Как сделать плату из текстолита. ЛУТ-технология: изготовления печатных плат

Так как я учусь на инженера, я часто делаю дома проекты с достаточно простыми электронными схемами и для этого частенько делаю печатные платы сам.

Что такое печатная плата?

Печатная плата (ПП) служит для механического монтажа радиокомпонентов и электрического их соединения с помощью проводящего рисунка, контактных площадок и других компонентов, вытравленных на медном слое ламинированной пластины.
На ПП находятся заранее спроектированные медные дорожки. Правильно проектирование соединений посредством этих дорожек сокращает количество использованных проводов, а значит, и количество повреждений, вызванных разрывами соединений. Компоненты монтируются на ПП пайкой.

Способы создания

Основных способов изготовления печатных плат своими руками три:

1. ЛУТ технология изготовления печатных плат
2. Нанесение дорожек вручную
3. Травление на лазерном станке

Метод лазерного травления является промышленным, поэтому я расскажу подробнее о первых двух методах изготовления.

Шаг 1: Создаем разводку печатной платы

Обычно разводку делают путем конвертирования принципиальной схемы с помощью специальных программ. Существует множество бесплатных программ в открытом доступе, например:

Я создал разводку с помощью первой программы.

Не забудьте в настройках изображения (Файл – Экспорт – Изображение) выбрать DPIG 1200 для лучшего качества изображения.

Шаг 2: Материалы для платы

(текст на фото):

• Журналы или рекламные брошюры
• Лазерный принтер
• Обычный утюг
• Ламинат с медным покрытием для ПП
• Раствор для травления
• Поролоновая губка
• Растворитель (например, ацетон)
• Провод в пластиковой изоляции

Также вам понадобятся: перманентный маркер, острый нож, наждачная бумага, бумажные полотенца, вата, старая одежда.
Объяснять технологию я буду на примере изготовления ПП сенсорного выключателя с IC555.

Шаг 3: Распечатываем разводку

Распечатайте разводку схемы на листе глянцевой или фото бумаги форматаА4 на лазерном принтере. Не забудьте:

• Распечатывать нужно изображение в зеркальном отображении
• Выберите «Печатать все черным» и в программе для дизайна печатных плат и в настройках лазерного принтера
• Убедитесь, что изображение будет напечатано на глянцевой стороне листа.

Шаг 4: Вырезаем плату из ламината

Вырежьте из листа ламината кусок такого же размера, как и изображение разводки платы.

Шаг 5: Шлифуем плату

Обработайте фольгированную сторону металлической мочалкой или абразивной стороной губки для мытья посуды. Это нужно, чтобы снять оксидную пленку и фоточувствительный слой.
На загрубленную поверхность изображение ложится лучше.

Шаг 6: Варианты изготовления схемы

Вариант 1:
ЛУТ: перенос напечатанного на глянцевом слое бумаги изображения на фольгированный слой ламината. Положите напечатанное изображение на горизонтальную поверхность тонером вверх. Положите сверху плату медным слоем на изображение. Изображение должно располагаться ровно относительно краев. Скрепите ламинат и изображение с двух сторон скотчем, чтобы бумага не могла сместиться, липкий слой скотча не должен попасть на медное покрытие.

Вариант 2:
Нанесение дорожек перманентным маркером: взяв за образец распечатанную разводку, нанесите схему на медный слой куска ламината сначала простым карандашом, затем обведите перманентным черным маркером.

Шаг 7: Проглаживаем изображение

• распечатанное изображение нужно прогладить утюгом. Разогрейте утюг до максимальной температуры.
• положите на ровную деревянную поверхность чистую ненужную ткань, на нее положите будущую плату медным слоем вверх с прижатым к нему изображением схемы.
• с одной стороны прижмите плату рукой с полотенцем, с другой прижмите ее утюгом. Утюг держите в течение 10 секунд, затем начинайте проглаживать с бумагой немного надавливая, в течение 5-15 минут.
• хорошо прогладьте края – с нажимом, медленно перемещая утюг.
• длительное нажатие действует лучше, чем постоянно проглаживание.
• тонер должен расплавиться и прилипнуть к медному слою.

