1. Проектирование платы

  2. Прежде, чем вы начнете производить печатную плату, вам понадобится схема платы. Имеются многочисленные способы планировки схемы. Здесь не обсуждаются способы создания схемы, поскольку это достаточно сложный процесс. Требуется некоторый опыт, чтобы спроектировать схему. Лучше всего иметь готовую схему, например, из журнальной статьи или книги. Далее будут обсуждаться методы и материалы, используемые в процессе переноса рисунка схемы на печатную плату.

  3. Перенос схемы на печатную плату

  4. Где купить фольгированный диэлектрик?

    В Москве есть поставщик НПФ "Росламинат" [тел. +7 (095) 113-3474] фольгированного диэлектрика, производимых компанией "Молдовизолит" (г. Тирасполь, Молдова). Лучше всего использовать стеклотекстолит марки МИ-1222-1-35 (односторонняя, толщина платы 1,5 мм, толщина слоя меди 35 мкм) или МИ-1222-2-35 (двухсторонняя). Качество их не уступает зарубежным маркам класса FR-4, но существенно дешевле.

    1. Если схема простая.

    2. Рисуйте ее непосредственно на материале платы. Для этого нужно использовать стойкие к травлению чернила. Имеется множество компаний в Европе, которые делают подобный вид чертежных ручек.

      Прежде чем рисовать на плате, необходимо очистить поверхность медь. Для этого ее необходимо протереть тканью, смоченной в изопропиловым или этиловом спирте. Теперь вы можете нарисовать дорожки на медной поверхности. Удостоверьтесь, что чернила полностью высохли. Когда рисуете, не касайтесь меди руками. Жир на коже рук окисляет медь и может привести к тому, что места касания рукой будут стойкими против травления.

      Можно использовать так называемые средства сухого переноса. Они представляют собой пластиковые листы, на которых нарисованы все виды символов. Вы можете их перенести на плату как переводные картинки. Протрите карандашом символ, который вы хотите передать. Он прилипнет к меди. После этого вы можете травить медь. Такие комплекты поставляет компания Churchin Associates Ltd (факс: +1 (516) 864-9247).

    3. Если схема посложнее

    4. Использование термотрансфертных пленок.

      Существует также материал - термотрансфертная пленка. Если у вас есть схема, тогда вы можете скопировать ее на эту пленку лазерной печатью. Теперь вы должны поместить пленку, скопированной стороной, на чистую медь. Прижмите пленку к плате и равномерно грейте ее утюгом для нагрева. Температурный режим должен быть около 95 °С. Ваша печать будет перенесена на печатную плату. Дайте возможность остыть и затем удалите термотрансфертную пленку. Если вам повезет, вы будете иметь печатную плату, готовую к травлению. Лучше для переноса использовать специальные термические прессы. Термотрансфертные пленки поставляют фирмы "DynaArt Designs", (пленка TTS, факс: +1 (805) 943-3776) и "Techniks, Inc" (факс: +1 (908) 788-8837, пленка Press-n-Peel.).

      Пленки эти одноразовые, так как процесс зависит от специального покрытия на пленке. Главный недостаток этих пленок, что они дороги и, кроме того, обычным утюгом получить хороший результат трудно, необходим термопресс, стоимость которого под 1000 USD.

    5. Если схема сложная

    6. В этом случае не обойтись без фоторезистов и фотолитографического процесса.

      Прежде чем перейти собственно к фотолитографическому процессу вам необходимо иметь проект печатной платы на прозрачном материале - оригинал-макет. Под прозрачным материалом здесь подразумевается материал, который пропускает ультрафиолетовый свет. Дело в том, что все фоторезисты поглощают в ультрафиолетовом и не поглощают в видимом диапазоне спектра. Ультрафиолетовый диапазон спектра - это 200-400 нанометров. Оконное стекло прозрачно для видимого света, но не пропускает ультрафиолетовый свет. Если вы не уделите достаточного внимания изготовлению качественного оригинал-макета, то дальше в фотолитографическом процессе у вас возникнет много проблем.

