Как нанести схему на печатную плату. Изготовление печатных плат дома

Таити!.. Таити!..
Не были мы ни на каком Таити!
Нас и тут неплохо кормят!
© Кот из мультика

Вступление с отступлением

Как в бытовых и лабораторных условиях делали платы раньше? Способов было несколько — например:

1. рисовали будущие проводники рейсфедерами;
2. гравировали и резали резаками;
3. наклеивали скотч или изоленту, потом рисунок вырезали скальпелем;
4. изготавливали простейшие трафареты с последующим нанесением рисунка с помощью аэрографа.

Недостающие элементы дорисовывали рейсфедерами и ретушировали скальпелем.

Это был длительный и трудоемкий процесс, требующий от «рисователя» недюжинных художественных способностей и аккуратности. Толщина линий с трудом укладывалась в 0,8 мм, точность повторения была никакая, каждую плату нужно было рисовать отдельно, что сильно сдерживало выпуск даже очень маленькой партии печатных плат (далее — ПП ).

Что же мы имеем сегодня?

Прогресс не стоит на месте. Времена, когда радиолюбители рисовали ПП каменными топорами на шкурах мамонтов, канули в лету. Появление на рынке общедоступной химии для фотолитографии открывает перед нами совсем иные перспективы производства ПП без металлизации отверстий в домашних условиях.

Коротко рассмотрим химию, используемую сегодня для производства ПП.

Фоторезист

Можно использовать жидкий или пленочный. Пленочный в данной статье рассматривать не будем вследствие его дефицитности, сложностей прикатывания к ПП и более низкого качества получаемых на выходе печатных плат.

После анализа предложений рынка я остановился на POSITIV 20 в качестве оптимального фоторезиста для домашнего производства ПП.

Назначение:
POSITIV 20 — фоточувствительный лак. Используется при мелкосерийном изготовлении печатных плат, гравюр на меди, при проведении работ, связанных с переносом изображений на различные материалы.
Свойства:
Высокие экспозиционные характеристики обеспечивают хорошую контрастность переносимых изображений.
Применение:
Применяется в областях, связанных с переносом изображений на стекло, пластики, металлы и пр. при мелкосерийном производстве. Способ применения указан на баллоне.
Характеристики:
Цвет: синий
Плотность: при 20°C 0,87 г/см 3
Время высыхания: при 70°C 15 мин.
Расход: 15 л/м 2
Максимальная фоточувствительность: 310-440 нм

В инструкции к фоторезисту написано, что хранить его можно при комнатной температуре и он не подвержен старению. Категорически не согласен! Хранить его нужно в прохладном месте, например, на нижней полке холодильника, где обычно поддерживается температура +2…+6°C. Но ни в коем случае не допускайте отрицательных температур!

Если использовать фоторезисты, продаваемые «на розлив» и не имеющие светонепроницаемой упаковки, требуется позаботиться о защите от света. Хранить нужно в полной темноте и температуре +2…+6°C.

Просветитель

Аналогично, наиболее подходящим просветителем я считаю постоянно используемый мной TRANSPARENT 21.

Назначение:
Позволяет непосредственно переносить изображения на поверхности, покрытые светочувствительной эмульсией POSITIV 20 или другим фоторезистом.
Свойства:
Придает прозрачность бумаге. Обеспечивает пропускание ультрафиолетовых лучей.
Применение:
Для быстрого переноса контуров рисунков и схем на подложку. Позволяет значительно упростить процесс репродуцирования и сократить временны е затраты.
Характеристики:
Цвет: прозрачный
Плотность: при 20°C 0,79 г/см 3
Время высыхания: при 20°C 30 мин.
Примечание:
Вместо обычной бумаги с просветителем можно использовать прозрачную пленку для струйных или лазерных принтеров — в зависимости от того, на чем будем печатать фотошаблон.

Проявитель фоторезиста

Существует много различных растворов для проявления фоторезиста.

Советуют проявлять с помощью раствора «жидкое стекло». Его химический состав: Na 2 SiO 3 *5H 2 O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП — вы можете оставить ПП на не фиксированное точно время. Раствор почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры (нет риска распада при увеличении температуры), также имеет очень большой срок хранения — его концентрация остается постоянной не менее пары лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуют смешивать 1 часть концентрата с 180 частями воды (чуть более 1,7 г силиката в 200 мл воды), но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 секунд без риска разрушения поверхности при передержке. При невозможности приобретения силиката натрия используйте углекислый натрий (Na 2 СO 3) или углекислый калий (K 2 СO 3).

Не пробовал ни первое, ни второе, поэтому расскажу, чем проявляю без каких-либо проблем уже несколько лет. Я использую водный раствор каустической соды. На 1 литр холодной воды — 7 граммов каустической соды. Если нет NaOH, применяю раствор KOH, вдвое увеличив концентрацию щелочи в растворе. Время проявления — 30-60 секунд при правильной экспозиции. Если по истечении 2 минут рисунок не проявляется (или проявляется слабо), и начинает смываться фоторезист с заготовки — значит, неправильно выбрано время экспозиции: нужно увеличивать. Если, наоборот, быстро проявляется, но смываются и засвеченные участки, и незасвеченные — либо слишком велика концентрация раствора, либо низкое качество фотошаблона (ультрафиолет свободно проходит сквозь «черное»): нужно увеличивать плотность печати шаблона.

Растворы травления меди

Лишнюю медь с печатных плат стравливают с помощью разных травителей. Среди людей, занимающихся этим дома, зачастую распространены персульфат аммония, перекись водорода + соляная кислота, раствор медного купороса + поваренная соль.

Я всегда травлю хлорным железом в стеклянной посуде. При работе с раствором нужно быть осторожным и внимательным: при попадании на одежду и предметы остаются ржавые пятна, которые с трудом удаляются слабым раствором лимонной (сок лимона) или щавелевой кислоты.

Концентрированный раствор хлорного железа подогреваем до 50-60°C, в него погружаем заготовку, стеклянной палочкой с ватным тампоном на конце аккуратно и без усилия водим по участкам, где хуже стравливается медь, — этим достигается более ровное травление по всей площади ПП. Если не выравнивать принудительно скорость, увеличивается требуемая продолжительность травления, а это со временем приводит к тому, что на участках, где медь уже стравилась, начинается подтравливание дорожек. В итоге имеем совсем не то, что хотели получить. Очень желательно обеспечить непрерывное перемешивание травильного раствора.

Химия для смывки фоторезиста

Чем проще всего смыть уже ненужный фоторезист после травления? После многократных проб и ошибок я остановился на обыкновенном ацетоне. Когда его нет — смываю любым растворителем для нитрокрасок.

Итак, делаем печатную плату

С чего начинается высококачественная печатная плата? Правильно:

Создание высококачественного фотошаблона

Для его изготовления можно воспользоваться практически любым современным лазерным или струйным принтером. Учитывая, что мы используем в рамках данной статьи позитивный фоторезист, — там, где на ПП должна остаться медь, принтер должен рисовать черным. Где не должно быть меди — принтер ничего не должен рисовать. Очень важный момент при печати фотошаблона: требуется установить максимальный полив красителя (в настройках драйвера принтера). Чем более черными будут закрашенные участки, тем больше шансов получить великолепный результат. Цвет не нужен, достаточно черного картриджа. Из той программы (рассматривать программы не будем: каждый волен выбирать сам — от PCAD до Paintbrush), в которой рисовался фотошаблон, печатаем на обычном листе бумаги. Чем выше разрешение при печати и чем качественнее бумага, тем выше будет качество фотошаблона. Рекомендую не ниже 600 dpi, бумага не должна быть сильно плотной. При печати учитываем, что той стороной листа, на которую наносится краска, шаблон будет класться на заготовку ПП. Если сделать иначе, края у проводников ПП будут размытыми, нечеткими. Даем просохнуть краске, если это был струйный принтер. Далее пропитываем бумагу TRANSPARENT 21, даем просохнуть и… фотошаблон готов.

Вместо бумаги и просветителя можно и даже очень желательно использовать прозрачную пленку для лазерных (при печати на лазерном принтере) или струйных (для струйной печати) принтеров. Учтите, что у этих пленок стороны неравнозначны: только одна рабочая. Если будете использовать лазерную печать, крайне рекомендую сделать «сухой» прогон листа пленки перед печатью — просто прогоните лист через принтер, имитируя печать, но ничего не печатая. Зачем это нужно? При печати фьюзер (печка) прогреет лист, что неизбежно приведет к его деформации. Как следствие — ошибка в геометрии ПП на выходе. При изготовлении двусторонних ПП это чревато несовпадением слоев со всеми вытекающими… А с помощью «сухого» прогона мы прогреем лист, он деформируется и будет готов к печати шаблона. При печати лист во второй раз пройдет сквозь печку, но деформация при этом будет куда менее значительной — проверено неоднократно.

Если ПП несложная, можно нарисовать ее вручную в очень удобной программе с русифицированным интерфейсом — Sprint Layout 3.0R (~650 КБ).

На подготовительном этапе рисовать не слишком громоздкие электрические схемы очень удобно в также русифицированной программе sPlan 4.0 (~450 КБ).

Так выглядят готовые фотошаблоны, распечатанные на принтере Epson Stylus Color 740:

Печатаем только черным, с максимальным поливом красителя. Материал — прозрачная пленка для струйных принтеров.

Подготовка поверхности ПП к нанесению фоторезиста

Для производства ПП используются листовые материалы с нанесенной медной фольгой. Самые распространенные варианты — с толщиной меди 18 и 35 мкм. Чаще всего для производства ПП в домашних условиях используются листовые текстолит (прессованная с клеем ткань в несколько слоев), стеклотекстолит (то же самое, но в качестве клея используются эпоксидные компаунды) и гетинакс (прессованная бумага с клеем). Реже — ситтал и поликор (высокочастотная керамика — в домашних условиях применяется крайне редко), фторопласт (органический пластик). Последний также применяется для изготовления высокочастотных устройств и, имея очень хорошие электротехнические характеристики, может использоваться везде и всюду, но его применение ограничивает высокая цена.

Прежде всего, необходимо убедиться в том, что заготовка не имеет глубоких царапин, задиров и тронутых коррозией участков. Далее желательно до зеркала отполировать медь. Полируем не особо усердствуя, иначе сотрем и без того тонкий слой меди (35 мкм) или, во всяком случае, добьемся разной толщины меди на поверхности заготовки. А это, в свою очередь, приведет к разной скорости вытравливания: быстрее стравится там, где тоньше. Да и более тонкий проводник на плате — не всегда хорошо. Особенно, если он длинный и по нему будет течь приличный ток. Если медь на заготовке качественная, без грехов, то достаточно обезжирить поверхность.

