Очень часто в процессе технического творчества необходимо изготавливать печатные платы для монтажа электронных схем. И сейчас я расскажу об одном из самых, на мой взгляд, продвинутых способов изготовления печатных плат с помощью лазерного принтера и утюга. Живем мы в 21 веке, поэтому будем облегчать себе работу, используя компьютер.
Шаг 1. Проект платы
Проектировать печатную плату мы будем в специализированной программе. Например в программе sprint Layout 4.
Шаг 2. Печать рисунка платы
После этого нам нужно напечатать рисунок платы. Для этого сделаем следующее:
- В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность.
- Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней.
- Напечатаем рисунок печатной платы на мелованной бумаге в зеркальном отображении. Лучше сразу в нескольких экземплярах.
Шаг 3. Зачистка платы
Напечатанный лист отложим пока в сторону и займемся подготовкой платы. В качестве исходного материала для платы может служить фольгированный гетинакс, фольгированный текстолит. При длительном хранении медная фольга покрывается плёнкой окислов, которая может помешать травлению. Поэтому начнем подготовку платы. Мелкой наждачной бумагой сдираем плёнку окислов с платы. Особо не усердствуйте, фольга тонкая. В идеале плата после зачистки должна блестеть.
Шаг 4. Обезжиривание платы
После зачистки плату промываем проточной водой. После этого нужно плату обезжирить, для того чтобы тонер прилип лучше. Обезжирить можно каким либо бытовым моющим средством, либо промыв органическим растворителем (например, бензином или ацетоном)
Шаг 5. Перевод рисунка на плату
После этого при помощи утюга переведем рисунок с листа на плату. Наложим распечатку рисунком на плату и начнем гладить горячим утюгом, равномерно прогревая всё плату. Тонер начнет плавится и прилипать к плате. Время и усилие прогрева подбирается экспериментально. Нужно что бы тонер не растекся, но и нужно что бы он весь приварился.
Шаг 6. Очистка платы от бумаги
После того, как плата с прилипшей к ней бумажкой остынет – намочим ее и под потоком воды будем скатывать ее пальцами. Мокрая бумага будет собираться в катышки, а прилипший тонер останется на месте. Тонер достаточно прочен и с трудом соскабливается ногтем.
Шаг 7. Травление платы
Травление печатных плат лучше всего производить в хлорном железе (III) Fe Cl 3. Этот реактив продается в любом магазине радиодеталей и стоит недорого. Погружаем плату в раствор и ждем. Процесс травления зависит от свежести раствора, его концентрации и т.п. Может занимать от 10 минут до часа и более. Процесс можно ускорить покачивая ванночку с раствором.
Конец процесса определяется визуально – когда стравится вся незащищенная медь.
Тонер смывается ацетоном.
Шаг 8. Сверление отверстий
На плату перенесено изображение деталей, очень упрощает сборку
Как-то наткнулся в интернете на видео по нанесению надписей на разные поверхности с помощью акрилового лака. Суть там простая, печатаете на лазерном принтере надпись, промазываете её с лицевой стороны лаком, ждете высыхания лака, затем размочив бумагу в теплой воде осторожно скатываете её в комочки и удаляете с засохшего лака, когда вся бумага будет удалена, то останется только прозрачный слой лака с прилипшим к нему тонером в виде вашей надписи.
Но лак очень хрупкий и с него сложно снять бумагу не повредив его. И тут пришла идея вместо лака использовать обычный скотч!
Методика
Печатаем надпись, наклеиваем на лицевую сторону прозрачный скотч, хорошенько проглаживаем, обрезаем ножницами лишнее, и под кран с теплой водой. Бумага снимается очень легко, но сильно тереть не стоит, чтобы не повредить слой тонера, и когда будет казаться что скотч идеально очищен от бумаги, то еще разок внимательно просмотрите на наличие остатков бумаги, т.к. маленькие остатки бумаги в воде практически прозрачны и незаметны.После снятия бумаги есть 2 варианта приклеивания скотча:
1. Сразу клеим, не дожидаясь высыхания воды. Это дает возможность несколько раз отклеить скотч для корректировки положения надписи.
2. Положить скотч липкой стороной вверх и подождать, пока высохнет вода. Для ускорения высыхания хорошо подходит змеевик в ванной или батарея зимой. Как ни странно, липкость восстанавливается полностью. Приклеивать нужно сразу правильно, т.к. просохший скотч сложно отклеить без повреждения надписи.
Скотч остается липким только там, где нет тонера! Бумага - обычная офисная.
Вот несколько примеров того, что получается:
В амперметр печатал шкалу, надпись под вольтметром, и + -, это первая проба на старом добром экспериментальном БП. 
Печатные платы с помощью лазерного принтера
Способ первый.
Ингредиенты:
Фольга алюминиевая.
Покупается в хозяйственном магазине. Существует два типа фольги: толстая мягкая и тонкая жесткая. Толстую фольгу, наверно, делают только у нас, а тонкая бывает и наша, и импортная. В данном нужна только тонкая. У нее одна сторона зеркальная, а вторая матовая. Если отрезать полоску такой фольги размером 1 х 10 см, и пытаться держать ее горизонтально за один конец, то полоска будет гнуться под собственным весом. Если фольга толстая, гнуться в таких условиях она не будет. В новой упаковке тонкая фольга обычно имеет зубчатый край листа, а рулон запаян в прозрачную пленку.