Шаг 8: Очистка платы

После утюжки поместите ее в теплую воду примерно на 10 минут. Бумага намокнет и ее можно будет удалить. Удаляйте бумагу под малым углом и, желательно, без остатков.

Иногда с бумагой снимаются частички дорожек.
Белым прямоугольником на фотографиях выделено место, где дорожки плохо перенесены и затем восстановлены черным перманентным маркером.

Шаг 9: Травление

Во время травления нужно быть чрезвычайно осторожным.

• сначала оденьте резиновые перчатки или перчатки с пластиковым покрытием
• застелите пол газетами на всякий случай
• наполните пластиковую коробку водой
• добавьте в воду 2-3 чайных ложки порошка хлорида железа
• опустите плату в раствор примерно на 30 минут
• хлорид железа вступит в реакцию с медью и медь, не защищенная слоем тонера, уйдет в раствор
• чтобы проверить, как идет травление внутренних частей платы, достаньте плату из раствора пассатижами, если внутренняя часть еще не очистилась от меди, оставьте ее в растворе еще на некоторое время.

Слегка перемешивайте раствор, чтобы реакция шал активнее. В растворе образуется хлорид меди и хлорид железа.
Каждые две-три минуты проверяйте, вся ли медь вытравлена с платы.

Шаг 10: Техника безопасности

Не прикасайтесь к раствору незащищенными руками, обязательно используйте перчатки.
На фото видно, как проходит травление.

Шаг 11: Утилизация раствора

Раствор для травления токсичен для рыб и других водных организмов.
Не выливайте отработанный раствор в раковину, это незаконно и может испортить трубы.
Разбавьте раствор для снижения концентрации и только после этого слейте в общую канализацию.

Шаг 12: Завершение процесса изготовления

На фото показаны для сравнения две печатных платы, изготовленных с помощью ЛУТ и перманентного маркера.

апните несколько капель растворителя (можно жидкость для снятия лака) на ватку и удалите остатки тонера с платы, у вас должны остаться только медные дорожки. Действуйте осторожно, затем просушите плату чистой тканью. Обрежьте плату до нужного размера и обработайте края наждачной бумагой.

Просверлите монтажные отверстия и припаяйте все компоненты на плату.

Шаг 13: Заключение

1. Лазерно-утюжная технология — вполне эффективный способ изготовления печатных плат в домашних условиях. Если делать все аккуратно, каждая дорожка получится четкой.
2. Выполнение разводки с помощью перманентного маркера ограниченно нашими художественными навыками. Этот способ подходит для простейших схем, для чего-то более сложного лучше изготавливать плату первым способом.

Как изготовить печатную плату в домашних условиях. Или ЛУТ (лазерно-утюжная технология) - наоборот.

Под «ЛУТ» имеется в виду термоперенос тонера с бумаги на поверхность металлизации будущей печатной платы.

Самые интересные ролики на Youtube

Предисловие

Много раз пытался изготовить печатную плату с использованием ЛУТ, но мне так ни разу не удалось получить надёжный легко повторяемый результат. Кроме того, при изготовлении платы мне необходимы протравленные отверстия в контактных площадках размером не более 0,5мм. Впоследствии, я их использую при сверлении, для того, чтобы отцентровать сверло диаметром 0,75мм.

Брак проявляется в виде смещения или изменения ширины дорожек, а так же в неодинаковой толщине тонера оставшегося на медной фольге после удаления бумаги. Кроме того, при удалении бумаги перед травлением, проблематично очистить каждое отверстие в тонере от остатков целлюлозы. В результате, при травлении печатной платы появляются дополнительные трудности, которых удалось избежать, только сделав всё наоборот.

Предполагаю, что причина, вызывающая брак следующая.

Бумага, нагреваясь до высокой температуры начинает коробиться. В то время как температура фольгированного стеклотекстолита всегда немного ниже. Тонер частично закрепляется на фольге, но остаётся расплавленным со стороны бумаги. При короблении, бумага сдвигается и изменяет первоначальную форму проводников.

ЛУТ - наоборот.

В самом начале хочу предупредить, что технология не лишена определённых недостатков.

