Kako napraviti PCB kod kuće

Za svakog ljubitelja elektronike izrada PCB-ova za elektronički projekt može biti vrlo zabavna. Tiskana pločica ili PCB ne samo da pomažu u izradi projekata kompaktnih sklopova, već također jamče rad otpornosti na kvarove i preciznije.

U ovom postu sveobuhvatno učimo korak po korak izrade malih DIY PCB-a kod kuće uz minimalan napor i maksimalnu preciznost.

Uradi sam postupno

U osnovi uključuje sljedeće ključne korake:

1. Rezanje bakreno obloženog laminata u odgovarajuću veličinu.
2. Udubljenja za bušenje rupa za vodove komponenata, prema shemi.
3. Crtanje jastučića oko udubljenja bojom za nagrizanje i povezivanje podloga kroz tragove pomoću boje na bazi nagrizanja.
4. Potapanje obojene ploče u otopinu željeznog klorida, sve dok kemikalija ne pojede izloženi bakar, ostavljajući oslikane dijelove izgleda netaknutima.
5. Sušenje daske i ribanje otporne boje za jetkanje s tragova i jastučića.
6. Bušenje rupa na udubljenjima.
7. Polirajte gotovu ploču finim šmirglom papirom.
8. Upotreba spremne pločice za montažu i lemljenje dijelova.

Sada ćemo detaljno razgovarati o gornjim koracima. Prvi korak u proizvodnji PCB-a bio bi stjecanje osnovnih resursa i predmeta. Usredotočit ćemo se na sve one stvari koje su temeljne.

Materijali potrebni za izradu PCB-a

Za početak postupka prvo ćemo prikupiti sve vitalne sastojke ili materijale potrebne za izradu PCB-a. Za proizvodnju će biti potrebne sljedeće temeljne stvari

• Bakar presvučen laminatom
• Otopina željeznog klorida
• Etch Resist Kemikalije ili boje.
• Kist za slikanje ili Olovka
• Spremnik za jetkanje PCB-a
• Bušilica i svrdlo.
• Uklanjač Etchant-a
• Podloga za ribanje, kuhinjski papir

Bakreno odjeven Laminat

Najosnovnija stavka bit će bakreno obložena samo za izradu tiskanih pločica, a naći ćete ih razne.

Osnovni (izolacijski) materijali obično su stakloplastike ili SRBP (papirni papir smole), a potonji je obično povoljnija opcija.

Međutim, stakloplastika je postala široko korištena kako za komercijalne, tako i za rekreativne potrošače, jer je opremljena s nekoliko pozitivnih aspekata.

Prva je u osnovi da je žilavija i iz tog razloga manje podložna savijanju i lomljenju od SRBP-a. Poboljšana trajnost dodatno je korisna za ploče koje nose teške dijelove, na primjer transformatore.

Dodatna je prednost što je stakloplastika prozirna i na taj nam način obično omogućuje gledanje bakrenih putova kroz gornje (komponentno) područje ploče, što se često isplati prilikom ispitivanja i otkrivanja kvarova.

Kad smo već to rekli, standard SRBP ploča više je nego zadovoljavajući za mnoge zahtjeve. Marketinške kampanje obično se pozivaju na ploču 1 mm, 1,6 mm itd., A to se zapravo odnosi na debljinu osnovnog materijala.

Debljina ploče

Prirodno, deblje (oko 1,6 do 2 mm) ploče imaju tendenciju da budu robusnije u usporedbi s tanjim (oko 1 mm) modelima, međutim, ploče s težom kvalitetom presudne su samo za velike PCB-ove ili tamo gdje će na ploči vjerojatno biti ugrađeni teški dijelovi.

Za većinu primjena debljina ploče zapravo nema velike posljedice.

Povremeno će se bakrena laminatna ploča vjerojatno odabrati kao kvaliteta od jedne unče ili, možda, od dvije grame, što odgovara težini bakra na jednom kvadratnom metru ploče.

Većina strujnih krugova barata s prilično malim strujama i redovna ploča od jedne unče je gotovo sve što je potrebno. U stvarnosti je ploča od jedne unče često zadovoljavajuća čak i za krugove koji uključuju zastrašujuće struje.