Принтер лазерный.Я использовал НР LJ 6L, но наверно пойдет любой. Надо выключить всякие экономические режимы, заставить принтер делать рисунок темнее, т.е. расходовать побольше тонера. Желательно пропускать бумагу через принтер так, чтобы она поменьше изгибалась. С этой точки зрения, наверно, лучше первые модели НР LJ, там вроде бы можно было пропустить бумагу почти совсем без изгиба. Но и выпускать бумагу на нижний выход тоже нормально. Утюг электрический. Ставим терморегулятор на одну точку (синтетика), и начинаем проводить эксперименты для тонкой регулировки. Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Самоклеющиеся наклейки для печати на них лазерным принтером. В принципе, можно заменить их чем-нибудь еще, но мне жалко принтер (см. ниже). Лист резины. Как можно более гладкий, лучше мягкий. Я использовал пористую резину толщиной ~5 мм, с гладким (не пористым) верхним слоем. Теперь берем лист обычной бумаги, на которой печатает ваш принтер. Накладываем на него чуть меньшего размера кусок фольги, матовой стороной кверху, и осторожно, но ровно приклеиваем его по одной короткой стороне полосками, отрезанными от самоклеющихся наклеек. Скотчем клеить нельзя, потому что в принтере есть печка, на которой скотч и останется. Клейкая поверхность не должна, естественно, высовываться за края бумаги. Теперь заправляем эту конструкцию в принтер, так чтобы приклеенный край фольги шел первым, и заставляем принтер протащить этот лист (напечатайте текстовый файл из одного пробела:). Я считаю, что испортить принтер фольгой очень трудно. Ну, хотя бы потому, что в бумаге, на которую он рассчитан, очень много мела, а он достаточно твердый. Ну а забить принтер фольгой можно точно так же, как и бумагой. Поэтому приклеена фольга должна быть прочно, ровно, чтоб не образовывалось складок. Ну и разрывов по краям быть не должно. Вышедший из принтера лист фольги имеет явные полосы от всяких колесиков, которыми принтер протаскивает бумагу. Запомните, где эти полосы расположены, эти места будут нерабочими, на них не удается сделать точный рисунок. Может, что нибудь грубое и получится, но мне это не было нужно. Теперь нужен собственно рисунок будущей платы. В чем угодно, практически. Если это будет растровый рисунок будут проблемы с точными размерами, пиксели будут видны и т. п., но можно в принципе. С векторными же форматами (*.wmf, например) морока только с масштабом. Я больше всего люблю Автокад, в нем просто чертить, размеры всегда точные и т.п. Невытравленные места (дорожки) должны быть черные, и не забудьте про то, что рисунок на плате будет зеркальным по отношению к чертежу. Плата должна быть обведена дорожкой шириной в 2 мм, которая получается плохо, но защищает остальную плату. Но по этой дорожке удобно потом плату обрезать. Возможно, проще всего будет нарисовать плату на большом листе бумаги в масштабе и отсканерить. Заправляем лист бумаги в принтер и выводим наш рисунок. Смотрим, чтоб он был в правильном масштабе и на нужном месте листа. Теперь делаем еще раз конструкцию из листа бумаги, фольги и липкой полоски, с той разницей, что теперь известно, где будет рисунок, и кусок фольги нужен небольшой. Под фольгой должна быть чистая бумага, иначе фольга обратной стороной приклеится к бумаге. Печатаем рисунок платы и внимательно его рассматриваем. Наверняка где-то получился брак из-за неровной фольги, попавшей соринки и т. п., в таком случае лучше напечатать все еще раз, на новом куске фольги. Если весь рисунок уехал и растянулся, наверняка вы напечатали его не на матовой, а на гладкой стороне фольги. Ну, когда все получится правильно и качественно, осторожно отрезаем фольгу от бумаги. Теперь кладем на какую-нибудь теплостойкую поверхность лист резины, на него фольгу рисунком кверху, и накрываем куском старательно очищенного фольгированного стеклотекстолита, фольгой вниз. Сверху ставим горячий утюг, и прижимаем его чем-нибудь тяжелым. Я использовал пачку керамической плитки в 16 кг:) Через 5 минут аккуратно снимаем утюг, но на его место ставим что-то холодное и тяжелое, но с ровной нижней поверхностью. Я ставил все ту же пачку плитки. Минут через 10 конструкция окончательно остынет, тогда стеклотекстолит с прилипшей к нему фольгой травим. Тонкая алюминиевая фольга стравливается в хлорном железе очень быстро, оставляя, правда, какие-то лохмотья, которые мешают нормально травиться меди. Поэтому плату нужно промыть водой, заодно можно посмотреть на качество получившегося рисунка, и если нужно, подретушировать. Если дорожки смазанные вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют утюг слишком холодный, или выделяющийся газ при травлении алюминия сорвал алюминий вместе с краской. Если дорожки стали широкими утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Ну вот, после травления у вас будет односторонняя плата. Как синхронизировать рисунок на второй стороне, если она нужна я не знаю пока. Проще сделать две платы, и склеить обратными сторонами.Точность у меня получилась 0.3 мм, хотя это не точность, а как-то по другому называется. Дорожки или пробелы между ними уже (ударение на первый слог) 0.3 мм получаются с трудом. Я, например, сделал небольшую плату, на которой стоят SOIC"и с разным количеством ног и чип-элементы, и точность оказалась вполне достаточной.
Способ второй.