Первый, это отсутствие специальной бумаги для термопереноса, вместо которой я предлагаю подобрать подходящую бумагу для самоклеящихся этикеток. К сожалению, не всякая бумага годится. Нужно выбрать ту, у которой этикетки плотнее, а подложка имеет хорошую, ровную поверхность.

Второй недостаток состоит в том, что размер печатной платы ограничен размерами подошвы утюга. Кроме того, не каждый утюг может достаточно равномерно разогреть фольгированный стеклотекстолит, поэтому лучше выбрать самый массивный.

Однако, при всех этих недостатках, описываемая ниже технология позволила мне получить стабильный, легко повторяемый результат, при мелкосерийном производстве.

Суть изменения традиционного процесса состоит в том, что предлагается нагревать не бумагу с тонером, а сам фольгированный стеклотекстолит.

Основное преимущество состоит в том, что при этом способе легко контролировать температуру в зоне плавления тонера. Кроме того, резиновый валик позволяет равномерно распределить давление и предотвратить раздавливание тонера.(Я везде пишу именно про фольгированный стеклотекстолит, так как другие материалы не испытывал).

Технология одинаково хорошо подходит для фольгированного стеклотекстолита разной толщины, но лучше использовать материал не толще одного миллиметра, так как его легко резать ножницами.

Итак, берём кусок, самого что ни на есть, затрапезного фольгированного стеклотекстолита и обрабатываем его шкуркой. Очень крупную шкурку использовать не стоит, так как можно повредить будущие дорожки. Однако можно не шкурить, если вы располагаете куском нового стеклотекстолита. Поверхность меди требуется тщательно очистить и обезжирить в любом случае.

Делаем трафарет для термопереноса. Для чего отрезаем необходимый кусок от листа бумаги для этикеток отделяем от подложки сами этикетки. В начале листа нужно оставить кусочек этикетки, чтобы предотвратить застревание подложки в механизме принтера.

Не следует прикасаться руками тех мест на подложке, куда впоследствии будет нанесён тонер.

Если толщина фольгированного стеклотекстолита один и менее миллиметра, то расстояние между краями отдельных плат можно выбрать 0,2мм, если больше и вы собираетесь разрезать заготовку ножовкой, то - 1,5-2,0мм в зависимости от толщины полотна и допуска на обработку.

Слой тонера я использую тот, что заложен по-умолчанию в дрйвере принтера, а вот «B & W Halftones:» (Ч/Б Полутон) следует выбрать «Solid» (Сплошной). Иными словами, нужно предотвратить появление растра. Вы его можете не увидеть на трафарете, однако это может сказаться на толщине тонера.

Закрепляем трафарет на отрезке фольгированного стеклотекстолита канцелярскими скрепками. Ещё одну скрепку цепляем на свободный край трафарета, чтобы он не соприкоснулся с утюгом.

Температура плавления тонера разных марок составляет примерно 160-180С. Поэтому, температура утюга должна быть чуть выше на 10-20С. Если ваш утюг не нагревается до температуры 180С, то придётся его подрегулировать.

Перед нагревом, подошву утюга следует тщательно очистить от жира и других загрязнений!

Разогреваем утюг до температуры 180-190 градусов и плотно прижимаем к фольгированному стеклотекстолиту так, как показано на рисунке. Если расположить утюг иначе, плата может разогреться слишком неравномерно, так как обычно утюг разогревается на 20-30С сильнее в широкой части. Выдерживаем две минуты.

После этого, снимаем утюг и одним движением, с усилием прикатываем трафарет к фольгированному стеклотекстолиту используя резиновый валик для накатки фотографий.

Если во время прикатывания происходит раздавливание тонера, то есть, дорожки съёзжают в сторону или меняют свои очертания, то следует уменьшить количество тонера в драйвере принтера.

Нужно, чтобы центр валика всегда двигался вдоль центра платы. Ручку валика нужно держать так, чтобы не допустить появления вектора силы направленного "вокруг" ручки.

Ещё несколько раз сильно прикатываем трафарет и прижимаем полученный «бутерброд» чем-нибудь тяжёлым, предварительно проложив сложенную в несколько раз газету для того, чтобы равномерно распределить вес.