Нанесение фоторезиста на поверхность заготовки

Располагаем плату на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности и наносим состав из аэрозольной упаковки с расстояния примерно 20 см. Помним, что важнейший враг при этом — пыль. Каждая частица пыли на поверхности заготовки — источник проблем. Чтобы создать однородное покрытие, распыляем аэрозоль непрерывными зигзагообразными движениями, начиная из верхнего левого угла. Не применяйте аэрозоль в избыточных количествах, так как это вызывает нежелательные подтеки и приводит к образованию неоднородного по толщине покрытия, требующего более длительного времени экспозиции. Летом при высокой температуре окружающей среды может потребоваться повторная обработка, либо необходимо распылять аэрозоль с меньшего расстояния — для уменьшения потерь от испарения. При распылении не наклоняйте баллон сильно — это приводит к повышенному расходу газа-пропеллента и как следствие — аэрозольный баллон прекращает работу, хотя в нем остается еще фоторезист. Если вы получаете неудовлетворительные результаты при аэрозольном нанесении фоторезиста, используйте центрифужное покрытие. В этом случае фоторезист наносится на плату, закрепленную на вращающемся столе с приводом 300-1000 оборотов в минуту. После окончания нанесения покрытия плата не должна подвергаться воздействию сильного света. По цвету покрытия можно приблизительно определить толщину нанесенного слоя:

• светло-серый синий — 1-3 микрона;
• темно-серый синий — 3-6 микрон;
• синий — 6-8 микрон;
• темно-синий — более 8 микрон.

На меди цвет покрытия может иметь зеленоватый оттенок.

Чем тоньше покрытие на заготовке, тем лучше результат.

Я всегда наношу фоторезист на центрифуге. В моей центрифуге скорость вращения 500-600 об/мин. Крепление должно быть простым, зажим производится только по торцам заготовки. Закрепляем заготовку, запускаем центрифугу, брызгаем на центр заготовки и наблюдаем, как фоторезист тончайшим слоем растекается по поверхности. Центробежными силами излишки фоторезиста будут сброшены с будущей ПП, поэтому очень рекомендую предусмотреть защитную стенку, чтобы не превратить рабочее место в свинарник. Я использую обыкновенную кастрюлю, в днище которой по центру сделано отверстие. Через это отверстие проходит ось электродвигателя, на которой установлена площадка крепления в виде креста из двух алюминиевых реек, по которым «бегают» уши зажима заготовок. Уши сделаны из алюминиевых уголков, зажимаемых на рейке гайкой типа «барашек». Почему алюминий? Маленькая удельная масса и, как следствие, меньше биения при отклонении центра массы вращения от центра вращения оси центрифуги. Чем точнее отцентрировать заготовку, тем меньше будут биения за счет эксцентриситета массы и тем меньше усилий потребуется для жесткого крепления центрифуги к основанию.

Фоторезист нанесен. Даем ему просохнуть в течение 15-20 минут, переворачиваем заготовку, наносим слой на вторую сторону. Даем еще 15-20 минут на сушку. Не забываем о том, что попадание прямого солнечного света и пальцев на рабочие стороны заготовки недопустимы.

Дубление фоторезиста на поверхности заготовки

Помещаем заготовку в духовку, плавно доводим температуру до 60-70°C. При этой температуре выдерживаем 20-40 минут. Важно, чтобы поверхностей заготовки ничто не касалось — допустимы только касания торцов.

Выравнивание верхнего и нижнего фотошаблонов на поверхностях заготовки

На каждом из фотошаблонов (верхний и нижний) должны быть метки, по которым на заготовке нужно сделать 2 отверстия — для совмещения слоев. Чем дальше друг от друга метки, тем выше точность совмещения. Обычно я их ставлю по диагонали шаблонов. По этим меткам на заготовке с помощью сверлильного станка строго под 90° сверлим два отверстия (чем тоньше отверстия, тем точнее совмещение — я использую сверло 0,3 мм) и совмещаем по ним шаблоны, не забывая о том, что шаблон должен прикладываться к фоторезисту той стороной, на которую была произведена печать. Прижимаем шаблоны к заготовке тонкими стеклами. Стекла предпочтительнее всего использовать кварцевые — они лучше пропускают ультрафиолет. Еще лучшие результаты дает оргстекло (плексиглас), но оно имеет неприятное свойство царапаться, что неизбежно скажется на качестве ПП. При небольших размерах ПП можно использовать прозрачную крышку от упаковки компакт-диска. За неимением таких стекол можно использовать и обычное оконное, увеличив время экспозиции. Важно, чтобы стекло было ровным, обеспечивая ровное прилегание фотошаблонов к заготовке, иначе невозможно будет получить качественные края дорожек на готовой ПП.

Заготовка с фотошаблоном под оргстеклом. Используем коробку из-под компакт-диска.

Экспозиция (засветка)

Время, требуемое для экспонирования, зависит от толщины слоя фоторезиста и интенсивности источника света. Лак-фоторезист POSITIV 20 чувствителен к ультрафиолетовым лучам, максимум чувствительности приходится на участок с длиной волны 360-410 нм.

Лучше всего экспонировать под лампами, диапазон излучения которых находится в ультрафиолетовой области спектра, но если такой лампы у вас нет — можно использовать и обычные мощные лампы накаливания, увеличив время экспозиции. Не начинайте засветку до момента стабилизации освещения от источника — необходимо, чтобы лампа прогрелась в течение 2-3 минут. Время экспозиции зависит от толщины покрытия и обычно составляет 60-120 секунд при расположении источника света на расстоянии 25-30 см. Используемые пластины стекла могут поглощать до 65% ультрафиолета, поэтому в таких случаях необходимо увеличивать время экспозиции. Лучшие результаты достигаются при использовании прозрачных плексигласовых пластин. При применении фоторезиста с длительным сроком хранения время экспонирования может потребоваться увеличить вдвое — помните: фоторезисты подвержены старению!

Примеры использования различных источников света:

Лампы УФ-излучения

Каждую сторону экспонируем по очереди, после экспозиции даем выстояться заготовке 20-30 минут в затемненном месте.

Проявление экспонированной заготовки

Проявляем в растворе NaOH (каустическая сода) — подробнее смотрите в начале статьи — при температуре раствора 20-25°C. Если до 2 минут проявления нет — мало время экспозиции. Если проявляется хорошо, но смываются и полезные участки — вы перемудрили с раствором (слишком велика концентрация) или слишком велико время экспозиции при данном источнике излучения или фотошаблон низкого качества — недостаточно насыщенный печатаемый черный цвет позволяет ультрафиолету засвечивать заготовку.

При проявлении я всегда очень бережно, без усилий «катаю» ватным тампоном на стеклянной палочке по тем местам, где должен смыться засвеченный фоторезист, — это ускоряет процесс.

Промывка заготовки от щелочи и остатков отслоившегося засвеченного фоторезиста

Я делаю это под водопроводным краном — обычной водопроводной водой.

Повторное дубление фоторезиста

Помещаем заготовку в духовку, плавно поднимаем температуру и при температуре 60-100°C выдерживаем 60-120 минут — рисунок становится прочным и твердым.

Проверка качества проявления

Кратковременно (на 5-15 секунд) погружаем заготовку в подогретый до температуры 50-60°C раствор хлорного железа. Быстро промываем проточной водой. В местах, где фоторезиста нет, начинается интенсивное травление меди. Если где-то случайно остался фоторезист, аккуратно механически удаляем его. Удобно это делать обычным или офтальмологическим скальпелем, вооружившись оптикой (очки для пайки, лупа часовщика, лупа на штативе, микроскоп).

Травление

Травим в концентрированном растворе хлорного железа с температурой 50-60°C. Желательно обеспечить непрерывную циркуляцию травильного раствора. Плохо стравливающиеся места аккуратно «массируем» ватным тампоном на стеклянной палочке. Если хлорное железо свежеприготовленное, время травления обычно не превышает 5-6 минут. Промываем заготовку проточной водой.

Плата вытравлена

Как готовить концентрированный раствор хлорного железа? Растворяем в слегка (до 40°C) подогретой воде FeCl 3 до тех пор, пока не перестанет растворяться. Фильтруем раствор. Хранить нужно в затемненном прохладном месте в герметичной неметаллической упаковке — в стеклянных бутылках, например.

Удаление уже ненужного фоторезиста

Смываем фоторезист с дорожек ацетоном или растворителем для нитрокрасок и нитроэмалей.

Сверление отверстий

Диаметр точки будущего отверстия на фотошаблоне желательно подбирать таким, чтобы впоследствии было удобно сверлить. Например, при требуемом диаметре отверстия 0,6-0,8 мм диаметр точки на фотошаблоне должен быть около 0,4-0,5 мм — в таком случае сверло будет хорошо центроваться.

Желательно использовать сверла, покрытые карбидом вольфрама: сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), так как сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром менее 1 мм лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Если сверлить ручной дрелью — неизбежны перекосы, ведущие к неточной стыковке отверстий между слоями. Движение сверху вниз на вертикальном сверлильном станке самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия) или с толстым (иногда называют «турбо-») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно, 3,5 мм). При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, так как такое сверло при движении вверх может приподнять ПП, перекосить перпендикулярность и вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон (различных размеров), либо в трехкулачковый патрон. Для точной фиксации закрепление в трехкулачковом патроне — не самый лучший вариант, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, теряя хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами — выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, то есть, во-первых, обеспечить хорошее освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать галогенную лампу, прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 15 см выше столешницы для лучшего визуального контроля над процессом. Неплохо было бы удалять пыль и стружку в процессе сверления (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка.

Типичные размеры отверстий:

• переходные отверстия — 0,8 мм и менее;
• интегральные схемы, резисторы и т.д. — 0,7-0,8 мм;
• большие диоды (1N4001) — 1,0 мм;
• контактные колодки, триммеры — до 1,5 мм.

Старайтесь избегать отверстий диаметром менее 0,7 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0,8 мм и менее, так как они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат — отверстия, расположенные близко от центра. Положите платы друг на друга и, используя центрующие отверстия 0,3 мм в двух противоположных углах и штифты в качестве колышков, закрепите платы относительно друг друга.

При необходимости можно зенковать отверстия сверлами большего диаметра.

Лужение меди на ПП

Если нужно облудить дорожки на ПП, можно воспользоваться паяльником, мягким низкоплавким припоем, спиртоканифольным флюсом и оплеткой коаксиального кабеля. При больших объемах лудят в ванных, наполненных низкотемпературными припоями с добавлением флюсов.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав «Розе» (олово — 25%, свинец — 25%, висмут — 50%), температура плавления которого 93-96°C. Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 секунд и, вынув, проверяют, вся ли медная поверхность покрыта равномерно. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его остатки удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении, перпендикулярном плоскости платы, удерживая ту в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является нагрев платы в термошкафу и встряхивание. Операция может проводиться повторно для достижения монотолщинного покрытия. Чтобы предотвратить окисление горячего расплава, в емкость для лужения добавляют глицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После окончания процесса плата отмывается от глицерина в проточной воде. Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожога необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками.

Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Не забудьте после лужения очистить плату от флюса и тщательно обезжирить.