У меня есть еще более простой способ изготовления плат с шагом 1.25 мм, в качестве носителя используется бумага с каким-то блестящим покрытием, продается в магазинах наравне с обычной офисной, в таких серых неказистых пачках по 250 листов. Она довольно тонкая, одна сторона похожа на мелованную, и эта сторона немного блестит. Термоусадка, конечно, есть, но допустимая. Дык вот, развожу я платки на OrCad РCB 4.42 (386+),можно сразу с него печатать на любой НР LaserJet (там есть опции зеркала, негатива и т.д.),но я выдаю печать в файл (300DРI),а потом преобразую в РCX примочкой НР2РCX (была в комплекте РaintBrusН 4.5),а потом уже компоную лист из нескольких платок любым граф. редактором (мне нравится Рaint SНoр Рro под ВЫНЬ95).Далее - обычный процесс печати (мне удобнее тем же РB4.5 - просто и один к одному) на блестящий слой, хватит одного прохода, если плата двухсторонняя, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Кстати, если перед печатью ее прогнать чистым листом на лазерке,то сей глюк стремится к нулю. Потом обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху отпечаток мордой вниз. Это все прижимается утюгом, разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам), можно сначала через тонкую сухую хлопковую материю,а потом уже можно аккуратно приглаживать бумагу до полного приставания тонера к плате, потом он уже не отстает. Далее плата остывает, ее нужно опустить в воду нагретую где-то до 40C,подержать там пару минут (видно будет, как бумага раскиснет),легко все сдерется, остальное просто скатать пальцем. Из-за покрытия на плате не будет ворса, как при обычной бумаге, когда плата высыхает, видно, что поверх слоя тонера осталось беловатое покрытие с бумаги. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются обе бумажки сторон, в любых свободных противоположных местах колятся иголкой два технологических отверстия, первая сторона платы "гладится" как обычно, потом сверлится по тех. отв. тонким сверлом, и с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажкой другой стороны, которую можно зафиксировать, а потом так же "пригладить", как и первую сторону, никакого вреда противоположной стороне не будет. Естественно, размачивать плату, когда обе стороны уже приглажены. Травилось это все и FeCl3, и солянкой с гидроперитом без проблем. Все это проверялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет. После травления сверлю, OrCad настроил так, что при печати внутри площадок остаются незакрашенные точки, которые после травления будут вместо кернения. В итоге получалась линия шириной в 1пиксель на 300DРI,конечно,немного она была шире, но факт налицо. Слышал, люди использовали вместо бумаги фторопластовую пленку, но не сказали, где ее брать.
Способ третий
Нужно:
Утюг...
Я использую обычный старый электроутюжок с терморегулятором, регулятор ставлю на "лен".. Лазерный принтер или ксер _с однокомпонентным тонером. Опробованы НР LJ3Р и LJ4L с полным успехом, с QMS и копирами Mita не получилось ничего - слой тонера очень тонкий. При печати из виндов ставлю контраст на максимум, слой тонера при этом легко прощупывается пальцем. С перезаправленными картриджами не пробовал, хотя по моим наблюдениям они иногда дают даже более толстый слой тонера... Мелкая шкурка, очищенный бензин или ацетон для обезжиривания... Бумага... Я пользуюсь листками из журнала Stereo&Video. Там очень тонкая мелованная бумага. Типографская краска не мешает. На обычной каландрированной бумаге тоже пробовал, но получается отвратно... Финская меловка (~80 г/м) вроде бы подходит, но размокает слишком медленно...
Процесс:
Печатается на тонкую меловку зеркально перевернутый рисунок платы. Стеклотекстолит вырезается под размер платы с полями минимум по сантиметру с каждой стороны и зачищается круговыми движениями шкуркой. Главная задача - покрыть всю поверхность меди микроцарапинами, чтобы она казалась как бы матовой. После зашкурки обезжирить тщательнейшим образом, а заодно убрать всю пыль, даже из царапин...Стеклотекстолит кладется медью на тонер и бумага оборачивается и фиксируется скотчем чтобы не съехала при пришкваривании. Нужен легкий натяг, но перетягивать вредно...Иногда полезно обернуть полученный бутерброд еще одним листом писчей бумаги для того, чтобы уменьшить вероятность того, что под утюгом бумага с тонером "поедет". Плата кладется тонерной стороной вверх. На нее плоскостью ставится прогретый утюг секунд на 20-30, чтобы стеклотекстолит прогрелся... Потом ребром утюга с умеренным нажимом (тут надо руку набить экспериментально) несколько раз тщательно проходится вся поверхность. Если пережать тонер растекается в стороны и рисунок получится размазанным, если недожать - может не прилипнуть... На плату 10x10 см у меня уходит около 2-3 минут... После того, как остыла, плата кладется в теплую воду минут на 20-30, после чего размокшая бумага легко удаляется, оставляя тонер на плате, а меловой слой на тонере. Если бумага раскисла и оставила лохмотья, их можно скатать подушечкой пальца под водой. Нормально приставший тонер даже ногтем скорябать тяжко, так что если под пальцем что то отвалится - значит недогрели или недожали в пункте 5... 8-) Mеловой слой на поверхности тонера играет роль дополнительной маски, которая закрывает поры в тонере, но если недоразмочить, то он может закрывать и отверстия под последующее сверление(я всегда их делаю, потому как это потом избавляет от накернивания). Сушится без нагрева, тонер имеет свойство отваливаться если мокрую плату сушить под лампой или на батарее... Непропечатки подрисовываются несмываемым маркером. Полезно взять заранее все имеющиеся, нарисовать ими полоски на ненужном куске стеклотекстолита и кинуть в хлорное железо. Примерно половина встречавшихся мне маркеров с характерным запахом чего то типа толуола подходят для этого неплохо. Во всяком случае минут 5 держат, если не тереть... BTW: у меня непропечатки появляются максимум на одной плате из 10... 8-) Если меловой слой где то прикрыл отверстия (на сухой плате это видно прекрасно) - можно его аккуратно с них убрать иголочкой... Травится в подогретом растворе хлорного железа. Раствор должен быть достаточно концентрированным, я одну объемную часть кристаллов на глазок заливаю двумя частями горячей (60-70 градусов) кипяченой воды и после полного растворения фильтрую... Температуру выше 50 градусов не делал никогда, уже при 40-50 на травление уходит всего несколько минут, а при более горячем растворе тонер и поплыть может. Тереть плату ватным тампоном нежелательно, лучше покачивать, но надо следить, чтобы не осталось воздушных пузырьков на поверхности... После травления тонер удаляется чем нибудь (я пользовал смывку для лака для ногтей или аэрозоль Flux-Off который стал регулярно появляться на рынке в Митино). После этого сверлится, обрезается и так далее, как обычно... Проверено, работает. Если хлорное железо не севшее, то практически никогда не подтравливается. Дорожки уже 0.5 мм могут не получиться, я обычно делаю в районе 0.8мм. Двухсторонние платы делать просто не пробовал - не очень то и надо было, хотя не исключаю что при известной аккуратности и тщательном совмещении листов на просвет перед закладкой между ними текстолита удастся сделать и их...Единственное - не представляю как фиксировать при этом (может быть узкие Полоски двухстороннего скотча на полях?)