Прикатывать трафарет следует всякий раз в одну и ту же сторону. Валик начинает движение от места крепления трафарета.

Минут через десять можно снять пресс и удалить трафарет. Вот что получилось.

Лишнюю часть заготовки можно отрезать и использовать в следующий раз.

Теперь нужно к обратной стороне платы приклеить любым способом что-то такое, за что впоследствии можно будет эту плату удерживать при травлении. (Я использую термоклей.)

Травим плату в растворе хлорного железа.

Как приготовить раствор?

Если банка с хлорным железом разгерметизирована, то там, скорее всего, уже есть сверхконцентрированный раствор. Его можно слить в посуду для травления и добавить немного воды.

Если хлорное железо ещё не покрылось водой, то это можно сделать самому. Наверное, можно достать и сами кристаллы из банки, но не используйте для этого фамильное серебро.

Имейте в виду, в сверконцентрированном растворе процесс травления не пойдёт, поэтому, получив такой раствор, нужно добавить немного воды.

В качестве посуды лучше всего использовать фото ванночку из винипласта, но можно и любую другую.

На снимке видно, что плата плавает на поверхности раствора за счёт его поверхностного натяжения. Этот метод хорош тем, что продукты травления не задерживаются на поверхности платы, а сразу опускаются на дно ванночки.

В самом начале травления нужно убедиться, что под платой не осталось воздушных пузырей. В процессе травления желательно проверять, чтобы травление протекало равномерно на всей поверхности платы.

Если есть какая-то неоднородность, то нужно активировать процесс старой зубной щёткой или чем-то подобным. Но делать это нужно осторожно, чтобы не разрушить слой тонера.

Особое внимание следует уделить отверстиям в контактных площадках. Места, на которых процесс травления не пошёл сразу - более светлые. В принципе, достаточно в самом начале процесса добиться потемнения всей поверхности и всех отверстий и тогда успех предрешён.

В тех местах, где медь вытравилась полностью, стеклотекстолит начинает просвечиваться.

Если основная часть платы вытравилась за 15 минут, то не стоит увеличивать общее время травления больше, чем в два раза, то есть более 30 минут. Дальнейшее травление не только уменьшит ширину проводников, но и может частично разрушить тонер.

Обычно за удвоенное время вытравляются все отверстия 0,5мм в контактных площадках.

Моторчик крутит небольшой эксцентрик, который создаёт вибрации в растворе (не обязательно, если периодически приподнимать и шевелить плату).

Смываем тонер тампоном смоченным в ацетоне.

Вот, что получилось. Слева плата ещё покрыта тонером. Ширина дорожек 0,4мм.

Сверлим отверстия, не забывая периодически затачивать сверло.

Теперь можно удалить заусенцы, образовавшиеся на меди при сверлении. Для этого, сначала закатываем их при помощи шарикоподшипника закреплённого в какой-нибудь удобной оправке. При этом плату лучше разместить на твёрдой ровной поверхности. Затем, мелкой шкуркой удаляем окисел с поверхности меди, если он образовался.

Лудим заготовку, для чего предварительно покрываем её слоем флюса.

Разрезаем заготовку на отдельные платы.

По просьбам трудящихся сходил в магазин канцтоваров и сфотографировал упаковку с Самоклеящимися этикетками. Именно эта бумага плохо подходит для термопереноса. Хотя, если нет другой, то можно использовать и эту после некоторой доработки. Подробнее – в очередной статье про ЛУТ.

Слева лицевая сторона упаковки, а справа, соответственно, задняя. На задней стороне нарисованы варианты размещения Самоклеящихся этикеток на листе А4. Крупные цифры, это количество этикеток одинакового размера размещённых на одном листе А4.

Все вышесказанные слова по поводу упаковки не имеют прямого отношения к отобранной мною бумаге. Как оказалось, продавцы используют данную упаковку для хранения совсем других типов бумаги.