Если у вас большое производство — можно использовать химическое лужение.

Нанесение защитной маски

Операции с нанесением защитной маски в точности повторяют все, что было написано выше: наносим фоторезист, сушим, дубим, центруем фотошаблоны масок, экспонируем, проявляем, промываем и еще раз дубим. Само собой, пропускаем шаги с проверкой качества проявления, травлением, удалением фоторезиста, лужением и сверлением. В самом конце дубим маску в течение 2 часов при температуре около 90-100°C — она станет прочной и твердой, как стекло. Образованная маска защищает поверхность ПП от внешнего воздействия и предохраняет от теоретически возможных замыканий при эксплуатации. Также она играет не последнюю роль при автоматической пайке — не дает «сесть» припою на соседние участки, замыкая их.

Все, двусторонняя печатная плата с маской готова

Мне приходилось таким образом делать ПП с шириной дорожек и шагом между ними до 0,05 мм (!). Но это уже ювелирная работа. А без особых усилий можно делать ПП с шириной дорожки и шагом между ними 0,15-0,2 мм.

На плату, показанную на фотографиях, я маску не наносил — не было такой необходимости.

Печатная плата в процессе монтажа на нее компонентов

А вот и само устройство, для которого делалась ПП:

Это сотовый телефонный мост, позволяющий в 2-10 раз снизить стоимость услуг мобильной связи — ради этого стоило возиться с ПП;). ПП с распаянными компонентами находится в подставке . Раньше там было обыкновенное зарядное устройство для аккумуляторов мобильного телефона.

Дополнительная информация

Металлизация отверстий

В домашних условиях можно выполнить даже металлизацию отверстий. Для этого внутренняя поверхность отверстий обрабатывается 20-30-процентным раствором азотнокислого серебра (ляпис). Затем поверхность очищается ракелем и плата сушится на свету (можно использовать УФ-лампу). Суть этой операции в том, что под действием света азотнокислое серебро разлагается, и на плате остаются вкрапления серебра. Далее производится химическое осаждение меди из раствора: сернокислая медь (медный купорос) — 2 г, едкий натр — 4 г, нашатырный спирт 25-процентный — 1 мл, глицерин — 3,5 мл, формалин 10-процентный — 8-15 мл, вода — 100 мл. Срок хранения приготовленного раствора очень мал — готовить нужно непосредственно перед применением. После осаждения меди плату промывают и сушат. Слой получается очень тонким, его толщину необходимо увеличить до 50 мкм гальваническим способом.

Раствор для нанесения медного покрытия гальваническим способом:
На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) и 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка, подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, плотность тока — 0,02-0,3 A/см 2 , температура — 18-30°C. Чем меньше ток, тем медленнее идет процесс металлизации, но тем качественнее получаемое покрытие.

Фрагмент печатной платы, где видна металлизация в отверстии

Самодельные фоторезисты

Фоторезист на основе желатина и бихромата калия:
Первый раствор: 15 г желатина залить 60 мл кипяченой воды и оставить для набухания на 2-3 часа. После набухания желатина поставить емкость на водяную баню при температуре 30-40°C до полного растворения желатина.
Второй раствор: в 40 мл кипяченой воды растворить 5 г двухромовокислого калия (хромпик, порошок ярко-оранжевого цвета). Растворять при слабом рассеянном освещении.
В первый раствор при интенсивном перемешивании влить второй. В полученную смесь пипеткой добавить несколько капель нашатырного спирта до получения соломенного цвета. Фотоэмульсия наносится на подготовленную плату при очень слабом освещении. Плата сушится до «отлипа» при комнатной температуре в полной темноте. После экспонирования плату при слабом рассеянном освещении промыть в теплой проточной воде до удаления незадубленного желатина. Чтобы лучше оценить результат, можно окрасить участки с неудаленным желатином раствором марганцовки.

Усовершенствованный самодельный фоторезист:
Первый раствор: 17 г столярного клея, 3 мл водного раствора аммиака, 100 мл воды оставить для набухания на сутки, затем греть на водяной бане при 80°C до полного растворения.
Второй раствор: 2,5 г бихромата калия, 2,5 г бихромата аммония, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды, 6 мл спирта.
Когда первый раствор остынет до 50°C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную смесь профильтруйте (эту и последующие операции необходимо проводить в затемненном помещении, солнечный свет недопустим! ). Эмульсия наносится при температуре 30-40°C. Дальше — как в первом рецепте.

Фоторезист на основе бихромата аммония и поливинилового спирта:
Готовим раствор: поливиниловый спирт — 70-120 г/л, бихромат аммония — 8-10 г/л, этиловый спирт — 100-120 г/л. Избегать яркого света! Наносится в 2 слоя: первый слой — сушка 20-30 минут при 30-45°C — второй слой — сушка 60 минут при 35-45°C. Проявитель — 40-процентный раствор этилового спирта.

Химическое лужение

Прежде всего, плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3 секунды в 5-процентном растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.

Достаточно просто осуществлять химическое лужение погружением платы в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такой раствор соли олова, в котором потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразующей добавки — тиокарбамида (тиомочевины). Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

Среди перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1-го раствора предлагается использование моющего средства «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2-й раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия (препятствует старению) и многократно увеличивает срок хранения до пайки компонентов у готовой ПП.

Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проводится прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас большие заказы бывают нечасто, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количества ПП, а остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально подходят бутылки типа используемых в фотографии, не пропускающие воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнения, которое может сильно ухудшить качество вещества.

В заключение хочу сказать, что все же лучше использовать готовые фоторезисты и не заморачиваться с металлизацией отверстий в домашних условиях — великолепных результатов все равно не получите.

Огромное спасибо кандидату химических наук Филатову Игорю Евгеньевичу за консультации по вопросам, связанным с химией.
Также хочу выразить признательность Игорю Чудакову ».

Условиях на конкретном примере. Например, нужно изготовить две платы. Одна - переходник с одного типа корпуса на другой. Вторая - замена большой микросхемы с корпусом BGA на две поменьше, с корпусами TO-252, с тремя резисторами. Размеры плат: 10x10 и 15x15 мм. Есть 2 варианта изготовления печатных плат в : с помощью фоторезиста и методом "лазерного утюга". Воспользуемся методом "лазерного утюга".

Процесс изготовления печатных плат в домашних условиях

1. Готовим проект печатной платы. Я пользуюсь программой DipTrace: удобно, быстро, качественно. Разработана нашими соотечественниками. Очень удобный и приятный пользовательский интерфейс, в отличие от общепризнанного PCAD. Есть конвертация в формат PCAD PCB. Хотя многие отечественные фирмы уже начали принимать в формате DipTrace.

В DipTrace есть возможность узреть своё будущее творение в объёме, что весьма удобно и наглядно. Вот что должно получиться у меня (платы показаны в разных масштабах):

2. Сначала размечаем текстолит, выпиливаем заготовку для печатных плат.

4. Не забудем почистить и обезжирить заготовку платы. Если нет обезжиривателя, можно пройтись по меди стеклотекстолита ластиком. Далее с помощью обыкновенного утюга "привариваем" тонер с бумаги к будущей печатной плате. Я держу 3-4 минуты под небольшим нажимом, до лёгкого пожелтения бумаги. Нагрев ставлю максимальный. Сверху кладу ещё один лист бумаги для более равномерного прогрева, иначе изображение может "поплыть". Важный момент здесь -- равномерность прогрева и нажима.

5. После этого, дав плате немного остыть, кладём заготовку с прилипшей к ней бумагой в воду, желательно горячую. Фотобумага быстро намокает, и через минуту-две можно аккуратно снять верхний слой.

В местах, где большое скопление наших будущих токопроводящих дорожек, бумага к плате особенно сильно. Её пока не трогаем.

6. Даём плате ещё пару минут отмокнуть. Остатки бумаги аккуратно снимаем с помощью ластика или трения пальцем.

7. Вынимаем заготовку. Просушиваем. Если где-то дорожки получились не очень чёткими, можно сделать их ярче тонким маркером для CD. Хотя лучше добиться того, чтобы все дорожки одинаково чёткими и яркими. Это зависит от 1) равномерности и достаточности прогрева заготовки утюгом, 2) аккуратности при снятии бумаги, 3) качества поверхности текстолита и 4) удачного подбора бумаги. С последним пунктом можно поэкспериментировать, чтобы найти наиболее подходящий вариант.

8. Кладём получившуюся заготовку с отпечатанными на ней будущими дорожками-проводниками в раствор хлорного железа. Травим часа 1,5 или 2. Пока ждём, накроем нашу "ванночку" крышкой: испарения достаточно едкие и токсичные.

9. Достаём из раствора готовые платы, промываем, сушим. Тонер замечательно смывается с платы с помощью ацетона. Как видно, даже самые тонкие проводники шириной 0,2 мм вышли вполне хорошо. Осталось совсем немного.

10. Лудим изготовленные методом "лазерного утюга" печатные платы. Смываем бензином или спиртом остатки флюса.

11. Осталось только выпилить наши платы и смонтировать радиоэлементы!

Выводы

При определённой сноровке метод "лазерного утюга" подходит для изготовления несложных печатных плат в домашних условиях. Вполне чётко получаются короткие проводники от 0,2 мм и шире. Более толстые проводники получаются совсем хорошо. Времени на подготовку, эксперименты с подбором типа бумаги и температуры утюга, травление и лужение уходит примерно 3-5 часов. Но это гораздо быстрее, чем если заказывать платы в фирме. Денежные затраты также минимальны. В общем, для простых бюджетных радиолюбительских проектов метод рекомендуется к использованию.

Эта страница является руководством по производству высококачественных печатных плат (далее ПП) быстро и эффективно, особенно для профессионального макетирования производства ПП. В отличие от большинства других руководств, акцент делается на качестве, скорости и минимальной стоимости материалов.

С помощью описанных на этой странице методов вы сможете сделать одностороннюю и двухстороннюю плату достаточно хорошего качества, пригодную для поверхностного монтажа с шагом расположения элементов 40-50 элементов на дюйм и с шагом расположения отверстий 0.5 мм.

Методика, описанная здесь, является суммированным опытом, собранным в течение 20 лет экспериментов в этой области. Если вы будете точно следовать описанной здесь методике, то сможете каждый раз получать ПП отличного качества. Конечно, вы можете экспериментировать, но помните, что неосторожные действия могут привести к существенному снижению качества.

Здесь представлены только фотолитографические методы формирования топологии ПП - другие способы, такие как трансферт, печать на меди и т.п., которые не подходят для быстрого и эффективного использования, не рассматриваются.

Сверление

Если в качестве основного материала вы используете FR-4, то вам понадобятся сверла, покрытые карбидом вольфрама, сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), т.к. сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром меньше 1 мм, лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Движение сверху вниз самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким хвостовиком (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия), или с толстым (иногда называют "турбо") хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно 3.5 мм).

