Изготовление печатной платы с помощью лазерного принтера


Изготовление печатных плат с помощью лазерного принтера

visibility 350 просмотров

Очень часто в процессе технического творчества необходимо изготавливать печатные платы для монтажа электронных схем. И сейчас я расскажу об одном из самых, на мой взгляд, продвинутых способов изготовления печатных плат с помощью лазерного принтера и утюга. Живем мы в 21 веке, поэтому будем облегчать себе работу, используя компьютер.

Шаг 1. Проект платы

Проектировать печатную плату мы будем в специализированной программе. Например в программе sprint Layout 4.

Шаг 2. Печать рисунка платы

После этого нам нужно напечатать рисунок платы. Для этого сделаем следующее:

  1. В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность.
  2. Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней.
  3. Напечатаем рисунок печатной платы на мелованной бумаге в зеркальном отображении. Лучше сразу в нескольких экземплярах.

Шаг 3. Зачистка платы

Напечатанный лист отложим пока в сторону и займемся подготовкой платы. В качестве исходного материала для платы может служить фольгированный гетинакс, фольгированный текстолит. При длительном хранении медная фольга покрывается плёнкой окислов, которая может помешать травлению. Поэтому начнем подготовку платы. Мелкой наждачной бумагой сдираем плёнку окислов с платы. Особо не усердствуйте, фольга тонкая. В идеале плата после зачистки должна блестеть.

Шаг 4. Обезжиривание платы

После зачистки плату промываем проточной водой. После этого нужно плату обезжирить, для того чтобы тонер прилип лучше. Обезжирить можно каким либо бытовым моющим средством, либо промыв органическим растворителем (например, бензином или ацетоном)

Шаг 5. Перевод рисунка на плату

После этого при помощи утюга переведем рисунок с листа на плату. Наложим распечатку рисунком на плату и начнем гладить горячим утюгом, равномерно прогревая всё плату. Тонер начнет плавится и прилипать к плате. Время и усилие прогрева подбирается экспериментально. Нужно что бы тонер не растекся, но и нужно что бы он весь приварился.

Шаг 6. Очистка платы от бумаги

После того, как плата с прилипшей к ней бумажкой остынет – намочим ее и под потоком воды будем скатывать ее пальцами. Мокрая бумага будет собираться в катышки, а прилипший тонер останется на месте. Тонер достаточно прочен и с трудом соскабливается ногтем.

Шаг 7. Травление платы

Травление печатных плат лучше всего производить в хлорном железе (III) Fe Cl 3. Этот реактив продается в любом магазине радиодеталей и стоит недорого. Погружаем плату в раствор и ждем. Процесс травления зависит от свежести раствора, его концентрации и т.п. Может занимать от 10 минут до часа и более. Процесс можно ускорить покачивая ванночку с раствором.

Конец процесса определяется визуально – когда стравится вся незащищенная медь.

Тонер смывается ацетоном.

Шаг 8. Сверление отверстий

Сверление обычно осуществляется маленьким моторчиком с цанговым патроном (всё это есть в магазине радиодеталей). Диаметр сверла под обычные элементы 0,8 мм. При необходимости отверстия сверлятся большим по диаметру сверлом.

Готовая просверленная плата, готовая для пайки. Как видите – внешний вид практически неотличим от промышленной. Кроме того трудоёмкость минимальна, и материалы доступные (нет необходимости в специфических реактивах, как при использовании фоторезиста).

Печатная плата готова!!!

rukikryki.ru

Как сделать печатную плату с помощью лазерного принтера и утюга?

Наиболее развёрнутое описание изготовления печатных плат данным методом приведено в [1]. Автор предлагает создавать групповые изображения слоёв платы с зазором, равны м толщине платы. Однако, нормальные САПР печатных плат не позволяют создавать групповые изображения слоёв платы, тем более с выборочным их зазеркаливанием. Перевод же рисунков слоёв в другие форматы не всегда возможен, но всегда приводит к потере качества рисунка и точности размеров. Далее, автор [1] предлагает перегибать лист с изображениями слоёв, вставлять в согнутый лист плату и приглаживать утюгом обе стороны платы. Метод более чем сомнительный, так как колер лазерного принтера прилипает к фольге не при нагреве колера, а при его охлаждении после нагрева. А не закреплённый со всех четырех сторон лист бумаги с рисунками слоёв склонен дрейфовать по плавящемуся колеру в направлении прилагаемой утюгом силы. Таким способом можно изготовить только очень маленькие платы. При размерах стороны платы более 5 см. при приглаживании одного слоя, другой будет отслаиваться. Надёжное, правильное приглаживание даже одного слоя платы требует определённой сноровки, физической силы и наработанного опыта. Далее, автор [1] предлагает по периметру платы делать рамку из колера. Этого делать не следует, так как при размокании набухающая бумага коробится и при закреплённом периметре булет стремиться оторвать дорожки в средней части платы. К тому же будет невозможно захватить в воде край бумаги пинцетом для отслаивания бумаги от платы. Опять же для маленьких плат это не существенно, но влюбом случае затруднит процесс отслаивания бумаги от платы. Ориентироваться же только на маленькие платы невозможно, так как совершенная конструкция- это одноплатная конструкция. Что касается печати изображений слоёв сразу в нескольких экземплярах, то это тоже неправильно, так как с каждым новым листом принтер становится всё горячее, и каждый последующий лист “усыхает” всё сильнее, что приводит к изменению размеров рисунков платы и их большому различию на разных листах. Я использую метод термопереноса уже более 5 лет и методом проб и ошибок наработал некоторый опыт, которым и хочу поделиться.

