Печатные платы. Разводка печатных плат

Существует множество методов создания печатных плат . Все они имеют как плюсы, так и минусы. Основными критериями выбора способа создания печатной платы являются простота, т.е. способность реализации с помощью того, что есть дома либо на работе, и точность – насколько можно уменьшить расстояние между дорожками без ущерба для схемы. Возможно, данные критерии и не самые важные, но для меня простота и точность всегда были самыми важными.

Метод, который я опишу здесь, называется «методом плоттерной резки» . Метод хорошо известен тем, кто занят в сфере наружной рекламы. В наружной рекламе необходимо вырезать буквы, цифры, контуры на клеящей бумаге. Конечно, можно (как китайцы) все делать вручную, но там, где нужна точность, на помощь приходит плоттер. Вместо картриджа с чернилами на таком плоттере установлен нож-резак, который делает прорези в клеящем слое, оставляя бумажную подложку целой.

Плоттер можно найти в любой типографии и за небольшие деньги получить резку печатной платы с очень высокой плотностью дорожек. Чертеж печатной платы должен быть представлен в векторной форме, наиболее предпочтительным для этого является формат CorelDraw. Вот именно о создании печатной платы в программе Corel Draw и пойдет разговор ниже.

Для начала нужно определиться с рисунком печатной платы. В сети достаточно материала, чтобы найти подходящий по полноте и качеству исполнения рисунок платы. Как все рисунки, файл будет иметь расширение: jpg, bmp, gif, tif…

Берем рисунок печатной платы. Качество рисунка может быть как очень хорошим, так и не очень. Например, вот что мне удалось найти.

Качество картинки оставляет желать лучшего, поэтому с помощью любого графического редактора облагораживаем картинку. Самым распространенным редактором является Photoshop, но для работы в этой программе нужны навыки и месяцы освоения, поэтому можно пойти более длинным путем и произвести обработку в стандартной программе Windows – Paint.

Целью обработки является увеличение контрастности дорожек, удаление лишних затемнений, обрезка картинки до нужного размера. Если все это удается, то можно сразу переходить к установке программы CorelDraw. Всю обработку я производил на очень медленной машине (800 МГц, 384 Mb), поэтому новые версии программы для меня не подходили, а вот CorelDraw Graphics Suite X3 прекрасно подошел.

Для тех, кто еще не виртуоз в Photoshop, а в Paint результаты обработки оставили желать лучшего, опишу, что необходимо сделать с картинкой для достижения лучшего результата. Естественно, картинку нужно обработать. Программа для этого подойдет Sprint-Layout. Для работы в этой программе исходное обрабатываемое изображение должно иметь разрешение не более 300 на 300 пикселей, расширение bmp и любое качество. Разрешение ни на что не влияет, далее все можно будет подогнать под реальные размеры печатной платы, просто программа Layout не работает с картинками более 300 на 300 пикселей.

Sprint-Layout – программа для рисования одно- и двухсторонних печатных плат, она позволяет срисовывать печатные платы так сказать «с натуры». Это последнее умение нам и пригодится.

Запускаем программу Sprint-Layout.

«Файл – новый файл», выбираем размеры будущего рисунка печатной платы.

«Опции - задний план», открываем вид печатной платы в формате bmp.

Здесь нужно немного поколдовать с размерами исходного изображения. Хоть максимальное разрешение 300 на 300 пикселей, но при добавлении изображения 300 на 150 изображение получилось явно обрезанным по длине, поэтому при помощи увеличения разрешения dpi подгоняем размер изображения. Если это не получится - нужно изменить физические размеры изображения в фотошопе.

Перерисовываем плату с помощью инструментов программы. Программа на русском языке, и разобраться в ней не так уж и сложно. После срисовывания сохраняем получившееся изображение в формате *.jpg.

После всей обработки должно получиться примерно такое изображение, только нужно сохранить правильный слой.