При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, т.к. сверло может при движении вверх вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон различных размеров, либо в трех кулачковый патрон - иногда 3-х кулачковый патрон является оптимальным вариантом. Для точного фиксирования, однако, это закрепление не подходит, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, обеспечивающих хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами - выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, т.е., во-первых, обеспечить освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать 12 В галогеновую лампу (или 9В, чтобы уменьшить яркость) прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 6" выше высоты стола, для лучшего визуального контроля процесса. Неплохо было бы удалить пыль (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно - случайное замыкание цепи пылевой частицей - это миф. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая, и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка, особенно при частой замене сверл.

Типичные размеры отверстий:
· Переходные отверстия - 0.8 мм и менее
· Интегральная схема, резисторы и т.д. - 0.8 мм.
· Большие диоды (1N4001) - 1.0 мм;
· Контактные колодки, триммеры - от 1.2 до 1.5 мм;

Старайтесь избегать отверстия диаметром менее 0.8 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0.8 мм, т.к. они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат - отверстия, расположенные близко от центра. Итак, положите платы друг на друга и просверлите отверстия 0.8 мм в двух противоположных углах, затем, используя штифты как колышки, закрепите платы относительно друг друга.

Резка

Если вы производите ПП серийно, вам понадобится для резки гильотинные ножницы (стоят они около 150 у.е.). Обычные пилы быстро тупятся, за исключением пил с карбидовым покрытием, а пыль во время пилки может вызвать раздражение кожи. Пилой можно случайно повредить защитную пленку и разрушить проводники на готовой плате. Если вы хотите пользоваться гильотинными ножницами, то будьте очень осторожны при отрезании платы, помните, что лезвие очень острое.

Если вам надо отрезать плату по сложному контуру, то это можно сделать либо просверлив много маленький отверстий и отломав ПП по полученным перфорациям, либо с помощью лобзика или маленькой ножовки, но приготовьтесь часто менять лезвие. Практически можно сделать угловой срез и гильотинными ножницами, но будьте очень осторожны.

Сквозная металлизация

Когда вы делаете двухстороннюю плату, возникает проблема объединения элементов на верхней стороне платы. Некоторые компоненты (резистор, поверхностные интегральные схемы) намного легче припаять, чем другие (например конденсатор со штыревыми выводами), поэтому возникает мысль: сделать поверхностное соединение только "легких" компонентов. А для DIP-компонентов использовать штифты, причем предпочтительнее использовать модель с толстым штифтом, а не с разъемом.

Немного приподнимите DIP-компонент над поверхностью платы и спаяйте пару штырьков со стороны припоя, сделав на конце небольшую шляпку. Затем надо припаять требуемые компоненты к верхней стороне с помощью повторного нагрева, причем при пайке дождитесь, пока припой заполнит пространство вокруг штырька (см. рисунок). Для плат с очень плотным расположением элементов необходимо хорошо продумать компоновку, чтобы облегчить пайку DIP-компонентов. После того, как вы закончили сборку платы, необходимо произвести двухсторонний контроль качества монтажа.

Для переходных отверстий используют быстромонтируемые связующие штыри диаметром 0.8 мм (см. рисунок).

Это самый доступный способ электрического соединения. Вам потребуется всего лишь точно ввести конец прибора в отверстие на всю длину, повторить тоже с другими отверстиями.Если вам необходимо произвести сквозную металлизацию, например, чтобы соединить недоступные элементы, или для DIP- компонентов (связующих штырей), вам понадобится система "Copperset". Эта установка очень удобна, но дорогостоящая (350$). Она использует "пластинчатые бруски" (см. рисунок), которые состоят из бруска припоя с медной втулкой металлизированной с наружной стороны. На втулке нарезаны засечки с интервалом 1.6 мм, соответствующие толщине платы. Брусок вводится в отверстие с помощью специального аппликатора. Затем отверстие пробивают керном, который вызывает перекос металлизированной втулки, и также выталкивает втулку из отверстия. Контактные площадки напаиваются с каждой стороны платы для присоединения втулки к контактным площадкам, затем припой удаляется вместе с оплеткой.

К счастью, эту систему возможно использовать для металлизации стандартных отверстий 0.8 мм без приобретения полного комплекта. В качестве аппликатора можно использовать любой автоматический карандаш диаметром 0.8 мм, модель которого имеет наконечник похожий на изображенный на рисунке, работающий намного лучше, чем настоящий аппликатор.Металлизацию отверстий надо производить до начала монтажа, пока поверхность платы совершенно плоская. Отверстия должны быть просверлены диаметром 0.85 мм, т.к. после металлизации их диаметры уменьшаются.

Заметим, что если ваша программа чертила контактные площадки таким же размером, что и размер сверла, то отверстия могут выходить за их пределы, приводя к неисправностям платы. Идеально, чтобы контактная площадка выходила за пределы отверстия на 0.5 мм.

Металлизация отверстий на основе графита

Второй вариант получения проводимости через отверстия - металлизация графитом, с последующим гальваническим осаждением меди. После сверления поверхность платы покрывается аэрозольным раствором, содержащим мелкодисперсные частицы графита, который затем ракелем (скребком или шпателем) продавливается в отверстия. Можно использовать аэрозоль фирмы CRAMOLIN "GRAPHITE". Данный аэрозоль широко используется в гальванопластике и других гальванических процессах, а также при получении проводящих покрытий в радиоэлектронике. Если основу составляет легколетучее вещество, то необходимо сразу же встряхнуть плату в направлении перпендикулярном плоскости платы, так чтобы излишки пасты удалились из отверстий до испарения основы. Излишки графита с поверхности удаляются растворителем или механически - шлифованием. Необходимо отметить, что размер полученного отверстия может быть меньше на 0.2 мм исходного диаметра. Загрязненные отверстия можно прочистить с помощью иглы или иначе. Кроме аэрозолей можно использовать коллоидные растворы графита. Далее на проводящие цилиндрические поверхности отверстий осаждается медь.

Гальванический процесс осаждения хорошо отработан и широко описан в литературе. Установка для проведения данной операции представляет собой ёмкость, заполненную раствором электролита (насыщенный раствор Cu 2 SO 4 +10% раствор H 2 SO 4), в которую опущены медные электроды и заготовка. Между электродами и заготовкой создается разность потенциалов, которая должна обеспечить плотность тока не более 3-х ампер на квадратный дециметр поверхности заготовки. Большая плотность тока позволяет достигать больших скоростей осаждения меди. Так для осаждения на заготовку толщиной 1.5 мм необходимо осадить до 25 мкм меди, при такой плотности этот процесс идет чуть более получаса. Для интенсификации процесса в раствор электролита могут добавляться различные присадки, а жидкость может подвергаться механическому перемешиванию, борбатажу и др. При неравномерном нанесении меди на поверхность заготовка может быть отшлифована. Процесс металлизации графитом, как правило, использует в субтрактивной технологии, т.е. перед нанесением фоторезиста.

Вся паста, оставшаяся перед нанесением меди, уменьшает свободный объем отверстия и придает отверстию неправильную форму, что осложняет дальнейший монтаж компонентов. Более надежным методом удаления остатков токопроводящей пасты является вакуумирование или продувка избыточным давлением.

Формирование фотошаблона

Вам необходимо произвести позитивную (т.е. черный = медь) полупрозрачную пленку фотошаблона. Вы никогда не сделаете действительно хорошую ПП без качественного фотошаблона, поэтому эта операция имеет большое значение. Очень важно получить четкое и предельно непрозрачное изображение топологии ПП.

На сегодняшний день и в будущем фотошаблон будут формировать с помощью компьютерных программ семейства или пригодных для этой цели графических пакетов. В данной работе мы не будем обсуждать достоинства программного обеспечения, скажем только, что вы можете использовать любые программные продукты, но совершенно необходимо, чтобы программа выводила на печать отверстия, расположенные в центре контактной площадки, используемые при последующей операции сверления как маркеры. Практически невозможно вручную просверлить отверстия без этих ориентиров. Если вы хотите использовать CAD общего назначения или графические пакеты, то в установках программы задайте контактные площадки либо как объект, содержащий черную залитую область с белой концентрической окружностью меньшего диаметра на ее поверхности, или как незаполненную окружность, установив предварительно большую толщину линии (т.е. черное кольцо).

Как только определили расположение контактных площадок и типы линий, устанавливаем рекомендуемые минимальные размеры:
- сверлильного диаметра - (1 мил = 1/1000 дюйма) 0.8 мм Вы можете изготовить ПП и с меньшим диаметром сквозных отверстий, но это будет уже намного сложнее.
- контактные площадки для нормальных компонентов и DIL LCS: 65 мил круглые или квадратные площадки с диаметром отверстия 0.8 мм.
- ширина линии - 12.5 мил, если вам необходимо, то можно получить и 10 мил.
- пространство между центрами дорожек шириной 12.5 мил - 25 мил (возможно, чуть меньше, если позволяет модель принтера).

Необходимо заботиться о правильном диагональном соединении треков на срезах углов (сетка - 25 мил, ширина дорожки - 12.5 мил).

Фотошаблон должен быть распечатан таким образом, чтобы при экспонировании сторона, на которую наносятся чернила, была повернута к поверхности ПП, для обеспечения минимального зазора между изображением и ПП. Практически это означает, что верхняя сторона двухсторонней ПП должна быть напечатана зеркально.

Качество фотошаблона очень зависит как от устройства вывода и материала фотошаблона, так и от факторов, которые мы обсудим далее.

Материал фотошаблона

Речь идет не об использовании фотошаблона средней прозрачности - поскольку для ультрафиолетового излучения достаточно будет полупрозрачного, это не существенно, т.к. для менее прозрачного материала время экспонирования увеличивается совсем немного. Разборчивость линий, непрозрачность черных областей и скорость высыхание тонера/чернил являются намного важнее. Возможные альтернативы при печати фотошаблона:
Прозрачная ацетатная пленка (OHP) - может показаться, что это наиболее очевидная альтернатива, но эта замена может дорого обойтись. Материал имеет свойство изгибаться или искажаться от нагрева лазерным принтером, и тонер/чернила могут потрескаться и легко осыпаться. НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ
Полиэфирная чертежная пленка - хорошая, но дорогая, прекрасная размерная стабильность. Шершавая поверхность хорошо удерживает чернила или тонер. При использовании лазерного принтера необходимо брать толстую пленку, т.к. при нагревании тонкая пленка подвержена короблению. Но даже толстая пленка может деформироваться под действием некоторых принтеров. Не рекомендуется, но применение возможно.
Калька. Берите максимальную толщину, какую сможете найти - не менее 90 грамм на кв. метр (если возьмете тоньше, то она может покоробиться), 120 грамм на кв. метр будет даже лучше, но её труднее найти. Это недорого, и без особого труда можно достать в офисах. Калька обладает хорошей проницаемостью для ультрафиолетового излучения и по способности удерживать чернила близка к чертежной пленке, а по свойствам не искажаться при нагреве даже превосходит.

