Jak si vyrobit PCB doma

Pro každého elektronického nadšence může být výroba desek plošných spojů pro elektronický projekt hodně zábavná. Deska s plošnými spoji nebo deska plošných spojů nejen pomáhají vytvářet projekty kompaktních obvodů, ale také zaručují přesnost a funkčnost obvodu odolného proti selhání.

V tomto příspěvku se komplexně učíme postupnému procesu výroby malých kutilských desek plošných spojů doma s minimálním úsilím a maximální přesností.

Postupné postupy DIY

V zásadě to zahrnuje následující zásadní kroky:

1. Řezání laminátu potaženého mědí na správnou velikost.
2. Drážkování pro vrtání otvorů pro vodiče komponent podle schématu.
3. Kreslení polštářků kolem prohlubní barvou odolnou proti leptání a jejich propojení skrz stopy pomocí barvy leptání odolné.
4. Ponořte natřenou desku do roztoku chloridu železitého, dokud chemická látka nesníží odhalenou měď a ponechá natřené části rozložení neporušené.
5. Sušení desky a vydrhnutí leptání odolá barvě od stop a podložek.
6. Vrtání otvorů na prohlubních.
7. Leštění hotové desky jemným smirkovým papírem.
8. Použití připravené desky plošných spojů pro montáž a pájení dílů.

Nyní pojďme podrobně probrat výše uvedené kroky. Prvním krokem ve výrobě desek plošných spojů by bylo získání základních zdrojů a položek. Zaměříme se na všechny ty věci, které jsou zásadní.

Materiály potřebné pro výrobu DPS

Pro zahájení procesu nejprve shromáždíme všechny důležité ingredience nebo materiály potřebné pro výrobu PCB. Pro výrobu budou zapotřebí následující základní věci

• Měděný plátovaný laminát
• Roztok chloridu železitého
• Chemická látka nebo barva proti leptání.
• Štětcem nebo perem
• Kontejner pro leptání desky plošných spojů
• Vrtačka a vrták.
• Odstraňovač leptadel
• Čisticí podložka, kuchyňský papír

Měděný plášť Laminát

Nejzákladnější položkou bude měděný plášť pro výrobu samotné desky s plošnými spoji a najdete jich celou řadu.

Základní (izolační) materiál je obvykle buď ze skleněných vláken, nebo ze SRBP (archový papír vázaný na pryskyřici) a ten je obvykle cenově dostupnější variantou.

Sklolaminát se však stal široce používaným u komerčních i rekreačních spotřebitelů, protože je vybaven několika pozitivními aspekty.

První je v podstatě to, že je tvrdší az tohoto důvodu méně náchylné k ohýbání a lámání než SRBP. Vylepšená odolnost je navíc velmi užitečná pro desky, které nesou těžké součásti, například transformátory.

Další výhodou je, že sklolaminát je průsvitný, a tak nám obvykle umožňuje prohlížet měděné cesty horní (komponentní) oblastí desky, což se při zkoumání a hledání chyb často vyplatí.

Standard SRBP desek je pro mnoho požadavků více než uspokojivý. Marketingové kampaně obvykle odkazují na desku jako 1 mm, 1,6 mm atd., A to ve skutečnosti odkazuje na tloušťku základního materiálu.

Tloušťka desky

Přirozeně tlustší (přibližně 1,6 až 2 mm) desky mají tendenci být robustnější ve srovnání se štíhlejšími (přibližně 1 mm) modely, avšak desky s vyšší kvalitou jsou zásadní pouze pro velké desky plošných spojů nebo tam, kde budou pravděpodobně na desce instalovány těžké součásti.

Pro většinu aplikací má tloušťka desky ve skutečnosti jen malý dopad.

Občas bude pravděpodobně vybrána měděná laminátová deska jako kvalita jedné unce nebo možná kvalita dvou uncí, což odpovídá hmotnosti mědi na jedné čtvereční stopě desky.

Většina obvodů pracuje s poměrně nízkými proudy a běžná jedna uncová deska je téměř vše, co je potřeba. Ve skutečnosti je jedna uncová deska často uspokojivá i pro obvody zahrnující impozantní proudy.

Barva odolná proti leptání

Základní metodou, kterou se vyrábí deska s plošnými spoji, je obvykle pokrýt oblasti mědi, které jsou nezbytné na dokončené desce, pomocí leptané rezistence, a poté ponořit desku do leptadla, které odstraní nežádoucí (nekryté) oblasti mědi .

Odolnost proti leptání je následně odstraněna, aby byly vystaveny měděné stopy a podložky.

Jako odolnost lze použít jakoukoli barvu, která je schopna během procesu leptání udržet leptadlo od rozložení mědi.

Já osobně dávám přednost používání smaltů na nehty nebo laků na nehty, lze použít jakoukoli levnou značku a bude skvěle fungovat jako odolná proti leptání.

Vlastnosti leptaného odporu

Profesionálně pravděpodobně nejpoužívanějšími rezisty jsou vodotěsné barvy a inkousty. Ve vodě rozpustné odrůdy rozhodně neslouží svému účelu jednoduše proto, že se rozpustí a vymyjí v leptacím roztoku.

Barva nebo inkoust, který rychle schne, je výhodnější, protože eliminuje potřebu dlouho čekat, než bude možné leptat desku.

Dokonce i základnější vzory tištěných obvodů mají v dnešní době velké množství tenkých měděných drah v relativně kompaktní oblasti desky a je nutný štětec schopný vytvářet extrémně jemné linie.

Kreslení rozložení stopy

Jednoduchým řešením by bylo použití opotřebovaného pera s vláknovým hrotem způsobem štětce, což může pomoci vyvinout vynikající konečné výsledky, i když to nemusí vypadat jako docela vynikající prostředek k vyřešení problému. Jednodušší způsob implementace rezistence je použít jedno z komerčně dostupných per vůči rezistenci proti leptání, které lze snadno zakoupit u jakéhokoli prodejce elektronických součástek.

S touto aplikací by měl být možný jakýkoli druh pera, které používá inkoust na bázi alkoholu a ostrý hrot. Pokud si nejste jisti vhodností pera, můžete snadno vytáhnout několik stop přes vyřazenou měděnou laminátovou desku a poté desku vyleptat, abyste ověřili, zda inkoust udržuje leptadlo správně.

Dalším typem odporu jsou přenosy odolné proti leptání které jsou k dispozici od několika obchodníků s komponentami a které často mohou poskytnout skutečně vynikající a specializované výsledky, jak ukazuje následující příklad.

Ve skutečnosti možná zjistíte, že existuje mnoho chemikálií, které lze použít jako leptadlo, ale většina z nich je z nějakého důvodu nebezpečná a pravděpodobně se nehodí pro domácí designové desky.

Leptač

Leptadlo je chemická látka, která reaguje s exponovanou měděnou oblastí měděného laminátu a rozkládá ji z desky. Používá se ke sundávání měděných oblastí na desce, které nejsou natřeny odolností proti leptání, a oblastí, které nepřispívají k rozvržení dráhy a podložkám.

Jako leptadlo, které se obvykle používá pro desky vyvinuté doma, je chlorid železitý, a i když je to méně nebezpečné ve srovnání s většinou možností, je to chemická látka, kterou je třeba implementovat opatrně.

To by proto mělo být vždy rychle opláchnuto tekoucí vodou z vodovodu pro případ, že by došlo k rozlití na pokožku. Chraňte chlorid železitý v kovových nádobách, protože tato chemikálie je reaktivní na kovy a způsobí, že kov bude porézní a způsobí úniky.

Jelikož je chlorid železitý toxický (a při mnoha použitích se postupně přeměňuje na chlorid měďnatý, který je rovněž extrémně jedovatý), musí být zjevně skladován daleko od potravin a nádobí atd.

Druhy chloridu železitého

Chlorid železitý lze získat v různých formách. Pravděpodobně nejvhodnějším typem je roztok chemikálie připravený k použití. Mnoho dodavatelů komponent to prodává v takové kapalné formě, obvykle ve 250ml nádobách a v koncentrované formě.

Před použitím jej musíte trochu naředit, podle daných pokynů na lahvičce. Nemusí to vyžadovat velké ředění a 250ml lahvička po rozpuštění vodou normálně umožňuje pouze 500ml nebo litr.

Některé společnosti mohou poskytnout chlorid železitý jako krystaly, někdy také známé jako „Chlorid železitý“. Tento štítek je velmi vhodný, protože v této podobě určitě vypadá jako kousky žluté skály, spíše než drobné pěkné krystaly, což je do značné míry pevné.

U tohoto typu je chlorid železitý běžně dostupný v baleních 500 g, což je dostatečné množství pro generování jednoho litru roztoku leptání.

Můžete to také získat ve větších balíčcích, ale protože 500gm stačí k leptání opravdu velkého počtu desek s normální velikostí a může snadno přežít i pilného konstruktéra po velmi dlouhou dobu, je nejpravděpodobnější, že se vám neoplatí dostat dohromady větší než 500gm balíček.

Jak vytvořit roztok chloridu železitého

V krystalickém stavu se chlorid železitý zejména nebude snadno rozpouštět, ale při stálém míchání se může dříve či později úplně rozpadnout a za stálého míchání se může poměrně rychle roztavit.

V neposlední řadě lze chlorid železitý získat v bezvodé formě, což v zásadě znamená, že jde o pravý chlorid železitý s prakticky žádným vodným materiálem. Bude mít mírný stupeň vody ve své krystalické formě jako stranou.

Co ve skutečnosti způsobuje, že se s tímto typem chloridu železitého tak těžce pracuje, je topný efekt, který vzniká při smíchání s vodou. I když začnete s chlazenou vodou, může se rychle velmi zahřát na úroveň, při které se nádoba na dotek velmi zahřeje, což pro plastové nádoby představuje nebezpečí roztavení.

Dalším problémem je to, že se má chemikálie adekvátně rozpustit a vytvořit slušnou formulaci leptání. Z jakéhokoli důvodu se můžete setkat s velkým množstvím chemikálie, která se nikdy nerozpadne, a také s roztokem, který vypadá jako chlorid železitý, ale má velmi malý, pokud vůbec nějaký, potenciál leptání.

Proto je nutné použít studenou vodu (ideálně chlazenou nebo s ledem). Je dále možné, že by mohlo existovat malé množství chemikálie, která se neroztaví, která může být napnutá z kapaliny, nebo protože se nezdá, že by bránila leptání, mohla by být jednoduše ponechána v roztoku.

Velikost vrtáku

Další důležitou ingrediencí pro výrobu DPS doma je vrták, který je nutný pro vrtání otvorů do DPS pro vodiče komponent.

Typický průměr otvorů pro komponenty je 1 mm, ačkoli řada komponent, jako jsou přednastavené rezistory, velké elektrolytické kondenzátory atd., Vyžaduje trochu větší průměr. Pro tyto druhy komponentů je vhodný průměr díry asi 1,4 mm.

Typicky se doporučuje použít průměr pod 1 mm pro polovodiče a řadu dalších komponent, které mají tenčí vodiče. 0,7 mm nebo 0,8 mm se jeví jako přijatelný průměr pro tyto komponenty.

V případě, že máte přístup k vysoce kvalitním vrtákům, musí být docela tvrdé.

Avšak vrtáky o průměru kolem 0,7 mm až 1,4 mm mohou být docela slabé a mělo by se s nimi zacházet relativně opatrně.

Pokud jsou udržovány přímým vertikálním tlakem směrem dolů, může to být v pořádku, ale pokud není udržována orientace v pravých úhlech k desce, nebude vytvořen správný otvor, což je docela možné, že se vrták zlomí na dvě části.

Z tohoto důvodu musíte při vrtání otvorů pomocí těchto vrtáků postupovat realisticky a nejlépe by měl být stroj používán s nastavitelným stojanem, jak je znázorněno níže.

Dosud jsme diskutovali o klíčových věcech, které jsou při výrobě desky s plošnými spoji nezbytné, a mohou existovat i další pravděpodobnosti a cíle, které by mohly být zásadní.

Jedná se však obvykle o základní domácí objekty a ty budou odhaleny, jak budeme postupovat s leptáním. Najdete mnoho různých metod výroby desky s plošnými spoji.

Navzdory skutečnosti, že všechny jsou v zásadě totožné a hlavní odlišnosti jsou pouze sledem, kterým se provádějí různá opatření.

Začneme tedy tím, že vezmeme v úvahu jeden přístup výroby desky, po kterém bude vysvětleno několik alternativních technik.

Začínáme s výrobou desek plošných spojů

Prvním krokem by bylo zkontrolovat u knihy nebo časopisu, kde je uveden tištěný obvod, aby bylo možné získat správné rozměry desky.

Obecně můžete mít a obvodové schéma, schéma překrytí komponent a vzor stopy tištěného obvodu reprodukováno ve skutečné velikosti, jak je uvedeno na následujících 3 obrázcích.

Velikost tištěného obvodu by měla být k dispozici v textu nebo ve schématu, avšak v mnoha případech bude nutné vzít v úvahu proporce prostřednictvím měděného vodicího profilu skutečné velikosti.

Označte hranici dokončené desky na měděné straně laminátové desky a poté vytáhněte další sadu čar přibližně na 2 mm na vnější stranu předchozího označení.

Opatrným řezáním mezi těmito obrysy byste měli být schopni generovat část desky se slušnou přesností a rovnými hranami s minimálními problémy.

Boky desky by mohly být vyhlazeny pomocí malého plochého pilníku a pomocí desky ze skleněného skla, která eliminuje abrazivní konce, což může být nežádoucí.

Pamatujte, že značení by mělo být provedeno na měděné straně desky a řezáno ze stejné strany, aby se zabránilo odloupnutí mědi při řezání desky. Proto se ujistěte, že jste desku řezali nebo vrtali vždy z měděné strany, nikoli z laminátové strany

Dalším krokem by bylo nakreslení pozic otvorů pro komponenty, a kdekoli je to vhodné, montážních otvorů pro montáž na desku.

Rychlou metodou, jak toho dosáhnout, je upnout schematický výkres přes desku na měděnou dráhu přesným vyrovnáním výkresu a okrajů desky.

Poté pomocí bradavky nebo podobného špičatého nástroje pečlivě a přesně označte schematicky na desku děrováním malých zářezů do mědi.

Není nutně nutné označit desku děrováním špičatým nástrojem a alternativním způsobem je jednoduše zarovnat a nalepit výkres na desku pomocí violoncellové pásky a poté vrtat skrz výkres, který nyní sám funguje jako značky pro vrtání.

Malování stop s leptáním

Poté, co je deska oříznuta na velikost a všechny otvory vyvrtány, je dalším úkolem namalovat desku leptáním. To v zásadě zahrnuje čištění desky tak rozsáhle, jak jen můžete.

Na trhu lze získat speciální čisticí bloky, které zjevně fungují docela dobře. Měděné laminátové desky mohou obecně vykazovat určitý oxid a korozi na povrchu mědi a je velmi důležité ji odstranit, jinak by to mohlo zabránit řádnému leptání desky.

Proto se doporučuje použít přiměřeně silný čisticí prostředek, který dokonale eliminuje veškerý oxid, nečistoty a korozi z měděného povrchu.

Poté, co byla deska důkladně omyta a měděná vrstva se po celé době leskla, opláchněte desku pod teplou vodou, abyste se zbavili veškerých zbytků čisticího nebo mastného prostředku. V tomto okamžiku se nedotýkejte měděného povrchu, který by jinak mohl způsobit mastné stopy prstů a zpomalit proces leptání.

Dále vezměte barvu odolnou proti leptání a vytáhněte měděné podložky kolem otvorů vyvrtaných pro vodiče součástí.

Poté, co jsou podložky nakresleny odolností proti leptání, je čas natřít měděné stopy tak, aby spojovaly podložky podle designu obvodu. Při tom se vždy ujistěte, že nemáte ruce od měděného povrchu. Začněte od hrací plochy od jedné hrany a pokračujte systematicky k druhé hraně, místo toho, abyste to dělali náhodně (což by pravděpodobně mohlo vést k chybám)

Pro komplexní návrhy desek plošných spojů

Několik současných návrhů tištěných obvodů může být extrémně sofistikovaných a náročné na replikaci.

Při konstrukci desky tohoto druhu se doporučuje pracovat s perem odolným proti tištěným obvodům (nebo vhodnou alternativou) s ještě jemnějším hrotem. Na místech, která mohou mít mnoho úzkých, těsně paralelních stop, musíte použít pravítko, aby bylo možné načrtnout jemné přímé čáry.

Pokud vidíte, že se stopy nebo podložky navzájem slučují, počkejte, až odpor uschne, a poté použijte bod kompasu nebo jiný ostrý hrot, abyste odškrábli přebytečný překrývající se odpor.

Jakmile odpor uschne a zkontroluje se deska plošných spojů, dalším úkolem je ponořit desku do leptacího roztoku, dokud nebude nakonec odstraněna veškerá exponovaná měď.

Jak se leptání desek plošných spojů děje

V zásadě se při leptání děje to, že měď nahradí železo v chloridu železitém za vzniku chloridu měďnatého, zatímco železo se vysráží.

Na začátku se proces leptání děje velmi rychle a může trvat jen několik minut, ale jak se chlorid železitý postupně transformuje na chlorid měďnatý, leptání se postupně zpomaluje a po vyleptání několika desek lze pozorovat, že doba leptání je prodlužuje, nebo vůbec nedosahuje.

V takovém případě bude nutné leptadlo nahradit novou dávkou roztoku chloridu železitého. Jak si všimnete, že chlorid železitý má červeno-žlutou barvu, zatímco chlorid měďnatý má modrou barvu, takže když zjistíte, že se leptací roztok pomalu blíží zelenějšímu, bude to znamenat, že chemikálie se blíží ke konci své životnosti.

Při leptání desky doma v malé misce se ujistěte, že měděná strana desky směřuje nahoru a proces se provádí v nekovové misce odpovídající velikosti.

Možná budete chtít přidat slušný kryt nahoře a pravidelně odstraňovat kryt, abyste zkontrolovali výsledek, dokud leptání neskončí. Hlavním problémem této metody je, že vrstva chloridu železa a mědi má tendenci se vyvíjet na horní straně desky, což může významně prodloužit dobu leptání. Tomu lze čelit opatrným občasným kýváním misky, aby se tato vrstva vytlačila, aby se leptání zrychlilo.

Použití speciálních kontejnerů pro leptání

Ve skutečnosti vám může připadat docela snadné nastavit kontejner, aby se deska plošných spojů dostala do svislé polohy s měděnou stranou desky směrem dolů.

V této situaci probíhá proces leptání opravdu rychle, protože sraženina železa není schopna vyvinout vrstvu a má sklon padat směrem dolů od desky. Tím je zajištěno, že leptání nebude omezováno. Pravidelné míchání desky a leptadla může přesto pomoci odstranit jakýkoli malý potlačující povlak, který se může vyvinout, což umožňuje ještě rychlejší leptání.

Obrázek výše ukazuje několik snadných možností, jak toho dosáhnout. Na obrázku (a) je použita zakřivená miska, která zajišťuje, že deska je udržována na místě přes čtyři rohy, a nepřichází do styku s miskou v žádném jiném bodě.

Technika předvedená v bodě (b) je dobrou volbou pro větší PCB, což může vyžadovat poměrně velkou parabolu pro umožnění postupu. Nádoba musí být docela velká, fungovalo by něco podobného klasickému džbánu na instantní kávu.

Pravděpodobně bude zapotřebí hodně leptadla, aby se nádoba prakticky naplnila. To by na první pohled mohlo vypadat trochu draho, ale leptadlo určitě vydrží úměrně více času ve srovnání s menším množstvím.

Alternativně lze menší množství leptadla zředit vyšším množstvím vody, což by však mohlo leptání podstatně zpomalit a není to vhodné.

U podstatně velkých desek by jedinou funkční metodou leptání desky mohlo být použití velké ploché misky (jako fotografické misky) s měděnou stranou nahoru. Časté míchání může být zvyklé na urychlení času leptání.

Leptání bude rychlejší v oblastech, kde jsou menší oblasti otevřené mědi, a bude trvat mnohem déle v oblastech desky, kde jsou relativně širší oblasti otevřené mědi. Lept také probíhá rychleji po obvodech desky.

Metoda, která obvykle funguje efektivněji a v praxi je obvykle mnohem snazší, je zobrazena výše. Zde se po celé délce misky na opačných stranách položí pár dřevěných nebo plastových tyčí. Ty jsou relativně delší než talíř, aby mohli odpočívat nahoře. Deska se poté zavěsí na tyče podepřené na několika kusech drátu, jeden na každém konci desky.

Na obrázku je znázorněn pouze jeden vodič pro lepší pochopení. Pokud je použit měděný drát, ujistěte se, že se jedná o super smaltovaný měděný drát o tloušťce 18 SWG. Dráty jsou připevněny k prutům jednoduchým otočením konců kolem průměru tyče jednou nebo dvakrát.

Po dokončení leptání

Když se leptání jeví jako úplné, musíte důkladně prozkoumat desku, abyste se ujistili, že nezůstaly žádné kapsy otevřené mědi, a hledat části desky, kde jsou měděné stopy a podložky těsně nakresleny (například seskupení IC podložek) .

Poté, co potvrdíte, že je leptání zcela dokončeno, držte desku po několik okamžiků svisle nad leptacím roztokem, aby kapající leptadlo uniklo z desky, a poté desku otřete kouskem hedvábného papíru nebo hadru.

Kromě toho je to moudré rozhodnutí udržovat kousek kuchyňského papíru v blízkosti po celou dobu procesu leptání, aby bylo zajištěno, že zbytky leptacího roztoku lze z pinzety nebo rukavic setřít, kdykoli je to potřeba. Poté musí být deska pečlivě omyta vodou, aby se odstranily veškeré zbytky zbytků leptacího roztoku.

Odstranění odporu

Nakonec musí být odstraněn odpor, který se lepí na měď, což by jinak mohlo vážně narušit proces pájení na měděných podložkách. Můžete si pořídit jakýkoli standardní odstraňovač odolnosti a ten může mít podobu lehkého ducha, který rozloží většinu barev a inkoustů.

Může být také proveditelné získat lešticí bloky plošných spojů, které jsou stejně dobře vhodné pro drhnutí rezistoru. Další technikou je pokusit se použít drátěnku nebo prášek, což je v zásadě jedna z nejpřímějších činností výroby plošných spojů, která by určitě neměla představovat žádný problém.

Aby bylo možné provést konečnou montáž komponentů na připravenou desku plošných spojů s dokonalým pájením a absolutně bez „suchých“ spojů, musí být měděné dráhy a destičky před skutečným zahájením pájení komponentů vyleštěny do lesklého povrchu.

Přes tebe

Jak bylo vysvětleno výše, zdánlivá výroba desek plošných spojů doma vypadá docela jednoduše a je jen otázkou několika hodin vytvořit vynikající desky plošných spojů profesionální kvality s využitím hotových kutilských materiálů z trhu. To znamená, že proces může vyžadovat určitou opatrnost a přesnost pro dosažení požadovaných výsledků, aby byl zamýšlený projekt obvodu úspěšně dokončen.

Pokud máte ohledně tohoto tématu jakékoli pochybnosti, dejte nám prosím níže uvedené komentáře, rádi vám pomůžeme!