Итак, в каком- либо редакторе или САПР, вы получили окончательный вид печатной платы с растрассированными слоями:

Трассировка слоёв условно показана в виде рещётки. По углам платы имеются отверстия для её крепления. Если плата крепится иначе, например вставляется в разъём, то эти отверстия все равно требуется создать с самого начала, до трассировки платы. И они реально будут на плате, но уже не как крепёжные, а как технологические. Это издержки метода, с которыми придётся мириться. Для использования данного метода, в САПР в которой вы разрабатываете платы, требуется создать библиотечный компонент, состоящий из одного вывода. Скажем для PCAD пусть это будет компонент pin.prt:

Сторона квадрата 2.54 мм. ( 100mil ). Все линии нулевой толщины ( в один пиксель ). В центре вывод ( pin ), введенный командой Enter Pin. Квадрат и диагональное перекрестие позволяют более точно установить острие кернера при кернении рисунка с этим компонентом, а размер 100 mil позволяет использовать этот компонент и для других целей, например для организации выводов внешних соединений платы с шагом 2.54 мм. или другим образом. Первая операция- устанавливаем компонент pin.prt в центр каждого крепёжного (технологического) отверстия, после чего сами окружности отверстий удаляем:

Следует учитывать, что установленные одновыводные компоненты должны быть обуты контактными площадками, иначе на рисунках слоёв платы они просто исчезнут. Если редактор САПР сам не обувает новые компоненты, то их нужно обуть вручную. Если по какой- либо причине это трудно сделать после трассировки платы, то данные компоненты следует установить до трассировки, либо обувки платы контактными площадками. Если плата создана в непрофильной САПР или графическом редакторе, то в центрах технологических отверстий необходимо нарисовать круги дмаметром 80 mil в тех же слоях, в которых созданы рисунки печатных проводников печатной платы. Эти pinы далее будем называть реперными точками ( РТ ). РТ нужны для точного совмещения слоёв печати на разных сторонах платы. Следующая операция- печатаем этот рисунок либо с дорожками, либо без, но контур платы и РТ должны быть. Печатаем на такой же бумаге, на какой будем печатать и слои печатной платы! Хорошие результаты получаются только на лакированной бумаге от иллюстрированных журналов. Хорошо подходят журналы “Audio & Video”, “Вестник связи”, качественные лакированные страницы от рекламных журналов известных фирм. При этом следует выбирать наименее нагруженные фотографиями страницы, то есть максимально чистые. Например только с нежирным текстом или таблицами. Фотографии содержат толстый слой краски, который припекается утюгом к плате и его потом приходится счищать. Суть применения лакированной бумаги состоит втом, что слой лака не дает колеру при нагреве впитываться в бумагу, а при намокании в воде слой лака быстро раскисает, отрывается от бумаги и остаётся на колере. Никакая обычная бумага не подходит, в том числе и мелованная. Печатаем следующим образом: подготавливаем на экране монитора всё для печати, вставляем один лист в лоток принтера, изгиб листа при печати отключаем, то есть переключаем шторку выхода листа на наружу и лист будем принимать в руки. Это нужно для минимизации растрескивания колера при выходе из принтера. Включаем питание принтера, печатаем лист и принтер сразу выключаем. То есть все листы печатаем в холодном принтере в одинаковых условиях, чтобы усадка бумаги на всех листах была одинаковой. Все режимы экономии отключаем, чтобы слой колера был максимально толстым. Следующая операция- по напечатанному рисунку платы делаем заготовку печатной платы из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Далее вырезаем ножницами рисунок из листа по контуру платы, накладываем его на плату, тщательно выравниваем и с двух сторон приклеиваем к плате кусочками тонкого ленточного “Скотча”. Затем тщательно и точно керним центры РТ. В качестве кернера удобно использовать конусные клапаны от системы впрыска топлива дизельных двигателей. Эти клапаны имеют идеальный конус с очень четким остриём из очень прочной стали. Если таким кернером не кернить ничего кроме плат, то он будет практически вечным. Далее сверлим по кернению 4 отверстия диаметром 1 мм. После этого отверстия рассверливаем сверлом диаметром 2.5 мм. Далее зачищаем одну сторону платы мелкой наждачной шкуркой. Окончательную зачистку делаем круговыми движениями, чтобы на плате не было приоритетного направления рисок от наждачной шкурки. Слишком глянцевой поверхность делать не нужно. Затем протираем плату ХБ- тканью, попитанной ацетоном и далее не касаемся поверхности руками. Применять дихлорэтан нельзя, так как это яд. Даже промоченные в дихлорэтане пальцы могут привести к летальному исходу. С дихлорэтаном можно работать только без контакта его с телом. Следует внимательно просмотреть плату, чтобы на ней не осталось ворса от протирочной ткани.

Следующая операция- печатаем на такой же бумаге и так же, как в прошлый раз первый слой печатных проводников. Если это сторона деталей, то печатаем зеркальное изображение, если сторона пайки- прямое изображение. Затем отпечатанный лист ложим на ровный стол рисунком вверх и на него накладываем заготовку платы зачищенным слоем вниз, на рисунок. Тщательно совмещаем центры отверстий платы с центрами РТ. Далее, если контура платы на рисунке слоя нет, то обчерчиваем плату карандашом по контуру. Затем плату убираем и к контуру платы на глаз карандашом пририсовываем со всех сторон платы крепёжные лепестки, как показано здесь:

Затем ножницами вырезаем из листа полученную фигуру:

Области 1- 4 нужны для закрепления листа на заготовке платы. Затем на фигуру накладываем плату, как на предыдущем рисунке. Тщательно совмещаем центры РТ с центрами отвертий платы. Затем заготавливаем 4 отрезка тонкого ленточного “Скотча” и прикрепляем эти отрезки к торцу стола, за которым работаем, чтобы оно висели наготове. Далее придавливаем плату пальцами к листу и заворачиваем область 1. Снимаем одну ленту “Скотча” с торца стола и крепим область 1 к верхней стороне платы. Загибаем область 3 и крепим её, всё время контролируя совпадение отверстий платы с РТ. Аналогично крепим области 2 и 4. В результате получаем пакет из заготовки платы, обёрнутой листом бумаги с рисунком первого слоя печати, как показано здесь:

На рисунке ленточки “Скотча” показаны сплошными областями. Размер “A” не следует делать более 1 см., так как в этом случае при приглаживании велика вероятность отрыва утюгом уголка бумаги с рисунком, или сильное его вытягивание. Если же размер “A” очень мал, то возрастает вероятность неприглаживания участков платы из- за коробления бумаги. В этом случае бумага ведет себя, как крышка консервной банки, замкнутая со всех сторон. Размер “A” в 1 см. является оптимальным. Следующая операция- приглаживание рисунка утюгом. Утюг должен иметь абсолютно ровную и гладкую подошву. Есть утюги с шершавой подошвой, они будут рвать бумагу. Есть утюги с вогнутой средней частью подошвы, они не будут хорошо приглаживать рисунок к плате. Лучше всего подходят старые советские утюги без терморегулятора, с толстой и очень ровной подошвой, тяжёлые по весу. Температура утюга должна быть, как для глажения хлопчатобумажной ткани. Итак, ложим плату на идеально ровный стол без выпуклости и прогиба, в противном случае следует положить на стол какой- то ровный не металлический лист, например ДВП или панель от разобранной мебели. Сверху плату закрываем читым листом принтерной бумаги и проглаживаем ровно утюгом всю поверхность платы через этот лист. Этот этап нужен для того, чтобы высушить бумагу с рисунком печати и прилепить ее к плате по всей поверхности. Если сразу начать приглаживать бумагу с рисунком к плате, то утюг будет прорывать сырую бумагу до колера, что недопустимо. Далее убираем принтерную бумагу и приглаживаем непосредственно бумагу с рисунком к плате. Приглаживать нужно так, чтобы весь рисунок проступал, был виден снаружи. Те участки, которые не проступают, требуют дополнительного приглаживания. В итоге этой операции мы должны получить идеально ровную поверхность без малейших вздутий с полностью видимым рисунком печати, после чего отключаем утюг и даём плате остыть. Пока плата остывает, готовим кювету с тёплой водой, для чего удобно использовать большие кюветы для фотографии. Далее нужно отделить лист с рисунком печати от завёрнутых областей 1- 4 . Для этого мелким напильником пропиливаем бумагу по контуру платы, тем самым отделяя области 1- 4 от верхней части листа и не допуская изгиба бумаги. Следующая операция- отслоение бумаги от заготовки платы. Плату погружаем в кювету с водой.Ждем 2- 3 минуты, пока бумага набухнет. Затем, придавливая плату ко дну кюветы пальцами, пинцетом и пальцами отрываем бумагу от платы, при этом максимально заворачивая бумагу, чтобы угол отрыва был как можно меньше, то есть отрываемый участок бумаги движется параллельно поверхности платы. При этом контролируем, чтобы на отрываемых участках не было колера. Единственный колер, который должен остаться на бумаге- РТ. Те участки, которые нельзя захватить пинцетом, скатываем пальцами. Те места, где к плате прилепился лак и краска с журнальной страницы, процарапываем ножом или шилом и в воде стираем пальцами. Если где- то получились огрехи в печати- слились контактные площадки, контактная площадка с дорожкой и т. д. , то это ничего не трогаем. Ретушь огрехов будем делать ножом по меди после травления платы. Делать ретушь по колеру недопустимо, так как колер очень хрупкий. Если часть рисунка всё же ушла с платы вместе с бумагой, то придется или напечатать новый лист с этим рисунком печати и всю работу повторить, или дорисовать недостающее обычными ручными методами, что труднее, так как нет отверстий под контактные площадки, но их можно пометить шилом через рисунок платы на бумаге. Следующая операция- закрепление рисунка на плате. Вытираем плату ХБ- тканью от воды, переворачиваем ещё горячий утюг подошвой вверх, ложим на него плату колером вверх и, как только плата станет горячей, но ещё терпимо для пальцев, шлепками пальцев по рисунку платы прибиваем размягченный колер к плате. Эта операция нужна для исключения возможного подтравливания рисунка из- за частичного отслоения участков колера от платы при отрыве бумаги. При этом нужно следить, чтобы колер не начал темнеть, то есть плавиться Далее даём плате остыть и поролоновым тампоном закрашиваем противоположную, без рисунка, сторону платы быстросохнущей эмалью НЦ. После чего ложим плату для высыхания краски. Эта операция необходима для предотвращения стравливания второго слоя платы при вытравливании первого. При вытравливании второго слоя, также закрашиваем первый, уже вытравленный слой для предотвращения его стравливания. Далее вытравливаем слой платы, как обычно, в хлорном железе. Перед травлением к противоположной, закрашенной стороне платы, следует приклеить лист полиэтилена от пищевых пакетов, обрезанный по контуру платы для предотвращения повреждения ещё мягкого слоя краски, иначе придётся ждать несколько часов, пока краска полностью засохнет. Аналогично изготавливаем рисунок второго слоя платы, повторив все выше описанные операции. После травления слоёв, краску и колер смываем ацетоном. Затраты времени изготовления одной платы по данному методу составляют 3- 4 часа. Время в основном уходит на вытравливание слоёв и ожидание высыхания защитной краски.