Добавляем обработанное изображение в CorelDraw. От Corel необходимо только преобразование изображения в векторный рисунок, понятный плоттеру. Для этого:

1) открываем программу и нажимаем «создать»

2) нажимаем «файл – импорт» и выбираем обработанный файл изображения, появляется черная стрелка, указывающая на место, в которое необходимо поместить изображение, правой кнопкой мыши щелкаем по экрану - появляется изображение

3) нужно преобразовать изображение в векторный чертеж. Выбираем "Растровые изображения - Трассировать растровое изображение - Изображение высокого качества"

4) если контуров окна не видно, что бывает при недостаточном разрешении рабочего стола, – жмем кнопку «ввод» либо нажимаем OK и получаем примерно такой вид

5) на палитре цветов на вертикальной полосе справа ЛЕВОЙ кнопкой мышки щелкаем по БЕЛОМУ цвету, а ПРАВОЙ кнопкой мыши - по ЧЕРНОМУ цвету. Это позволит сделать обводку дорожек черного цвета

6) получилось два чертежа, наложенных друг на друга. Один - исходное изображение, второй – векторный чертеж. Сдвигаем один относительно другого, удерживая правую кнопку мыши, выделяем рисунок с темными дорожками и удаляем его кнопкой «delete», устанавливаем размеры печатной платы (в шапке программы - размер объектов). Должен получиться векторный чертеж контуров печатной платы, пригодный для резки на плоттере

7) сохраняем чертеж в формате *.cdr и отправляем на резку

После резки клеящая пленка на бумажной основе имеет множество тоненьких линий, рассекающих клеящий слой пленки и образующих дорожки.

Следующим шагом необходимо убрать всю пленку между дорожками, оставив на бумажной основе дорожки. Осторожно подковырнуть острым ножом место в углу между дорожками и тихонько тянуть в сторону платы и вверх. Необходимо следить за дорожками, чтобы ни одна не осталась на снимаемой пленке. Если дорожка поднимается с бумажной основы, то тихонько ее нужно вернуть на место ногтем.

Нельзя соприкасать снятую пленку с участками еще не снятой пленки и готовыми дорожками. Пленки слипнутся, и снятие будет затруднено. Если резка выполнена качественно, а дорожки большие, то без особых навыков можно проделать эту операцию с первого раза.

Сверху на дорожки для переноса их с бумажной основы на стеклотекстолитовую основу прикатываем прозрачную пленку с клеящим слоем и осторожно убираем бумажную основу, оставляя дорожки приклеенными к прозрачной пленке. Эта пленка имеется в типографиях и обычно идет в наборе к клеящей пленке. Получается, что дорожки с цветной стороны приклеены к прозрачной пленке, а со стороны клеящего слоя просто висят в воздухе.

Полностью подготавливаем плату для переноса на нее дорожек.

Плата должна быть в чистом виде, без жирных пятен, которые могут не дать как следует закрепиться дорожкам, поэтому плату зачищаем наждачной бумагой, обезжириваем, сушим.

Прикатываем пленку с дорожками к фольгированной части стеклотекстолита. Прикатывание подразумевает осторожный, но сильный нажим на дорожки с помощью твердой губки, которая не поцарапает пленку. Затем осторожно снимаем пленку так, чтобы все дорожки остались на печатной плате.

Прогреваем пленку для лучшего приклеивания пленки к плате при помощи фена либо тепловентилятора, протравливаем, промываем, просверливаем отверстия, снимаем пленочные дорожки, зачищаем дорожки наждачной бумагой и залуживаем дорожки.

Подготовка печатной платы происходит в несколько этапов:

1. Вырезать фольгированный стеклотекстолит под размер печатной платы, оставив зазоры под крепление.

2. Зачистить мелкой наждачной бумагой до блеска фольгированный слой стеклотекстолита, обезжирить «нефрасом» или другим растворителем, не оставляющим разводов и пятен, просушить.

3. Любым подходящим способом нанести дорожки будущей схемы.