Boja za otpor Etch

Temeljna metoda kojom se proizvodi tiskana pločica obično je pokrivanje područja bakra koja su potrebna na dovršenoj ploči kroz jetvalni otpor, a nakon toga umočite ploču u bakropis koji oduzima neželjena (nepokrivena) područja bakra .

Otpor za jetkanje se nakon toga uklanja kako bi se izložili bakreni tragovi i pločice.

Koju god boju u toku jetkanja moguće zadržati od jekača od bakrenog rasporeda, može se upotrijebiti kao otpor.

Osobno više volim koristiti emajle ili lakove za nokte, bilo koja jeftina marka može se koristiti i izvrsno će funkcionirati kao otpornik na jetku.

Svojstva Etch Resist

Profesionalno, vjerojatno najčešće korišteni otpornici su vodootporne boje i tinte. Vodotopive sorte definitivno nisu prikladne za svrhu samo zato što se one otope i isperu u otopini za jetkanje.

Povoljnija je boja ili tinta koja se brzo suši, jer eliminira potrebu za dugo čekanjem prije nego što se ploča može najesti.

Čini se da čak i osnovni uzorci tiskanih krugova u današnje vrijeme imaju veliku količinu tankih bakrenih tragova na relativno kompaktnom području ploče, pa postaje potreban kist za boje kompetentan za stvaranje izuzetno finih linija.

Crtanje izgleda traga

Jednostavno rješenje bilo bi upotrijebiti istrošenu olovku za vrhove vlakana na način da se nanose četke za boje, što može pomoći u postizanju izvanrednih konačnih rezultata, iako možda ne izgleda baš izvrsno sredstvo za rješavanje problema. Jednostavniji način primjene otpornika je upotreba jedne od komercijalno dostupnih olovaka za nagrizanje koje se lako mogu kupiti od bilo kojeg trgovca elektroničkim dijelovima.

Bilo koja vrsta olovke koja koristi tintu na bazi alkoholnih pića i oštre točke trebala bi biti primjenjiva s ovom aplikacijom. U slučaju da niste sigurni u prikladnost olovke, lako možete izvući nekoliko tragova preko odbačene bakrene laminatne ploče, a zatim jetkati dasku kako biste provjerili održava li tinta ispravno bakropis.

Dodatna vrsta otpora su prijenosi otporni na jetkanje na trljanje koji su dostupni od nekoliko trgovaca komponentama i koji često mogu pružiti doista izvanredne i specijalizirane rezultate, kao što je pokazano u sljedećem primjeru.

Zapravo ćete otkriti da postoji puno kemikalija koje se mogu primijeniti kao nagrizač, ali većina ih je iz nekog ili drugog razloga opasna i vjerojatno nije prikladna za daske dizajnirane od kuće.

Etchant

Nagrizač je kemikalija koja reagira s otvorenim bakrenim dijelom bakrenog laminata i razgrađuje ga s ploče. Upotrebljava se za uklanjanje bakrenih područja na ploči koja nisu obojana otporom jetka i područja koja ne doprinose rasporedu traka i pločicama.

Nagrizač koji se obično koristi za daske razvijene od kuće je željezni klorid, i premda je to manje opasno u usporedbi s većinom izbora, ipak je riječ o kemikaliji koju treba primjenjivati ​​s oprezom.

To bi stoga trebalo uvijek brzo isprati tekućom vodom iz slavine u slučaju da je prolijete po koži. Pazite da ne skladištite željezni klorid u metalnim spremnicima, jer je ova kemikalija reaktivna na metale i čini metal poroznim i uzrokuje curenje.

Kako je željezni klorid toksičan (a tijekom mnogih se primjena postupno pretvara u bakreni klorid koji je također izuzetno otrovan) očito se mora čuvati daleko od namirnica i posuđa itd.

Vrste željeznog klorida

Željezni klorid se može dobiti u različitim oblicima. Vjerojatno najprikladniji tip je otopina kemikalije spremna za upotrebu. Mnogi dobavljači komponenata prodaju ga u tako tekućem obliku, obično u spremnicima od 250 ml i u koncentriranom obliku.

