Desky plošných spojů - kompletní postup: 14 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Následující text popisuje postup, kterým vytvářím desky plošných spojů pro jednorázové a prototypové použití. Je napsán pro osobu, která si v minulosti vytvořila vlastní desky a zná obecný proces.

Všechny mé kroky nemusí být pro vaši situaci optimální. Tento proces jsem vyvinul metodou pokusu a omylu zahrnující techniky z různých zdrojů. Vezměte prosím vše, co vám vyhovuje, a vyhoďte to, co ne.

Poznámka k produkci: Jsem stará škola a učím se nejlépe z písemných instrukcí a obrázků, které tvoří převážnou část tohoto instruktážního programu, zahrnul jsem pár videí pro některé složitější kroky.

Krok 1: Potřebné materiály

Následující seznam je dlouhý, ale pokud již vyrábíte vlastní desky pro PC, možná některé z těchto položek máte. Většinu zbytku, s výjimkou boxu s UV zářením, lze zakoupit online.

Budete potřebovat:

• Materiál PCB potažený mědí
• Software pro návrh obvodových desek (používám freeware Eagle).
• Překladač souborů Gerber - převeďte soubory Gerber do grafického formátu Gerber2PDF
• Software pro úpravu grafiky (PhotoShop)
• Laserová tiskárna s tonerem vhodným pro techniku přenosu toneru.
• Lesklý papír do laserové tiskárny (sponky #633215).
• Průhledná fólie pro laserové tiskárny (C-Line no60837).
• Ve vodě rozpustná lepicí tyčinka, kyanoakrylátové lepidlo, malířská páska.
• Tenký květinový drát (~ 26 měřidel) a rovné kolíky.
• Ruční nářadí k řezání, tvarování a vrtání desek PC.
• Standardní oděvní žehlička.
• Materiály na čištění obvodových desek (papírové utěrky, houbičky, čisticí prostředek, Bar Keepers Friend, rozpouštědla).
• Kapalina chloridu železitého (40%).
• Kyselina citronová, prášková (nut.com).
• Starý CrockPot s keramickou nebo skleněnou vložkou (ne kovovou).
• Qt. plastová mrazicí taška velikosti se zapínáním na zip.
• Pájecí maska vytvrditelná UV zářením (ebay nebo amazon).
• Box s UV zářením (domácí výroba?).

Krok 2: Navrhněte desku s obvody

Používám bezplatnou verzi Eagle, protože velikosti desek jsou poměrně skromné a omezené na 2 strany. Jsem velkorysý ohledně velikosti svých stop a vzdáleností mezi nimi (minimální velikost stopy 24 mil. A 15 mil mezi nimi).

Většina mých komponent je skrz díru, ale příležitostně používám SMD nebo kombinaci. Snažím se nasměrovat stopy na jakékoli záhlaví pinů ve spodní části desky. Nepoužívám pokovené průchozí otvory, takže přidávám další průchodky spojující horní stopy se spodní částí, kde nelze oboustranně pájet součástku. Ty budou naplněny krátkými kousky tenkého drátu pájeného na místě.

Když skončím s rozložením a směrováním, přidám několik velkých průchodek v blízkosti rohů desky, které budou sloužit jako montážní otvory a registrační indikátory pro oboustranné desky.

Až budete hotovi, navrhuji vytisknout velkou kopii desky pro referenci při umisťování součástí a označování otvorů.

K vytvoření deskových obrazů, které se budou tisknout na papír pro měď a na laserovou průhlednou fólii pro pájecí masky, používám CAM procesor Eagles.

Krok 3: Výstup Gerberů

Rád používám výplňové polygony k vytvoření pozemní roviny dole a V+ nahoře, proto netisknu obrázky desky přímo, ale používám CAM výstup Eagle. Nepoužívám šablony pájecí pasty, protože jsem ručně pájel několik SMD komponent, které používám na své desky.

Aby se usnadnilo vytváření obrazů CAM, vytvořil jsem vlastní šablonu pro jednostranný a oboustranný výstup CAM obsahující potřebné výstupní soubory. Vždy přidávám tvar desky k měděným Gerberům, ale ne k maskám.

Soubory Gerber obvykle při zpracování úlohy vkládám do složky Projekt, aby k nim bylo možné v případě potřeby přistoupit později.

Krok 4: Převod obrázků CAM

Vytvoření výstupu pomocí CAM procesoru Eagle přináší několik překážek při vytváření měděných a pájecích masek.

