Kako narediti PCB doma

Vsak ljubitelj elektronike, ki izdeluje PCB za elektronski projekt, je lahko zelo zabaven. Tiskano vezje ali tiskana vezja ne le pomagata pri izdelavi projektov kompaktnih vezij, temveč tudi zagotavljata odpornost in natančnost delovanja vezja.

V tej objavi se temeljito naučimo postopnega postopka izdelave majhnih PCB-jev doma z minimalnimi napori in največjo natančnostjo.

DIY postopni postopki

V bistvu vključuje naslednje ključne korake:

1. Rezanje z bakrom oblečenega laminata v pravilno velikost.
2. Štancanje vdolbin za vrtanje lukenj za vodnike komponent, kot je prikazano na shemi.
3. Risanje blazinic okoli vdolbinic z jedkano odporno barvo in povezovanje blazinic skozi gosenice z uporabo jedkane barve.
4. Potopljeno barvano ploščo potopimo v raztopino železovega klorida, dokler kemikalija ne poje izpostavljenega bakra, tako da ostanejo naslikani deli postavljeni nedotaknjeni.
5. Sušenje plošče in čiščenje jedka odporne barve z gosenic in blazinic.
6. Vrtanje lukenj na vdolbinicah.
7. Poliranje končne plošče s finim smirkovim papirjem.
8. Uporaba pripravljene PCB za sestavljanje in spajkanje delov.

Zdaj pa podrobno razpravljajmo o zgornjih korakih. Prvi korak v proizvodnji PCB bi bil pridobiti bistvene vire in izdelke. Osredotočili se bomo na vse tiste bistvene stvari.

Materiali, potrebni za izdelavo PCB

Za začetek postopka bomo najprej zbrali vse vitalne sestavine ali materiale, potrebne za izdelavo PCB. Za produkcijo bodo potrebne naslednje temeljne stvari

• Bakreno oblečen laminat
• Raztopina železovega klorida
• Etch Resist Chemical ali barva.
• Čopič za slikanje ali pisalo
• Posoda za jedkanje PCB
• Vrtalni stroj in sveder.
• Odstranilec jedkanic
• Čistilna blazinica, kuhinjski papir

Bakreno oblečeno Laminat

Najosnovnejši izdelek bo bakreno obložen samo za izdelavo tiskanega vezja in med njimi boste našli različne.

Osnovni (izolacijski) material je običajno bodisi steklena vlakna ali SRBP (papir iz smole), slednji pa je običajno cenovno ugodnejša možnost.

Vendar pa se steklena vlakna pogosto uporabljajo tako za komercialne kot za rekreacijske potrošnike, saj imajo nekaj pozitivnih vidikov.

Prva je v bistvu, da je trša in je zato manj dovzetna za upogibanje in lomljenje kot SRBP. Izboljšana vzdržljivost je poleg tega zelo koristna za plošče, ki imajo težke dele, na primer transformatorje.

Dodatna prednost je, da je steklena vlakna prosojna in nam tako običajno omogoča, da si ogledamo bakrene poti skozi zgornje (sestavno) področje plošče, kar se pogosto splača pri pregledu in odkrivanju napak.

Ob tem je standard plošč SRBP več kot zadovoljiv za številne zahteve. Tržne kampanje se na ploščo običajno sklicujejo kot 1 mm, 1,6 mm itd., Kar se dejansko nanaša na debelino osnovnega materiala.

Debelina plošče

Seveda so debelejše (približno 1,6 do 2 mm) plošče ponavadi bolj robustne v primerjavi s tanjšimi (približno 1 mm) modeli, vendar so plošče težje kakovosti ključnega pomena le za velike PCB-je ali tam, kjer bodo na ploščo verjetno nameščeni težki deli.

Za večino aplikacij debelina plošče dejansko nima velike posledice.

Občasno bo bakrena laminatna plošča verjetno izbrana kot kakovost ene unče ali morda dve unči, kar ustreza teži bakra na enem kvadratnem metru plošče.

Večina vezij se ukvarja z dokaj nizkimi tokovi in redna deska za eno unčo je skoraj vse, kar je potrebno. V resnici je plošča z eno unčo pogosto zadovoljiva tudi za tokokroge, ki vključujejo močne tokove.

Barva Etch Resist

Temeljna metoda izdelave tiskanega vezja je ponavadi pokrivanje bakrenih predelov, ki so na dokončani plošči potrebni z jedkarjem, nato pa ploščo potopite v jedkar, ki odvzame neželena (nepokrita) področja bakra. .

Upor za jedkanje se nato odstrani, da se razkrijejo bakrene sledi in blazinice.

Kakršno koli barvo, ki med postopkom jedkanja lahko odstrani jedilnik stran od bakrene postavitve, lahko uporabimo kot upor.

Osebno raje uporabljam emajle za nohte ali lak, lahko uporabim katero koli poceni blagovno znamko in bo odlično delovala kot jedkanje

Lastnosti Etch Resist

Poklicno so verjetno najpogosteje uporabljeni upori vodotesne barve in črnila. Vodotopne sorte vsekakor niso primerne samo zato, ker se te raztopijo in izperejo v raztopini za jedkanje.

Barva ali črnilo, ki se hitro posuši, je ugodnejše, ker odpravlja potrebo po daljšem čakanju, preden se plošča lahko jedka.

Zdi se, da imajo danes tudi bolj osnovni vzorci tiskanih vezij na razmeroma kompaktnem območju plošče veliko tankih bakrenih sledi, zato je potrebna čopič, ki je sposoben ustvariti izjemno drobne črte.

Risanje postavitve skladbe

Enostavna rešitev bi bila uporaba izrabljenega pisala s konicami na način čopiča, kar lahko pomaga doseči izjemne končne rezultate, čeprav morda ne bo videti kot izvrstno sredstvo za odpravo težave. Enostavnejši način uvedbe upora je uporaba enega od komercialnih napiralnikov za jedkanje, ki jih je mogoče enostavno kupiti pri katerem koli prodajalcu elektronskih delov.

S to aplikacijo bi bilo uporabno kakršno koli pisalo, ki uporablja žgano črnilo in ostre konice. Če niste prepričani glede ustreznosti pisala, lahko enostavno odstranite nekaj sledi čez zavrženo bakreno laminatno ploščo in nato jedkate desko, da preverite, ali črnilo pravilno drži jedkalnik.

Dodatna vrsta upora so odporni prenosi na jedkanje ki so na voljo pri več trgovcih sestavnih delov in ki lahko pogosto dajo resnično izjemne in specializirane rezultate, kot je prikazano v naslednjem primeru.

Pravzaprav lahko ugotovite, da obstaja veliko kemikalij, ki jih lahko uporabimo kot jedkalnik, vendar je večina teh iz nekega razloga nevarna in verjetno ni primerna za plošče, oblikovane doma.

The Etchant

Jedkalnik je kemikalija, ki reagira z izpostavljenim bakrenim delom bakrenega laminata in ga razbije s plošče. Uporablja se za odstranjevanje bakrenih predelov na plošči, ki jih barvni upor ne obarva, in površin, ki ne prispevajo k postavitvam tirov in blazinicam.

Jedilnik, ki se običajno uporablja za doma razvite plošče, je železov klorid in čeprav je v primerjavi z večino izbir manj nevaren, je vseeno kemikalija, ki jo je treba uporabljati previdno.

Zato jo je treba vedno hitro sprati s tekočo vodo iz pipe, če jo na kožo polijete. Pazite, da železovega klorida ne shranjujete v kovinskih posodah, saj je ta kemikalija reaktivna na kovine, zaradi česar je kovina porozna in povzroča puščanje.

Ker je železov klorid toksičen (in se v mnogih primerih postopoma pretvori v bakrov klorid, ki je prav tako zelo strupen), ga je očitno treba hraniti daleč od živil in pripomočkov itd.

Vrste železovega klorida

Železov klorid lahko dobimo v različnih oblikah. Verjetno najbolj priročna vrsta je pripravljena raztopina kemikalije. Mnogi dobavitelji komponent ga tržijo v taki tekoči obliki, običajno v 250 ml posodah in v koncentrirani obliki.

Pred uporabo ga morate nekoliko razredčiti v skladu z navodili na steklenički. Morda ne bo treba veliko razredčiti, 250-mililitrska steklenica pa po razredčenju z vodo običajno dopušča le 500 ml ali liter.

Nekatera podjetja lahko dobavijo železov klorid kot kristale, včasih znan tudi kot „železov klorid“. Ta oznaka je zelo primerna, saj je v tej obliki zagotovo videti kot koščki rumene kamnine in ne drobnih lepih kristalov, kar je precej trdno kamnito.

Pri tej vrsti je železov klorid običajno na voljo v pakiranjih po 500 g, kar zadostuje, da dobimo en liter raztopine za jedkanje.

To lahko dobite tudi v večjih pakiranjih, toda ker 500 gm zadostuje za jedkanje resnično velikega števila plošč običajne velikosti in lahko zelo priden konstruktor zelo dolgo preživi, ​​zelo verjetno ni dobro, če bi dobili več kot 500 gm pakiranja.

Kako ustvariti raztopino železovega klorida

V stanju kristalinov se železov klorid še posebej ne bo raztopil, vendar se ob enakomernem mešanju prej ali slej popolnoma razgradi in se ob stalnem mešanju dokaj hitro stopi.

Nenazadnje pa lahko železov klorid dobimo v brezvodni obliki, kar v bistvu pomeni, da gre za pristen železov klorid, v katerem skoraj ni vode. V prahu bo imel rahlo stopnjo vode v kristalni obliki.

Zaradi česar je s to vrsto železovega klorida tako težko delati, je grelni učinek, ki nastane ob mešanju z vodo. Tudi če začnete z ohlajeno vodo, se lahko hitro segreje do stopnje, pri kateri se posoda zelo dotakne, kar predstavlja nevarnost taljenja za plastične posode.

Še ena skrb je, da bi se kemikalija ustrezno raztopila in ustvarila spodobno jedkalno formulacijo. Iz kakršnega koli razloga se boste znašli pred veliko količino kemikalij, ki se nikoli ne bodo razgradile, in tudi raztopino, ki je videti kot železov klorid, vendar ima zelo malo možnosti jedkanja, če sploh.

Zato je treba uporabljati hladno vodo (najbolje v hladilniku ali z ledom). Poleg tega je možno, da se v njem nahaja majhna količina kemikalije, ki se ne bo stopila, ki jo lahko odcedimo iz tekočine ali pa, kot kaže, ne ovira jedkanja, jo preprosto pustimo v raztopini.

Velikost svedra

Naslednja pomembna sestavina za izdelavo PCB doma je sveder, ki je potreben za vrtanje lukenj na PCB za vodnike komponent.

Tipični premer svinčenih lukenj je 1 mm, čeprav nekateri sestavni deli, kot so prednastavljeni upori, veliki elektrolitski kondenzatorji itd., Zahtevajo nekoliko večji premer. Za tovrstne komponente je primeren premer luknje približno 1,4 mm.

Običajno je priporočljivo uporabiti premer pod 1 mm za polprevodnike in številne druge komponente, ki imajo tanjše vodnike. Zdi se, da je za te komponente sprejemljiv premer 0,7 mm ali 0,8 mm.

Če imate dostop do visokokakovostnih svedrov, morajo biti precej trdi.

Svedri s premerom od približno 0,7 do 1,4 mm pa so lahko precej šibki in z njimi je treba ravnati razmeroma previdno.

Če jih vzdržujemo z navpičnim navpičnim pritiskom, je morda v redu, če pa se usmerjenost ne vzdržuje pravokotno na ploščo, se ne bo ustvarila ustrezna luknja, kar je zelo verjetno, da se bo sveder zlomil na dvoje.

Iz tega razloga morate biti realni previdni pri vrtanju lukenj s takšnimi svedri, po možnosti pa je treba stroj uporabljati z nastavljivim stojalom, kot je prikazano spodaj.

Doslej smo razpravljali o ključnih stvareh, ki so potrebne pri izdelavi tiskanega vezja, in morda obstajajo nekatere druge verjetnosti in cilji, ki bi bili lahko bistveni.

To so običajno osnovni domači predmeti, ki pa jih bomo razkrili, ko bomo napredovali z jedkanjem. Našli boste veliko različnih metod za izdelavo tiskanih vezij.

Kljub dejstvu, da so vsi v osnovi enaki, glavne razlike pa so le zaporedje, skozi katerega se izvajajo različni ukrepi na tej poti.

Zato bomo začeli z upoštevanjem enega pristopa izdelave plošče, nato pa bomo razložili nekaj nadomestnih tehnik.

Uvod v izdelavo PCB

Prvi korak bi bil, če bi s knjigo ali revijo preverili, kje je tiskano vezje, da bi dobili prave mere plošče.

Običajno imate shema vezja, diagram prekrivanja komponent in vzorec proge tiskanega vezja prikazan v dejanski velikosti, kot je prikazano na naslednjih treh slikah.

Velikost tiskanega vezja mora biti na voljo v besedilu ali shemi, vendar bo v številnih primerih treba upoštevati razmerja skozi vzorec bakrene proge v realni velikosti.

Označite mejo končne plošče na bakreni strani laminatne plošče, nato na zunanji strani prejšnje oznake povlecite dodaten niz črt približno 2 mm.

S previdnim rezanjem med temi obrisi bi lahko ustvarili del plošče z dostojno natančnostjo in ravne robove z minimalnimi težavami.

Strani plošče se lahko gladijo z majhno ravno datoteko in s ploščo iz steklenih vlaken, ki odpravlja abrazivne konce, ki so lahko nezaželeni.

Zavedajte se, da morajo biti oznake na bakreni strani plošče in žagane z iste strani, da se prepreči luščenje bakra med rezanjem plošče. Zato pazite, da ploščo režete ali vrtate vedno z bakrene strani in ne s strani laminata

Naslednji korak bi bil narisati položaje lukenj za komponente in, kjer je to primerno, luknje za pritrditev na ploščo.

Hitra metoda za dosego tega je pritrditev shematske risbe na ploščo na bakreni progi z natančnim poravnavanjem risbe in robov plošče.

Nato z bradawl-om ali podobnim koničastim orodjem skrbno in natančno označite shemo na desko z luknjanjem majhnih vdolbin v baker.

Ni nujno, da ploščo označite s štancanjem s koničastim orodjem, nadomestni način pa je, da risbo preprosto poravnate in nalepite na ploščo s pomočjo traku za violončelo, nato pa vrtate skozi risbo, ki zdaj sama deluje kot vrtalni markerji.

Slikanje skladb z Etch Resist

Ko je plošča obrezana na velikost in izvrtane vse luknje, je naslednja naloga barvanje plošče z jedkanjem. To v bistvu vključuje čiščenje deske, kolikor je le mogoče.

Na trgu je mogoče dobiti posebne čistilne bloke, ki se očitno zelo dobro obnesejo. Bakrene laminatne plošče lahko na splošno kažejo nekaj oksida in korozije na vrhu bakrene površine, zato je zelo pomembno, da to odstranite, sicer lahko plošča prepreči pravilno jedkanje.

Zato je priporočljivo uporabiti razmeroma močno čistilno sredstvo, ki bo popolnoma odstranilo vse okside, umazanijo in korozijo z bakrene površine.

Ko je deska temeljito oprana in se bakrena plast v celoti blešči, desko sperite pod toplo vodo, da se znebite ostankov čistila ali mastne sestavine. Na tem mestu se pazite, da se ne dotaknete bakrene površine, ki bi sicer lahko povzročila mastne sledi prstov in upočasnila postopek jedkanja.

Nato vzemite barvo proti jedkanju, da povlečete bakrene blazinice okoli izvrtin, izvrtanih za vodnike komponent.

Ko so blazinice narisane z jedkanjem, je čas, da pobarvate bakrene sledi, tako da povežejo blazinice v skladu z zasnovo vezja. Med tem vedno držite roke stran od bakrene površine. Začnite od deske enega roba in sistematično nadaljujte proti drugemu robu, namesto da bi to počeli naključno (kar bi lahko povzročilo napake)

Za kompleksne zasnove PCB

Več sodobnih modelov tiskanih vezij je lahko izjemno dovršenih in zahtevnih za kopiranje.

Pri oblikovanju tovrstne plošče je priporočljivo delati s tiskalnim odpornim pisalom (ali ustrezno alternativo) s še bolj fino konico. Tam, kjer je lahko veliko ozkih, tesno zapakiranih vzporednih tirov, morate uporabiti ravnilo, da boste lahko risali drobne ravne črte.

Če opazite, da se sledi ali blazinice med seboj združujejo, počakajte, da se upor posuši, nato pa s kompasom ali drugo ostro konico opraskajte odvečni prekrivajoči se upor.

Takoj, ko se upor posuši in PCB pregleda, je naslednja naloga potopiti ploščo v raztopino jedkalnika, dokler na koncu ne odstranimo vsega izpostavljenega bakra.

Kako se zgodi jedkanje PCB

V bistvu se med jedkanjem zgodi, da baker nadomesti železo v železovem kloridu, da tvori bakrov klorid, medtem ko se železo obori.

Na začetku se postopek jedkanja dogaja precej hitro in lahko traja le nekaj minut, toda ko se železov klorid postopoma preoblikuje v bakrov klorid, jedkanje postopoma postane počasno in po jedkanju več plošč je opaziti, da je čas jedkanja precej dolgotrajno ali pa se sploh ne doseže.

V tem primeru bo jedkalo treba nadomestiti z novo serijo raztopine železovega klorida. Kot boste opazili, da ima železov klorid rdeče-rumeno barvo, medtem ko je bakrov klorid modre barve, bo ko raztopina za jedkanje počasi postajala bolj zelenkasta, to pomeni, da se kemikalija bliža koncu svoje življenjske dobe.

Med jedkanjem deske doma v majhni posodi poskrbite, da je bakrena stran plošče obrnjena navzgor in da postopek poteka v nekovinski posodi ustrezne velikosti.

Morda boste želeli na vrh dodati spodobno prevleko in jo občasno odstraniti, da preverite izid, dokler jedkanje ne bo konec. Glavna težava te metode je, da se na vrhu plošče običajno razvije plast železa in bakrovega klorida, kar lahko znatno podaljša čas jedkanja. Temu se lahko izognemo tako, da občasno skrbno zibamo posodo, da se ta plast premakne, tako da se jedkanje pospeši.

Uporaba posebnih posod za jedkanje

Morda boste dejansko ugotovili, da je postavitev posode dokaj enostavno, da lahko PCB omogočite blizu navpičnega položaja z bakreno stranjo plošče navzdol.

V tem primeru se postopek jedkanja zgodi zelo hitro, saj oborina železa ne more razviti plasti in ponavadi pada navzdol stran od plošče. To zagotavlja, da jedkanje ni ovirano. Kljub temu lahko občasno mešanje plošče in jedkalnika pomaga odstraniti morebitno majhno zaviralno prevleko, ki omogoča še hitrejše jedkanje.

Na zgornji sliki je prikazanih nekaj enostavnih možnosti za to. Na sliki (a) je uporabljena ukrivljena posoda, ki zagotavlja, da se deska ohranja na mestu skozi štiri vogale in na nobeni točki ne pride v stik s posodo.

Tehnika, prikazana v (b), je dobra izbira za večje PCB-je, ki bodo morda potrebovali precej veliko posodo, ki bo omogočila postopek. Posoda mora biti precej velika, kaj podobnega klasičnemu kozarcu za instant kavo bi delovalo.

Za praktično polnjenje kozarca bo verjetno treba veliko jedkanice. Na začetku je to videti nekoliko drago, vendar bo jedkalec zagotovo zdržal sorazmerno več časa v primerjavi z manjšo količino.

Lahko pa tudi manjšo količino jedkanca razredčimo z večjo količino vode, vendar bi to lahko znatno upočasnilo jedkanje in ni priporočljivo.

Edini funkcionalen način jedkanja deske pri bistveno velikih deskah je lahko uporaba velike ploščate posode (kot je fotografska posoda) z bakreno stranjo navzgor. Pogosto vznemirjanje je navajeno pospešiti čas jedkanja.

Jedkanje se bo dogajalo hitreje na območjih, kjer so manjša območja odprtega bakra, in trajalo bo veliko dlje na območjih plošče, kjer so razmeroma širša območja odprtega bakra. Jedkanje poteka tudi hitreje po obodu plošče.

Metoda, ki običajno deluje bolj učinkovito in je v praksi običajno veliko lažja, je prikazana zgoraj. Tu se par lesenih ali plastičnih palic odloži po celotni dolžini posode na nasprotnih straneh. Ti so sorazmerno daljši od posode, da lahko počivajo na vrhu. Nato desko obesimo na palice, podprte na nekaj kosih žice, po enega na obeh koncih deske.

Na sliki je prikazana samo ena žica za boljše razumevanje. Če uporabljate bakreno žico, se prepričajte, da gre za super emajlirano bakreno žico debeline 18 SWG. Žice so pritrjene na palice preprosto tako, da enkrat ali dvakrat obrnete konce okoli premera palice.

Ko je jedkanje konec

Ko se zdi, da je jedkanje končano, temeljito preglejte ploščo, da se prepričate, da ne ostanejo žepi odprtega bakra, in poiščite dele plošče, kjer so bakrene sledi in blazinice tesno vlečene (na primer skupine IC blazinic) .

Ko potrdite, da je jedkanje popolnoma opravljeno, naj bo deska nekaj trenutkov navpično nad raztopino za jedkanje, da kapljalni jedkan izteče ploščo, nato pa desko obrišite s pomočjo papirnatega papirja ali krpe.

Poleg tega je to modra odločitev, da med postopkom jedkanja v bližini ostane kos kuhinjskega papirja, da se lahko ostanki raztopine za jedkanje obrišejo s pinceto ali rokavicami, kadar koli je to potrebno. Nato je treba desko skrbno oprati v vodi, da se iz nje izperejo ostanki ostankov jedkalne raztopine.

Odstranjevanje upora

Na koncu je treba na koncu odstraniti upor, ki se drži bakra, kar bi sicer lahko resno oviralo postopek spajkanja na bakrenih blazinicah. Lahko dobite kateri koli standardni odstranjevalec odpornosti, ki je lahko v obliki lahkega duha, ki bo razbil večino barv in črnil.

Mogoče je tudi možno pridobiti polirne bloke s tiskanim vezjem, ki so prav tako primerni za čiščenje upora. Še ena tehnika je poskusiti uporabiti čistilno blazinico ali prah, kar je v bistvu ena najbolj neposrednih dejavnosti proizvodnje tiskanih vezij, ki zagotovo ne bi smela predstavljati nobenih izzivov.

Za končno montažo komponent na pripravljeni tiskani plošči s popolnim spajkanjem in brez popolnoma suhih spojev je treba bakrene sledi in blazinice polirati do sijajne končne obdelave, preden se lahko dejansko začne spajkanje komponent.

Nazaj k tebi

Kot je razloženo zgoraj, je videti, da je izdelava PCB-ja doma precej preprosta in le nekaj ur je treba ustvariti izjemne profesionalne PCB-je z uporabo že pripravljenih materialov, ki jih narediš sam. Kljub temu lahko postopek zahteva določeno previdnost in natančnost za doseganje želenih rezultatov, tako da je predvideni projekt vezja uspešno izveden.

Če imate kakršne koli dvome v zvezi s temo, nam sporočite spodnje komentarje, z veseljem vam bomo pomagali!