Описанный метод на первый взгляд может показаться очень сложным и трудоёмким. Однако только он обеспечивает необходимое качество и низкий процент брака. Попытки как- то отойти от него, упростить и ускорить технологический процесс успеха не имели. Естественно стремление изготовить устройство на плате с односторонней печатью. Однако в этом случае всегда нужно помнить поговорку об овчинке и выделке. Лучше потратить лишние 2 часа на изготовление второго слоя, чем неделю разрабатывать вручную одностороннюю плату для того, чтобы изготовить 1- 2 экземпляра. К тому же топология односторонней платы всегда хуже. Можно пойти по другому пути- трассировать плату автотрассировщиком в один слой, а все выводы деталей, подключенных к общему проводу в список соединений не включать. В качестве общего провода использовать верхний слой меди, а все отверстия не относящиеся к общему проводу зенковать. Но это тоже приводит к другим потерям времени и не всегда позволяет развести плату без последующего ручного редактирования и введения проволочных перемычек изолированным проводом. Следует понимать, что какой-бы метод ни применялся, односторонняя плата всегда будет больше двусторонней, а трудозатраты на её создание выше.

Литература:
  1. А.Черномырдин. “Тепловой способ перенесения рисунка на плату.” Радио № 9/ 2001г.

www.qrz.ru

Печатные платы делаем сами своими руками. Технология ЛУТ. — DRIVE2

Здравствуйте, дорогие читатели блога. Сейчас на улице замечательная погода, а у меня прекрасное настроение. Сегодня я хочу вам рассказать о том, как можно изготовить качественные печатные платы в домашних условиях.

Не спорю, что в сети информации на эту тему очень много и, наверное, на каждом радиолюбительском сайте есть описание ЛУТовской технологии. Но из всех этих вариантов я выбрал один, который позволяет мне делать действительно качественные печатные платы не уступающие заводским. В этом варианте нет каких-либо тонкостей способных повлиять на результат. Именно этим методом я хочу с вами поделиться.

Вообще метод изготовления печатных плат с помощью лазерного утюга не сложен. Его суть заключается в способе нанесения защитного рисунка на фольгированный текстолит.

В нашем случае защитный рисунок мы сначала с помощью принтера выводим на фотобумагу, глянцевую ее сторону. Затем в результате нагрева утюгом, размягченный тонер прижаривается к поверхности текстолита. Подробности сего действа читайте далее…

Итак приступим.

Для изготовления платы по технологии ЛУТ нам понадобится:фольгированный текстолит (одно- или двухсторонний)лазерный принтерутюгножницы по металлуглянцевая фотобумага (Lomond)растворитель (ацетон, спирт, бензин и т.д.)наждачная бумага (с мелким абразивом, нулевка вполне подойдет)сверлилка (обычно моторчик с цанговым патроном)зубная щетка (очень нужная вещь, не только для здоровья зубов)хлорное железо

собственно сам рисунок платы нарисованный в Sprint-Layout

Подготовка текстолита

Берем в руки ножницы по металлу и вырезаем кусок текстолита по размеру нашей будущей печатной платы. Раньше я резал текстолит ножовкой по металлу, но это, оказалось, по сравнению с ножницами не так удобно, да и пыль текстолитовая очень докучала.

Полученную заготовку печатной платы хорошенько шкурим наждачной бумагой – нулевкой до появления равномерного зеркального блеска. Затем смачиваем кусочек ткани ацетоном, спиртом или каким еще растворителем, тщательно протираем и обезжириваем нашу плату.

Наша задача очистить нашу плату от окислов и “потных рук”. Само собой после этого стараемся руками нашу плату не трогать.

Подготовка рисунка печатной платы и перенос на текстолит.

Нарисованный заранее рисунок печатной платы, мы распечатываем на фотобумагу. Причем в принтере отключаем режим экономии тонера, а рисунок выводим на глянцевой стороне фотобумаги.

Теперь достаем из-под стола утюг и включаем в сеть, пускай нагревается. Свежераспечатанный лист бумаги ложим на текстолит рисунком вниз и начинаем проглаживать утюгом. С фотобумагой, в отличие от кальки, подложки от самоклейки церемониться не нужно, “елозим” утюгом до начала пожелтения бумаги.

Здесь можно не бояться передержать плату, или переборщить с давлением. После берем этот бутерброд с прижаренной бумагой и несем его в ванную. Под струей теплой воды подушечками пальцев начинаем скатывать бумагу. Далее берем в руки заготовленную зубную щетку и хорошенько проходим ею по поверхности платы. Наша задача содрать белый меловой слой с поверхности рисунка.

Просушиваем плату и под яркой лампой хорошенько проверяем.

Зачастую меловой слой сдирается с первого раза зубной щеткой, но бывает, что этого оказывается недостаточно. В этом случае можно воспользоваться изолентой. Белесые волокна налипают на изоленту оставляя нашу платку чистой.

Травление платы.

Для приготовления травящего раствора нам понадобится хлорное железо FeCL3.

Этот чудо порошок в нашем радиомагазине стоит около 50р. Наливаем в неметаллическую посудину воды и засыпаем туда хлорного железа. Обычно на три части воды берут одну часть FeCL3. Далее погружаем в посудину нашу плату и даем ей время.

Время травления зависит от толщины фольги, температуры воды, свежести приготовленного раствора. Чем горячее раствор, тем быстрее пройдет процесс травления, но в тоже время в горячей воде есть вероятность повредить защитный рисунок. Также процесс травления ускоряется при помешивании раствора.

Некоторые приспосабливают для этого “бульбулятор” от аквариума или же крепят вибромоторчик от телефона. Вытравленную плату вынимаем и промываем под струей воды. Травящий раствор сливаем в баночку и прячем под ванну, главное чтоб жена не увидела.

Этот раствор нам еще потом пригодится. Вытравленную платку очищаем от защитного слоя тонера. Я для этого применяю ацетон, но вроде как спиртом или бензином тоже не плохо получается.

Сверление платы

Вытравленная и очищенная плата нуждается в сверловке, так как не всегда есть возможность применения поверхностного монтажа. Для сверления платы у меня припасена небольшая сверлилка. Она представляет собой моторчик типа ДПМ с насаженным на вал цанговым патроном. Брал я его в радиомагазине за 500р. Но думаю можно применить для этого любой другой моторчик, например от магнитофона.