1. Soubory Gerber musíte převést na tisknutelné obrázky.
2. Vačkový procesor odebírá součást a prostřednictvím indikátorů otvorů.

Prvním krokem je převést soubory Gerber na nějaký soubor obrázku, který pak mohu upravit a vytisknout. Používám nástroj s názvem Gerber2PDF Gerber2PDF odkaz.

Stažený.exe je umístěn do adresáře Eagle CAM. Poté spustím soubory Gerber, které chci převést, z adresáře Project do adresáře CAM před spuštěním Gerber2PDF z příkazového řádku Windows.

Syntaxi pro výběr a převod konkrétních souborů najdete v dokumentaci Gerber2pdf.

Zahrnul jsem textový soubor, který používám ke spuštění procesu gerber2pdf, který byste si měli stáhnout.

Tento soubor můžete upravit tak, aby vyhovoval vašim potřebám. Vystřihněte příkazy a vložte je do obslužného programu DOS pro převod Gerberů.

Jakmile budu mít jednotlivé soubory PDF jeden pro každou měděnou a pájecí masku, kterou potřebuji, zabývám se problémem chybějících otvorů v součástech desky, průchodkách a registračních otvorech. Pomocí programu PhotoShop importuji soubory PDF a upravuji měděné soubory a přidávám potřebné otvory jako malá plná bílá kolečka.

Krok 5: Úpravy obrázků

Pomocí programu PhotoShop importuji soubory PDF a upravuji měděné soubory, abych přidal potřebné otvory jako malá plná bílá kolečka. Můžete použít svůj vlastní software pro převod a úpravy grafiky podle níže uvedených pokynů.

Upravením souborů PDF přidejte značky registračních děr (viz šipky) na obě strany oboustranných desek. Udržujte registrační otvory mimořádně malé, aby byla registrace přesnější, ale dostatečně velké, aby bylo vidět při tisku měděných obrázků. Otvory pro komponenty přidávám pouze nahoru, protože budu vrtat hlavně z této strany. V tomto bodě musí být horní měděný obraz převrácen vodorovně (zrcadlově), aby se podložky po vyleptání shodovaly. V tomto bodě můžete také přidat tištěný text. Ujistěte se, že jakýkoli text, který přidáte, se zrcadlí na horní i spodní mědi, aby se na vaši desku přenesl správně (viz výše uvedené příklady).

Zkopírujte a vložte každý obrázek mědi a masky do prázdného hlavního listu celé stránky (ve stejném rozlišení jako soubory PDF), který bude vytištěn na vaší laserové tiskárně. Můžete také přidat identifikační text desky na hlavní list.

Vložení více kopií měděných obrazů na hlavní list ušetří papír a umožní chyby v procesu přenosu toneru. Udělejte to samé pro soubory masky pájky přidáním alespoň 2 kopií každé masky, budou zkombinovány později.

Krok 6: Vytiskněte hlavní list

Vytištěné obrazy mědi Master Sheet budou přeneseny do připravených desek plošných spojů pomocí přenosu tepla tonerem. K přenosu používám papír Premium Colour Laser Gloss Paper od Staples (#633215). Je spolehlivý, levný a dobře viditelný (ne jako stránky časopisu). Přijímá laserový toner s malými nebo žádnými chybami, rychle přenáší toner na měď a čistě se uvolňuje jen za několik minut namáčení v teplé vodě. Pokud mají být generovány pájecí masky, jsou vytištěny alespoň dvě kopie každé masky na průhlednou fólii laserové tiskárny (C-Line no60837).

Před tiskem na lesklý papír nebo průhledné fólie vytiskněte kopii obrázků na obyčejný papír. Tato kopie bude použita pro dimenzování desek a oboustranné zarovnání mědi. Je vhodné zkontrolovat správné vzdálenosti mezi pady pro SMD a dalšími součástmi (viz výše uvedená fotografie). Udělejte to pro obrázky mědi i masky. V procesu kopírování a vkládání jsem udělal chyby více než jednou a po leptání, maskování a vrtání desky plošných spojů se mi nepodařilo naplnit hotové desky

Krok 7: Připravte měděnou desku

Měděné desky (jednostranné nebo oboustranné) jsou nařezány na hrubý tvar (~ půl palce po celém obvodu) pomocí obrázku z výtisku obyčejného papíru jako vodítka (používám nástroj Dremel s ořezávacím kolečkem).

Hrany jsou hladké, aby se srovnaly a rohy byly zaoblené. Horní a spodní hranu pak pod pilinou pod úhlem 45 stupňů odstraním jakékoli otřepy nebo ostrost (po podání zkontrolujte prstem).

Dalším krokem je vyčištění desek a odstranění veškerých olejů nebo mastnoty. Na to poslouží prací prostředek a teplá voda. Nakonec, abych odstranil oxidaci a vytvořil povrch, který bude akceptovat přenos a bude se snadno pájet, posypu měď trochou směsi „Bar Keepers Friend“a jemně vydrhnu vlhkou houbičkou, poté před sušením opláchnu papírovou utěrkou.

Pokud jsou desky oboustranné, bude nutné obrázky přesně zaregistrovat. Našel jsem pro mě nejlepší způsob, jak temperovaně přilepit obyčejnou papírovou kopii spodního měděného obrázku na jednu stranu desky (paradoxně to bude vrchol) a opatrně vyvrtat středy registračních průchodek vrtačkou #70. Dobře funguje vrtačka s vrtákem k uchycení bitu.

Krok 8: Zaregistrujte měděné obrázky

U jednostranných desek je postup poměrně jednoduchý. Stačí vystřihnout kopii měděného obrázku z lesklého papíru a jemně jej pomocí malířské pásky (modrá páska) přilepit na deskový obraz stranou dolů. Desku pak položím na kus překližky potažený 2 vrstvami papírových utěrek a desku přikryji dalšími dvěma vrstvami.

U oboustranných desek je postup složitější. Rovným kolíkem nejprve vyčistím registrační otvory v desce. Dalším krokem je vystřihnout jeden měděný horní a jeden spodní obrázek z lesklého papíru a přesně propíchnout střed všech registračních otvorů rovným kolíkem.

Dále jsem nařezal kousky tenkého (~ 26 gage) květinářství nebo řemeslného drátu dostatečně malého, aby prošel registračními otvory (asi 3/4 palce na délku). Tento drát protáhnu nejprve zadní částí jednoho z registračních otvorů v horním papíru, poté deskou. V tomto místě ohýbám drát a používám malý kousek malířské pásky, abych zabránil propadnutí drátu, když překlopím desku. Nakonec jej protlačte přední částí spodních otvorů pro papír tak, aby obrázky směřovaly k mědi.

Každý drát se pak ohne, aby držel papíry a desku pohromadě. Když jsou všechny otvory dokončeny, postupujte podle výše uvedeného postupu pro jednostrannou desku.

Krok 9: Přenos toneru

Nyní, když je deska připravena k přenosu toneru. Toto video z procesu přenosu může objasnit následující pokyny.

Aplikuji žehličku na suché prádlo těsně pod nejvyšší teplotu, abych pomocí špičatého hrotu žehličky přitiskl papír k desce. Dávejte pozor, abyste umístili hrot mezi dráty na oboustranných deskách a přilepili dolů po obou stranách, aby se papír při manipulaci neoddělil od desky. Varování, že se deska horká. Na oboustranných deskách odstřihnu dráty zarovnané na jedné straně a poté protáhnu ostatní konce papírem a lepenkou před dalším krokem.

Před nanesením žehličky odstraňte veškerou pásku s tlakem na každou stranu po dobu asi 1 minuty bez pohybu, pokud není deska příliš velká pro plné pokrytí žehličkou. Tím se deska zahřeje a lepí na toner. Aby byl zajištěn přenos toneru, odstraním papírový ručník na horní straně a přidržím okraj žehličky v úhlu 45 stupňů k desce, poté vyvíjím tlak a pohybuji se po desce. Dělám to na každé straně alespoň několikrát. V tuto chvíli byste měli na zadní straně papíru vidět mírný obraz toneru.

Dalším krokem je namočit desku a papír do vody, dokud papír neodpluje. Obvykle jemně otřu zadní část papíru, abych odstranil jílový povlak, aby se proces usnadnil, a po několika minutách papír jemně odlepím. papír se z mědi před leptáním odstraní. Voda se zakalí mikroskopickými částečkami jílu.

V případě potřeby osušte, zkontrolujte a opravte pomocí Sharpee Markeru a nože. Pokud je v této fázi nutná rozsáhlá oprava, možná budete chtít toner před leptáním vyjmout a znovu použít (nezapomeňte desku znovu vyčistit).

