Лазерно-утюжная технология изготовления печатных плат

Сравнение различных технологий изготовления печатных плат в домашних условиях и описание лазерно-утюжной технологии нанесения рисунка дорожек для последующего травления печатной платы

Здесь я хочу поделиться лазерно-утюжной технологией (ЛУТ) изготовления печатных плат, которой сам пользуюсь года с 2003 и всем другим советую. Она уже много где описана, но раз уж вы забрели на мой сайт, сможете прочитать прямо здесь, никуда больше не ходя. Но сначала хочу привести табличку-сравнение различных технологий изготовления плат.

Как видно из таблицы, ЛУТ является оптимальным из перечисленных вариантов по соотношению "сложность/качество". Рассмотрим эту технологию в деталях.

Этап 1. Рисуем плату. Можно пользоваться специальными программами, которые автоматически разводят плату по принципиальной схеме, например PCAD. Раньше, для схем в 10-20 элементов я пользовался векторными графическими редакторами (например, бесплатным Inkscape), в следующем абзаце пара слов для тех, кому нужно что-то быстро сделать, а осваивать PCAD пока не хочется.

Ставим сетку 2,54 мм (0,1 дюйма) – это шаг между ногами микросхем и вполне хватает на большинство деталей (если размещать резисторы и диоды стоя, между их ногами будет как раз такой шаг). Рисовать удобнее со стороны деталей, при этом схема получается более наглядной, а при печати изображение дорожек не надо переворачивать. Удобно сделать отдельные слои для печатных проводников и для изображения деталей (можно включить/выключить при просмотре и печати). Дорожки рисуются линией 2pt, площадки под выводы кольцами 0,7/1,5-2,0 мм, под провода 1,25/2,5-3,0 мм (внутренний/внешний диаметр). После окончательной компоновки деталей и разводки платы удобно обвести ее по контуру с припуском 0,5-1 мм линией 1pt на слое проводников, для обрезки (особенно актуально для плат со сложным контуром). Также обозначаем на слое проводников отверстия для крепления и другие технологические метки.

Внимание: перед тем, как что-то делать дальше, обязательно дважды проверьте разводку проводников (особенно, если делали не в специализированной программе, а в графическом редакторе) и нужно ли отразить изображение перед печатью. Общее правило такое: если на рисунке печатные проводники (неважно какого слоя) видны со своей стороны платы, перед печатью изображение НУЖНО отразить (неважно, от горизонтали или вертикали, главное один раз). Если же проводники видны «сквозь плату» (например, рисуем проводники с обратной стороны платы, а смотрим со стороны деталей), то отражать рисунок НЕ ТРЕБУЕТСЯ. Если сомневаетесь, распечатайте изображение каждого слоя (это, кстати, рекомендуется делать и для проверки разводки) и прикиньте необходимость отражения "вживую". Только помните, что один раз изображение отразится при переносе с бумаги на текстолит.

Этап 2. Из стеклотекстолита вырезается заготовка платы с припуском не меньше 5 мм. Затем сторону, на которой будут проводники, тщательно зашкуриваем "нулевкой", пока вся поверхность не покроется мелкими царапинами, приобретя золотистый цвет неокисленной меди. После этого обезжириваем всю поверхность спиртом и даем последнему полностью испариться. Сами же в это время переходим к следующему шагу...

Этап 3. Берется лазерный принтер и печатается рисунок дорожек на очень тонкой мелованной бумаге. При печати не забудьте оставить края примерно в половину соответствующего размера платы (слева и справа – половину ширины, сверху и снизу – высоты). Я использую HP LaserJet 1010 с максимальной "чернотой" (отключить экономный режим, максимальная насыщенность) и бумагу из журналов "Недвижимость и цены ". У нее кроме очень маленькой толщины есть особенность застревать в принтере перед печкой, поэтому после вытаскивания листа мы получаем незакрепленное изображение. Но если ваша бумага печку прошла, должно получиться не хуже. Хотя если делать платы приходится часто, может имеет смысл сделать возможность отключения печки у вашего принтера :). Другой вариант бумаги, тоже работает не хуже – глянцевая бумага (завалялась пачка с 80-х годов), только не знаю, продается ли она сейчас.