Подозрения закрались, когда в разных магазинах я купил разную бумагу, которую достали из одной и той же упаковки. Продавцы рассказывали что-то про производителя, который типа меняет качество бумаги как перчатки. Но, сегодня я разговаривал с хозяином мелкооптового магазина и он мне поведал, что оказывается, продавцы просто используют упаковку как тару для бумаги, которая изначально не имеет упаковки. Вернее упаковка есть, но это просто тонкая прозрачная плёнка.

Так что, бумага, которая оказалась самой удобной для термопереноса, оказалась производства финской компании "Campas". А так как на мелкой упаковке нет никаких опознавательных знаков, то вряд ли удастся её идентифицировать без тестирования.

Довольно много лет назад я впервые узнал о изготовлении плат при помощи Лазерно Утюжной Технологии. Для меня это было сродни изобретению колеса.
Продолжение истории читайте под катом.

До этого платы рисовались лаком при помощи рейсфедера. Для печати плат по технологии ЛУТ я даже купил лазерный принтер (лет 12 назад это было весьма недешево). В процессе работы я перепробовал кучу видов разной бумаги. Да и плат, изготовленных по этой технологии изготовлено не один квадратный метр, на третьем я перестал считать. На текущий момент я остановился на бумаге из журнала «Популярная механика», до этого пользовался бумагой из журнала «Кухни и Ванные комнаты», но он исчез из продажи.
Но совсем недавно, читая обзоры на Муське я случайно в одном из обзоров увидел бумагу для печати плат, полез на Али и сразу заказал себе пробные 10 штук листиков, решив что если понравится, то закажу 50, так как разница в цене между 10 и 50 всего около двух раз.
Кстати, будьте внимательны, я выложил ссылку на лот, но сейчас на этом месте находится лот 50шт за 10 с чем то баксов, при этом имя ссылки осталось прежним, 10 листов.

Вот недавно я получил свой заказ. Случилось то, чего я больше всего боялся, бумага пришла мятой.
Как все понимают, мятую бумагу в принтер засовывать опасно, цена ремонта может быть больше стоимости самой бумаги. Я открыл спор на возврат 50%, так как после обрезки я примерно столько и могу использовать.

Бумага была просто в большом конверте, без пакета или файлика, и был проложен кусок какого то картона, причем этот кусок картона был меньше по размерам, чем бумага. Собственно основные повреждения и были в местах, где картонка отсутствовала.

На фото журнал, которым я пользовался раньше и полученная мною бумага, выбрал листик поаккуратнее.

Что-бы принтер не зажевал мой новый листик, часть пришлось отрезать, с другой стороны не отрезал, так как там не критично, главное в той области просто ничего не печатать.

Ну так как такая бумага является ну очень специфическим товаром, то без тестирования здесь ну просто никак.

В общем всем, кому интересно, добро пожаловать под спойлер.

Печатная плата, как это делается.

Сначала трассирую печатную плату, я пользуюсь программой Sprint Layout 6, до этого очень долго пользовался версией 3, и еще никак не могу приучится к отличиям в управлении.

При изготовлении платы я всегда по периметру оставляю защитную зону шириной 5мм, потому заготовка берется больше на 10мм по длине и ширине чем требуемая плата, мне так удобно.

Заготовка зачищается мелкой наждачной бумагой, важна не зеркальная поверхность, а скорее много микроцарапин, тогда тонер лучше держится.

Распечатываем нашу будущую плату на бумаге (я обычно печатаю сразу 2 штуки, на всякий случай), на гладкой стороне, кстати весь процесс был сделан с одного дубля, т.е. я ничего не корректировал и не переделывал специально для обзора, в этом и заключался смысл теста.
Не забываем, что печатать надо зеркально по отношению к требуемому рисунку печатной платы.

Дальше я укладываю заготовку на специально обученную книгу:), вернее это не книга, а годовая подшивка журналов Радио, в картонном переплете. Делаю я это для того, что бы заготовка не скользила в процессе, и от нагрева не портила то, что под ней находится.

После этого укладываю распечатку чертежом к меди, потом накрываю сверху листом обычной принтерной бумаги, так меньше на начальном этапе скользит, самый сложный момент это не допустить соскальзывания листика с печатью в сторону, я сначала ставлю утюг широкой частью на книгу и бумагу, а потом плавно опускаю на заготовку.