Способ четвертый
Не знаю (а хотел бы) является ли моя разработка оригинальной смотрите: Тонер НР LaserJet 5L(6L etc) является плавким полимером отл. растворимым в ацетоне (и др.).Отражённую разводку, напечатанную на бумаге УТЮГОМ приплавлял к медной плате. Бумагу растворял в серной кислоте. Вытравливал треххлорным железом. Осташийся тонер стирал растворителем. Лучший результат - тонер напечатался на 98%, под рисунком кое-где проело 3% итого 95% без потери резкости.
Подробности:
Способ пятый (лазерно-ацетоновый)
Прислал в конференцию Sergey Kovalev E-Mail: [email protected]
Все как в лазерно-утюжной технологии, за исключением утюга.
Обычно двух-трех опытов достаточно, чтобы освоить эту технологию. В целом она заметно менее капризна, чем традиционная утюжная.
КАК ИЗГОТОВИТЬ ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ НЕ УСТУПАЮЩУЮ ПРОМЫШЛЕННОЙ
Абрамов Сергей, г.Оренбург.
mailto: [email protected]
Для изготовления печатной платы лучше использовать односторонний стеклотекстолит. Это конечно усложняет разводку дорожек, но зато удобен в случае изготовления платы методом термопереноса. Если дорожки разводиться трассировщиком будут плохо то можно поставить со стороны деталей перемычки. Таким способом мы избавляемся от проблемы совмещения слоев, в случае с двухсторонней разводкой. Итак нарисовав плату в каком либо редакторе (удобен ACCEL 15), устанавливаем лазерный принтер на максимальный выход тонера и печатаем на мелованную бумагу (например рекламные проспекты в журнале радио, и.т.д. - типографская краска не мешает) или термобумагу от факса предварительно наклеенную на стандартный лист, чувствительным слоем наружу. Затем накладываем на стеклотекстолит предварительно зашкуренный нулевкой тонером к фольге и при помощи утюга разглаживаем около минуты (это зависит от размеров платы). Утюг установлен на максимум. Если тонер расплылся уменьшают время проглаживания и операцию повторяют. После этого ложат под струю теплой воды и замачивают минут 15-20. Затем пальцами стирают как резинкой бумагу, при этом остается тонер. Сцепление и кислотостойкость тонера позволяют травить практически в любых известных растворах и получать плату по качеству не уступающему промышленной. Печатать на бумагу лучше из программы на которой разводится плата. В частности очень удобен ACCEL 15 позволяет выводить дорожки 1:1, а так же инвертировать и разворачивать при необходимости.
Всё большую популярность у радиолюбителей приобретает способ изготовления единичных печатных плат с переносом рисунка с распечатки на лазерном принтере. Печатать лучше всего на тонкую мелованную бумагу - в ней меньше ворс, хороший результат получается на листах журнала "Стерео&Video", а также подложках "самоклеек" и термобумаге для факсов (сторону подобрать экспериментально). В лазерных принтерах следует включить режим максимальной подачи тонера (отключить "экономичный" режим, если он был включен, контраст - на максимум и т.д.), а также использовать тракт с минимальным изгибом бумаги (такая опция есть в старых моделях HP LJ 2, LJ4 и др.). Рисунок платы должен быть "отзеркален", такая опция имеется в меню печати многих графических программ, например Corel Draw, Corel Photo Paint, а при печати из программ, не умеющих "зеркалить", необходимо применять вывод на Postscript принтеры, опция отзеркаливания у которых имеется в драйвере. Вместо вывода на лазерном принтере можно использовать ксерокопирование, но также в режиме с максимальной контрастностью и на термобумагу от факсов. При изготовлении двухслойных печатных плат для уменьшения термоусадки бумаги последнюю рекомендуется перед печатью изображения "прогнать" через принтер вхолостую (без печати рисунка). Кроме того, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху полученный отпечаток тонером вниз. Этот "бутерброд" со стороны бумаги прижимается утюгом (секунд на 20 - 30), разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам). Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Когда плата остынет, её нужно опустить в теплую воду, подержать там несколько минут. Как бумага раскиснет (будет видно), всё легко сдерется, остальное просто скатать пальцем. Вместо воды удалить бумагу можно серной кислотой. Если дорожки смазанные, вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют, утюг слишком холодный. Если дорожки стали широкими, утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются бумажные распечатки обеих сторон, в любых свободных противоположных местах иголкой прокалываются два технологических отверстия, первая сторона платы "гладится" как обычно, потом сверлится по технологическим отверстиям тонким сверлом, а с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажной распечаткой другой стороны. Травить можно и хлорным железом (для ускорения немного подогреть), и солянкой с гидропиритом. Всё это применялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет, нормально выполняются дорожки шириной до 0,8 мм, а при некотором опыте и до 0,5 мм. После травления тонер удаляется ацетоном, смывкой лака для ногтей или аэрозолем Flux Off. Сверлится, обрезается и так далее, как обычно... Еще один способ нанесения рисунка на п/п при помощи лазерного принтера. Изготовление п/п с помощью лазерного принтера и утюга процесс довольно утомительный, но даёт довольно хороший результат если немного потренироваться. 1. Аккуратно клеим лист факсовой бумаги (глянцевой стороной вверх) на лист обычной (для компенсации недостатка жесткости факсовки). Зачем? Необходимо предварительно прогнать бумагу ч/з печку принтера/лазера - для усадки. Для спокойного протаскивания ч/з тракт достаточно термобумагу просто прогладить утюгом с чувствительной стороны. 