Этап 4. Полученную распечатку кладем на стол изображением вверх. Готовим полоски скотча шириной сантиметр-два и длиной в зависимости от размеров платы. Накладываем заготовку платы на бумагу подготовленной стороной к изображению и заворачиваем края бумаги, фиксируя бумагу приготовленными полосками скотча. Бумага должны быть слегка натянутой, чтобы плата не могла сместиться внутри получившейся обертки. После этого заворачиваем весь "бутерброд" еще одним листом обычной бумаги (в один слой). Теперь берется обычный утюг, включенный на максимальную температуру (можно было прогреть его заранее :) и ставится на завернутую в бумагу плату со стороны рисунка. Плата прогревается 20-30 сек. под собственной тяжестью утюга, после чего утюг несколько раз с нажимом проводится по поверхности платы. Для маленьких плат и незакрепленного изображения (см. выше про мою бумагу) достаточно 4-6 раз с не очень сильным нажимом (не всем весом). При сильном нажиме тонер может поползти и соседние дорожки слипнутся, при слабом – не приклеиться.

Этап 5. После остывания снимаем внешнюю бумагу и срезаем бумагу с обратной стороны платы. Затем кидаем плату с прилипшей бумагой в горячую (градусов 40-50, т.е. терпимо горячая на ощупь) воду и ждем, пока бумага не размокнет. Когда это произойдет, бумагу можно будет отделить от платы, а тонер останется, надежно припеченный к плате (пальцем не отскребешь). Пальцем под водой скатываем остатки бумаги. Плата сушится (без дополнительного подогрева, чтобы тонер не начал отходить), после чего вооружаемся лупой и просматриваем дефекты. Можно аккуратно промокнуть плату туалетной бумагой, чтобы ускорить процесс сушки. При правильно проделанных предыдущих шагах наиболее часто встречающийся дефект – не до конца удаленная бумага, что при травлении может привести к замыканию проводников. Бумагу удаляем острым предметом: шилом, иглой, кончиком ножа. При обратной проблеме – отсутствии проводников там, где они должны быть, можно подправить рисунок лаком или несмываемым маркером (нужно заранее испытать маркер чтобы убедиться в его стойкости).

Этап 6. Травим плату в хлорном железе. Раствор лучше подогреть до тех же 40-50 градусов, правда он все равно остывает быстрее, чем травится плата. Может быть раствор уже подсевший. Основная проблема при травлении – плата должна лежать рисунком вниз (чтобы продукты реакции опускались на дно, а не лежали на плате), но при этом нужно обеспечить доступ раствора. Я решаю эту проблему приклеиванием к краям (тот самый припуск) спички, а если плата большая можно просверлить отверстия и вставить в них пластиковые (не металлические!) стойки для материнских плат. Или те же спички. После того, как рисунок полностью протравится, плату вынимают, заклеивают сторону с рисунком скотчем, чтобы избежать дальнейшего подтравливания дорожек, после чего переворачивают и стравливают фольгу со стороны деталей. Можно травить платы и в вертикальном положении, например в узком стакане, тогда описанных сложностей можно избежать, но труднее обеспечить равномерность травления.

Этап 7. Смываем тонер, например, уайт-спиритом, затем сверлим отверстия, вырезаем плату по требуемому контуру, покрываем канифольным лаком, облуживаем контактные площадки. Дальше монтаж деталей и все остальное, как обычно.

Замечание про двухсторонние платы. Для изготовления такой платы вам потребуется: зашкуренная и обезжиренная двусторонняя заготовка, две распечатанных картинки с изображениями проводников, несколько тонких иголок. Основная задача – совместить изображения обоих сторон. Для этого на обоих сторонах размечают несколько технологических (например, крепежных) отверстий в разных концах платы. Затем прикладываем одно из изображений к плате рисунком наружу, фиксируем его каким-либо образом относительно платы (только не клейте к обратной стороне – на нее еще рисунок переносить!) и керним вышеупомянутые техотверстия. Снимаем рисунок, сверлим отверстия в плате и прокалываем их же на обоих рисунках. Теперь вставляем в отверстия на плате иголки и надеваем листы с изображениями сторон на эти иголки, каждый со своей стороны рисунком к плате и фиксируем весь полученный "бутерброд". Затем иголки вынимаем, греем, как обычно, утюгом, только греть уже нужно с обоих сторон (со второй прогревать меньше, т.к. плата уже прогрелась, но проглаживать так же), отмачиваем, травим и т.д. Главное, на что обратить внимание – точно намечать отверстия и не пачкать плату (т.к. обе стороны рабочие, то надо аккуратно браться за нее руками, не клеить на стороны скотч и т.п.).