Prije upotrebe morate ga malo razrijediti, prema datoj smjernici na boci. Možda neće trebati veliko razrjeđivanje, a bočica od 250 ml obično dopušta samo 500 ml ili litru nakon razrjeđivanja vodom.

Neke tvrtke mogu pružiti željezni klorid kao kristale, ponekad poznat i kao 'stijena željeznog klorida'. Ova je naljepnica vrlo prikladna jer u ovom obliku zasigurno izgleda poput komadića žute stijene, a ne kao sitni lijepi kristali, što je prilično čvrsto kao stijena.

U ovoj vrsti željezni klorid je obično dostupan u pakiranjima od 500 g, što je dovoljno za stvaranje jedne litre otopine za jetkanje.

To možete dobiti i u većim pakiranjima, ali budući da je 500 gm dovoljno za urezivanje ozbiljnog broja dasaka uobičajene veličine i vrlo lako može preživjeti čak i marljivog konstruktora vrlo dugo, najvjerojatnije nije nagraditi sveukupno veće pakiranje od 500 g.

Kako stvoriti otopinu željeznog klorida

U kristalnom stanju željezni klorid se neće posebno lako otopiti, no kad se stalno miješa, prije ili kasnije može se potpuno razbiti i uz stalno miješanje može se prilično brzo otopiti.

I na kraju, ali ne najmanje važno, željezni klorid se može dobiti u bezvodnom obliku, što u osnovi znači da je pravi željezni klorid bez gotovo vodene tvari. Posjedovat će lagani stupanj vode u kristalnom obliku kao stranu.

Ono zbog čega je ova vrsta željeznog klorida toliko teška za rad je učinak zagrijavanja koji nastaje kada se pomiješa s vodom. Čak i ako započnete s ohlađenom vodom, brzo se može prilično zagrijati do razine na kojoj se spremnik pretvara u vrlo toplo na dodir, što predstavlja opasnost od topljenja plastičnih posuda.

Još je jedna briga vezana uz to da se kemikalija adekvatno otopi i stvori pristojnu formulaciju za nagrizanje. Iz bilo kojeg razloga mogli biste se naći s velikom količinom kemikalije koja se nikada neće razgraditi, kao i otopine koja se čini poput željeznog klorida, ali ima vrlo malo, ako uopće ima potencijala za nagrizanje.

Zbog toga se mora koristiti hladna voda (idealno u hladnjaku ili s ledom). Dodatno je moguće da bi mogla postojati sićušna količina kemikalije koja se neće otopiti, a koja bi se mogla odvojiti od tekućine ili, kako se čini da ne ometa jetkanje, mogla bi se jednostavno ostaviti u otopini.

Veličina svrdla

Sljedeći važan sastojak za proizvodnju PCB-a kod kuće je svrdlo potrebno za bušenje rupa na PCB-u za vodove komponenata.

Tipični promjer olovnih rupa za komponente iznosi 1 mm, iako brojne komponente poput unaprijed postavljenih otpornika, velikih elektrolitskih kondenzatora itd. Zahtijevaju malo veći promjer. Za ove vrste komponenata prikladan je promjer rupe od oko 1,4 mm.

Tipično se preporučuje koristiti promjer manji od 1 mm za poluvodiče i brojne druge komponente s tanjim vodovima. Čini se da su prihvatljivi promjeri za ove komponente 0,7 mm ili 0,8 mm.

U slučaju da imate pristup visokokvalitetnim svrdlima, oni moraju biti prilično čvrsti.

Međutim, svrdla promjera oko 0,7 mm do 1,4 mm mogu biti prilično slaba i njima treba rukovati relativno pažljivo.

Ako se održavaju uspravnim vertikalnim pritiskom prema dolje, možda će biti u redu, ali ako se orijentacija ne održava pod pravim kutom u odnosu na ploču, neće se stvoriti odgovarajuća rupa, što je sasvim moguće da će se svrdlo slomiti na dva dijela.

Iz tog razloga morate biti realni pažljivi prilikom bušenja rupa pomoću takvih svrdla, a po mogućnosti stroj treba koristiti s podesivim postoljem kao što je prikazano dolje.

Dosad smo razgovarali o ključnim stvarima koje su neophodne prilikom izrade tiskane ploče, a možda postoje i neke druge vjerojatnosti i krajevi koji bi mogli biti neophodni.

To su ipak tipično osnovni domaći predmeti, a oni će biti otkriveni kako napredujemo s postupkom bakropisa. Pronaći ćete mnogo različitih metoda za proizvodnju tiskanih pločica.

Unatoč činjenici da su svi oni u osnovi identični, a glavne razlike su samo slijed kojim se provode različite mjere na tom putu.

Stoga ćemo započeti uzimajući u obzir jedan pristup proizvodnji ploče, nakon čega će biti objašnjeno nekoliko alternativnih tehnika.

Početak rada s izradom PCB-a

Prvi korak bio bi provjeriti u knjizi ili časopisu gdje je tiskani krug predstavljen kako bismo dobili prave dimenzije ploče.

Općenito biste mogli imati shema sklopa, dijagram prekrivanja dijelova i uzorak kolosijeka tiskanog kruga reproducirana u stvarnoj veličini, kako je dato na slijedeće 3 slike.

Veličina tiskanog kruga trebala bi biti dostupna u tekstu ili shemi, međutim u mnogim će slučajevima biti potrebno uzeti u obzir proporcije kroz uzorak bakrene staze stvarne veličine.

Označite granicu finalizirane ploče na bakrenoj strani laminatne ploče, a zatim povucite dodatni niz linija približno 2 mm na vanjskoj strani prethodne oznake.

Opreznim rezanjem ovih obrisa trebali biste biti u mogućnosti stvoriti dio ploče s pristojnom preciznošću i ravnim rubovima s minimalnim problemima.

Bočne strane ploče mogle su se zaglađivati ​​malom ravnom turpijom i pločom od staklenih vlakana koja uklanja abrazivne krajeve koji mogu biti nepoželjni.

Imajte na umu da oznake trebaju biti na bakrenoj strani ploče i piljene s iste strane kako bi se spriječilo ljuštenje bakra tijekom rezanja ploče. Stoga pripazite da režete ili bušite ploču uvijek s bakrene strane, a ne sa strane laminata

Sljedeći korak bio bi crtanje položaja rupa za dijelove i gdje god je to prikladno, rupa za ugradnju na ploču.

Brza metoda da se to postigne je stezanje shematskog crteža preko ploče na bakrenoj stazi, preciznim poravnavanjem crteža i rubova ploče.

Zatim, bradawl-om ili sličnim šiljastim alatom pažljivo i točno označite shemu na ploči probijanjem malih udubljenja u bakru.

Nije nužno bitno označiti ploču štancanjem šiljastim alatom, a zamjenski način je jednostavno poravnati i zalijepiti crtež na ploču pomoću violončelne trake, a zatim izbušiti crtež koji sam po sebi djeluje poput markera za bušenje.

Slikanje staza Etch Resistom

Nakon što je daska izrezana na veličinu i izbušene sve rupe, sljedeći je zadatak bojanje daske otporkom za jetkanje. To u osnovi uključuje čišćenje ploče što je moguće opsežnije.

Na tržištu se mogu nabaviti posebni blokovi za čišćenje koji izgledaju prilično lijepo. Bakrene laminatne ploče mogu općenito pokazivati ​​nešto oksida i korozije na vrhu bakrene površine, a vrlo je važno ukloniti ovo, jer to može spriječiti pravilno nagrizanje ploče.

Stoga se preporučuje korištenje relativno snažnog sredstva za čišćenje koje će savršeno ukloniti svu oksidnu nečistoću i koroziju s površine bakra.

Nakon što je ploča oprana, a bakreni sloj blista u cijelosti, isperite ploču ispod tople vode kako biste se riješili ostataka sredstva za čišćenje ili masnih sastojaka. U ovom trenutku pazite da ne dodirujete bakrenu površinu, koja bi u protivnom mogla uzrokovati masne tragove prstiju i usporiti postupak nagrizanja.

Zatim uzmite boju za nagrizanje da biste izvukli bakrene pločice oko rupa izbušenih za vodove komponenata.

Nakon što se jastučići izvuku otpornikom za jetkanje, vrijeme je da obojite bakrene tragove tako da povežu jastučiće prema dizajnu sklopa. Uvijek pazite da držite ruke dalje od bakrene površine dok to radite. Započnite s jednog ruba ploče i nastavite sustavno prema drugom rubu, umjesto da to radite slučajno (što bi vjerojatno moglo rezultirati pogreškama)

Za složene dizajne PCB-a

Nekoliko suvremenih dizajna tiskanih krugova može biti izuzetno sofisticirano i izazovno za kopiranje.

Prilikom dizajniranja ploče ove vrste preporučuje se rad s otpornom olovkom s tiskanim krugom (ili odgovarajućom alternativom) s još finijom vrhom. Na mjestima koja mogu imati mnogo uskih, čvrsto zbijenih paralelnih tragova, morate se poslužiti ravnalom kako biste omogućili skiciranje finih ravnih linija.

Ako primijetite da se tragovi ili pločice spajaju jedni s drugima, pričekajte da se otpor osuši, a zatim upotrijebite točku kompasa ili drugu oštru šiljatu stranu kako biste ogrebali višak preklapajućeg otpora.

Čim se otpor osuši i pregleda PCB, sljedeći je zadatak potopiti ploču u otopinu za nagrizanje dok na kraju ne skine sav izloženi bakar.

Kako se događa jetkanje PCB-a

U osnovi je ono što se događa tijekom nagrizanja da bakar zauzima mjesto željeza u željeznom kloridu i stvara bakreni klorid, dok se željezo taloži.

U početku se postupak jetkanja događa prilično brzo i mogao bi trajati samo nekoliko minuta, no kako se željezni klorid postupno pretvara u bakreni klorid, djelovanje nagrizanja polako postaje usporeno, a nakon nagrizanja nekoliko ploča može se primijetiti da je vrijeme nagrizanja prilično produženo ili se uopće ne postiže.

U tom slučaju nagrizač će trebati zamijeniti novom šaržom otopine željeznog klorida. Kao što ćete primijetiti da Željezni klorid ima crveno-žutu boju, dok je bakreni klorid plave boje, pa kad utvrdite da otopina za jetkanje polako postaje sve zelenkasta, to će značiti da je kemikalija pri kraju svog radnog vijeka.

Dok jetkate ploču kod kuće u maloj posudi, pazite da bakrena strana ploče bude okrenuta prema gore i da se postupak izvodi u nemetalnoj posudi odgovarajuće veličine.

Možda ćete htjeti dodati pristojan pokrov na vrh i povremeno ga uklanjati kako biste provjerili ishod dok bakropis ne završi. Glavni problem ove metode je taj što se sloj željeza i bakrenog klorida razvija na vrhu ploče što može značajno produljiti vrijeme nagrizanja. Ovome se može suprotstaviti pažljivim ljuljanjem posuđa s vremena na vrijeme kako bi se pomaknuo ovaj sloj kako bi se jetkanje ubrzalo.

Korištenje posebnih spremnika za bakropis

Zapravo će vam biti prilično jednostavno postaviti spremnik kako biste PCB omogućili blizu vertikalnog položaja s bakrenom stranom ploče okrenute prema dolje.

U ovoj se situaciji postupak nagrizanja događa vrlo brzo, jer talog željeza nije u stanju razviti sloj i ima tendenciju pada prema dolje od ploče. To osigurava da bakropis ne bude otežan. Ipak, povremeno miješanje ploče i nagrizača može pomoći u uklanjanju bilo kojeg malog premaza za suzbijanje koji se može razviti, što omogućuje još brže nagrizanje.

Gornja slika prikazuje nekoliko jednostavnih opcija za to. Na slici (a) upotrijebljena je zakrivljena posuda koja osigurava da se daska održi na svom mjestu kroz četiri kuta i da ne dolazi u dodir sa posudom ni na jednom drugom mjestu.

Tehnika koja je prikazana u (b) dobar je izbor za veće PCB-ove koji mogu zahtijevati prilično veliko jelo kako bi se omogućio postupak. Spremnik mora biti prilično velik, bilo bi slično klasičnoj staklenci instant kave.

