Мій досвід виготовлення друкованих плат в домашніх умовах по лазерно-прасувальну технології (ЛУТ)

1. Список покупок
2. підключення принтера
3. проектування плати
4. Нанесення тонера на стеклотекстолит
5. травимо плату
6. лудить плати
7. свердлимо отвори
8. завершальні кроки

Не те, щоб у використанні друкованих плат з доріжками, як на макетної платі , Було щось ганебне. Просто це не дуже зручно, так як доріжки доводиться з'єднувати проводами. Та й елементи на платі часто можна розмістити куди компактніші, ніж це дозволяє макетна плата. існують готові плати без доріжок , Які вирішують другу проблему, але не вирішують, а скоріше навіть посилюють , Першу. На щастя, існують перевірені часом способи виготовлення друкованих плат своїми руками, один з яких, так званий ЛУТ (в англійській мові - TTM, Toner Transfer Method), і буде розглянуто в даній статті.

Примітка: Дуже багато з написаного нижче я дізнався завдяки пану DI HALT і його приголомшливому сайту easyelectronics.ru . Я не претендую тут на винахід чогось нового. Мені просто хотілося чисто на пам'ять написати розповідь про те, як я виготовив свою найпершу друковану плату. Ну і, можливо, поділитися парою особистих спостережень щодо всього процесу, а також деякими специфічними для Linux моментами. Само собою зрозуміло, все написане далі актуально і для інших ОС.

Список покупок

Для виготовлення друкованих плат по ЛУТ знадобляться:

• Лазерний принтер. На форумах, присвячених електроніці, можна знайти треди, де обговорюються різні відповідні для наших цілей моделі. принтер HP LaserJet Pro P1102 є одним з найдешевших. Він все ще продається в багатьох інтернет-магазинах і до того ж чудово працює під Linux. Особисто я його і використав. Зауважте, що, судячи з відгуків, саме ця модель чомусь часто продається без USB-кабелю. Уточніть його наявність у продавця і при необхідності замовте окремо.
• Фотопапір для лазерного друку. Добре зарекомендувала себе глянцевий папір Lomond в форматі A4 130 г / м2 (0310141) . Знову ж таки, на форумах вам можуть підказати іншу підходящу папір. Але ця вважається однією з кращих і її легко купити.
• Фольгований склотекстоліт товщиною 1 мм , Штук 5, щоб з запасом. Будьте уважні - стеклотекстолит буває різних розмірів. В рамках цієї замітки підійде і найменший, 5x10 см, але в майбутньому ви можете захотіти виготовляти і плати побільше.
• Ножиці по металу , Щоб обрізати стеклотекстолит до потрібних розмірів. Якщо розмір склотекстоліти вас влаштовує, можна обійтися і без них.
• Мікродрель , захисні окуляри і лещата , Для просвердлювання отворів в платі.
• Ацетон або щось замість нього, що можна використовувати в якості розчинника і знежирювачах. Наприклад, відмінно підходить засіб під назвою Degreaser 65 .
• І ще: шкурка з маркуванням К36 , Або навіть ще дрібніше, хлорне залізо , Велика банка флюсу ЛТИ-120 , припій без каніфолі ПОС 40 , Зайва зубна щітка і ватяні диски (можна купити в будь-якій аптеці), а також пензлик, тонкий незмивний маркер для компакт-дисків і шило (продаються в будь-якому магазині канцтоварів).
• Опціонально - лак акриловий у вигляді спрею або для нанесення пензликом . Лак у вигляді спрея більш зручний, але його не варто використовувати в будинку. Варіант для нанесення пензликом лягає не так рівно, але його можна використовувати в будинку. Для нього вам доведеться додати до списку покупок ще одну, додаткову пензлик.

Доповнення: Згодом мікродрель, лещата і ножиці по металу я замінив на Dremel. Детальнішу інформацію дивіться в розділі «Свердлимо отвори».