4. Протравить плату в растворе хлорного железа.

5. Промыть и просушить печатную плату.

6. Просверлить отверстия мелким сверлом.

7. Убрать защитный слой дорожек.

8. Зачистить, обезжирить, просушить.

9. Нанести слой припоя тонким слоем на все дорожки, оставив отверстия незапаяными.

10. Запаять детали.

Многие знакомы с такой технологией разводки и создания печатных плат, как . Но что делать, когда схема слишком сложна и объёмна? Тут уже придётся осваивать более современные методы, с одним из которых мы тут и познакомимся. Возьмем, например, схему этого звукового пробника:

Схема устройства

Существенной разницы не имеет, будем ли мы разводить плату на листочке в клетку, вырезав из картона шаблоны деталей с выводами (хотя я глубоко сомневаюсь, что кто-нибудь будет пользоваться таким методом в 21 веке, когда в каждом доме есть компьютер), либо воспользуемся какой-нибудь программой для разводки печатной платы, например sprint layout. Конечно с помощью sprint layout это сделать будет намного проще, особенно в больших схемах. В обоих случаях сначала мы ставим на рабочее поле деталь с наибольшим количеством выводов в нашем случае это транзистор, допустим VT1, это у нас КТ315. (Ссылка на руководство по пользованию sprint layout будет приведена ниже). Причем поначалу при проектировании у вас печатная плата может напоминать принципиальную схему, ничего страшного, думаю все так начинали. Поставили, дальше соединяем его базу и эмиттер дорожками с резистором R1, также у нас база VT1 соединена с выводом конденсатора С1 и выводом резистора R2. Вместо линий на схеме мы соединяем на печатной плате выводы деталей дорожкой. Еще я взял себе за правило считать количество выводов деталей соединённых на схеме и на печатной плате, у нас должно получиться такое же количество соединенных пятачков.

Как видим, с базой у нас на плате также как и на схеме соединено еще 3 вывода, на схеме они помечены красными колечками. Дальше устанавливаем транзистор VT2 - это транзистор кт361, он структуры pnp, но нам это в данный момент все равно, так как он имеет также 3 вывода и в корпусе точно таком же как и кт315. Установили транзистор, далее соединяем его эмиттер с вторым выводом R2, а второй вывод конденсатора С1 с коллектором VT2. Базу VT2 мы соединяем с коллектором VT1, устанавливаем на плату пятачки для подключения динамика ВА1, его мы соединяем одним выводом с коллектором VT2, другим выводом с эмиттером VT1. Вот как все, что описал выглядит на плате:

Продолжаем дальше, мы устанавливаем светодиод, соединяем его с выводом ВА1 и с эмиттером VT2. После мы устанавливаем транзистор VT3, это также кт315 и соединяем его коллектором с катодом светодиода, эмиттер VT3 мы соединяем с минусом питания. Далее мы устанавливаем резистор R4 и соединяем его дорожками с базой и эмиттером транзистора VT3, вывод с базы мы пускаем на щуп Х1. Смотрим, что получилось на плате:

И наконец устанавливаем последние несколько деталей. Установим выключатель питания, соединяя его с плюсом питания дорожкой от одного пятачка и с эмиттером VT2, дорожкой от другого пятачка, соединенного с выключателем. Соединяем этот вывод выключателя с резистором R3, а второй пятачок резистора соединяем с контактами щупа Х2.

Всё, плата разведена . При большом желании можно перенести этот рисунок на текстолит протравить эту плату и у вас будет устройство Звуковой пробник с прозвонкой сопротивлением до 650 Ом. Конечно, можно было при желании развести более компактно, но у меня не было такой цели, моя цель была поэтапно рассказать о процессе создания макета печатной платы. Если кого-то заинтересовал процесс создания плат с помощью программы sprint layout , рекомедую пройти и ознакомиться с руководством Кому не приходилось изготавливать печатную плату? Дело это не очень сложное, а результат придаёт проекту завершённость. В этом посте я бы хотел рассказать о процессе создания печатной платы на дому. Я опишу фоторезистивный метод создания платы. Он довольно прост в применении и позволяет печатать весьма сложные платы. Более того, я обошёлся струйным принтером.