  5. Создание оригинал - макета

  6. Как же изготовить качественный оригинал-макет? Для сложной схемы здесь не обойтись без компьютера или качественного копировального аппарата. Если вы сами разрабатываете схему с помощью программ для создания печатной платы, то вы можете ее вывести на печать. Если вы имеете готовую схему и вам надо перенести ее на прозрачный материал, то вы либо ее копируете на такой материал копировальным устройством, либо переносите в компьютер, в цифровой формат сканером.

    1. Печать схемы

      1. Использование принтера или копировального аппарата

      2. С появлением средств для усиления оптической плотности тонера (Densitone Spray) наилучшие результаты достигаются с помощью лазерных принтеров.

        Densitone Spray: Before
        Исходный отпечаток
          Densitone Spray: After
        После обработки

        Если вы распылите жидкость Densitone Spray на поверхность отпечатка схемы, полученного лазерной печатью или копировальным устройством и дадите высохнуть несколько минут, то вы можете получить почти профессиональный оригинал-макет. Исходная оптическая плотность составляет 1.3 - 1.7 и может быть усилена до 3.0 - 3.6. Это можно видеть из рисунка. Основа калька.

        На что печатать? Существуют прозрачные пластмассовые листы для лазерной печати и копировальных аппаратов. Такие листы прекрасно пропускают ультрафиолетовый свет. Их недостаток заключается в том, что при печати лазерным принтером и при установке максимальной плотности нанесения тонера, тонер "разбрызгивается". Рисунок смазывается. По этой причине лучше использовать кальку или матовую полимерную пленку для лазерных принтеров. Эти материалы хорошо держат форму линий, хотя и "зарезают" ультрафиолетовый свет. Так стандартная калька уменьшает пропускание ультрафиолетового света в пять раз, а пленка Folaproof Laserfilm DM в 3,5 раза. Калька значительно дешевле, но дает усадку при нагреве в лазерном принтере, что существенно при высоких разрешениях. Пленка Folaproof Laserfilm - безусадочная и используется при изгтовлении прецизионных печатных плат.

      3. Использование плоттера

      4. Другой выбор использование плоттера. Так как эти приборы используют жидкую краску, результаты будут хорошими. Кроме того, качество вычерчивания линий - намного лучше, чем у принтера. Вы можете использовать различные перья для каждой ширины линии. Главный недостаток состоит в том, что чертежи становятся дорогостоящими. Не только сам плоттер дорог, но и стоимость, вовлеченная в создание чертежа существенна также. Перья и стоимость бумаги специального назначения стоят денег.

      5. Использование фотоплоттера

      6. Это - методика, используемая в промышленном производстве печатных плат. Плоттер оснащен источником УФ-света. Перо заменено волоконно-оптическим кабелем. Механизм передвижения пера вверх-вниз заменен электронно-оптическим затвором. Обычно это жидкокристаллический затвор.

        Чертеж делается в темной комнате на фотографической пленке. Когда чертеж закончен, пленку проявляют точно так же как в обычной фотографии. Это - единственный метод изготовления очень тонких дорожек.

  7. Перенос схемы на печатную плату. Фотолитографический процесс

  8. Для начала мы нуждаемся в светочувствительном материале для печатной платы - фоторезисте. Имеются здесь две возможности: Или вы покупаете готовый очувствленный фольгированный диэлектрик, или вы сами наносите фоторезист на плату. Проще всего купить готовый очувствленный материал. Это плата, медный слой которого покрыт светочувствительным лаком. Лак закрыт черной бумагой.

    1. Как сделать светочувствительную печатную плату самостоятельно

    2. Это - довольно трудоемкая работа и отнимает много времени. Вы не сбережете никаких денег, производя самостоятельно чувствительную печатную плату. Напротив. Вы должны купить аэрозольный баллончик с этим типом лака. Вы должны очистить медную фольгу печатной платы, промыть ее изопропиловым спиртом. После сушки вы должны распылить фотолак на медный слой. Удостовериться, что лак нанесен на всю медную поверхность. Теперь вы должны высушить лак в темном месте в течение 24 часов. Если вы будете удачливы, то это будет работать.

    3. Покупка готового материала.

    4. Имеются два различных доступных типа. Позитивный и негативный. 95 процентов проданных материалов являются позитивными. Хорош тот материал, который для нас подходит Негативный материал используется в промышленном производстве печатных плат. Единственное его преимущество состоит в том, что с ним легче делать многослойный печатные платы. Но так как это фактически невозможно делать дома: забудьте об этом.

