:
  1. Хорошенько и с нажимом прогладим утюгом "бутерброд".
  2. С нажимом прогладим носиком утюга ту часть "защитного" листа, под которым лежит плата, не пропуская ни миллиметра.
  3. Повторим пункты 1,2 еще раз.
  4. Повторим пункт 1.
  5. Возьмем вязальную спицу и несколько раз прокатаем ее утюгом по листу.
  6. Еще раз прогладим "бутерброд" утюгом.
Теперь нужно охладить раскаленный "бутерброд", стараясь не допустить образования на нем пузырей. Для этого положим его между страницами большой и толстой книги, а сверху придавим грузом. Остывать вся конструкция будет около 15-20 минут.
По окончании процесса, от "бутерброда" нужно отрезать концы со скобами степлера и погрузить его в воду, пусть отмокает. Процесс этот не быстрый и лучше не торопиться. Через 20-30 минут следует аккуратно потереть подушечкой пальца обе стороны заготовки, не вынимая ее из воды, чтобы скатать самый верхний, плотный слой бумаги.
Когда бумага шаблона окончательно размокнет можно ее скатывать. Делать это лучше всего под струей воды, нежно водя по плате подушечкой пальца. Торопиться здесь некуда.
Скатывать бумагу до конца нет необходимости, достаточно убрать белый слой бумаги, чтобы рисунок на мокрой плате виднелся четко и отчетливо.
Плата после скатывания бумаги

Травление рисунка

Платы я травлю старым и проверенным способом - в растворе хлорного железа. Этот раствор весьма едкий и плохо отмывается, поэтому следующие действия я рекомендую проводить в защитных перчатках.
В керамической миске, наполненной горячей водой, нужно развести хлорное железо в такой  пропорции, чтобы раствор был практически непрозрачный, цвета крепко заваренного чая. Лучше всего травить сразу обе стороны платы, поставив ее торцом или под углом ко дну блюдца. Каждые пять-десять минут нужно перемешивать раствор и поворачивать плату другим боком для равномерного травления.
Замечу, что не скатанная нами на предыдущем шаге бумага может окраситься под цвет меди и будет не понятно - протравились ли дорожки под ней или нет. Когда основная масса дорожек протравится, следует потереть пальцем в перчатке такие места - бумага слезет и будет видно состояние промежутков между дорожками под ней.
Протравленная плата
Когда вся плата протравится, нужно вымыть ее водой и стереть уже ненужный  слой тонера. Стирать тонер следует каким-нибудь растворителем - я использую ацетон - бензин и спирт тонер не берут. Энергичными движениями водим ватой, смоченной ацетоном, по плате, стирая и тонер и оставшуюся на нем бумагу.
После стирания тонера

Лужение

Чем и как лудить плату - зависит от личных предпочтений. Я, например, сейчас тренируюсь лудить сплавом Розе по вот этому мануалу: http://www.getchip.net/posts/034-luzhenie-pechatnojj-platy-splavom-roze/. Результат пока-что получается отвратительный - на одну сторону уходит более чем одна гранула сплава, поверхность платы получается неровная, некоторые дорожки попросту сливаются друг с другом во время лужения и их приходится разделять паяльником.
Залуженная плата

Пара замечаний по самому процессу лужения:
  • Плата должна лежать в миске еще до кипения воды - это нужно, чтобы она успела нагреться до 100 градусов и сплав спокойно по ней размазывался.
  • Лучше всего использовать большую посуду, в которую плата поместится целиком.
  • Гранулу сплава можно класть пинцетом сверху на плату и сразу же размазывать, насколько ее хватит.
  • При лужении следует большое внимание уделять краям - лучше всего покрыть их сплавом Розе в первую очередь.
UPD: Плата плохо залудилась, поскольку я использовал слишком много кислоты. На одну металлическую суповую миску нужна всего половина чайной ложки лимонной кислоты, даже чуть меньше. И плата спокойно лудится, результат получается ровный и блестящий.

Еще, можно травить платы персульфатом аммония. Преимущества - нет грязи, медь стравливается быстрее, чем с хлорным железом (в среднем, результат достигается за 15-20 минут). Недостатки - нужно точно отмерять дозу (1 аммония к 2 воды) и поддерживать температуру в емкости не менее 40 градусов, иначе процесс травления намертво останавливается. Еще нужно полностью удалить бумагу шаблона с протравливаемых мест - раствор не может действовать сквозь нее. Делать это можно несколько запачканной изолентой (чтобы не снять и дорожки вместе с бумагой).
В Петербурге, персульфат аммония продается в "Чип и Дипе" и стоит дешевле чем хлорное железо - 160 рублей за 250 грамм.

11 комментариев:

  1. Василий Милин15 сент. 2011 г., 19:06:00

    Спасибо за хорошую идею о совмещении слоёв! Надо будет так тоже попробовать. Еще хорошо выходит, если диаметр всех отверстий сделать меньше нужного - например все по 0.5 мм, тогда при сверении нужным диаметром контактная площадка всегда окажется у края отверстия даже если немного лишнего подтравится.

    ОтветитьУдалить
  2. >>Каждые пять-десять нужно перемешивать раствор и поворачивать плату другим боком для равномерного травления.

    пять-десять чего?=) минут же?

    ОтветитьУдалить
  3. Спасибо, поправил "опечатку". Действительно, раствор нужно перемешивать каждые 5-10 минут =).

    ОтветитьУдалить
  4. как у тебя альтиум на вайне поживает?

    ОтветитьУдалить
  5. Нуу, скажем так - по формлению окошек и элементов интерфейса можно догадаться, что это не вайн =)

    ОтветитьУдалить
  6. телепаты в отпуске...
    ты поставил винду?

    ОтветитьУдалить
  7. О да, и что самое интересное - она мне нравится. Сканер отпечатков пальцев работает нормально, а не через раз; двухмониторная конфигурация заводится с полпинка; графические эффекты не тормозят; ноутбук не пытается взлететь при помощи кулера ну и так далее...

    ОтветитьУдалить
  8. *ищет свою отвалившуюся челюсть*
    и поставил ты ее с тех пор, как название этого блога изменилось с дракона-линуксоида?

    ОтветитьУдалить
  9. Не, все наоборот. Замечу, что "пикирующий дракон", отнюдь не означает "падающий вниз дракон". =)

    ОтветитьУдалить
  10. Почему статья называется двухслойные печатные платы когда речь идет о двухсторонней?

    ОтветитьУдалить
  11. Честно говоря, не вижу принципиальной разницы - у платы два слоя: Top Layer и Bottom Layer - следовательно плата двухслойная. По-моему, это равнозначные понятия - что двухсторонняя, что двухслойная печатная плата, по-крайней мере я нигде не встречал четкого разграничения этих двух понятий.

    ОтветитьУдалить