Устройство вывода

Pen plotters - кропотливый и медленный. Вы должны будете использовать дорогостоящую полиэфирную чертежную пленку (калька не годится, т.к. чернила наносятся одиночными линиями) и специальные чернила. Перо придется периодически чистить, т.к. оно легко засоряется. НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.
Струйные принтеры - главная проблема при использовании - добиться необходимой непрозрачности. Эти принтеры настолько дешевы, что, конечно, их стоит попробовать, но качество их печати не сравнить с качеством лазерных принтеров. Также можно попробовать напечатать сначала на бумаге, а потом с помощью хорошего ксерокса перевести изображение на кальку.
Наборщики - для лучшего качества фотошаблона создают Postscript или PDF файл и пересылают на DTP или наборщик. Фотошаблон, изготовленный таким образом, будет иметь разрешение не менее 2400DPI, абсолютную непрозрачность черных областей и совершенную резкость изображения. Стоимость обычно приводится для одной страницы, не считая использованной области, т.е. если вы сможете мультиплицировать копии ПП или разместить на одной странице изображение обоих сторон ПП, то вы сэкономите деньги. На таких устройствах также можно сделать большую плату, формат которой не обеспечивается вашим принтером.
Лазерные принтеры - легко обеспечивают наилучшее разрешение, доступны и быстры. Используемый принтер должен иметь разрешение не менее 600dpi для всех ПП, т.к. нам необходимо сделать 40 полос на дюйм. 300DPI не сможет разделить дюйм на 40 в отличие от 600DPI.

Также важно отметить, что принтер производит хорошие черные отпечатки без вкраплений тонера. Если вы планируете купить принтер для изготовления ПП, то первоначально необходимо протестировать данную модель на обычном листе бумаги. Даже лучшие лазерные принтеры могут не покрывать полностью большие области, но это не является проблемой, если пропечатываются тонкие линии.

При использовании кальки или чертежной пленки необходимо иметь руководство по заправке бумаги в принтер и правильно осуществлять смену пленки, чтобы избежать заклинивания аппаратуры. Помните, что при производстве маленьких ПП, для экономии пленки или кальки, можно разрезать листы пополам или до нужного формата (например, разрезать А4, чтобы получить А5).

Некоторые лазерные принтеры печатают с плохой точностью, но поскольку любая ошибка линейна, то ее можно компенсировать масштабированием данных при выводе на печать.

Фоторезист

Лучше всего использовать стеклотекстолит FR4,уже с нанесенным пленочным резистом. В противном случае вам придется самостоятельно покрывать заготовку. Вам не понадобится темная комната или приглушенное освещение, просто избегайте попадания прямых солнечных лучей, минимизируя избыточное освещение, и производите проявку непосредственно после облучения ультрафиолетом.

Редко применяются жидкие фоторезисты, которые наносятся распылением и покрывают медь тонкой пленкой. Я не рекомендовал бы их использование, если вы не имеете условий для получения очень чистой поверхности или хотите получить ПП с низким разрешением.

Экспонирование

Плату, покрытую фоторезистом, необходимо подвергнуть облучению ультрафиолетовым излучением через фотошаблон, используя УФ-установку.

При экспонировании можно использовать стандартные флуоресцентные лампы и УФ камеры. Для маленькой ПП - две или четыре 8-ваттных 12" ламп будет достаточно, для больших (А3) идеально использовать четыре 15" 15 ваттных ламп. Чтобы определить расстояние от стекла до лампы при экспонировании, поместите лист кальки на стекле и отрегулируйте расстояние, чтобы получить необходимый уровень освещения поверхности бумаги. Необходимые вам УФ лампы продают или как сменная деталь для установки, применяемой в медицине, или лампы "черного света" для освещения дискотек. Они окрашены в белый или иногда в черный/синий цвет и светятся фиолетовым светом, который делает бумагу флуоресцентной (она начинает ярко светиться). НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ коротковолновые УФ лампы, похожие на стираемые программируемые ПЗУ или бактерицидные лампы, которые имеют чистые стекла. Они испускают коротковолновое УФ излучение, которое может вызвать повреждение кожи и глаз, и не подходит для производства ПП.

Установку экспонирования можно оборудовать таймером, высвечивающим длительность воздействия излучения на ПП, предел его измерения должен быть от 2 до 10 минут с шагом 30 с. Неплохо было бы снабдить таймер звуковым сигналом, сообщающим об окончании времени экспонирования. Идеально было бы использовать механический или электронный таймер для микроволновой печи.

Вам придется экспериментировать, чтобы подобрать требуемое время экспонирования. Попробуйте провести экспонирование через каждые 30с, начиная с 20 секунд и заканчивая 10 минутами. Проявите ПП и сравните полученные разрешения. Заметьте, что при передержке изображение получается лучше, чем при недостаточном облучении.

Итак, для проведения экспонирования односторонней ПП поверните фотошаблон печатной стороной вверх на стекле установки, удалите защитную пленку и положите ПП чувствительной стороной вниз поверх фотошаблона. ПП должна быть прижата к стеклу, чтобы получить минимальный зазор для лучшего разрешения. Этого можно достичь либо положив на поверхность ПП какой-нибудь груз, либо присоединив к УФ-установки навесную крышку с каучуковым уплотнением, которая прижимает ПП к стеклу. В некоторых установках для лучшего контакта ПП фиксируют созданием вакуума под крышкой с помощью маленького вакуумного насоса.

При экспонировании двухсторонней платы сторона фотошаблона с тонером (более шершавая) прикладывается к стороне припоя ПП нормально, а к противоположной стороне (где будут размещаться компоненты) - зеркально. Приложив фотошаблоны печатной стороной друг к другу и совместив их, проверьте, чтобы все области пленки совпадали. Для этого удобно использовать столик с подсветкой, но он может быть заменен обычным дневным светом, если совмещать фотошаблоны на поверхности окна. Если при печати была потеряна координатная точность, это может привести к рассовмещению изображения с отверстиями; постарайтесь совместить пленки по среднему значению ошибки, следя за тем, чтобы переходные отверстия не выходили за края контактных площадок. После того как фотошаблоны соединены и правильно выровнены, прикрепите их к поверхности ПП скотчем в двух местах на противоположных сторонах листа (если плата большая - то по 3-м сторонам) на расстоянии 10 мм от края пластины. Оставлять промежуток между скрепками и краем ПП важно, т.к. это предотвратит повреждение кромки изображения. Используйте скрепки самого маленького размера, который сможете отыскать, чтобы толщина скрепки была не намного толще ПП.

Проэкспонируйте каждую сторону ПП по очереди. После облучения ПП вы сможете увидеть изображение топологии на пленке фоторезиста.

Наконец можно отметить, что короткое воздействие излучения на глаза не приносит вреда, но человек может почувствовать дискомфорт, особенно при использовании мощных ламп. Для рамы установки лучше использовать стекло, а не пластик, т.к. оно более жесткое и в меньшей степени подвержено появлению трещин при контакте.

Можно комбинировать УФ лампы и трубки белого света. Если у вас бывает много заказов на производство двухсторонних плат, то дешевле было бы приобрести установку двухстороннего экспонирования, где ПП помещаются между двумя световыми источниками, и излучению подвергаются обе стороны ПП одновременно.

Проявление

Главное, что нужно сказать про эту операцию, - НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ГИДРООКИСЬ НАТРИЯ при проявке фоторезиста. Это вещество совершенно не подходит для проявления ПП - помимо едкости раствора, к его недостаткам можно отнести сильную чувствительность к перемене температуры и концентрации, а также нестойкость. Это вещество слишком слабое, чтобы проявить все изображение и слишком сильное, чтобы растворить фоторезист. Т.е. с помощью этого раствора невозможно получить приемлемый результат, особенно если вы устроили свою лабораторию в помещении с частой сменой температуры (гараж, навес и т.п.).

Намного лучше в качестве проявителя раствор, произведенный на основе эфира кремневой кислоты, который продается в виде жидкого концентрата. Его химический состав - Na 2 SiO 3 *5H 2 O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП. Вы можете оставить ПП на точно не фиксированное время. Это также означает, что он почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры - нет риска распада при увеличении температуры. Этот раствор также имеет очень большой срок хранения, и его концентрация сохраняется постоянной не менее пары лет.

Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит вам увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуется смешивать 1 часть концентрата со 180 частями воды, т.е. в 200 мл воды содержится чуть более 1,7 гр. силиката, но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 с без риска разрушения поверхности при передержке, при невозможности приобретения силиката натрия, можно использовать углекислый натрий или калий (Na 2 СO 3).

Вы можете контролировать процесс проявки погружением ПП в хлорид железа на очень короткое время - медь тотчас же потускнеет, при этом можно различить форму линий изображения. Если остаются блестящие участки или промежутки между линиями расплывчаты, промойте плату и подержите в проявочном растворе еще несколько секунд. На поверхности недодержанной ПП может остаться тонкий слой резиста, не удаленный растворителем. Чтобы удалить остатки пленки нужно мягко протереть ПП бумажным полотенцем, шероховатость которого достаточна, чтобы удалить фоторезист без повреждения проводников.

Вы можете использовать либо фотолитографическую проявочную ванну, либо вертикальный бак для проявки - ванна удобна тем, что она позволяет контролировать процесс проявки, не вынимая ПП из раствора. Вам не понадобятся нагреваемые ванны или баки, если температура раствора будет поддерживаться не меньше 15 градусов.

Еще один рецепт проявочного раствора: Взять 200 мл "жидкого стекла", добавить 800 мл дистиллированной воды и размешайте. Затем к этой смеси добавьте 400 г гидроксида натрия.

Меры предосторожности: Никогда не берите твердый гидроксид натрия руками, используйте перчатки. При растворении гидроксида натрия в воде выделяется большое количество тепла, поэтому растворять его надо небольшими порциями. Если раствор стал слишком горячим, то прежде чем добавить очередную порцию порошка, дайте ему остыть. Раствор очень едкий, и поэтому при работе с ним необходимо надеть защитные очки. Жидкое стекло также известно как " раствор силиката натрия" и " яичный консерватор". Оно используется для чистки водосточных труб и продается в любом хозяйственном магазине. Этот раствор нельзя сделать простым растворением твердого силиката натрия. Описанный выше проявочный раствор имеет такую же интенсивность, как и концентрат, и поэтому его необходимо разбавлять - на 1 часть концентрата 4-8 частей воды в зависимости от используемого резиста и температуры.

Травление

Обычно в качестве травителя используют хлорид железа. Это очень вредное вещество, но его легко получать и оно намного дешевле, чем большинство аналогов. Хлорид железа травит любой металл, включая нержавеющие стали, поэтому при установке оборудования для травления используйте пластический или керамический водослив, с пластиковыми винтами и шурупами, и при присоединении любых материалов болтами, их головки должны иметь кремнево-каучуковое уплотнение. Если же у вас металлические трубы, то защитите их пластиком (при установке нового слив идеально было бы использовать термостойкий пластик). Испарение раствора обычно происходит не очень интенсивно, но когда ванны или бак не используются, их лучше накрывать.