Дальше плавными движениями, с небольшим нажимом гладим нашу будущую плату, я делаю несколько заходов с разных сторон платы, что бы лучше проглаживались края, сильно давить нельзя, иначе тонер может поплыть, если совсем не нажимать, то скорее всего тонер не прилипнет к заготовке. Глажу я такую заготовку примерно минуту.
Кстати тонер я использую Static Control, на мой взгляд это самый лучший тонер для ЛУТ…

Процесс приклеивания завершен, бумага прилипла ровно и красиво.

Теперь кидаем нашу плату в миску с водой на 5-10 минут, можно оставить воду включенной, это поможет бумаге быстрее стать более мягкой.

Через 5-10 минут под небольшим напором воды (лучше комнатной температуры) пальцем скатываем бумагу, дорожки должны остаться на месте, слишком аккуратно делать этого не требуется, так как если тонер стирается пальцем, то такую плату надо переделывать, нормально приклеенный тонер пальцем не стирается, только сцарапывается.

На фото видно результат переноса чертежа на стеклотекстолит. Тонер имеет черный цвет, до этого, когда я пользовался бумагой из журнала, тонер имел сероватый оттенок, так как на нем оставались частички бумаги. Здесь все красиво, отверстия чистые, залипов между дорожками нет.
Я специально подбирал для теста печатную плату и с большими залитыми полигонами и с мелкими дорожками.

Перед травлением я делаю вот такой «столик», по углам платы, на свободных от чертежа местах я сверлю 4 отверстия, в которые вставляю спички (либо зубочистки), плата при этом располагается чертежом вниз.

Травят платы обычно раствором Хлорного железа в воде.
(III)
После погружения платы в раствор, ее надо почти сразу поднять и убрать пузырьки воздуха, иначе будут не протравленные места.

Через некоторое время (зависит от раствора), плата вытравлена.

Уже отработавший свою функцию тонер смываю ацетоном (ну или любым подходящим растворителем).

Ну а здесь я покажу какое качество печати я в итоге получил.
Место под процессор ближе к центру платы, ширина контактных площадок 0.45мм, ширина дорожек 0.45-0.5мм Видно что даже отлично сохранилась форма площадки.

А это дорожка по краю платы, таких мест два. Обычно такие места я корректирую перманентным водостойким маркером, для теста я этого специально не делал.

После смывки тонера сверлю необходимые отверстия, потом зачищаю плату наждачкой нулевкой.

Уже после всех этих операций только обрезаю лишнее, если это сделать до зачистки, то можно повредить наждачкой ближние к краю платы дорожки. Края платы прохожу немного надфилем, что бы убрать острые остатки стекловолокон после ножниц.

Теперь покрываю плату флюсом (я использую спиртовой F3), и пролуживаю дорожки.
Я знаю что некоторые этого не делают, но мне больше нравится плата с пролуженными дорожками. В общем дело вкуса, ну и медь не окисляется, да и микротрещины заливаются припоем.

Последний этап, смываю остатки флюса ацетоном.

Все, плата готова.

Да я знаю о фотоспособе, знаю о нанесении маски и шелкографии и т.п. и т.д.
Это все хорошие и очень полезные вещи, но думаю, что для большинства применений достаточно описанного мной варианта. Изготовить так плату очень быстро и просто, и надо иметь минимум химикатов и инструментов.
Плата, которую я изготовил, возможно примет участие в одном из моих будущих обзоров, некоторые читатели скорее всего даже узнают, что это будет за устройство.

В общем мое резюме.
Плюсы.
Мне понравилось, думаю что закажу 50 или 100 листов.
Тонер хорошо отлипает от основы.

Минусы.
Продавец очень плохо упаковал, за что ему большой минус.
Цена, особенно цена при покупке лота из 10 листиков, но для пробы вполне достаточно, хотя искать журналы, а потом листики в журналах без картинок (для печати лучше использовать страницы либо белые, либо только с текстом) уже порядком поднадоело.

В общем специалисты, не судите строго, постарался описать как мог, буду очень рад советам и дополнениям, и надеюсь что мой обзор кому нибудь помог.
И да, я знаю что на БиКе дешевле:)))