Сверлим плату острым сверлом, стараясь сохранять перпендикулярность. Перпендикулярность особенно важна при изготовлении двусторонних плат. Кернение отверстий под сверловку нам не требуется, так как отверстия в фольге образовались при травлении автоматически.

Проходимся по плате шкуркой нулевкой, снимая заусенцы после сверловки, и готовимся к лужению нашей платы.

Лужение платы

Я стараюсь залуживать свои платы, и делаю это по нескольким причинам:Залуженная плата более стойка к коррозии, и через год вы не увидите следов ржавчины на вашем устройстве.Слой припоя на печатном рисунке увеличивает толщину токопроводящего слоя, так снижается сопротивление проводника.

На предварительно залуженную плату легче напаивать радиодетальки, подготовленные поверхности способствуют качественной пайке.

Обезжириваем плату и очищаем от окисла. Воспользуемся ацетоном, а затем буквально на секунду обмакнем в раствор хлорного железа. Порозовевшую плату обильно красим флюсом. Далее достаем паяльник помощнее и, набрав небольшое количество припоя на жало, быстрыми движениями проходимся по дорожкам нашего печатного рисунка. Остается только пройтись немного наждачной бумагой по рисунку, и получаем в результате красивую, блестящую платку.

Ну что же, вот мы и познакомились со способом изготовления печатных плат своими руками в домашних условиях.

Так что создавайте свои устройства, делайте печатные платы, а технология ЛУТ будет вам в помощь.

www.drive2.ru

Прямая струйная печать шаблона печатных плат

Самым простым, доступным и дающим хорошие результаты способом изготовления печатных плат в домашних условиях является так называемый «лазерно-утюговый» (или ЛУТ). Описание этого способа легко можно найти по соответствующим ключевым словам, поэтому подробно на нем останавливаться мы не будем, только отметим, что в простейшем варианте все что нужно — это доступ к лазерному принтеру и самый обыкновенный утюг (не считая обычных материалов для травления плат). Так что, альтернатив у данного способа нет?

Разрабатывая разнообразные электронные устройства, применяемые, например, при тестировании мониторов, мы применяли несколько способов монтажа электронных компонентов. При этом далеко не всегда использовались печатные платы как таковые, так как при создании прототипов и устройств в единичном экземпляре (а часто это оказывалось и тем и другим), при условии неизбежных ошибок и модификаций, зачастую выгоднее и удобнее использовать фабрично изготовленные макетные платы, выполняя разводку тонким многожильным проводом в тефлоновой изоляции. Подобным образом поступают даже в самых именитых компаниях, что демонстрирует прототип игрушечного робота AIBO от Sony.

В магазинах продаются относительно дешевые двусторонние луженые и даже с металлизированными отверстиями и защитной маской на перемычках макетные платы очень высокого качества.

Отметим, что подобные макетные платы позволяют без особых усилий достичь высокой плотности монтажа, так как нет необходимости заботиться о разводке проводящих дорожек. Однако, например, при разработке силовых блоков и при применении элементов с нестандартным шагом выводов или их геометрией, а также при использовании элементов с поверхностным монтажом (чего мы пока не делаем) готовые макетные платы использовать становиться затруднительно.

В качестве альтернативы макетным платам мы применяли методы срезания фольги в промежутках между токопроводящими площадками и упомянутый метод ЛУТ. Первый способ применим только в случае самых простых вариантов разводки, но зато не требует вообще ничего, кроме острого ножа и линейки. Способ ЛУТ давал в целом хорошие результаты, но хотелось некоторого разнообразия. Способ с использованием фоторезиста мы посчитали слишком трудоемким и требующим применения едких химикатов, что в домашних условиях не всегда допустимо. Случай позволил нам узнать о еще одном способе — о методе прямой струйной печати шаблона на фольгированном стеклотекстолите (ключевые слова для поиска на английском языке — Direct to PCB Inkjet Printing).

Способ подразделяется на следующие этапы:

  1. Собственно печать пигментными чернилами шаблона печатной платы непосредственно на фольгированном стеклотекстолите с использованием, как правило, модифицированного струйного принтера.
  2. Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом чернила приобретают устойчивость к травящему раствору.
  3. Травление незащищенных шаблоном участков фольги обычным способом, например, с использованием хлорида железа III.
  4. Удаление чернил с печатной платы.

Есть также альтернативный вариант:

  1. Печать в принципе любыми чернилами шаблона печатной платы непосредственно на фольгированном стеклотекстолите с использованием, как правило, модифицированного струйного принтера.
  2. На еще невысохшие чернила распыляется порошковый тонер от лазерного принтера/копира, излишек тонера удаляется.
  3. Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом тонер сплавляется и надежно сцепляется с фольгой.
  4. Травление незащищенных шаблоном участков фольги обычным способом, например, с использованием хлорида железа III.
  5. Удаление запекшегося тонера с печатной платы.

Второй вариант мы не стали рассматривать из-за нежелания работать с порошковым тонером, способным испачкать все вокруг при случайном неверном движении или чихе. Во всех обнаруженных нами реализованных способах прямой струйной печати шаблона использовались струйные принтеры Epson. Также вид чернил, вернее использованного в них типа красителя — пигмента, у нас устойчиво ассоциируется с принтерами данного производителя, поэтому поиск подходящего принтера мы начали с каталога Epson. Судя по всему, у Epson есть, или, по крайней мере, были модели, способные печатать на носителях с толщиной до 2,4 мм (при этом не только на CD/DVD-дисках), например, Epson Stylus Photo R800, но эта модель уже не выпускается, а получится ли использовать что-то из современных аналогов (явно недешевых) мы заранее не знали. В итоге было решено поискать самую дешевую модель, в которой применяются пигментные чернила. Модель нашлась — Epson Stylus S22. Этот принтер оказался и самым дешевым среди всех принтеров Epson — цена на него составляла менее 1500 руб., потом, правда, она заметно подросла: cредняя текущая цена (количество предложений) в московской рознице (рублевый эквивалент — во всплывающей подсказке) — Н/Д(0) .