Рекомендуется использовать гексагидрат хлорида железа, который имеет желтую окраску, и продается в виде порошка или гранул. Для получения раствора их необходимо залить теплой водой и размешать до полного растворения. Производство можно существенно улучшить с точки зрения экологии, добавив в раствор чайную ложку столовой соли. Иногда встречается обезвоженный хлорид железа, который имеет вид коричнево-зеленых гранул. По возможности избегайте использования этого вещества. Его можно применять только в крайнем случае, т.к. при растворении в воде он выделяет большое количество тепла. Если вы все-таки решили сделать из него травильный раствор, то ни в коем случае не заливайте порошок водой. Гранулы нужно очень осторожно и постепенно добавлять к воде. Если получившийся раствор хлорного железа не вытравливает до конца резист, то попробуйте добавить небольшое количество соляной кислоты и оставить его на 1-2 дня.

Все манипуляции с растворами необходимо проводить очень аккуратно. Нельзя допускать разбрызгивания травителей обоих типов, т.к. при их смешении может произойти небольшой взрыв, из-за которого жидкость выплеснется из контейнера и может попасть в глаза или на одежду, что опасно. Поэтому во время работы надевайте перчатки и защитные очки и сразу же смывайте любые капли, попавшие на кожу.

Если вы производите ПП на профессиональной основе, где время - деньги, вы можете использовать нагреваемые емкости для травления, чтобы увеличить скорость процесса. Со свежим горячим FeCl ПП будут полностью вытравливаться за 5 минут при температуре раствора 30-50 градусов. При этом получается лучшее качество края и более равномерная ширина линий изображения. Вместо использования ванн с подогревом можно поместить травильный поддон в емкость большего размера, наполненную горячей водой.

Если вы не используете емкость с подведенным воздухом для бурления раствора, то вам необходимо периодически передвигать плату, чтобы обеспечить равномерное травление.

Лужение

Нанесения олова на поверхность ПП проводят для облегчения пайки. Операция металлизации состоит в осаждении тонкого слоя олова(не более 2 мкм)на поверхности меди.

Подготовка поверхности ПП является очень важной стадией перед началом металлизации. Прежде всего, вам необходимо снять остатки фоторезиста, для чего можно использовать специальные очищающие растворы. Наиболее распространённый раствор для снятия резиста - трёхпроцентный раствор KOH или NaOH, нагретый до 40 - 50 градусов. Плату погружают в этот раствор, и фоторезист через некоторое время отслаивается от медной поверхности. Процедив, раствор можно использовать повторно. Другой рецепт - с помощью метанола (метиловый спирт). Очищение производят следующим образом: удерживая ПП (промытую и высушенную) горизонтально, капните несколько капель метанола на поверхность, затем, немного наклоняя плату, постарайтесь, чтобы капли спирта растеклись по всей поверхности. Подождите около 10 секунд и протрите плату салфеткой, если резист остался, повторите операцию еще раз. Затем протрите поверхность ПП проволочной мочалкой (которая дает намного лучший результат, чем наждачная бумага или абразивные ролики), пока не добьетесь блестящей поверхности, протрите салфеткой, чтобы убрать частички, оставшиеся после мочалки, и немедленно поместите плату в раствор для лужения. Не касайтесь поверхности платы пальцами после очистки. В процессе пайки олово может смачиваться расплавом припоя. Паять лучше мягкими припоями с бескислотными флюсами. Следует обратить внимание, что если между технологическими операциями существует некоторый промежуток времени, то плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3с в 5% растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде. Достаточно просто осуществлять химическое лужение, для этого плату опускают в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такое раствор соли олова, в которой потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразуещей добавки - тиокарбамида (тиомочевины), цианида щелочного металла. Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

	1	2	3	4	5
Двухлористое олово SnCl 2 *2H 2 O	5.5	5-8	4	20	10
Тиокарбомид CS(NH 2) 2	50	35-50	-	-	-
Серная кислота H 2 SO 4	-	30-40	-	-	-
KCN	-	-	50	-	-
Винная кислота C 4 H 6 O 6	35	-	-	-	-
NaOH	-	6	-	-	-
Молочнокислый натрий	-	-	-	200	-
Сернокислый алюминий-аммоний (алюмоаммонийные квасцы)	-	-	-	-	300
Температура, С o	60-70	50-60	18-25	18-25	18-25

Среди выше перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Внимание! Раствор на основе цианистого калия чрезвычайно ядовит!

Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1 раствора предлагается использование моющего средство "Прогресс" в количестве 1 мл/л. Добавление во 2 раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия и сохраняет ее в течение нескольких месяцев. Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных таких веществ является "SOLDERLAC" фирмы Cramolin. Последующая пайка проходит прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас не регулярно бывают большие заказы, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количество ПП, остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально использовать одну из бутылок, использующуюся в фотографии, не пропускающую воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнений, которые могут очень ухудшить качество вещества. Тщательно очищайте и высушивайте заготовку перед каждой технологической операцией. У вас должен быть специальный поднос и щипцы для этих целей. После использования инструменты также необходимо хорошо очистить.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав - "Розе" (олово - 25%, свинец - 25%, висмут - 50%), температура плавления которого 130 С o . Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 с, и вынув проверяют все ли медные поверхности равномерно покрыты. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении перпендикулярном плоскости платы, удерживая ее в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава "Розе" является ее нагрев в термошкафу и встряхивание. Операция может проводится повторно для достижения монотолщинного покрытия. Для предотвращения окисления горячего расплава в раствор добавляют нитроглицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После операции плата отмывается от глицерина в проточной воде.

Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожега необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками. Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Установка, включающая три емкости: травильная ванна с подогревом, ванна с барботажем и проявочный поддон. Как гарантированный минимум: травильная ванна и емкость для споласкивания плат. Для проявки и лужения плат можно использовать ванночки для фотографий.
- Набор поддонов для лужения различного размера
- Гильотина для ПП или маленькие гильотинные ножницы.
- Сверлильный станок, с ножной педалью включения.

Если вы не можете достать промывочную ванну, то для промывки плат можно использовать ручной разбрызгиватель (например, для поливки цветов).

Ну, вот и все. Желаем вам успешно освоить данную методику и получать каждый раз прекрасные результаты.

Печатная плата – это диэлектрическое основание, на поверхности и в объеме которого нанесены токопроводящие дорожки в соответствии с электрической схемой. Печатная плата предназначена для механического крепления и электрического соединения между собой методом пайки выводов, установленных на нее электронных и электротехнических изделий.

Операции по вырезанию заготовки из стеклотекстолита, сверлению отверстий и травление печатной платы для получения токоведущих дорожек в независимости от способа нанесения рисунка на печатную плату выполняются по одинаковой технологии.

Технология ручного способа нанесения
дорожек печатной платы

Подготовка шаблона

Бумага, на которой рисуется разводка печатной платы обычно тонкая и для более точного сверления отверстий, особенно в случае использования ручной самодельной дрели, чтобы сверло не вело в сторону, требуется сделать ее более плотной. Для этого нужно приклеить рисунок печатной платы на более плотную бумагу или тонкий плотный картон с помощь любого клея, например ПВА или Момент.

Вырезание заготовки

Подбирается заготовка фольгированного стеклотекстолита подходящего размера, шаблон печатной платы прикладывается к заготовке и обрисовывается по периметру маркером, мягким простым карандашом или нанесением риски острым предметом.

Далее стеклотекстолит режется по нанесенным линиям с помощью ножниц по металлу или выпиливается ножовкой по металлу. Ножницами отрезать быстрее, и нет пыли. Но надо учесть, что при резке ножницами стеклотекстолит сильно изгибается, что несколько ухудшает прочность приклейки медной фольги и если потребуется перепайка элементов, то дорожки могут отслоиться. Поэтому если плата большая и с очень тонкими дорожками, то лучше отрезать с помощью ножовки по металлу.

Приклеивается шаблон рисунка печатной платы на вырезанную заготовку с помощью клея Момент, четыре капли которого наносятся по углам заготовки.

Так как клей схватывается всего за несколько минут, то сразу можно приступать к сверлению отверстий под радиодетали.

Сверление отверстий

Сверлить отверстия лучше всего с помощью специального мини сверлильного станка твердосплавным сверлом диаметром 0,7-0,8 мм. Если мини сверлильного станка в наличии нет, то можно просверлить отверстия маломощной дрелью простым сверлом. Но при работе универсальной ручной дрелью количество переломанных сверл будет зависеть от твердости Вашей руки. Одним сверлом точно не обойдетесь.

Если сверло зажать не удается, то можно его хвостовик обернуть несколькими слоями бумаги или одним слоем наждачной шкурки. Можно на хвостовик намотать плотно виток к витку тонкой металлической проволочки.

После окончания сверления проверяется, все ли просверлены отверстия. Это хорошо видно, если посмотреть на печатную плату на просвет. Как видно, пропущенных отверстий нет.

Нанесение топографического рисунка

Для того, чтобы места фольги на стеклотекстолите, которые будут токопроводящими дорожками, защитить при травлении от разрушения, их необходимо покрыть маской, устойчивой к растворению в водном растворе. Для удобства рисования дорожек, их лучше предварительно наметить с помощью мягкого простого карандаша или маркера.

Перед нанесением разметки нужно обязательно удалить следы клея Момент, которым приклеивался шаблон печатной платы. Так как клей не сильно затвердел, то его легко можно удалить, скатав пальцем. Поверхность фольги так же нужно обязательно обезжирить с помощью ветоши любым средством, например ацетоном или уайт-спиртом (так называется очищенный бензин), можно и любым моющим средством для мытья посуды, например Ферри.

После разметки дорожек печатной платы можно приступать к нанесению их рисунка. Для рисования дорожек хорошо подходит любая водостойкая эмаль, например алкидная эмаль серии ПФ, разведенная до подходящей консистенции растворителем уайт-спиртом. Рисовать дорожки можно разными инструментами – стеклянным или металлическим рейсфедером, медицинской иглой и даже зубочисткой. В этой статье я расскажу, как рисовать дорожки печатных плат с помощью чертежного рейсфедера и балеринки, которые предназначены для черчения на бумаге тушью.

Раньше компьютеров не было и все чертежи чертили простыми карандашами на ватмане и затем переводили тушью на кальку, с которой с помощью копировальных аппаратов делали копии.

Нанесение рисунка начинают с контактных площадок, которые рисуют балеринкой. Для этого нужно отрегулировать зазор раздвижных губок рейсфедера балеринки до требуемой ширины линии и для установки диаметра круга выполнить регулировку вторым винтом отодвинув рейсфедер от оси вращения.