2. Бумага - взять основу от самоклейки, или термобумагу для факса однозначно термобумагу, причем подготовленную - сперва листы выгладить горячим утюгом до плоского состояния (при этом они станут тёмно-коричневым, затем синевато-серым), в таком виде сложить их для будущего употребления. перед выводом платы прогнать лист ч/з принтер - н-р, отпечатав пустую страницу. минимальный размер листа - ~6*12 см для HP 5/6L. 3. Печатать - на максимуме жирности, зеркально. печать и перевод на заготовку могут быть с разницей до недели, больше не пробовал (это для тех у кого дома лазера нет). 4. Заготовку взять с запасом по 3-5 мм с каждой стороны. фольгу - слегка зашкурить нулевкой и протереть. не должно быть всяких вредных налётов типа белого осадка от денатурата. Использую изопропиловый спирт или бензин "калоша" (aka "для зажигалок"). 5. Утюг - с нормальной, гладкой поверхностью. разогреть заранее. Температуру - для восковки надо тщательнее подбирать (у меня показометр на "иск.шелк"), иначе начнёт пропитка переноситься. для термобумаги - можно и выше. 6. Пыли и всякой мелочи - быть не должно, ни на фольге, ни на бумаге. 7. Сделать бутерброд - на ровную толстую фанеру (правда, у меня 3-хмиллиметровка) положить кусок плотного картона, заготовку платы, сдуть пыль, рисунок, для термобумаги (она ж тонкая) - ещё и кусок в меру плотной бумаги, горячий утюг. 8. Начинаешь елозить утюгом, прижимая с силой ~5..10 кг/кв.дм. елозижь минуты две, чтобы прихватилось. 9. Очень слегка наклонив утюг, пару минут прикатываешь отдельные дорожки. Тут очень важно и не раздавить дорожки, и при том приварить их. Время от времени надо опускать утюг на всю плоскость, чтобы остальная часть не остывала. На термобумаге отчётливо видно разницу в приваренных и дефектных кусках. 10. Ну ещё минуту гладишь для очистки совести и убираешь утюг. Бутерброд остывает и вспучиваются участки бумаги между дорожками. Остывания не дожидаемся, плату сразу под струю крутого кипятка. 11. Теперь плату - под струю воды и кусочком мокрого поролона начинаешь стирать бумагу. Большими кусками или с сухой фольги сдирать её нельзя. С поролона надо почаще убирать комки бумаги. Берём бумагу за уголок и срываем. Уж затем пальцем / тряпкой / поролоном снимаем остатки. 12. Новым кусочком губки стираешь ворс (насколько получится), смотришь влажный рисунок под лупой. если дефектов много, или они расположены в неудобных местах - см п.1, с вариацией параметров. 13. Обратную сторону заклеить полосами широкого скотча, травим. Можно даже в кипящем FeCl3
Самым простым, доступным и дающим хорошие результаты способом изготовления печатных плат в домашних условиях является так называемый «лазерно-утюговый» (или ЛУТ). Описание этого способа легко можно найти по соответствующим ключевым словам, поэтому подробно на нем останавливаться мы не будем, только отметим, что в простейшем варианте все что нужно - это доступ к лазерному принтеру и самый обыкновенный утюг (не считая обычных материалов для травления плат). Так что, альтернатив у данного способа нет?
Разрабатывая разнообразные электронные устройства, применяемые, например, при тестировании мониторов, мы применяли несколько способов монтажа электронных компонентов. При этом далеко не всегда использовались печатные платы как таковые, так как при создании прототипов и устройств в единичном экземпляре (а часто это оказывалось и тем и другим), при условии неизбежных ошибок и модификаций, зачастую выгоднее и удобнее использовать фабрично изготовленные макетные платы, выполняя разводку тонким многожильным проводом в тефлоновой изоляции. Подобным образом поступают даже в самых именитых компаниях, что демонстрирует прототип игрушечного робота AIBO от Sony.
В магазинах продаются относительно дешевые двусторонние луженые и даже с металлизированными отверстиями и защитной маской на перемычках макетные платы очень высокого качества.
Отметим, что подобные макетные платы позволяют без особых усилий достичь высокой плотности монтажа, так как нет необходимости заботиться о разводке проводящих дорожек. Однако, например, при разработке силовых блоков и при применении элементов с нестандартным шагом выводов или их геометрией, а также при использовании элементов с поверхностным монтажом (чего мы пока не делаем) готовые макетные платы использовать становиться затруднительно.
В качестве альтернативы макетным платам мы применяли методы срезания фольги в промежутках между токопроводящими площадками и упомянутый метод ЛУТ. Первый способ применим только в случае самых простых вариантов разводки, но зато не требует вообще ничего, кроме острого ножа и линейки. Способ ЛУТ давал в целом хорошие результаты, но хотелось некоторого разнообразия. Способ с использованием мы посчитали слишком трудоемким и требующим применения едких химикатов, что в домашних условиях не всегда допустимо. Случай позволил нам узнать о еще одном способе - о методе прямой струйной печати шаблона на фольгированном стеклотекстолите (ключевые слова для поиска на английском языке - Direct to PCB Inkjet Printing).
Способ подразделяется на следующие этапы:
- Собственно печать пигментными
- Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом чернила приобретают устойчивость к травящему раствору.
- Удаление чернил с печатной платы.
Есть также альтернативный вариант:
- Печать в принципе любыми чернилами шаблона печатной платы непосредственно на фольгированном стеклотекстолите с использованием, как правило, модифицированного струйного принтера.
- На еще невысохшие чернила распыляется порошковый тонер от лазерного принтера/копира, излишек тонера удаляется.
- Термическое закрепление напечатанного шаблона. При этом тонер сплавляется и надежно сцепляется с фольгой.
- Травление незащищенных шаблоном участков фольги обычным способом, например, с использованием хлорида железа III.
- Удаление запекшегося тонера с печатной платы.