Беглый осмотр показал необходимость внесения существенных изменений в конструкцию принтера, так как она предусматривала печать на гибком носителе с его изгибом при движении от верхнего загрузочного лотка к приемному лотку. Описанная ниже последовательная модификация синтезирована из нескольких итераций, так как после очередной сборки выяснялось, что в конструкцию нужно внести те или иные изменения. Поэтому не исключена вероятность небольших неточностей в описании этого процесса. Модификация преследует две основные цели. Во-первых, обеспечить прямую без изгибов и перепадов высот подачу носителя, для чего нужно изменить, а фактически создать заново подающий и приемный лотки. Во-вторых, обеспечить возможность печати на толстых материалах — до 2 мм, для чего необходимо приподнять узел с печатающей головкой и ее направляющими салазками. Итак:

1. Выкрутить два самореза на задней стенке и снять кожух, освободив защелки, которыми он еще цепляется за днище.

2. Отсоединить шлейф контрольной панели от основной платы, открутить два самореза, крепящие контрольную панель,

высвободить шлейф контрольной панели и отложить ее в сторону. Она еще пригодится, в отличие от кожуха корпуса.

3. Открутить 4 самореза блока подачи бумаги, высвободить провода, идущие к двигателю каретки, отжать фиксатор шестерни ролика подачи, снять стойку ролика подачи и весь блок подачи, снять боковой прижим бумаги — эти детали больше не пригодятся.

4. Открутить по саморезу на поддоне впитывающей подушечки и на блоке питания, отсоединить дренажный шланг от поддона и шлейф от БП на основной плате, снять поддон впитывающей подушечки и БП. Отложить их в сторону — еще пригодятся.

5. Открутить два самореза планки с роликами, прижимающими выходящий лист, снять этот узел и переместить в кучку с «лишними» деталями.

6. Справа открутить саморез и винт, закрепляющие салазки, по которым двигается печатающая головка.

Снять пружину, прижимающую салазки.

Снять пружину линейки каретки (ленты с нанесенными штрихами) и саму линейку.

Открутить два винта, крепящие основную плату,

и отжать ее от салазок (осторожнее с датчиком бумаги!). Открутить саморез крепления салазок, находящийся под основной платой.

Слева открутить саморез крепления салазок.

Отсоединить разъем (J7) двигателя подачи от основной платы.

Отсоединить пружину в левой части салазок.

Снять салазки в сборе с печатающей кареткой и основной платой.

7. Слева открутить саморез фиксатора вала протяжки,

снять вал и его фиксатор.

8. Снять все дополнительные направляющие в начале протяжки, которые крепятся на фиксаторах.

9. С помощью полотна от ножовки по металлу и надфилей выпилить окно в днище от боковых стоек, до нижней части подающего лотка и до подающего вала. При этом удобно использовать имеющиеся пазы и отверстия в днище. Заусенцы срезать ножом, опилки удалить.

10. Теперь нужно создать лоток для прямой подачи. Для этого можно использовать два отрезка алюминиевого уголка 10 на 10 мм длиной 250 мм и часть оригинальной подставки под бумагу в подающем лотке (можно использовать и любую жесткую пластину подходящего размера). Уголки крепятся с помощью винтов М3 с потайными головками так, как показано на фотографиях ниже. На вертикальных плоскостях корпуса принтера, к которым крепятся уголки, следует выпилить пазы, чтобы подающий лоток можно было немного перемещать вверх-вниз для тонкой подстройки его положения.

На правом уголке нужно срезать вертикальный угол, иначе правый прижимной ролик будет в него упираться. Также на поддоне нужно выпилить паз напротив датчика бумаги (хотя, видимо, можно этого и не делать).

А на усик датчика бумаги надеть кусочек трубки, тем самым немного его удлинив.

11. Отсоединить датчик положения вала подачи (один винт), срезать стопор на корпусе датчика, и закрепить его, сдвинув максимально вниз.

При последующей сборке проконтролировать, что диск со штрихами размешается посредине прорези датчика и не задевает его края.

12. Под три точки крепления салазок подложить по две шайбы с отверстием 4 мм каждая толщиной 1 мм. При использовании широких шайб в двух местах их нужно подпилить, чтобы они не упирались в элементы корпуса.

13. Снять прижимные валики, надеть на них надеть 2-3 слоя (на центральную пару роликов минимум 3 слоя) термоусадочной трубки с усадкой промежуточных слоев термофеном или другим способом нагрева. Надфилем углубить пазы для роликов так, чтобы они свободно вращались. Вставить ролики в держатели.

14. В припаркованном положении, а также в процессе прочистки дюз и инициализации новых картриджей к нижней поверхности печатающей головки, там, где расположены дюзы, прижимается подушечка с резиновой прокладкой. Снизу к подушечке подведена трубочка, идущая к вакуумной помпе. При прочистке помпа подсасывает чернила из картриджей, а при хранении дюзы предохраняются от высыхания в них чернил. Поэтому важно обеспечить плотное прилегание резиновой прокладки к головке, но из-за сдвига вверх салазок и печатающей головки это условие может не выполняться. Нужно увеличить ход подушечки в кроватке. Для этого придется снять или хотя бы отодвинуть помпу — отвернуть два самореза и отжать два фиксатора.

Затем снять пружину, подтягивающую кроватку подушечки, снять узел кроватка-подушечка, и отсоединить трубочку, отходящую от подушечки. Далее ножом подрезать где-то на 1,5 мм в нужных местах участки корпуса подушечки и кроватки, увеличив вертикальных ход подушечки. Затем собрать узел обратно. Так как при использовании неоригинальных картриджей автоматическая прочистка дюз и инициализация картриджей приводила к странным результатам, то мы решили отключить помпу от подушечки, для чего использовали кусочек трубочки и тройник. Для удаления избытка чернил или при ручной промывке подушечки к тройнику можно подсоединять шприц, или просто зажимать его отвод пальцем и, прокручивая вал подачи назад (за шестерню впереди слева), задействовать помпу принтера.

15. Произвести сборку принтера в обратном порядке. При установке вала подачи аккуратно очистить посадочные места от стружек и пыли и нанести на них и на соответствующие участки вала слой консистентной смазки. После установки вала необходимо настроить лоток подачи. Ослабив винты крепления лотка к боковым стенкам корпуса, используя жесткую пластину подходящего размера (например, кусок стеклотекстолита), нужно добиться того, чтобы движение пластины от подающего лотка по подающему валу и по валу в выходном лотке было ровным, без перепадов в высоте. Также следует обеспечить строгую параллельность направляющих подающего лотка и их перпендикулярность подающему валу. Найдя такое положение подающего лотка, винты следует закрутить и желательно зафиксировать со стороны гаек каплей лака. Затем продолжить сборку. С правой стороны из-за сдвига салазок вверх вернее крепежное отверстие не совпадет с отверстием в стойке корпуса — можно подпилить отверстие и закрепить салазки винтом, а можно и оставить так, как есть.

Поддон впитывающей подушечки, предварительно укоротив его правую стойку, мы установили в исходном месте, зафиксировав его в двух точках термоклеем. Блок питания, на исходной позиции не поместился, поэтому мы не нашли ничего лучшего, как просто закрепить его пластиковой стяжкой на левой стойке каркаса принтера. К ушку на БП мы прикрутили контрольную панель.

Оригинальный приемный лоток вызывает перегиб выходящего листа, поэтому его нужно усовершенствовать для обеспечения ровного горизонтального выхода листа. Для этого достаточно под лоток подложить что-то высотой чуть меньше 3 см, а на лоток положить пару толстых журналов или стопку бумаги. Впрочем, через некоторое время мы заменили эту конструкцию лотком, изготовленным из кожуха неработающего DVD-плеера. Что нужно сделать с кожухом, чтобы превратить его в лоток, понятно из фотографий, впрочем, тут каждый может использовать свое воображение и подручный материал.

Результат:

Сдвиг салазок вверх на большую величину, чем описано выше, сопряжен с некоторыми трудностями. Проблемными местами являются как минимум датчик положения подающего вала, правый кронштейн линейки каретки, и парковочный узел. Возможно и что-то еще. В итоге толщина материала, на котором может печатать модифицированный принтер, составляет где-то 2 мм или чуть больше, поэтому при текстолите толщиной 1,5 мм подложка не должна быть толще 0,5 мм, при этом она должна быть достаточно жесткой, чтобы перемещать заготовки для печатных плат. Подходящим и доступным материалом оказался плотный картон, например, от папки для бумаг. Подложку нужно вырезать точно по ширине подающего лотка, так как любое горизонтальное смещение отразится на точности печати. В нашем случае подложка получилась размером 216,5 на 295 мм. Оригинальный узел подачи использовать не получится, поэтому подложку нужно вручную подводить под прижимные валики, но при этом не должен активироваться датчик бумаги. Из-за чего в подложке придется сделать вырез под усик датчика бумаги, в нашем случае на расстоянии 65 мм от правого края, глубиной 40 мм и шириной 10 мм. При этом печать начинается на расстоянии 6 мм от дна выреза, то есть на 6 мм раньше края носителя, который определяет принтер. Почему так — нам не известно. Для закрепления заготовок на подложке удобно использовать двустороннюю клейкую ленту. Прижимные валики прижимают подложку к подающему валу с большим усилием, поэтому для ровной подачи при печати валики не должны заезжать или съезжать с заготовки. Чтобы обеспечить это условие до, после и возможно с боков заготовки нужно приклеить материал с такой же толщиной. Это также облегчит позиционирование заготовки при серийной и/или двусторонней печати.

Оригинальные картриджи довольно быстро кончились, но в целом результаты с использованием оригинальных чернил оказались весьма хорошими. Тем не менее, было решено приобрести перезаправляемые картриджи и совместимые чернила.

На этом душа не успокоилась, были предприняты попытки модификации чернил с целью увеличения в них содержания полимерной составляющей. В итоге этих экспериментов дюзы с черными чернилами забились на 90%, с пурпурными — на 50%, в «желтом» ряду не работала одна дюза и только дюзы голубых чернил остались полностью работоспособными. Впрочем, для печати шаблонов достаточно и одного цвета. Так как пурпурные чернила показали лучший результат, то в картридж голубого цвета были заправлены именно они.

Далее опишем последовательность действий при изготовлении двусторонней печатной платы.

1. Подготовить поверхность заготовки. Если она относительно чистая, то достаточно ее обезжирить ацетоном. Иначе, обезжирить, зачистить абразивной губкой, и, для образования оксидного слоя, поместить в печку на 15-20 минут при температуре 180°С. После чего охладить и обезжирить ацетоном.

2. Используя двустороннюю клейкую ленту и вспомогательные обрезки текстолита закрепить заготовку на подложке.

3. Перевести шаблон в чистый цвет, который будет использоваться при печати. В нашем случае — в голубой (RGB = 0, 255, 255). Провести пробную печать (можно не шаблона целиком, а только габаритных точек, например углов), при необходимости в программе, используемой для печати, произвести коррекцию положения шаблона, смыть ацетоном предыдущий результат, повторить, если нужно, процедуру коррекции.

4. Напечатать шаблон на заготовке. Наилучшие результаты получены при следующих установках:

5. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки и провести предварительное закрепление в печке в течение 15 мин (время от включения печки) при 200°С в пике. Остудить заготовку.

6. Для точного позиционирования второго слоя можно просверлить несколько отверстий небольшого диаметра, например, диаметром 1 мм в точках крепления будущей платы. Закрепить заготовку поверхностью для второго слоя вверх, при этом двустороннюю липкую ленту нужно наклеивать на полностью закрашенные участки первого слоя. Если заготовка плотна зажата между двумя пластинами спереди и сзади, то использовать двустороннюю липкую ленту необязательно. Обезжирить заготовку ацетоном.

7. Выполнить позиционирование и печать — повторить пункты 3 и 4.

8. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки, закрепить ее на стойках, например, изготовленных из скрепок, поместить в печь, и провести закрепление в течение 15 мин (время от включения печки) при 210°С в пике. Остудить заготовку.

9. Осмотреть заготовку, места с подозрительно тонким слоем чернил (например, рядом с отверстиями или налипшими пылинками) закрасить водостойким маркером. Протравить заготовку. Чтобы поверхность заготовки сохраняла дистанцию от дна емкости, можно в отверстия (1 мм диаметром, использованные для позиционирования второго слоя) вставить зубочистки, так, чтобы острый кончик выходил на 1,5-2 мм, а толстый откусить на такую же высоту. При травлении плату периодически переворачивать и контролировать готовность.

Смыть чернила ацетоном.

Далее можно выполнять обычные процедуры — сверловка, зачистка, лужение и т.д.

Важные замечания.

1. Чтобы используемые чернила приобрели устойчивость к травящему раствору, их нужно выдержать порядка 15 мин (время от включения печки) при температуре около 210°С в пике (получена с использованием термопары, расположенной рядом с заготовкой). Интервал узкий, так как при превышении на 5-10°С текстолит начинает разрушаться, при занижении — чернила смываются травящим раствором. Точные условия в конкретном случае нужно подбирать опытным путем. Для контроля можно использовать тест ватной палочкой. Если смоченная водой ватная палочка легко смывает чернила, значит нужно увеличить температуру, если не смывает, или только чуть-чуть окрашивается, значит, устойчивость к травящему раствору приобретена. Если даже смоченная ацетоном ватная палочка с трудом смывает чернила, значит, устойчивость к травящему раствору очень хорошая. Таким образом можно подобрать чернила и условия температурного закрепления, дающие наилучшие результаты. Отметим, что мы использовали электрическую печку-гриль, включали только верхний ТЭН, а при окончательном закреплении чернил термостат печки устанавливали на 220°С.

2. Воспроизводимость печати достигает порядка 0,1 мм, поэтому при необходимости можно поверх первой стороны шаблона напечатать его же второй раз, с промежуточной сушкой прямо на подложке термофеном (с регулируемой температурой) или бытовым феном, установленным на максимальную температуру. Сушка нужна для того, чтобы прижимные валики не смазывали предыдущий слой.

3. Изготовление двух сторон можно выполнять последовательно. Сначала напечатать и закрепить первую сторону, а фольгу на второй защитить, например, акриловой краской из баллончика. Протравить первую сторону, смыть ацетоном защиту со второй, напечатать и закрепить вторую сторону, защитить краской первую, протравить вторую строну, и смыть защиту с первой.

4. Печатать нужно следующим образом: сначала отправить задание на печать, подождать, пока принтер не сообщит об отсутствии бумаги, затем аккуратно продвинуть подложку с закрепленной заготовкой под прижимные валики, прокручивая вал подачи за шестерню впереди слева, после чего нажать на кнопку продолжения печати. При небольших перерывах между сеансами печати принтер не будет выполнять процедуру короткой прочистки, поэтому можно сначала загрузить подложку с заготовкой, а затем отправить задание на печать.

5. Следует соблюдать особую чистоту, так как любая пылинка, попавшая на непросохшие чернила на заготовке, может привести к дефекту.

6. И, разумеется, за все описанное выше и возможные последствия ни автор, ни администрация iXBT.com не несут никакой ответственности.

Указанным способом было изготовлено несколько двусторонних печатных плат, и, хотя дорожки уже, чем 0,5 мм не использовались, на тестовых участках была продемонстрирована возможность получения дорожек шириной 0,25 мм, и это явно не является пределом данного метода.

P.S. Пример двусторонней платы с дорожками 0,25 мм (при проектировании были заложены нормы 0,25 мм на ширину дорожек и на зазоры, но при ручной доводке расстояния между дорожками были по возможности увеличены). Отметим, что при изготовлении двусторонних плат, видимо, все же надежнее стороны печатать и травить последовательно. Сторона 1:

Сторона 2:

Можно заметить три вида дефектов:

1. Линейное искажение, которое, видимо, вызвано тем, что одна сторона печаталась в быстром двухпроходном режиме, а вторая в медленном однопроходном. То есть лучше обе стороны печатать в одном и том же режиме.

2. Местами дорожки чуть уширены из-за растекания чернил. Данный дефект можно избежать, тщательно подготавливая поверхность — обезжирить куском материи, смоченной в ацетоне, затем тщательно протереть сухим ватным тампоном.

3. С одного края дорожки и контактные площадки стравились заметно больше. Произошло это из-за перегрева, в результате которого чернила сильно потемнели и стали отслаиваться. Значит необходимо тщательно следить за равномерностью нагрева (выбирать место в печке, где нагрев более равномерный) и ни в коем случае не допускать перегрева — чернила должны заметно потемнеть, но не приобретать темно-серный оттенок.

Однако эти дефекты не оказались критичными и в результате, без какой-либо коррекции разводки мы получили полностью функционирующее устройство.

www.ixbt.com


Смотрите также