Далее рейсфедер балеринки на длину 5-10 мм наполняется с помощью кисточки краской. Для нанесения защитного слоя на печатную плату лучше всего подходит краска марки ПФ или ГФ, так как она медленно высыхает и позволяет спокойно работать. Краску марки НЦ тоже можно применять, но работать с ней сложно, так как она быстро сохнет. Краска должна хорошо ложиться и не растекаться. Перед рисованием красу нужно развести до жидкой консистенции, добавляя в нее понемногу при интенсивном перемешивании подходящий растворитель и пробуя рисовать на обрезках стеклотекстолита. Для работы с краской удобнее всего ее налить во флакон от маникюрного лака, в закрутке которого установлена кисточка, устойчивая к растворителям.

После регулировки рейсфедера балеринки и получения требуемых параметров линий можно приступить к нанесению контактных площадок. Для этого острая часть оси вставляется в отверстие и основание балеринки проворачивается по кругу.

При правильной настройке рейсфедера и нужной консистенции краски вокруг отверстий на печатной плате получаются окружности идеально круглой формы. Когда балеринка начинает плохо рисовать, из зазора рейсфедера тканью удаляются остатки подсохшей краски и рейсфедер заполняется свежей. чтобы обрисовать все отверстия на этой печатной плате окружностями понадобилось всего две заправки рейсфедера и не более двух минут времени.

Когда круглые контактные площадки на плате нарисованы, можно приступать к рисованию токопроводящих дорожек с помощью ручного рейсфедера. Подготовка и регулировка ручного рейсфедера не отличается от подготовки балеринки.

Единственное, что дополнительно понадобится, так это плоская линейка, с приклеенными на одной из ее сторон по краям кусочками резины, толщиной 2,5-3 мм, чтобы линейка при работе не скользила и стеклотекстолит, не касаясь линейки, мог свободно проходить под ней. Лучше всего подходит в качестве линейки деревянный треугольник, он устойчив и одновременно может служить при рисовании печатной платы опорой для руки.

Чтобы печатная плата при рисовании дорожек не скользила, желательно ее разместить на лист наждачной бумаги, представляющий собой два склепных между собой бумажными сторонами наждачных листа.

Если при рисовании дорожек и окружностей они соприкоснулись, то не стоит принимать никаких мер. Нужно дать краске на печатной плате подсохнуть до состояния, когда она не будет пачкать при прикосновении и с помощью острия ножа удалить лишнюю часть рисунка. Чтобы краска быстрее высохла плату нужно расположить в теплом месте, например в зимнее время на батарею отопления. В летнее время года - под лучи солнца.

Когда рисунок на печатной плате полностью нанесен и исправлены все дефекты можно переходить к ее травлению.

Технология нанесения рисунка печатной платы
с помощью лазерного принтера

При печати на лазерном принтере происходит перенос за счет электростатики образованного тонером изображения с фото барабана, на котором лазерный луч нарисовал изображение, на бумажный носитель. Тонер удерживается на бумаге, сохраняя изображение, только за счет электростатики. Для закрепления тонера бумага прокатывается между валиками, один из которых является термопечкой, разогретой до температуры 180-220°C. Тонер расплавляется и проникает в текстуру бумаги. После остывания тонер отвердевает и прочно удерживается на бумаге. Если бумагу опять нагреть до 180-220°C, то тонер опять станет жидким. Это свойство тонера и используется для переноса изображения токоведущих дорожек на печатную плату в домашних условиях.

После того, как файл с рисуночком печатной платы готов, необходимо его распечатать с помощью лазерного принтера на бумажный носитель. Обратите внимание, изображение рисунка печатной платы для данной технологии должно иметь вид со стороны установки деталей! Струйный принтер для этих целей не подходит, так как работает на другом принципе.

Подготовка бумажного шаблона для переноса рисунка на печатную плату

Если напечатать рисунок печатной платы на обыкновенной бумаге для офисной техники, то из-за пористой ее структуры, тонер глубоко проникнет в тело бумаги и при переносе тонера на печатную плату, большая часть его останется в бумаге. В дополнение будут сложности с удалением бумаги с печатной платы. Придется ее долго размачивать в воде. Поэтому для подготовки фотошаблона необходима бумага, не имеющая пористую структуру, например фотобумага, подложка от самоклеящихся пленок и этикеток, калька, страницы от глянцевых журналов.

В качестве бумаги для печати рисунка печатной платы я использую кальку из старых запасов. Калька очень тонкая и печатать шаблон непосредственно на ней невозможно, она в принтере заминается. Для решения этой проблемы, нужно перед печатью на кусок кальки требуемого размера по углам нанести по капельке любого клея и приклеить на лист офисной бумаги А4.

Такой прием позволяет распечатывать рисунок печатной платы даже на самой тонкой бумаге или пленке. Для того, чтобы толщина тонера рисунка была максимальной, перед печатью, нужно выполнить настройку «Свойств принтера», отключив режим экономной печати, а если такая функция не доступна, то выбрать самый грубый тип бумаги, например картон или что то подобное. Вполне возможно с первого раза хороший отпечаток не получится, и придется немного поэкспериментировать, подобрав наилучший режим печати лазерного принтера. В полученном отпечатке рисунка дорожки и контактные площадки печатной платы должны быть плотными без пропусков и смазывания, так как ретушь на данном технологическом этапе бесполезна.

Осталось обрезать кальку по контуру и шаблон для изготовления печатной платы будет готов и можно приступать к следующему шагу, переносу изображения на стеклотекстолит.

Перенос рисунка с бумаги на стеклотекстолит

Перенос рисунка печатной платы является самым ответственным этапом. Суть технологии проста, бумага, стороной напечатанного рисунка дорожек печатной платы прикладывается к медной фольге стеклотекстолита и с большим усилием прижимается. Далее этот бутерброд разогревается до температуры 180-220°C и затем охлаждается до комнатной. Бумага отдирается, а рисунок остается на печатной плате.

Некоторые умельцы предлагают переносить рисунок с бумаги на печатную плату, используя электроутюг. Я пробовал такой способ, но результат получался нестабильным. Сложно обеспечить одновременно нагрев тонера до нужной температуры и равномерный прижим бумаги ко всей поверхности печатной платы при затвердевании тонера. В результате рисунок переносится не полностью и остаются пробелы в рисунке дорожек печатной платы. Возможно, утюг не достаточно нагревался, хотя регулятор был выставлен на максимальный нагрев утюга. Вскрывать утюг и перенастраивать терморегулятор не хотелось. Поэтому я воспользовался другой технологией, менее трудоемкой и обеспечивающей сто процентный результат.

На вырезанную в размер печатной платы и обезжиренную ацетоном заготовку фольгированного стеклотекстолита приклеил по углам кальку с напечатанным на ней рисунком. На кальку сверху положил, для более равномерного прижима, пяток листиков офисной бумаги. Полученный пакет положил на лист фанеры и сверху накрыл листом такого же размера. Весь этот бутерброд зажал с максимальной силой в струбцинах.

Осталось нагреть сделанный бутерброд до температуры 200°C и остудить. Для нагрева идеально подходит электродуховка с регулятором температуры. Достаточно поместить сотворенную конструкцию в шкаф, дождаться набора заданной температуры и через полчаса извлечь плату для остывания.

Если электродуховки в распоряжении нет, то можно воспользоваться и газовой духовкой, отрегулировав температуру ручкой подачи газа по встроенному термометру. Если термометра нет или он неисправен, то могут помочь женщины, подойдет положение ручки регулятора, при котором пекут пироги.

Так как концы фанеры покоробило, на всякий случай зажал их дополнительными струбцинами. чтобы избежать подобного явления, лучше печатную плату зажимать между металлическими листами толщиной 5-6 мм. Можно просверлить в их углах отверстия и зажимать печатные платы, стягивать пластины с помощью винтов с гайками. М10 будет достаточно.

Через полчаса конструкция остыла достаточно, чтобы тонер затвердел, плату можно извлекать. При первом же взгляде на извлеченную печатную плату становится понятно, что тонер перешел с кальки на плату отлично. Калька плотно и равномерно прилегала по линиям печатных дорожек, кольцам контактных площадок и буквам маркировки.

Калька легко оторвалась практически от всех дорожек печатной платы, остатки кальки были удалены с помощью влажной ткани. Но все, же не обошлось без пробелов в нескольких местах на печатных дорожках. Такое может случиться в результате неравномерности печати принтера или оставшейся грязи или коррозии на фольге стеклотекстолита. Пробелы можно закрасить любой водостойкой краской, маникюрным лаком или заретушировать маркером.

Для проверки пригодности маркера для ретуши печатной платы, нужно нарисовать ним на бумаге линии и бумагу смочить водой. Если линии не расплывутся, значит, маркер для ретуши подходит.

Травить печатную плату в домашних условиях лучше всего в растворе хлорного железа или перекиси водорода с лимонной кислотой. После травления тонер с печатных дорожек легко удаляется тампоном, смоченным в ацетоне.

Затем сверлятся отверстия, лудятся токопроводящие дорожки и контактные площадки, запаиваются радиоэлементы.

Такой вид приняла печатная плата с установленными на ней радиодеталями. Получился блок питания и коммутации для электронной системы, дополняющий обыкновенный унитаз функцией биде .

Травление печатной платы

Для удаления медной фольги с незащищенных участков фольгированного стеклотекстолита при изготовлении печатных плат в домашних условиях радиолюбители обычно используют химический способ. Печатная плата помещается в травильный раствор и за счет химической реакции медь, незащищенная маской, растворяется.

Рецепты травильных растворов

В зависимости от доступности компонентов радиолюбители применяют один из растворов, приведенных в таблице ниже. Травильные растворы расположены в порядке популярности их применения радиолюбителями в домашних условиях.

Наименование раствора	Состав	Количество	Технология приготовления	Достоинства	Недостатки
Перекись водорода плюс лимонная кислота	Перекись водорода (H 2 O 2)	100 мл	В 3% растворе перекиси водорода растворить лимонную кислоту и поваренную соль	Доступность компонентов, высокая скорость травления, безопасность	Не хранится
	Лимонная кислота (C 6 H 8 O 7)	30 г
	Поваренная соль (NaCl)	5 г
Водный раствор хлорного железа	Вода (H 2 O)	300 мл	В теплой воде растворить хлорное железо	Достаточная скорость травления, повторное использование	Невысокая доступность хлорного железа
	Хлорное железо (FeCl 3)	100 г
Перекись водорода плюс соляная кислота	Перекись водорода (H 2 O 2)	200 мл	В 3% раствор перекиси водорода влить 10% соляную кислоту	Высокая скорость травления, повторное использование	Требуется высокая аккуратность
	Соляная кислота (HCl)	200 мл
Водный раствор медного купороса	Вода (H 2 O)	500 мл	В горячей воде (50-80°С) растворить поваренную соль, а затем медный купорос	Доступность компонентов	Ядовитость медного купороса и медленное травление, до 4 часов
	Медный купорос (CuSO 4)	50 г
	Поваренная соль (NaCl)	100 г

Травить печатные платы в металлической посуде не допускается . Для этого нужно использовать емкость из стекла, керамики или пластика. Утилизировать отработанный травильный раствор допускается в канализацию.