Krok 10: Lepte desku

Můj proces leptání je možná nejvíce nekonvenční. Vyžaduje nádobu naplněnou 1/2 vody vodou nastavenou na vysoký stupeň a zahřívanou (nejméně 1 hodinu), dokud není horká. Dalším neobvyklým krokem je vyleptání desky do kvalitního mrazicího sáčku se zámkem na zip. Nakonec použiji Edinburgh Etch na bázi chloridu železitého, který se připravuje následovně: Získejte trochu suché kyseliny citronové (také známá jako kyselá sůl často používaná jako konzervační prostředek na potraviny) z online (NUTS.com) nebo místního zdroje. Připravte si řešení kyseliny citrónové rozpuštěním 1/4 šálku prášku ve 3/4 šálku teplé vody, odložením vychladnout. Chcete -li leptadlo přidat 1/2 šálku tohoto roztoku do 2 šálků 40% roztoku chloridu železitého. Přidejte kyselinu na chlorid. Toto je edinburský lept. Roztok na leptání je dvakrát rychlejší než obyčejný lept na bázi chloridu železitého a nebude se sám ucpávat ani tvořit kal.

UPOZORNĚNÍ: Při této metodě NEPOUŽÍVEJTE leptadlo na bázi peroxidu vodíku. Vytváří plynný vodík, který je výbušně hořlavý a roztrhne pytel.

Před mícháním nebo použitím leptadla nezapomeňte použít rukavice a ochranu oděvu (vodotěsnou zástěru). Stále bude špinit a jíst hadřík a kůži! Otevřete sáček s deskou s obvody, obvykle do sáčku nejprve přidám vodu, abych otestoval těsnost, a poté tuto vodu vypustím. Přidejte leptadlo dostatečné k vyleptání okruhu, nepřeplňujte, později můžete vždy přidat další, ale může to být nepořádek. Zjistíte, že použijete méně leptadla než u jiných metod a protože je po použití vyhozeno, je leptadlo vždy čerstvé. Z vaku vytlačte co nejvíce vzduchu, aniž by došlo k rozlití, a poté jej bezpečně uzavřete, aby byl vzduchotěsný.

Vypněte hrnec. Nyní vložte sáček do horké vody, dokud nebude deska ponořená a rovná. Průběh leptání kontrolujte alespoň každých 5 minut, dokud se veškerá obnažená měď úplně nevyčistí (průhledný sáček umožňuje kontrolu). Není třeba neustálého míchání, protože Edinburgh Etch se neucpává. Až bude hotový (není vidět měď), sáček vyjměte a opatrně otevřete, leptadlo vyhoďte do odpadní nádoby, nevylévejte do odpadu! Používám velkou plastovou nádobu se širokým hrdlem, kterou odnáším do své komunální sběrny nebezpečného odpadu, abych ji zlikvidoval.

Sáček vypláchněte vodou, také jej vyhoďte do nádoby na odpad a před vyhozením sáčku odstraňte desku. Před odstraněním ochranného vybavení opláchněte desku pod tekoucí vodou.

Odstranění toneru obvyklým způsobem otřením papírovým ručníkem namočeným v acetonu nebo ředidle na lak.

Krok 11: Naneste pájecí masku

Jakmile je deska suchá, je na čase použít pájecí masku. Toto je volitelný krok, ale pomůže chránit měď před oxidací, vypadá profesionálněji a zlepšuje umístění součástek SMD.

Protože popis tohoto procesu nepřináší všechny nuance nezbytné pro úspěch, přidal jsem video.

Filmovou masku je těžké najít a je velmi drahá, proto používám tuby pájecí masky vytvrditelné UV zářením získané z různých zdrojů na internetu. Nezáleží na tom, zda používáte film nebo barvu, budete potřebovat zdroj UV světla. Postavil jsem UV expoziční jednotku pomocí role fialových/UV LED pásků:

Pro ochranu vašeho zraku je důležité, aby byl zdroj UV uzavřen ve světle těsném boxu. Na instructables.com existuje mnoho pokynů pro konstrukci dalších zařízení pro expozici ultrafialovému záření, vytvořte jeden vhodný pro vás. K zapnutí a vypnutí stejnosměrného proudu do zdroje UV používám elektronický časovač schopný měření sekund a aktivaci relé.