      Кроме того, мы нуждаемся в проявителе для этого материала.

      Имеется множество различных продуктов на рынке, но в основном они все содержат натрий гидрооксид. При использовании этого продукта, пожалуйста, соблюдайте меры предосторожности и перчатки. Возможно, он не будет причинять никаких ожогов, но не очень здорово погрузить незащищенные руки в продукт или раствор. Если вы вошли в контакт с этим продуктом ополосните водой. Если раствор попал в глаза, промойте большим количеством воды и вызовите врача.

    5. Экспонирование материала и проявление

    6. Для экспонирования необходим источник ультрафиолетового света. Такой источник ОРК-21М выпускается в России. Удобство его заключается в том, что он на штативе и можно варьировать расстояние от лампы до платы. Можно использовать люминесцентную лампу ДРЛ. Сама лампа практически не излучает ультрафиолетовый свет. Но если аккуратно срезать алмазным кругом верхнюю колбу по максимальному диаметру, то внутри можно обнаружить маленькую лампу ультрафиолетового света. Таким образом, мы получаем хороший источник ультрафиолетового света, Остаток люминесцентной колбы будет защищать глаза от попадания ультрафиолетового света.

      Время экспозиции зависит от мощности лампы, расстояния от лампы до платы, толщины пленки фоторезиста. На установке ОРК-21М с расстояния 25-30 см время экспонирования составляет примерно 30 сек. Некоторое экспериментирование здесь необходимо.

      Поместите оригинал-макет тонерной стороной на печатную плату.

      Figure 1

      Прижмите оргстеклом оригинал-макет к пленке фоторезиста.

      Figure 2

      Начните экспонирование

      Figure 3

      Два важных примечания здесь:

      Первое. Защитите себя! Ультрафиолетовый свет опасен. Никогда не смотрите в источник света, когда он включен. Всегда закрывайте крышку установки, когда лампы включены.

      Второе. Делайте это при слабом освещении. Не при ярком дневном свете. Хотя материал печатной платы чувствителен только к ультрафиолетовому свету, имеется риск разрушения чувствительного слоя прямым солнечным светом или сильным дневным светом. Солнечный свет также содержит ультрафиолетовый свет, а яркий дневной свет будет постепенно ухудшать резкость изображения.

      Вы можете обращаться с печатной платой при нормальном окружающем свете, если вы используете печатную плату непосредственно. Как только защитная бумага будет снята со светочувствительного слоя, вы должны немедленно использовать ее. Не оставляйте такую плату на вашем столе в течение 2 минут. Светочувствительный слой ухудшит свое качество.

      Проявление. В чем мы еще нуждаемся - это 2 пластмассовые кюветы и пара резиновых перчаток.

      После экспонирования печатной платы вы должны проявить ее. Поэтому Вы должны поместить ее в проявитель.

      Figure 4

      Фактический процесс проявления составляет приблизительно 30 секунд. Максимум 2 минуты. Вы должны поместить печатную плату в жидкость. После нескольких секунд вы увидите изображение на печатной плате. После примерно полминуты вы должны иметь области с чистой медью и области, которые закрыты фоторезистом. Теперь вы можете вынуть печатную плату и промыть ее водой.

      Промойте водой

      Figure 5

      Печатная плата готова к травлению.

    7. Травление платы

    8. Травление платы подробно описано здесь.

      Figure 6

      Промойте водой.

  9. Покрытие защитным лаком, золотом, серебром или оловом

  10. Вы можете покрыть вашу плату реальным паяльным лаком для припоя. Это предотвратит медь от окисления (зеленого налета). Лак PLASTIK в аэрозоле имеет преимущество, т.к. с ним легче паять.

    Если Вы хотите придать вашей печатной плате профессиональный вид, вы можете покрыть ее оловом. Если вы нуждаетесь в печатной плате для агрессивных сред, Вы можете покрыть ее серебром или золотом.

    Перед применением всех этих продуктов мы должны удалить остатки фотослоя. Лучше всего использовать для этого ацетон. Погрузите печатную плату в ацетон в течение приблизительно 15 секунд. При этом должен раствориться весь фотослой. Вы можете использовать ацетон многократно. Когда вы вытащите плату из ацетона, вытрете ее сухой свежей тканью. Важным для этих действий является то, что вы еще не сверлили отверстия!

    1. Применение защитного, паяльного лака

    2. Распылите тонкую пленку этого продукта на печатную плату. Дайте высохнуть полностью. Это может занять некоторое время (от 1 до 2 часов).

    3. Применение олова, серебра или золото

    4. Вы можете купить эти продукты. Они называются химикаты для покрытия металлом. В основном это - жидкости, где растворен металл. Они все содержат определенный вид кислоты. Так что обращайтесь с ними с осторожностью. Носите резиновые перчатки и защитите глаза.

      Процесс металлизации очень быстр, но он требует некоторых мер предосторожности. Медь должна быть очень чиста. Кроме того, вы должны предотвратить, в максимально возможной степени, чтобы другие продукты не попали в жидкость. Жидкость очень чувствительна к другим химикалиям и даже к воде.

      Наилучшая процедура - следующая:

      Вы имеете печатную плату готовую к сверлению.

      Надписи на печатной плате. Если вы посмотрите на коммерческую печатную плату, подобно той, что у вас в телевизоре или радио, тогда вы отметите, что расположение компонентов напечатано на печатной плате. Вы можете сделать это также сами. Процесс, используемый в промышленном производстве печатных плат довольно трудно воспроизвести дома. Там используются сеткотрафаретная печать и фотоотверждаемые краски. Но вы можете использовать пленки соответствующего типа, которые поставляются.

  11. Изготовление двухсторонних печатных плат

  12. При изготовлении двухсторонних печатных плат методом, описанным выше для односторонних плат, существует одна проблема. Поскольку плата непрозрачна, вы не можете видеть, как совмещаются рисунки с двух сторон.

    Один из простых способов обойти эту проблему следующий. Изготовьте две полоски фольгированного диэлектрика шириной приблизительно 10-15 см и длиной, чуть больше длины печатной платы. Истинные размеры полосок не имеют значения, необходимо зафиксировать только толщину.

    Приготовьте двухстороннюю плату с пленкой фоторезиста с обеих сторон. Для этого нанесите на одну сторону будущей печатной платы фоторезист. Высушите пленку фоторезиста в течение 10 минут при 40 °С. Переверните плату и нанесите на другую сторону платы также фоторезист. Высушите плату при 70-80 °С в течение 15 минут.

    Теперь поместите два оригинал - макета друг на друга, печатной стороной внутрь и точно совместите их. Вырежьте их ножницами или скальпелем до требуемого размера. Помните, что нужно оставить по периметру границу, по крайней мере, в 25 мм вокруг чертежа. Теперь снимите верхний оригинал-макет и поместите 2 полоски приготовленного, как указано выше, фольгированного диэлектрика между этими двумя оригинал-макетами.

    Figure 7

    Совместите оригинал макеты и приклейте их к полоскам фольгированного диэлектрика куском липкой ленты. Вы получите сэндвич. Продвиньте аккуратно между оригинал-макетами искомую печатную плату с нанесенным с двух сторон фоторезистом. Совмещение рисунков будет хорошее. Если бы вы не использовали 2 полоски фольгированного диэлектрика, то был бы риск смещения рисунков, и печатная плата стала бы непригодной.

    Теперь вы можете экспонировать, проявлять и травить, как одностороннюю плату.

    1. Межслойные соединения

    2. Большой вопрос: Как соединить две стороны печатной платы друг с другом.

      Имеется множество путей для этого.

      Используйте куски провода и пропустите их через отверстия. Лучше использовать специальные медные штырьки с ободком, которые можно приобрести.

      Этот метод имеет недостаток, поскольку вы не сможете поместить компонент в отверстие.

      Когда вы проектируете двухстороннюю печатную плату, вы должны попробовать сделать так, чтобы межслойные связи образовались непосредственно в составляющих штырьках компонентов. Тогда вы просто паяете вывод компонента с обеих сторон и имеете связь двух сторон.

      Если Вы используете гнезда для интегральных схем с обработанными на станке контактами, тогда Вы можете даже применять эту методику для штырьков интегральной схемы.

      В промышленности это делается путем химического осаждения металла в отверстиях.