Травильный раствор из перекиси водорода и лимонной кислоты

Раствор на основе перекиси водорода с растворенной в ней лимонной кислотой является самым безопасным, доступным и быстро работающим. Из всех перечисленных растворов по всем критериям это лучший.

Перекись водорода можно приобрести в любой аптеке. Продается в виде жидкого 3% раствора или таблеток под названием гидроперит. Для получения жидкого 3% раствора перекиси водорода из гидроперита нужно в 100 мл воды растворить 6 таблеток весом 1,5 грамма.

Лимонная кислота в виде кристаллов продается в любом продуктовом магазине, расфасованная в пакетиках весом 30 или 50 грамм. Поваренная соль найдется в любом доме. 100 мл травильного раствора хватит на удаление медной фольги толщиной 35 мкм с печатной платы площадью 100 см 2 . Отработанный раствор не хранится и повторному использованию не подлежит. Кстати, лимонную кислоту можно заменить уксусной, но из-за ее едкого запаха травить печатную плату придется на открытом воздухе.

Травильный раствор на основе хлорного железа

Вторым по популярности травильным раствором является водный раствор хлорного железа. Ранее он был самым популярным, так как на любом промышленном предприятии хлорное железо было легко достать.

Травильный раствор не требователен к температуре, травит достаточно быстро, но скорость травления снижается по мере расходования хлорного железа в растворе.

Хлорное железо очень гигроскопично и поэтому из воздуха быстро впитывает воду. В результате на дне банки появляется желтая жидкость. Это не влияет на качество компонента и такое хлорное железо пригодно для приготовления травильного раствора.

Если использованный раствор хлорного железа хранить в герметичной таре, то его можно использовать многократно. Подлежит регенерации, достаточно в раствор насыпать железных гвоздей (они сразу покроются рыхлым слоем меди). При попадании на любые поверхности оставляет трудноудаляемые желтые пятна. В настоящее время раствор хлорного железа для изготовления печатных плат применяют реже в связи с его дороговизной.

Травильный раствор на основе перекиси водорода и соляной кислоты

Отличный травильный раствор, обеспечивает высокую скорость травления. Соляную кислоту при интенсивном помешивании вливают в 3% водный раствор перекиси водорода тоненькой струйкой. Вливать перекись водорода в кислоту недопустимо! Но из-за наличия в травильном растворе соляной кислоты при травлении платы нужно соблюдать большую осторожность, так как раствор разъедает кожу рук и портит все, на что попадает. По этой причине травильный раствор с соляной кислотой в домашних условиях использовать не рекомендуется.

Травильный раствор на основе медного купороса

Метод изготовления печатных плат с применение медного купороса обычно используют в случае невозможности изготовления травильного растворов на основе других компонентов из-за их недоступности. Медный купорос является ядохимикатом и широко применяется для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. В дополнение время травления печатной платы составляет до 4 часов, при этом необходимо поддерживать температуру раствора 50-80°С и обеспечить постоянную смену раствора у стравливаемой поверхности.

Технология травления печатных плат

Для травления платы в любом из вышеперечисленных травильных растворов подойдет стеклянная, керамическая или пластиковая посуда, например от молочных продуктов питания. Если под рукой подходящего размера емкости не оказалось, то можно взять любую коробку из плотной бумаги или картона подходящего размера и выстелить ее внутренность полиэтиленовой пленкой. В емкость наливается травильный раствор и на его поверхность аккуратно рисунком вниз кладется печатная плата. За счет сил поверхностного натяжения жидкости и небольшого веса плата будет плавать.

Для удобства к центру платы клеем момент можно приклеить пробку от пластиковой бутылки. Пробка одновременно будет служить ручкой и поплавком. Но тут есть опасность, что на плате образуются пузырьки воздуха и в этих местах медь не вытравится.

Чтобы обеспечить равномерное вытравливание меди можно положить печатную плату на дно емкости вверх рисунком и периодически покачивать ванночку рукой. Через некоторое время, в зависимости от травильного раствора, начнут появляться участки без меди, а затем медь растворится полностью на всей поверхности печатной платы.

После окончательного растворения меди в травильном растворе печатную плату извлекают из ванночки и тщательно промывают под струей проточной воды. Тонер удаляется с дорожек ветошью, смоченной в ацетоне, а краска хорошо удаляется ветошью, смоченной в растворителе, который добавлялся в краску для получения нужной ее консистенции.

Подготовка печатной платы к монтажу радиодеталей

Следующий шаг, это подготовка печатной платы к монтажу радиоэлементов. После снятия с платы краски, дорожки нужно обработать круговыми движениями мелкой наждачной бумагой. Увлекаться не нужно, потому что медные дорожки тонкие и можно легко их сточить. Достаточно всего нескольких проходов абразивом со слабым прижимом.

Далее токоведущие дорожки и контактные площадки печатной платы покрываются спирто-канифольным флюсом и лудятся мягким припоем эклектическим паяльником. чтобы отверстия на печатной плате, не затягивались припоем, его на жало паяльника нужно брать немного.

После завершения изготовления печатной платы, останется только вставить в предназначенные позиции радиодетали и запаять их выводы к площадкам. Перед пайкой ножки деталей нужно обязательно смочить спирто-канифольным флюсом. Если ножки радиодеталей длинные, то их нужно перед пайкой обрезать бокорезами до длины выступания над поверхностью печатной платы 1-1,5 мм. После окончания монтажа деталей нужно удалить остатки канифоли с помощью любого растворителя - спирта, уайт-спирта или ацетона. Они все успешно растворяю канифоль.

На воплощение этой простой схемы емкостного реле от разводки дорожек для изготовления печатной платы до создания действующего образца ушло не более пяти часов, гораздо меньше, чем на верстку этой страницы.

Сегодня мы выступим в немного непривычном для себя амплуа, будем рассказывать не о гаджетах, а о технологиях, которые стоят за ними. Месяц назад мы были в Казани, где познакомились с ребятами из Навигатор-кампуса . Заодно побывали на расположенном близко (ну, относительно близко) заводе по производству печатных плат - Технотех . Этот пост - попытка разобраться в том, как же все-таки производят те самые печатные платы.


Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?

На заводе умеют делать платы от начала и до конца - проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат.
Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.

О методах изготовления плат

Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio -прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio -отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе.
В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом.
Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными.) - нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению - тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения.
Я покажу именно комбинированный метод.

Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)

Изготовление стеклотекстолита

Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит - это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист.
Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты - это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:

Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:


В центре платы, светлые участки - это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее - параллельно.
Или например на микрофотографии tiberius , насколько я помню из этой статьи:

Итак, начнем.
Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах:


Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой - такой материал называется препрегом , от английского pre -impreg nated - предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии - листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.
Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:


А вот сам рулон фольги.


Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:


На фото Владимир Потапенко, начальник производства.
Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолита


При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист.
Вот такой:


Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:


Технотех использует два вида заготовок: 305х450 - маленькая групповая заготовка, 457х610 - большая заготовка
После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…


Маршрутная карта - это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.

Сверловка заготовок

Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат - сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:


Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки - так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.


После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:


Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому . Он ест трехразовое трехфазное питание напряжением 400В, и потребляет при работе 20 КВт. Вес станка около 8 тонн. Он может одновременно обрабатывать четыре пакета по разным программам, что в сумме дает 12 плат за цикл(естественно, что все заготовки в одном пакете будут просверлены одинаково). Цикл сверления - от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и количества отверстий. Среднее время - около 20 минут. Всего таких станков у технотеха три штуки.


Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору - отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.


Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его - станок все время знает степень износа сверл - записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.


Вот так выглядят внутренности станка:


После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляется по этапу на следующий этап.

Очистка, активация заготовок и химическое меднение.

Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивами


Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона».
Плата становится чистой и блестящей:


После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности. Для каждой поверхности вводится серийный номер Активация поверхности - это подготовка к осаждению меди на внутреннюю поверхность отверстий для создания переходных отверстий между слоями платы. Медь не может осесть на неподготовленную поверхность, поэтому плату обрабатывают специальными катализаторами на основе палладия. Палладий, в отличии от меди, легко осаждается на любую поверхность, и в дальнейшем служит центрами кристаллизации для меди. Установка активации:

После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях.


Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон - это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.

Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.

Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):


Собственно вот зеленая пленка на барабане - это и есть фоторезист.


Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше - установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного - примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами.
А на переднем плане - огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:


Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:


Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди - маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.


Это тоже позитивная маска:


Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении.
Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:

Гальваническая металлизация

Теперь настал через ее величества - гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше - с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:


В которых циркулируют сложные составы электролитов:


А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:


Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.

Осаждение металлорезиста

Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС - припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:


Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:


И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:

Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста

Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:


Дорожки на плате - это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция - слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.


Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) - когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:


И устанавливается вот в такой автомат:


Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:


Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные - при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных.
Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно.
Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине - он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.

Электротест

Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест - это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно - станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме (кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:


Та большая машина слева - и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:


На видео, правда, была другая машинка - с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.

Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок

Следующий технологический процесс - нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:


Закладываются вот в такой автомат:


Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:


Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме (и подписаться тоже:)
После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:


Потом их покрывают финишным покрытием - горячим лужением или иммерсионным нанесением:


И наносят маркировку - шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит.
Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:


Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.

Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:

Все, что я описал выше - касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.

Изготовление ядер

Ядро - это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны - трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым - это означает, что оно используется в качестве реперного - того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:


Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала - обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии - нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:


После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный - сидят люди и смотрят в заготовки:


Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):


Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.

Сборка ядер в пакет и прессование

Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:


Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:


А рядом кладется карта расположения слоев:


После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.


Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:


А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:


А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.


Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев - в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у него доброе сердце несколько ядер со сформированными дорожками, которые, правда, еще никак не связаны между собой и разделены изолирующими слоями полимеризированного препрега. Дальше процесс проходит те же стадии, что я уже описывал ранее. Правда, за небольшим различием.

Сверловка заготовок

При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском - все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям - при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их в экстазе при металлизации. Поэтому пакет собирается вот на такой машинке:


Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.

Металлизация

Дальше все просто - заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:


Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.

Проверка и шлифы

Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально.


Эти кусочки называются шлифы - поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:

Фрезеровка или скрайбирование

Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:


Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант - скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:

А вот фрезерованная:


Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается - платы складывают в стопочку:


Оборачивается все тем же маршрутным листом:


И ждет отправки.
А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.

Сборка

Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке - то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):


И собирают, собирают:


А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все - от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям.


Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:


Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.


Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:


Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:


Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:


И он начинает расставлять компоненты на плате.


Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно:

Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды).
Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная - это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:


Запаянный лист плат выглядит вот так:


Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:

Примеры

Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:


C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления - этого требуют военные):


Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:


И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению).
Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления - они очень хотят работать с гражданскими заказами.

И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.

Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб: