Elektronika

Wyrób płytek drukowanych metodą domową

Wykonując amatorskie urządzenia elektroniczne zawsze będziemy potrzebować płytki drukowanej na której zamontujemy elementy. Można oczywiście zlecić wykonanie płytek wyspecjalizowanej firmie, jednak prawdziwą frajdą będzie wykonanie ich we własnym zakresie.
Jest wiele metod wyrobu płytek PCB, w zależności od techniki są bardziej lub mniej profesjonalne.
Najbardziej prymitywna metoda to przenoszenie rysunku płytki na papier pergaminowy i kopiowanie ich na laminat. Dalej pokrywanie ścieżek lakierem do paznokci i wytrawianie niepokrytych obszarów w roztworze chlorku-żelaza lub kwasu azotowego. Ta metoda jest wystarczająca, gdy układ jest bardzo prosty, a ścieżki odpowiednio grube. Przy bardziej skomplikowanych płytkach wymagana jest większa dokładność .

W opisanym poniżej artykule przestawiamy półprofesjonalny sposób wyrobu płytek drukowanych z wykorzystaniem komputera i drukarki laserowej (na toner). Potrzebne materiały i urządzenia.

• papier transferowy lub błyszczący
• laminat pokryty miedzią
• trójchlorek żelaza lub kwas azotowy
• papier ścierny wodny
• drukarka laserowa (na toner)
• piec elektryczny z regulacją temperatury 150 st. C
• kuweta plastykowa lub szklana
• woda z mydłem

Projekt PCB

Zaczynamy od projektu płytki, może to być gotowy wzór z czasopisma dla elektroników lub projekt wygenerowany z specjalistycznych programów do projektowania, np. Protel.
Widok ścieżek od strony laminatu w proporcjach 1:1 należy wydrukować na specjalnym papierze błyszczącym (glossy paper) lub papierach transferowych dostępnych w zestawach do wyrobu PCB.
Dobór papieru jest bardzo ważny, chodzi o to, że naniesione ścieżki z tonera w dalszym procesie obróbki mają być przeniesione na laminat. Czym bardziej powierzchnia będzie błyszcząca tym dokładniejsze będzie przeniesienie ścieżek. Należy pamiętać, aby wydrukować odwrócone ścieżki, ma to być odbicie lustrzane tego co widzimy od miedzianej strony laminatu.

Laminat na płytki

Laminat do wyrobu płytek drukowanych jest jednostronie, lub dwustronnie pokryty miedzią. Można go kupić w sklepach z podzespołami elektronicznymi. Przycinamy go na wymiar trochę większy niż gotowa płytka. Na końcu przytniemy do właściwego rozmiaru.
Przed naniesieniem ścieżek na laminat należy go dobrze przygotować, odtłuścić i wyczyścić papierem ściernym o najmniejszym ziarnie (papier wodny). Na laminacie nie może być zanieczyszczeń lub odcisków palców, powodują one złe przyleganie ścieżek i niewytrawione miejsca. Po przeszlifowaniu trzeba wymyć laminat, używając mydła lub płynu do mycia naczyń. Umytą płytkę dokładnie wycieramy i suszymy ręcznikiem papierowym. Od tego momentu nie można już miedzi dotknąć palcem, tylko trzymać za brzegi. Powierzchnia musi być jednolita i błyszcząca.

Nanoszenie ścieżek na laminat

Projekt płytki wydrukowany tonerem na błyszczącym papierze przykładamy do laminatu od strony miedzi. Papier musi dobrze przylegać, aby wszystkie ścieżki przekleiły się na drugą stronę. Do tego celu Moza wykonać prasę. Są to dwie blachy z aluminium z otworami powierconymi po rogach. Laminat z papierem transferowym układamy pomiędzy blachy i mocno skręcamy śrubami. Jeśli wykonujemy jednocześnie kilka płytek to układamy je w stos.
Aby przenieść ścieżki na laminat należy trzymać prasę z płytkami przez około 30 minut w temperaturze 150 st C. Do tego celu nadaje się piecyk elektryczny z regulacją temperatury. Należy go wstępnie ogrzać, aby prze włożenie była już wymagana temperatura. Czas ogrzewania prasy zależny jest od wielkości laminatu i ilości płytek, ustala się go doświadczalnie metodą prób i błędów.
Po wyłączeniu pieca można pozostawić w nim prasę aby stopniowo się oziębiała. Dodatkowo można zimną prasę przenieść do lodówki aby ją bardziej oziębić.

Po tych zabiegach można rozkręcić prasę i stopniowo odklejać papier od laminatu. Jeśli zrobiliśmy wszystko prawidłowo, papier da się lekko odkleić, a ścieżki pozostaną przyklejone do laminatu.
Jeśli tylko część ścieżek się przekleiła na laminat to błąd może być w źle wyczyszczonym laminacie, zatłuszczeniu, złej temperaturze pieca lub czasu ogrzewania. Proces można powtórzyć od początku czyszcząc od nowa laminat.
Przed trawieniem warto obejrzeć pod lupą czy niema błędów w układzie ścieżek, ewentualne zwarcia miedzy nimi łatwiej jest usunąć ostrym lancetem niż później przecinać na gotowej płytce.

Wytrawianie ścieżek

Trawienie płytek PCB polega na usuwaniu miedzi z niepokrytych tonerem miejsc na laminacie. Proces ten dokonuje się w kąpieli w roztworze wodnym chlorku-żelaza lub kwasu azotowego. Bardziej efektywny jest chlorek żelaza. Kupuje się go w sklepach chemicznych lub z artykułami dla elektroników, jest w postaci płynnej lub granulatu.

Przy kontaktach z tymi substancjami żrącymi należy zachować szczególną ostrożność, można zniszczyć sobie ubranie, poparzyć lub tylko trwale wybrudzić ręce. Zalecamy więc gumowe rękawice ochronne.

Roztwór sporządzamy w takich proporcjach jak zaleca producent, jego gęstość ma wpływ na czas trawienia.
Trawienie wykonujemy w specjalnych kuwetach plastykowych lub szklanych, nie mogą być metalowe. Przy mocnym roztworze trawienie trwa około 30 minut. W trakcie jego trwania należy stale poruszać kuwetą aby roztwór zmywał warstwa po warstwie. Jeśli nie będziemy ruszać, trawienie będzie nieregularne, zwykle szybsze z jednej strony i dłuższe. Zyt długa kąpiel może powodować odklejanie tonera zabezpieczającego ścieżki.

Proces trawienia można zautomatyzować i przyśpieszyć. Jako kuwetą używa się wąskie, wysokie naczynie.
Płytki są w nim zanurzone w pozycji pionowej. Zamiast poruszania stosujemy napowietrzacz, zakupiony w sklepie zoologicznym. Bąbelki powietrza oczyszczają zmywają wytrawione warstwy miedzi. Dodatkowo można przyśpieszyć trawienie podgrzewając grzałka nieznacznie wodę.

Czyszczenie płytek

Ostatni etap to wymycie wytrawionych płytek pod bieżącą wodą i usunięcie tonera. Płytką ponownie szlifujemy papierem wodnym, aby ścieżki były błyszczące. Należy je zabezpieczyć przed utlenianiem i ułatwić sobie w przyszłości lutowanie. Pokrywamy laminat od strony druku lakierem lutowniczym lub topnikiem. Topnik można wykonać samemu. Jest to roztwór sproszkowanej kalafonii w spirytusie, np. w denaturacie.
Gdy lakier wyschnie można już powiercić otwory i przyciąć laminat do ostatecznego wymiaru.

Inne metody

Płytki robione opisaną wyżej metodą są bardzo dobrej jakość. Problemem może być wykonanie prasy z dwóch blach aluminiowych i ogrzewanie płytek w piecu elektrycznym w temperaturze 150st. C. Rozwiązaniem kompromisowym jest wykorzystanie żelazka do przenoszenia ścieżek z projektu n laminat. Metoda ta opisana jest tu: Płytki drukowane metodą amatorską.
Przy większej produkcji korzysta się z profesjonalnych urządzeń do naświetlania płytek nanoszenia maskownic i napisów.