Також потрібна праска і зайва скляна або пластикова посуд, але я вважаю, що вони є в кожному будинку. Пінцет теж не зашкодить, але я думаю, раз ви вирішили самостійно робити друковані плати, значить він у вас вже давно є. Працювати з дрібними електронними компонентами та проводочками без пінцета дуже незручно.

підключення принтера

Хочеться окремо розповісти про підключення принтера HP LaserJet Pro P1102 в Linux. Передбачається, що CUPS і HPLIP у вас вже встановлені, як це було описано в замітці Приклад настройки десктоп-оточення в Arch Linux . Цьому принтеру потрібні пропрієтарні дрова, тому його установка здійснюється не через веб-інтерфейс CUPS, як зазвичай.

Після підключення принтера до комп'ютера говоримо:

Потім відповідаємо на кілька нескладних питань і погоджуємося роздрукувати тестову сторінку. У мене все просто запрацювало.

Часто для виготовлення друкованих плат по ЛУТ рекомендують змінити налаштування принтера - виставити DPI побільше, відключити toner save mode, і так далі. У моєму випадку подібні налаштувань у принтера не виявилося. Як з'ясувалося пізніше, все прекрасно виходить і з дефолтамі.

проектування плати

У світі Linux є принаймні дві заслуговують на увагу програми для проектування друкованих плат - це KiCad і EAGLE . KiCad зовсім безкоштовний, EAGLE безкоштовний для некомерційного використання і має адекватну цінову політику в інших випадках. В результаті EAGLE мені сподобався набагато більше. Він має простий і зручний інтерфейс, а також має ряд крутих фичей, наприклад, генерацію проекту плати за схемою ланцюга, автоматичну розводку, пошук помилок в схемі, а також перевірку відповідності схеми і плати. Крім того, з'ясувалося, що проекти EAGLE приймаються сервісом по виготовленню друкованих плат Резон . А ось проекти KiCad вони не приймають. Нарешті, «вихідні» відомих плат Arduino , які доступні на arduino.cc , Також відкриваються в EAGLE.

Доповнення: Схоже, Резон перестав приймати проекти EAGLE. Однак я навчився експортувати його проекти в приймається всіма Gerber , Там все виявилося не складно. Також з альтернатив KiCad і EAGLE я виявив EasyEDA . Я в цілому скептично ставлюся до всіх хмарним рішенням, але штука ця досить приємна. Раптом вам сподобається.

Доповнення: Через якийсь час я все-таки перейшов з EAGLE на KiCad. Подробиці можна знайти в замітці Як я вперше робив друковану плату за допомогою KiCad .

Майбутню плату зручно спочатку намалювати в зошиті в клітинку, а потім вже переносити в EAGLE. Оскільки це був мій перший досвід створення друкованої плати, я хотів зробити щось знайоме і просте. У підсумку вирішив зробити плату для таймера 555 в автоколивальних режимі . Ось що у мене вийшло:

Важливо! Тут передбачається, що елементи розміщуються, як на макетної платі, тобто, вони опускаються на плату зверху вниз. Цей малюнок друкується, як є, без будь-якого дзеркального відображення. В процесі перенесення на стеклотекстолит все доріжки виявляться в дзеркальному відображенні, тому текст в EAGLE я ввів в дзеркальному відображенні. При цьому, оскільки елементи кріпляться на плату з того боку, де немає доріжок, все зійдеться, зокрема всі виходи того ж таймера 555 потраплять саме туди, куди потрібно. Легко запам'ятати - малюємо, як на макетної платі, друкуємо як є, і все сходиться.

До речі, картинка з Гарфілдом потрібна не тільки як свого роду автограф, або там для краси. З її допомогою в будь-який момент можна легко зрозуміти, де у плати верх і низ, де ліво і право, а також в дзеркальному чи відображенні доріжки.

Перед тим, як переходити до наступного кроку, раджу роздрукувати плату на звичайній (НЕ фото-) папері, і перевірити, що всі компоненти потрапляють ніжками, куди повинні, що їм один з одним не тісно, ​​і так далі.

Нанесення тонера на стеклотекстолит

Склотекстоліт заздалегідь обрізаємо ножицями по металу до потрібного розміру. Друкуємо малюнок з доріжками на фотопапері, на його глянцевими стороні (нагадаю - друкуємо як є, без відображення). Роздрукований малюнок не чіпаємо пальцями і по можливості бережемо від пилу. Акуратно обрізаємо за розміром майбутньої плати. Я особисто просто доклав стеклотекстолит до паперу і обвів його по контуру олівцем, потім обрізав папір ножицями:

Тепер беремо шкірку і трьом мідь на стеклотекстолите круговими рухами. Завдання - зняти весь оксид. Потім наносимо Degreaser 65 на ватний диск і знежирюємо їм поверхню. Після знежирення не чіпайте поверхню майбутньої плати руками.

Котушку з припоєм ПОС 40 на фото я поставив спеціально, щоб було видно, як після зняття оксиду мідь починає відбивати всі навколо. Якщо вона непогано все відображала і до зняття оксиду - що ж, значить його майже не було.

Чекаємо трохи, поки поверхня висохне. Потім кладемо роздрукований раніше малюнок на стеклотекстолит, тонером до мідної стороні. Розігріваємо праска на максимум. Притискаємо його на пару секунд з одного боку паперу, притримуючи другу рукою, потім притискаємо з другої сторони. Важливо, щоб папірець при цьому нікуди не сповзла. Потім водимо праскою по папері то тих пір, поки вона не пожовтіє. Водимо довго, тиснемо сильно. Результат виглядає приблизно так:

Склотекстоліт зараз дуже гарячий, даємо йому час охолонути. Як охолоне, поміщаємо його під струмінь води на 2-3 хвилини. Потім беремо пінцет або шило і дряпаємо їм поверхню паперу. Завдання - роздряпати поверхню і дати воді проникнути під неї. Тримаємо ще трохи під струменем води, потім пальцями скочується папір від центру до країв. Ось як це виглядає:

Коли паперу залишиться зовсім тонкий шар, знімаємо його за допомогою зубної щітки:

Повинні зняти всю папір, тому трьом ретельно. Тиснути можна сильно, так як пошкодити тонер зубною щіткою практично неможливо. Потім витираємо заготовку і даємо їй висохнути. Уважно вивчаємо її в світлі лампи під різними ракурсами.

Шматочки паперу або розтікся тонер, що утворюють зайві сполуки між доріжками, можна видалити за допомогою шила. Якщо щось погано промальовані або блищить там, де блищати не повинно, домальовували тонким незмивною маркером. У моєму випадку тонер перенісся просто чудово і нічого домальовувати не довелося.

травимо плату

Доповнення: Альтернативний спосіб травлення описаний в статті Травимо плату перекисом водню з лимонною кислотою .

Знадобиться пластикова або скляний посуд. Я використовував непотрібний герметичний контейнер для їжі. Наливаємо в нього воду, бажано кип'ячену і теплу, потім в воду додаємо хлорне залізо. Хлорного заліза все кладуть по-різному. В цілому, якщо не доповісти - не страшно, можна потім досипати або просто плата буде довше труїтися. Якщо перекласти, розчин потім можна буде використовувати повторно. Я особисто поклав 2 чайні ложки на одну звичайну (не більшу) кухоль води. Будьте уважні! При додаванні хлорного заліза в воду виділяється багато тепла, тому кладіть його потроху і розмішуйте.

Розчин можна чіпати руками, але руки потім потрібно не забути помити з милом. Ні в якому разі не тягніть немиті руки в очі або рот, ну і взагалі, краще користуйтеся пінцетом. Врахуйте також, що розчин сильно брудниться і важко відмивається, тому остерігайтеся його потрапляння на одяг.

Майбутню плату поміщаємо в розчин міддю вниз. Притому, опускаємо заготовку під кутом, щоб під нею не утворилося бульбашок повітря. Щоб заготовка не стосувалася дна і мідь безперешкодно від'єднувалася від неї, можна повісити її на шматок скотча або ізоляційної стрічки.

Ми залишаємо плату труїтися хвилин на 15. Точний час залежить від температури води, розміру вашої чайної ложки і ряду інших чинників. Над контейнером можна поставити настільну лампу зі звичайною лампою розжарювання. Вона буде злегка підігрівати розчин, що трохи прискорить процес. Якщо сильно поспішаєте, ванночку можна час від часу злегка похитувати з боку в бік, допомагаючи тим самим міді від'єднуватися від поверхні майбутньої плати. Тонкий стеклотекстолит, товщиною всього 1 мм, дозволяє бачити прямо крізь нього, протравами чи доріжки на зверненої до дна стороні заготовки. На наступному фото чітко видно протруєне доріжки і відвалилася від плати мідь у вигляді осаду:

Після закінчення 15 хвилин дістаємо заготовку, промиваємо під струменем води, перевіряємо напросвет, що все витравити. Якщо недотравілось - поміщаємо назад в розчин.

Наступним кроком потрібно зняти тонер (і маркер, якщо ви його використовували). Для цього я використовував все той же Degreaser 65 і ватяні диски:

На наведеному фото праворуч тонер вже знятий, а зліва ще немає. Дивно, але дрібні підписи типу «555», «LED» і навіть «100 nF» чудово читаються. В середині внизу можна побачити невеликі артефакти. Якщо чесно, я не до кінця впевнений, чому вони з'явилися. Можете запропонувати свої версії в коментарях.

Розчин нам більше не знадобиться. Різні люди утилізують його по-різному . Хтось через воронку переливає в пляшку і викидає в сміттєвий бак, хтось виливає в землю у себе на садовій ділянці, багато просто виливають в унітаз. Наскільки я зміг з'ясувати, сильно розбавлений розчин безпечний і для труб і для природи, тому можна просто лити в унітаз або включити кран і виливати по чуть-чуть. Будь-яких законодавчих обмежень, наскільки мені відомо, тут не існує.

лудить плати

В принципі, лудити плату не обов'язково, але бажано. Навіщо це потрібно - простіше потім буде припаювати елементи, доріжки не лопнуть при згинанні плати, та й виглядати плата після лудіння буде якось солідніше. Також лудіння усуває всілякі мікророзриви, якщо вони є.

Все дуже просто і займає хвилин 5 часу. Пензликом наносимо на поверхню плати флюс ЛТИ-120, паяльну станцію ставимо на 350 градусів, потім наносимо на паяльник припой без каніфолі ПОС 40 і водимо їм по доріжках. В результаті припой прилипає до міді і плата з золотистої стає сріблястою. є відео від DI HALT , Дуже наочно показує весь процес.

Наносите на жало паяльника якомога менше припою. Якщо припой лягає рівним шаром і завжди закінчується, значить ви все робите правильно. Якщо один кулька припою розкатали по всій платі і ще залишається надлишок у вигляді нерівностей на поверхні доріжок, значить взяли занадто багато. Гарячим паяльників доріжки теребите не надто довго - їх так можна і відірвати.

Результат виглядає якось так:

Флюс з плати чудово змивається звичайним милом, мочалкою і теплою водою з під крана. Пензлик годі й відмивати. Наступного разу просто поговорити її трохи у флюсі і вона знову стане м'якою.

Потім можна перевірити відсутність мікротріщин та інших дефектів за допомогою мультиметра, перевівши його в режим вимірювання опору. Між двома точками, з'єднаними доріжками, він повинен показувати щось типу 0.5 Ом. Якщо з'єднання немає, так і повинен показувати. Відповідна індикація різна у різних мультиметров.

свердлимо отвори

Щоб отвори виходили в точності там, де вам потрібно, плата повинна бути затиснута в лещатах, а дриль спрямована строго перпендикулярно поверхні. Дриль потрібно тримати двома руками. Обов'язково використовуйте захисні окуляри! Дуже раджу потренуватися на непотрібної платі, зазначивши на ній місця, де ви хочете просвердлити отвори, олівцем. Знайдіть найбільш зручний для вас спосіб сверленаія.

Особисто я зупинився на такому. Плата фіксується в лещатах перпендикулярно столу і лицьовою стороною до мене. Сидячи я тримаю мікродрель обома руками і штовхаю її від себе в плату. Отвори виходять просто ідеальними.

Хтось вважає за краще свердлити стоячи, зафіксувавши плату паралельно столу і підклавши що-то під неї (наприклад, шматок дерева), щоб свердло різко не вилетіло з плати. Бачив в мережі і інші варіанти, наприклад, при якому дриль фіксується, а плата тримається в руках. Загалом, способів багато. Головне - будьте обережні, включайте голову і постарайтеся не залишитися без рук.

Доповнення: Час показав, що це не найкращий свердління плат. Для свердління отворів я зупинився на інструменті Dremel 3000 разом зі стійкою Dremel 220 , Яка перетворює його в свердлильний верстат. Комплект нормальних свердел по металу був куплений в найближчому господарському магазині. Також Dremel підходить для різання (склотекстоліти, пластика, оргстекала, алюмінію, дерева, фанери, ...), гравіювання, фрезерування , І ряду інших завдань. Наприклад, з його допомогою я знімав маску з друкованих плат і підправляв пластикові моделі, надруковані на 3D-принтері . Загалом, крутий інструмент.

завершальні кроки

Припаюємо елементи, як зазвичай. Перевіряємо, що все працює. Потім плату можна покрити лаком. Це не обов'язково і все одно не ізолює всі контакти. З мого досвіду ізолювати лаком місця пайки практично неможливо. Крім того, оголені контакти все одно залишаться на стороні плати з стирчать елементами. Однак лакування кілька подовжує термін служби плати.

Щоб на поверхні не утворювалася нерівностей, плата повинна сохнути в горизонтальному положенні. Для захисту сохне лаку від пилу варто накрити плату картонною коробкою. Якщо ви придбали лак у вигляді спрея, врахуйте, що (1) бризкати їм потрібно з відстані близько 20 см (2) за інструкцією після використання лаку його потрібно «продути» догори ногами (3) лак сильно смердить, довго вивітрюється і липне практично до всьому, тому для його нанесення по можливості краще вийти на вулицю.

Якщо ви незадоволені тим, як лежить лак - не переживайте, він прекрасно знімається за допомогою Degreaser 65. бризкати його прямо на лак, чекаєте секунд 10, поки просочиться, потім знімаєте чистою ганчіркою. Для зняття лаку в важкодоступних місцях засіб можна нанести на ганчірку, а потім намотати її на пінцет. Загалом, для нанесення лаку є не з першого разу.

Фотографія остаточного результату з одного боку:

... і з іншого:

За умови повної відсутності досвіду в ЛУТ виготовлення плати разом з лудінням і просвердлюванням отворів сумарно зайняло у мене години три. Все залежить від розміру плати та інших умов, звичайно.

Вихідні тексти EAGLE-проекту ви знайдете в цьому репозиторії на GitHub .

А як ви виготовляєте друковані плати в домашніх умовах? Який принтер і фотопапір використовуєте, ніж знежирюємо, як труїте і як утілізіруете труїть розчин, у чому проектуєте плати, і так далі?

доповнення: Мій перший досвід виготовлення друкованих плат за допомогою плівкового фоторезиста

Мітки: електроніка .