Пост содержит фотографии, видео и схемы.

Идея фоторезистивного метода очень проста. Медь на печатной плате сверху покрыта специальным веществом. Если на это вещество попадает свет, то оно потом растворяется в проявителе. Если свет не попал, то в проявителе вещество остаётся красителем. Процесс изготовления платы состоит из четырёх частей:
1. Создаём прозрачную маску на которой размечено что с чем соединять
1. Светим на плату с веществом через эту маску
2. Бросаем плату в проявитель: на плате окрашены только места, размеченные на маске
3. Бросаем плату в травитель: он съест всю медь, кроме окрашеной

Создание схемы

Первый шаг создания печатной платы вполне очевиден: надо создать схему того, что будет на плате. Довольно стандартной программой для этого является Eagle CAD . Не смотря на то, что программой довольно сложно овладеть (мне так кажется, что она совершенно отвратительна в использовании), Eagle CAD пользуются очень многие. Пользователей так много, что производители и поставщики деталей иногда создают библиотеки компонентов.

В рамках этого поста мы будем делать довольно простое устройство: плату, разводящую контакты для ATTiny. Так, чтобы можно было воткнуть в плату чип, питание и программатор.
Сначала нарисуем простенькую схему, а потом, нажав «Switch to board» расположим компоненты на макете платы.

Схему и разводку платы можно .

Печать макета

Подготовим макет к печате. Надо убедиться, что включены только слои с Bottom, Pads, Vias, Dimension. В меню печати надо включить Mirror и Black. Таким образом макет будет отражен и напечатан лишь черным цветом. Не знаю, есть ли более удобный способ, но я распечатал макет в PDF, сконвертировал PDF в TIFF с довольно прилиным разрешением, а потом в текстовом редакторе размножил картинку, чтобы заполнить лист:

Отмечу, что я печатал две схемы, одну – на сегодня, а другую – на потом.

Документ готов. Печатаем на прозрачной плёнке. Я использовал плёнку от MG Chemicals . Хоть она и предназначена для лазерных принтеров, я использовал свой струйный Lexmark. Минус: чернила легко смазать рукой.

Подготовка платы

Очевидно, что для фоторезистивного процесса необходима плата, покрытая специальным веществом. Можно купить это вещество и покрывать плату самому, но я решил купить готовую . Вырежим из платы кусочек, соответствующий размерам схемы. Я использовал аппарат Dremel для вырезания:

Экспонирование

Всё готово для экспонирования платы. Опыт показывает, что струйный принтер может не дать нужной плотности (то есть чёрный с виду на самом деле будет пронизан мелкими дырочками). Бороться с этим не сложно: можно совместить два или три слоя распечатки. Вот так:

Снимем с платы защитный слой (белая тонка плёночка) и положим её на основу (книжка по электронике даёт +3 к удаче). Плату укроем плёнкой с распечаткой и прижмём это дело стеклом:

Конструкция должна простоять под сильной лампой минут 10:

Проявка

Пока плата экспонируется, разведём проявитель. На коробочке проявителя написана пропорция и рекомендуемая температура. Я взял проявитель от MG Chemicals . Он разводится в любой пластиковой посудине в соотношении 1 к 10:

Проявитель готов, десять минут уже прошло. Берём плату и кидаем её в проявитель:

Травление

Споласкиваем плату в воде и кидаем её в травитель. Я использовал хлорное железо от MG Chemicals . Рекомендуемая температура – 50° C, но я травил при комнатных 25° С. Травилось минут 20:

Получится что-то вроде этого:

Зачистка

Оставшийся краситель легко удаляется спиртованными тряпочками:

В результате остаётся чистенькая плата:

Отверстия

Дыры дырявить просто. Я использовал тот же аппарат Dremel :

Получается почти уже готовая плата:

Компоненты

Цепляем на плату необходимые компоненты и припаиваем их к медной основе:

Результат

Плата получилась что надо, хоть друзьям показывай:

Впрочем, не всем друзьям объяснишь, что это такое…

Безопасность

Процесс изготовления плат этим методом предполагает работу со всякой химической дрянью.

Во-перых, не сливайте химическую дрянь в раковину или туалет. В интернете много советов о том, что с этой дрянью делать.

Во-вторых эта химическая дрянь портит одежду, оставляет пятна на руках и делает что-то совсем страшное с глазами. Пожалуйста, используйте средства безопасности! К примеру, я использовал резиновые перчатки, очки и передник из шторы для душа:

Я буду рад ответить на вопросы, услышать предложения как этот процесс можно улучшить, ну и, конечно, дополнить пост любой упущенной информацией.

В этой статье мы поговорим о методе переноса рисунка разведенной печатной платы на текстолит с помощью лазерного принтера. Будет рассмотрен именно более современный метод ЛУТ. Если раньше, в советское время, для того чтобы защитить слой медной фольги на текстолите, приходилось наносить рисунок с помощью разных лаков, кто-то пользовался битумным лаком, кто-то даже растворял в растворителе кусочек гудрона которым покрывают крыши и рисовал получившимся раствором, консистенции лака.

Битумный лак

Некоторые для этих целей пользовались лаком для ногтей. Но при рисовании лаком с помощью рейхсфедера (как в принципе и при рисовании чем-либо другим) на плате было трудно внести какие либо исправления. При попытке счистить часть рисунка нанесенного лаком, нередко лак скалывался там, где это не было нужно. Причем такая работа требовала большой аккуратности и отнимала значительное время.

С появлением в продаже перманентных маркеров, ситуация значительно упростилась, стало достаточно нарисовать рисунок маркером, прямо на фольгированном текстолите в несколько слоев. Но у этого способа также есть недостатки, при травлении хлорным железом или другими реактивами, часто случались подтравы на дорожках. Именно для этой цели, чтобы лучше защитить рисунок печатной платы, мы и рисовали рисунок в несколько слоев. Я пользуюсь для рисования дорожек на печатных платах, а также для того чтобы подправить переносимый рисунок методом ЛУТ, в случае если перенос рисунка, в каком-либо месте осуществился не полностью, вот такими маркерами:

Ранее мной были приобретены 3 разных маркера, в результате их использования на платах все равно были подтравы. После мне подарили набор таких маркеров, 4 штуки разных цветов. Результат отличный, почти нет подтравов.

К тому же эти маркеры двусторонние, с одного конца у них пишущий стержень обычной толщины, на втором конце стержень очень тонкий, по ширине, черта проведенная им, получается почти как у шариковой ручки.

Это удобно, если у нас на плате есть две близко расположенные дорожки, а между ними нужно проложить еще одну дорожку. Разумеется, так, чтобы они не сливались, здесь как раз выручает тонкий стержень маркера. И наконец, перейдем к самому популярному методу переноса рисунка на текстолит к методу ЛУТ. Этот метод незаменим, когда нужно перенести сложную по топологии печатную плату на текстолит. Если бы мы рисовали такую печатную плату маркером, у нас ушло бы, возможно, больше часа на такую работу. Метод ЛУТ позволяет выполнить ту же работу максимум за полчаса - сорок минут с более высоким качеством рисунка и несравнимо меньшими трудностями в переносе.

К тому же таким способом можно нанести буквенно - цифровые обозначения и контуры деталей с обратной стороны фольгированного текстолита, слой самодельной шелкографии. Что же понадобится нам для того, чтобы воспользоваться методом ЛУТ?

1. Разведенная печатная плата в любой программе для разводки печатных плат, с возможностью вывода на печать. Для начинающих рекомендую программу .

2. Кусочек фольгированного текстолита, отпиленный по размерам разведенной платы, хорошо подходит импортный текстолит FR-4.

3. Утюг, желательно самый простой советский, без электронной регулировки температуры.

4. Уайтспирит, бензин Калоша или растворитель, для того чтобы смыть тонер с платы после травления.

5. Мягкий абразивный круг или наждачная бумага “нулевка” для механической зачистки платы перед нанесением рисунка.

6. Моющее средство типа Фэйри или любой другое обезжиривающее.

7. Бумага для метода ЛУТ нужна не стандартная офисная. Здесь каждый находит себе бумагу по вкусу: кто-то предпочитает основу для самоклеящейся пленки типа ORAJET, её не нужно размачивать, достаточно после остывания аккуратно отклеить.

Кто-то предпочитает кальку, но так как калька тонкая и принтер её однозначно “зажуёт”, её нужно предварительно наклеивать на лист офисной бумаги. Некоторые используют бумагу для струйных фотопринтеров марки LOMOND, но она недешевая. Я предпочитаю для этих целей пользоваться тонкой бумагой из глянцевых журналов типа "Гламур" и подобных.

Лист обрезается по ширине листа А4, его можно заправлять сразу в принтер подобно офисной бумаге, без дополнительных манипуляций. То, что на нем находится рисунок, это нам не помеха. При печати следует помнить о том, что sprint layout по умолчанию выводит на печать зеркально, если требуется прямая печать, следует снять галочку на опции отображать зеркально в программе. При печати рекомендую делать на одном листе несколько копий платы на некотором расстоянии одна от другой. С учетом того чтобы бумаги хватило на загиб вокруг платы.

После того, как мы механически зачистили плату, её нужно промыть с Фейри (Fairy ) и дать просохнуть. Трогать фольгу пальцами после этого нельзя. Далее загибаем бумагу вокруг платы, для того чтобы плата получилась строго по центру, можно в программе разводя плату нанести контур платы, или хотя бы сделать уголки.

Этот контур выведется на печать и перенесется на текстолит, но он нам не мешает, если конечно плата сделана грамотно и контур ничего не замыкает. Толщину линий рекомендую 0.1 мм. При желании, эти уголки или контур, после травления и смывания контура (он останется в виде фольги на плате) можно механически удалить с платы (соскрести ножом). Бумагу с обратной стороны платы можно закрепить кусочками изоленты.

Травление платы

Что касается протравливания дорожек, есть много различных методов. Можно сделать например травление медным купоросом:

1. Три столовые ложки с горкой, медного купороса.
2. Три столовые ложки с горкой, соли пищевой.
3. 500 грамм воды

При травлении, нагреваю на паровой бане, и занимает от 30мин до 2 часов. При попадании легко смывается или застирывается, следов не оставляет.

На утюге ставим максимальный нагрев, ждем когда нагреется, кладем плату на ровную твердую поверхность, можно кусок фанеры, и проложив лист бумаги между утюгом и нашей бумажной основой, глянцевой бумагой, в течение минуты тщательно проглаживая, сильно надавливая, утюжим плату, расположенную, разумеется, фольгой кверху. После выключаем утюг, плате обязательно даем остыть минут 15! Если мы пользовались глянцевой бумагой, кладем нашу плату в теплую воду, ждем полчаса и начинаем подушечками пальцев скатывать бумагу в комочки. Отдирать бумагу нельзя! После того, как всю бумагу скатали, у нас остаются дорожки с тонером белесого цвета (из-за вкраплений оставшейся бумаги). Смываем тонер растворителем или бензином Калошей, отмываем плату дочиста от грязи, особенно много грязи бывает, когда удаляешь рисунок нанесенный маркером.

После того, как очистили плату, её для лучшей пайки необходимо залудить, покрыть дорожки слоем припоя, это легко можно сделать, набрав немного припоя на демонтажную оплетку. Также плату можно залудить сплавом . Обзор технологии подготовил - AKV.