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:

1. В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность.
2. Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней.
3. 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

Сверление обычно осуществляется маленьким моторчиком с цанговым патроном (всё это есть в магазине радиодеталей). Диаметр сверла под обычные элементы 0,8 мм. При необходимости отверстия сверлятся большим по диаметру сверлом.

Готовая просверленная плата, готовая для пайки. Как видите – внешний вид практически неотличим от промышленной. Кроме того трудоёмкость минимальна, и материалы доступные (нет необходимости в специфических реактивах, как при использовании фоторезиста).

Печатная плата готова!!!

DRC

У каждого производителя печатных плат существуют технологические ограничения на минимальную ширину дорожек, зазоры между дорожками, диаметры отверстий, и т.п. Если плата не соответствует этим ограничениям, производитель отказывается принимать плату к производству.

При создании файла печатной платы устанавливаются технологические ограничения по умолчанию из файла default.dru из каталога dru. Как правило, эти ограничения не соответствуют ограничениям реальных производителей, поэтому их нужно изменить. Можно настроить ограничения непосредственно перед генерацией файлов Gerber, но лучше сделать это сразу после создания файла платы. Для настройки ограничений нажимаем кнопку DRC

Зазоры

Расстояния

Минимальные размеры

Пояски

Маски

Запуск проверки

Генерация файлов в формате Gerber

Для файла сверловки устройство вывода (Device ) должно быть EXCELLON , а не GERBER_RS274X

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

Процесс изготовления печатных плат в домашних условиях

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

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

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

3. Выводим наш проект на в зеркально отражённом виде в максимально возможном качестве, не скупясь на тонер. Путём долгих экспериментов была выбрана бумага для этого -- плотная матовая фотобумага для принтеров.

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

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

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

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

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

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

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

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

11. Осталось только выпилить наши платы и смонтировать радиоэлементы!

Выводы

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

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:)))