Второй вариант мы не стали рассматривать из-за нежелания работать с порошковым тонером, способным испачкать все вокруг при случайном неверном движении или чихе. Во всех обнаруженных нами реализованных способах прямой струйной печати шаблона использовались струйные принтеры Epson. Также вид чернил, вернее использованного в них типа красителя - пигмента, у нас устойчиво ассоциируется с принтерами данного производителя, поэтому поиск подходящего принтера мы начали с каталога Epson. Судя по всему, у Epson есть, или, по крайней мере, были модели, способные печатать на носителях с толщиной до 2,4 мм (при этом не только на CD/DVD-дисках), например, Epson Stylus Photo R800, но эта модель уже не выпускается, а получится ли использовать что-то из современных аналогов (явно недешевых) мы заранее не знали. В итоге было решено поискать самую дешевую модель, в которой применяются пигментные чернила. Модель нашлась - Epson Stylus S22. Этот принтер оказался и самым дешевым среди всех принтеров Epson - цена на него составляла менее 1500 руб., потом, правда, она заметно подросла: в московской рознице (рублевый эквивалент - во всплывающей подсказке) - Н/Д(0) .
Беглый осмотр показал необходимость внесения существенных изменений в конструкцию принтера, так как она предусматривала печать на гибком носителе с его изгибом при движении от верхнего загрузочного лотка к приемному лотку. Описанная ниже последовательная модификация синтезирована из нескольких итераций, так как после очередной сборки выяснялось, что в конструкцию нужно внести те или иные изменения. Поэтому не исключена вероятность небольших неточностей в описании этого процесса. Модификация преследует две основные цели. Во-первых, обеспечить прямую без изгибов и перепадов высот подачу носителя, для чего нужно изменить, а фактически создать заново подающий и приемный лотки. Во-вторых, обеспечить возможность печати на толстых материалах - до 2 мм, для чего необходимо приподнять узел с печатающей головкой и ее направляющими салазками. Итак:
1. Выкрутить два самореза на задней стенке и снять кожух, освободив защелки, которыми он еще цепляется за днище.
2. Отсоединить шлейф контрольной панели от основной платы, открутить два самореза, крепящие контрольную панель,
высвободить шлейф контрольной панели и отложить ее в сторону. Она еще пригодится, в отличие от кожуха корпуса.
3. Открутить 4 самореза блока подачи бумаги, высвободить провода, идущие к двигателю каретки, отжать фиксатор шестерни ролика подачи, снять стойку ролика подачи и весь блок подачи, снять боковой прижим бумаги - эти детали больше не пригодятся.
4. Открутить по саморезу на поддоне впитывающей подушечки и на блоке питания, отсоединить дренажный шланг от поддона и шлейф от БП на основной плате, снять поддон впитывающей подушечки и БП. Отложить их в сторону - еще пригодятся.
5. Открутить два самореза планки с роликами, прижимающими выходящий лист, снять этот узел и переместить в кучку с «лишними» деталями.
6. Справа открутить саморез и винт, закрепляющие салазки, по которым двигается печатающая головка.
Снять пружину, прижимающую салазки.
Снять пружину линейки каретки (ленты с нанесенными штрихами) и саму линейку.
Открутить два винта, крепящие основную плату,
и отжать ее от салазок (осторожнее с датчиком бумаги!). Открутить саморез крепления салазок, находящийся под основной платой.
Слева открутить саморез крепления салазок.
Отсоединить разъем (J7) двигателя подачи от основной платы.
Отсоединить пружину в левой части салазок.
Снять салазки в сборе с печатающей кареткой и основной платой.
7. Слева открутить саморез фиксатора вала протяжки,
снять вал и его фиксатор.
8. Снять все дополнительные направляющие в начале протяжки, которые крепятся на фиксаторах.
9. С помощью полотна от ножовки по металлу и надфилей выпилить окно в днище от боковых стоек, до нижней части подающего лотка и до подающего вала. При этом удобно использовать имеющиеся пазы и отверстия в днище. Заусенцы срезать ножом, опилки удалить.
10. Теперь нужно создать лоток для прямой подачи. Для этого можно использовать два отрезка алюминиевого уголка 10 на 10 мм длиной 250 мм и часть оригинальной подставки под бумагу в подающем лотке (можно использовать и любую жесткую пластину подходящего размера). Уголки крепятся с помощью винтов М3 с потайными головками так, как показано на фотографиях ниже. На вертикальных плоскостях корпуса принтера, к которым крепятся уголки, следует выпилить пазы, чтобы подающий лоток можно было немного перемещать вверх-вниз для тонкой подстройки его положения.
На правом уголке нужно срезать вертикальный угол, иначе правый прижимной ролик будет в него упираться. Также на поддоне нужно выпилить паз напротив датчика бумаги (хотя, видимо, можно этого и не делать).
А на усик датчика бумаги надеть кусочек трубки, тем самым немного его удлинив.
11. Отсоединить датчик положения вала подачи (один винт), срезать стопор на корпусе датчика, и закрепить его, сдвинув максимально вниз.
При последующей сборке проконтролировать, что диск со штрихами размешается посредине прорези датчика и не задевает его края.
12. Под три точки крепления салазок подложить по две шайбы с отверстием 4 мм каждая толщиной 1 мм. При использовании широких шайб в двух местах их нужно подпилить, чтобы они не упирались в элементы корпуса.
13. Снять прижимные валики, надеть на них надеть 2-3 слоя (на центральную пару роликов минимум 3 слоя) термоусадочной трубки с усадкой промежуточных слоев термофеном или другим способом нагрева. Надфилем углубить пазы для роликов так, чтобы они свободно вращались. Вставить ролики в держатели.
14. В припаркованном положении, а также в процессе прочистки дюз и инициализации новых картриджей к нижней поверхности печатающей головки, там, где расположены дюзы, прижимается подушечка с резиновой прокладкой. Снизу к подушечке подведена трубочка, идущая к вакуумной помпе. При прочистке помпа подсасывает чернила из картриджей, а при хранении дюзы предохраняются от высыхания в них чернил. Поэтому важно обеспечить плотное прилегание резиновой прокладки к головке, но из-за сдвига вверх салазок и печатающей головки это условие может не выполняться. Нужно увеличить ход подушечки в кроватке. Для этого придется снять или хотя бы отодвинуть помпу - отвернуть два самореза и отжать два фиксатора.