Vjerojatno će biti potreban velik dio nagrizača kako biste praktički napunili staklenku. To bi u početku moglo izgledati pomalo skupo, ali etil će sigurno trajati proporcionalno više vremena u usporedbi s manjom količinom.

Alternativno, manja količina nagrizača može se razrijediti s većom količinom vode, ali to bi moglo znatno usporiti nagrizanje i nije uputno.

Za uglavnom velike ploče jedini funkcionalni način nagrizanja ploče mogao bi biti korištenje velike ravne posude (poput fotografske posude) s bakrenom stranom okrenutom prema gore. Često uznemirivanje može se naviknuti na ubrzanje vremena jetkanja.

Vidjet će se da se jetkanje brže događa na područjima gdje postoje manja područja otvorenog bakra, a trajat će puno duže na područjima ploče gdje postoje relativno šira područja otvorenog bakra. Nagrizanje se također odvija brže oko perimetra ploče.

Metoda koja obično djeluje učinkovitije i koja je u praksi daleko lakša prikazana je gore. Ovdje se par drvenih ili plastičnih šipki odloži cijelom dužinom posude, na suprotnim stranama. Oni su relativno duži od posude kako bi se mogli odmarati na vrhu. Daska se zatim objesi o šipke oslonjene na nekoliko dijelova žice, po jedan na svakom kraju ploče.

Na slici je prikazana samo jedna žica za bolje razumijevanje. Ako se koristi bakrena žica, pobrinite se da je riječ o super emajliranoj bakrenoj žici debljine 18 SWG. Žice su pričvršćene na šipke jednostavnim okretanjem krajeva oko promjera šipke jednom ili dvaput.

Nakon što je bakropis završen

Kad se čini da je bakropis završen, morate temeljito pregledati ploču kako biste bili sigurni da nisu ostali džepovi otvorenog bakra i potražiti dijelove ploče tamo gdje su bakrene tračnice i jastučići usko ucrtani (na primjer grupiranje IC pločica) .

Nakon što potvrdite da je nagrizanje u potpunosti izvedeno, držite dasku nekoliko trenutaka vertikalno iznad otopine za nagrizanje kako bi otapajući kapuljač mogao izmaknuti ploču, a zatim obrišite ploču komadom papirnate maramice ili krpe.

Osim toga, ovo je mudra odluka držati komad kuhinjskog papira u blizini tijekom cijelog postupka jetkanja kako bi se osiguralo da se ostaci otopine za jetkanje mogu obrisati s pincete ili rukavica kad god je to potrebno. Dasku zatim pažljivo operite vodom kako biste oprali sve ostatke tragova otopine za jetkanje.

Uklanjanje otpora

Napokon na kraju treba otkloniti otpor koji se lijepi na bakar, što bi inače moglo ozbiljno otežati postupak lemljenja na bakrenim pločicama. Možete nabaviti bilo koji standardni uklanjač otpornosti, a to može biti u obliku laganog duha koji će razbiti većinu boja i tinte.

Može biti također izvedivo nabaviti blokove za poliranje tiskanih krugova koji su također pogodni za ribanje otpora. Još je jedna tehnika pokušati koristiti jastučić za pranje ili prah, a to je u osnovi jedna od najjednostavnijih aktivnosti proizvodnje tiskanih krugova koja zasigurno ne bi trebala predstavljati bilo kakav izazov.

Da bi se omogućilo konačno sastavljanje komponenata na gotovoj PCB sa savršenim lemljenjem i apsolutno bez 'suhih' spojeva, bakrene gusjenice i pločice moraju se polirati do sjajne završne obrade prije nego što se zapravo započne s lemljenjem komponenata.

Preko tebe

Kao što je gore objašnjeno, čini se da izrada PCB-a kod kuće izgleda prilično jednostavno, a samo je pitanje nekoliko sati stvoriti izvanredne profesionalne PCB-ove koristeći gotove DIY materijale s tržišta. Međutim, postupak može zahtijevati određeni oprez i preciznost za postizanje željenih rezultata, tako da se planirani projekt sklopa uspješno ostvaruje.

Ako imate bilo kakvih sumnji u vezi s temom, javite nam se putem komentara u nastavku, rado ćemo vam pomoći!