Protože laserové tiskárny netisknou obrázek s dostatečnou hustotou, budete muset zkombinovat 2 obrázky. Z filmu vystřihněte dvě kopie každé pájecí masky a opatrně je zarovnejte, aby vytvořily masku pro každou stranu. Trvale je slepím malou tečkou „Super Glue“v opačných rozích od vytištěného obrázku.

Další krok je nejvíce heuristický a bude vyžadovat testování nastavení expozice (viz pokyny níže) a také určité experimentování s aplikací barvy.

Testování vašeho zařízení vystaveného UV záření - nevím, jaký druh úrovní ultrafialového záření bude vaše zařízení vydávat nebo jaká bude tloušťka vaší barvy, proměnných je příliš mnoho. Musíte nastavit načasování expozice vhodné pro vaše konkrétní nastavení a hustotu barvy. Za tímto účelem připravte průvodce expozicí vzorku a pokryjte prázdnou desku plošných spojů barvou podle níže uvedených pokynů (připojil jsem pruhovaný expoziční obrázek, který můžete vytisknout na acetát a použít jako testovací masku, nezapomeňte jej zdvojnásobit a přilepit).

Začněte celkem 10 minutami, rozdělte je na čtyři 2 1/2 minuty a vystavte desku se vzorky, každou 2 1/2 minuty posunete kus lepenky tak, aby jeden segment byl vystaven další 2 1/2 minuty další po dobu 5 minut, pak 7 1/2 a nakonec celých 10 minut. Odstraňte a vyčistěte desku pomocí papírových ručníků a ředidla, abyste zjistili, které oblasti ztvrdly a které ne. Pokud je téměř celý pevný nebo odstraněný, zdvojnásobte nebo poloviční čas a zkuste to znovu s čistým kusem desky PC. Pomocí těchto časování určete doporučenou dobu expozice pro první desku.

Varování! Jakmile maska ztvrdne, je téměř nemožné ji odstranit, než svou desku s obvody zapojíte do tohoto procesu, pečlivě určete dobu expozice. Pokud jste při přípravě desek důslední, neměli byste měnit expoziční časy.

Pomocí časování, které jste odvodili z testu, odhalte svou masku. Po odkrytí hotovou desku vyjměte z UV boxu, odstraňte masku pájky a odlepte krycí list acetátu. Měli byste vidět, jak se barva lepí na tento list, kde se podložky objevují na vaší masce, ale ne jinde na desce. Nyní použijte papírový ručník a neexponovanou barvu odstraňte ředidlem. Z měděných podložek a průchodek by měla být odstraněna veškerá barva, ale ne stopy, desku očistěte zezadu a zepředu a osušte papírovými utěrkami. Chcete -li kalení dokončit, nejprve zkontrolujte neexponované oblasti a pomocí ostrého nástroje odstraňte veškerý lak z nežádoucích oblastí. Poté umístěte desku do krabice s UV zářením a vystavte ji nejméně dvakrát až trojnásobku původní doby expozice. V případě potřeby zpracujte druhou stranu stejným způsobem.

Krok 12: Vyvrtejte desku

Vyvrtejte otvory pro průchodky, součásti skrz otvor a montážní otvory. Pro bity velikosti drátu používám vrtačku s vrtákem. Zjistil jsem, že s deskou se snáze manipuluje, pokud je před řezáním na konečnou velikost vyvrtána.

Krok 13: Řez na konečnou velikost

Pomocí vodicích profilů desky jako vodítka ořízněte desku pomocí otočného nástroje a řezacího kolečka, hrany pilníků a zaoblených rohů

Krok 14: Naplňte svou desku

Obvykle ručně ručně pájím SMD díly, potom průchodky a nakonec součástky skrz otvor.

Toto zařízení jsem vyrobil tak, aby drželo součásti SMD při pájení několika hmoždinek a šroubů a matic podložek. Na podložky SMD nanesu trochu tekutého tavidla, přidržím součástku a poté pájím na místě.

Trikem pro průchodky je trochu zploštit konec drátu dvojicí vrstev, aby neklesly skrz průchozí otvor. Pájka na přední straně pak ohněte drát a pájku na zadní straně.

Vaše deska je kompletní a připravená k testování.

Doufám, že tento návod, i když dlouhý, byl užitečný. Neváhejte poskytnout konstruktivní komentáře nebo nápady.

Děkujeme, že jste si našli čas a prohlédli si můj postup a užili si zábavu při stavbě elektronických projektů.