Затем снять пружину, подтягивающую кроватку подушечки, снять узел кроватка-подушечка, и отсоединить трубочку, отходящую от подушечки. Далее ножом подрезать где-то на 1,5 мм в нужных местах участки корпуса подушечки и кроватки, увеличив вертикальных ход подушечки. Затем собрать узел обратно. Так как при использовании неоригинальных картриджей автоматическая прочистка дюз и инициализация картриджей приводила к странным результатам, то мы решили отключить помпу от подушечки, для чего использовали кусочек трубочки и тройник. Для удаления избытка чернил или при ручной промывке подушечки к тройнику можно подсоединять шприц, или просто зажимать его отвод пальцем и, прокручивая вал подачи назад (за шестерню впереди слева), задействовать помпу принтера.
15. Произвести сборку принтера в обратном порядке. При установке вала подачи аккуратно очистить посадочные места от стружек и пыли и нанести на них и на соответствующие участки вала слой консистентной смазки. После установки вала необходимо настроить лоток подачи. Ослабив винты крепления лотка к боковым стенкам корпуса, используя жесткую пластину подходящего размера (например, кусок стеклотекстолита), нужно добиться того, чтобы движение пластины от подающего лотка по подающему валу и по валу в выходном лотке было ровным, без перепадов в высоте. Также следует обеспечить строгую параллельность направляющих подающего лотка и их перпендикулярность подающему валу. Найдя такое положение подающего лотка, винты следует закрутить и желательно зафиксировать со стороны гаек каплей лака. Затем продолжить сборку. С правой стороны из-за сдвига салазок вверх вернее крепежное отверстие не совпадет с отверстием в стойке корпуса - можно подпилить отверстие и закрепить салазки винтом, а можно и оставить так, как есть.
Поддон впитывающей подушечки, предварительно укоротив его правую стойку, мы установили в исходном месте, зафиксировав его в двух точках термоклеем. Блок питания, на исходной позиции не поместился, поэтому мы не нашли ничего лучшего, как просто закрепить его пластиковой стяжкой на левой стойке каркаса принтера. К ушку на БП мы прикрутили контрольную панель.
Оригинальный приемный лоток вызывает перегиб выходящего листа, поэтому его нужно усовершенствовать для обеспечения ровного горизонтального выхода листа. Для этого достаточно под лоток подложить что-то высотой чуть меньше 3 см, а на лоток положить пару толстых журналов или стопку бумаги. Впрочем, через некоторое время мы заменили эту конструкцию лотком, изготовленным из кожуха неработающего DVD-плеера. Что нужно сделать с кожухом, чтобы превратить его в лоток, понятно из фотографий, впрочем, тут каждый может использовать свое воображение и подручный материал.
Результат:
Сдвиг салазок вверх на бо льшую величину, чем описано выше, сопряжен с некоторыми трудностями. Проблемными местами являются как минимум датчик положения подающего вала, правый кронштейн линейки каретки, и парковочный узел. Возможно и что-то еще. В итоге толщина материала, на котором может печатать модифицированный принтер, составляет где-то 2 мм или чуть больше, поэтому при текстолите толщиной 1,5 мм подложка не должна быть толще 0,5 мм, при этом она должна быть достаточно жесткой, чтобы перемещать заготовки для печатных плат. Подходящим и доступным материалом оказался плотный картон, например, от папки для бумаг. Подложку нужно вырезать точно по ширине подающего лотка, так как любое горизонтальное смещение отразится на точности печати. В нашем случае подложка получилась размером 216,5 на 295 мм. Оригинальный узел подачи использовать не получится, поэтому подложку нужно вручную подводить под прижимные валики, но при этом не должен активироваться датчик бумаги. Из-за чего в подложке придется сделать вырез под усик датчика бумаги, в нашем случае на расстоянии 65 мм от правого края, глубиной 40 мм и шириной 10 мм. При этом печать начинается на расстоянии 6 мм от дна выреза, то есть на 6 мм раньше края носителя, который определяет принтер. Почему так - нам не известно. Для закрепления заготовок на подложке удобно использовать двустороннюю клейкую ленту. Прижимные валики прижимают подложку к подающему валу с большим усилием, поэтому для ровной подачи при печати валики не должны заезжать или съезжать с заготовки. Чтобы обеспечить это условие до, после и возможно с боков заготовки нужно приклеить материал с такой же толщиной. Это также облегчит позиционирование заготовки при серийной и/или двусторонней печати.
Оригинальные картриджи довольно быстро кончились, но в целом результаты с использованием оригинальных чернил оказались весьма хорошими . Тем не менее, было решено приобрести перезаправляемые картриджи и совместимые чернила.
На этом душа не успокоилась, были предприняты попытки модификации чернил с целью увеличения в них содержания полимерной составляющей. В итоге этих экспериментов дюзы с черными чернилами забились на 90%, с пурпурными - на 50%, в «желтом» ряду не работала одна дюза и только дюзы голубых чернил остались полностью работоспособными. Впрочем, для печати шаблонов достаточно и одного цвета. Так как пурпурные чернила показали лучший результат, то в картридж голубого цвета были заправлены именно они.
1. Подготовить поверхность заготовки. Если она относительно чистая, то достаточно ее обезжирить ацетоном. Иначе, обезжирить, зачистить абразивной губкой, и, для образования оксидного слоя, поместить в печку на 15-20 минут при температуре 180°С. После чего охладить и обезжирить ацетоном.
2. Используя двустороннюю клейкую ленту и вспомогательные обрезки текстолита закрепить заготовку на подложке.
3. Перевести шаблон в чистый цвет, который будет использоваться при печати. В нашем случае - в голубой (RGB = 0, 255, 255). Провести пробную печать (можно не шаблона целиком, а только габаритных точек, например углов), при необходимости в программе, используемой для печати, произвести коррекцию положения шаблона, смыть ацетоном предыдущий результат, повторить, если нужно, процедуру коррекции.
4. Напечатать шаблон на заготовке. Наилучшие результаты получены при следующих установках:
5. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки и провести предварительное закрепление в печке в течение 15 мин (время от включения печки) при 200°С в пике. Остудить заготовку.
6. Для точного позиционирования второго слоя можно просверлить несколько отверстий небольшого диаметра, например, диаметром 1 мм в точках крепления будущей платы. Закрепить заготовку поверхностью для второго слоя вверх, при этом двустороннюю липкую ленту нужно наклеивать на полностью закрашенные участки первого слоя. Если заготовка плотна зажата между двумя пластинами спереди и сзади, то использовать двустороннюю липкую ленту необязательно. Обезжирить заготовку ацетоном.
7. Выполнить позиционирование и печать - повторить пункты 3 и 4.
8. Подсушить заготовку на воздухе в течение 5 мин, для ускорения можно воспользоваться феном. Затем отсоединить заготовку от подложки, закрепить ее на стойках, например, изготовленных из скрепок, поместить в печь, и провести закрепление в течение 15 мин (время от включения печки) при 210°С в пике. Остудить заготовку.
9. Осмотреть заготовку, места с подозрительно тонким слоем чернил (например, рядом с отверстиями или налипшими пылинками) закрасить водостойким маркером. Протравить заготовку. Чтобы поверхность заготовки сохраняла дистанцию от дна емкости, можно в отверстия (1 мм диаметром, использованные для позиционирования второго слоя) вставить зубочистки, так, чтобы острый кончик выходил на 1,5-2 мм, а толстый откусить на такую же высоту. При травлении плату периодически переворачивать и контролировать готовность.
Смыть чернила ацетоном.
Важные замечания.
1. Чтобы используемые чернила приобрели устойчивость к травящему раствору, их нужно выдержать порядка 15 мин (время от включения печки) при температуре около 210°С в пике (получена с использованием термопары, расположенной рядом с заготовкой). Интервал узкий, так как при превышении на 5-10°С текстолит начинает разрушаться, при занижении - чернила смываются травящим раствором. Точные условия в конкретном случае нужно подбирать опытным путем. Для контроля можно использовать тест ватной палочкой. Если смоченная водой ватная палочка легко смывает чернила, значит нужно увеличить температуру, если не смывает, или только чуть-чуть окрашивается, значит, устойчивость к травящему раствору приобретена. Если даже смоченная ацетоном ватная палочка с трудом смывает чернила, значит, устойчивость к травящему раствору очень хорошая. Таким образом можно подобрать чернила и условия температурного закрепления, дающие наилучшие результаты. Отметим, что мы использовали электрическую печку-гриль, включали только верхний ТЭН, а при окончательном закреплении чернил термостат печки устанавливали на 220°С.
2. Воспроизводимость печати достигает порядка 0,1 мм, поэтому при необходимости можно поверх первой стороны шаблона напечатать его же второй раз, с промежуточной сушкой прямо на подложке термофеном (с регулируемой температурой) или бытовым феном, установленным на максимальную температуру. Сушка нужна для того, чтобы прижимные валики не смазывали предыдущий слой.
3. Изготовление двух сторон можно выполнять последовательно. Сначала напечатать и закрепить первую сторону, а фольгу на второй защитить, например, акриловой краской из баллончика. Протравить первую сторону, смыть ацетоном защиту со второй, напечатать и закрепить вторую сторону, защитить краской первую, протравить вторую строну, и смыть защиту с первой.
4. Печатать нужно следующим образом: сначала отправить задание на печать, подождать, пока принтер не сообщит об отсутствии бумаги, затем аккуратно продвинуть подложку с закрепленной заготовкой под прижимные валики, прокручивая вал подачи за шестерню впереди слева, после чего нажать на кнопку продолжения печати. При небольших перерывах между сеансами печати принтер не будет выполнять процедуру короткой прочистки, поэтому можно сначала загрузить подложку с заготовкой, а затем отправить задание на печать.
5. Следует соблюдать особую чистоту, так как любая пылинка, попавшая на непросохшие чернила на заготовке, может привести к дефекту.
Указанным способом было изготовлено несколько двусторонних печатных плат, и, хотя дорожки у же, чем 0,5 мм не использовались, на тестовых участках была продемонстрирована возможность получения дорожек шириной 0,25 мм, и это явно не является пределом данного метода.
P.S. Пример двусторонней платы с дорожками 0,25 мм (при проектировании были заложены нормы 0,25 мм на ширину дорожек и на зазоры, но при ручной доводке расстояния между дорожками были по возможности увеличены). Отметим, что при изготовлении двусторонних плат, видимо, все же надежнее стороны печатать и травить последовательно. Сторона 1:
Сторона 2:
Можно заметить три вида дефектов:
1. Линейное искажение, которое, видимо, вызвано тем, что одна сторона печаталась в быстром двухпроходном режиме, а вторая в медленном однопроходном. То есть лучше обе стороны печатать в одном и том же режиме.
2. Местами дорожки чуть уширены из-за растекания чернил. Данный дефект можно избежать, тщательно подготавливая поверхность - обезжирить куском материи, смоченной в ацетоне, затем тщательно протереть сухим ватным тампоном.
3. С одного края дорожки и контактные площадки стравились заметно больше. Произошло это из-за перегрева, в результате которого чернила сильно потемнели и стали отслаиваться. Значит необходимо тщательно следить за равномерностью нагрева (выбирать место в печке, где нагрев более равномерный) и ни в коем случае не допускать перегрева - чернила должны заметно потемнеть, но не приобретать темно-серный оттенок.
Однако эти дефекты не оказались критичными и в результате, без какой-либо коррекции разводки мы получили полностью функционирующее устройство.
