• Русский
  • Українська

Изготовление платы в домашних условиях методом ЛУТ. Металлизация отверстий

Каждый начинающий радиолюбитель рано или поздно придет к необходимости изготовить печатную плату в домашних условиях. Даже не смотря на то, что заказать на производстве такую плату уже не проблема, но придется ждать от недели и более. А если вы заказываете в своем городе, тогда и цена на изготовление может "кусаться". В этой статье мы рассмотрим один из многих вариантов изготовления методом ЛУТ (лазерно-утюжной технологии). 

Этот метод уже стар как мир. Наверно, начало ему положила эра лазерных черно-белых принтеров. Суть процесса примерно следующая: проектируем в какой-то из программ плату, печатаем этот макет на бумаге, с помощью утюга и грубой силы методом тиснения вдавливаем рисунок на стеклотекстолит. Под утюгом тонер на бумаге плавится и приклеивается к текстолиту. Дальше нужно под водой отчистить бумагу без особых усилий, чтобы тонер не отодрался от платы. Затем, такую заготовку травят, например, с помощью хлорного железа, которое в процессе химической реакции разъедает непокрытые участки меди. Остаются только дорожки, покрытые тонером. Далее очищают растворителем тонер и остается готовая платка для сверления отверстий под выводы радиодеталей. Это упрощенное описание классического изготовления. На каждом этапе могут быть разные варианты. Давайте рассмотрим часть из них. 

Во главе всего стоит проектирование - нужно развести плату, чтобы затем распечатать данный шаблон на чём-то. Наиболее простой вариант проектирования это использовать программу Sprint Layout 6. Поигравшись пару часов в ней вы довольно быстро привыкнете к её интерфейсу и всему функционалу. Она позволяет разводить одно- и двухслойные платы.

Sprint Layout 6 для проектирования печатной платы

Разумеется, кроме этой программы есть и более мощные альтернативы, например, Altium Designer.

Altium Designer для проектирования печатной платы

Если смотреть в сторону упрощения - тогда только маркером прямо по плате рисовать smile. Да, это тоже вариант на скорую руку. Если маркер качественный и хорошо (плотно) покрывает чернилами плату, то такой слой хлорное железе не разъест. 

Далее вопрос на чём и чем печатать. Струйный принтер сразу не подойдет. Для струйника может подойти другой способ изготовления ПП - с помощью фоторезиста. Лично я этот способ пока не опробовал, но вроде качество таким методом несколько лучше чем у ЛУТа, но и по себестоимости он дороже - потребуется сама фоторезистивная плёнка, ультрафиолетовая лампа, прозрачная плёнка для печати шаблона, не говоря уже о том, что ваш принтер должен уметь печатать сплошной заливкой в хорошем качестве и на глянцевой плёнке. Этот метод мы не будем рассматривать.

Для печати нам потребуется лазерный принтер. Если у вас его нет и вам он необходим разве что для ЛУТа, посмотрите б.у. варианты на доске бесплатных объявлений. Попросите у продавца сфотографировать/отсканировать распечатанный листок. Желательно покупать принтер с качеством печати 1200 dpi. В моём случае это был принтер Samsung ML2250 за 15 у.е., с полным картриджем и еще одним доп. картриджем. Согласно счетчику на принтере он уже отпечатал 200 тыс. страниц, но качество печати у него было хорошим. Разве что одну полосу делает слегка светлым тоном. Но это не критично. Главное чтобы не пропускал совсем. Причем, не понятно какой тонер был заправлен. В общем, для печати плат я посчитал это нормальным вариантом. В настройках можно указать хорошее качество для плотной печати черным цветом. Когда будете печатать шаблон, обязательно посмотрите в настройках наличие подобных переключателей. И отключайте экономный режим, нужно чтобы печатал черным цветом и максимально плотно. 

Далее определимся, на чём будем печатать. Самый простой вариант - это офисная бумага. Но распечатанный на такой бумаге шаблон плохо переносится на стеклотекстолит. Да и отдирается потом вместе с бумагой. Немного получше вариант это глянцевая бумага из журналов. Тонер при надавливании утюгом хорошо приплавляется к текстолиту, но от бумаги отделяется проблемно. Поэтому, отбрасывайте первые два варианта и печатайте на фотобумаге. Многие рекомендуют производителя Lomond. Но у себя в городе я не нашел по адекватной цене, нужной плотности и в минимальном количестве такую бумагу. Поэтому использую фотобумагу от Optima, обязательно глянцевая, плотность 130 г/м2. Возможно, с немного меньшей плотностью будут результаты получше, но точно не следует брать более плотную бумагу. Формат листов может быть как 10х15 см, так и А4. 

Стоит упомянуть о таком моменте. Если мы используем офисную бумагу или из журналов - тогда её нужно отдирать не на сухую, а под тёплой водой. Нужно чтобы она размокла и пальцем понемногу туда-сюда тереть, стараясь не повредить сам тонер. В некоторых местах (например, между дорожками) иногда бывает трудно отодрать таким образом бумагу. В итоге между дорожками при травлении не будет промежутка и это выйдет одной сплошной дорожкой.

Распечатанный шаблон для ЛУТ

Если же мы используем фотобумагу (а мы ведь так и делаем?), тогда никакой воды не потребуется. Мы на горячую будем отдирать шаблон с бумагой от платы. За счет глянцевого слоя тонер должен достаточно хорошо отделится от самой бумаги. Об этом чуть дальше. 

На данном этапе мы имеем напечатанный на фотобумаге шаблон платы. При печати не забудьте зеркально отобразить шаблон. Далее нужен кусок подходящего стеклотекстолита. Обрезаем по размеру, медную поверхность без усилий очищаем круговыми движениями с помощью наждачной бумаги "нулёвкой". Затем протираем поверхность растворителем (марка 647-й, например). Старайтесь больше не трогать эту поверхность руками. 

Неочищенный стеклотекстолит Очищенный стеклотекстолит

Сейчас мы рассматриваем изготовление односторонней платы. Соответственно, медное покрытие на текстолите только с одной стороны и нам нужен будет только один шаблон. Но иногда нужно сделать двухстороннюю плату. Это не особо отличается от процесса изготовления односторонней ПП. В таком случае нам потребуется два шаблона. Прикладываем их друг к другу распечатанным рисунком, подносим к лампе и на просвет совмещаем рисунки один относительно другого, чтобы совпадали отверстия. Затем степлером сшиваем с трёх сторон. С четвертой несшитой стороны мы будем засовывать текстолит в этот "конверт". Желательно шаблон печатать с рамкой по периметру, чтобы на просвет легче было совмещать рисунки и затем устанавливать стеклотекстолит относительно этой рамки. Далее процесс, как и в случае с изготовлением односторонней платы.

Выравниваем шаблон относительно стеклотекстолита

Как видно на рисунке выше, на шаблоне присутствует рамка. По ней как раз и центрируем шаблон. Далее включаем утюг, выкручиваем регулятор температуры на полную и даём прогреться до отключения. Затем нужно не смещая рисунок перевернуть этот "бутерброд" бумагой к верху. Придерживая с одной стороны шаблон чтобы избежать смещения, прикладываем утюг к другой стороне, слегка придавив, чтобы тонер прихватился к плате. Этим мы зафиксируем шаблон относительно платы. Затем сверху приложите чистый листок А4 бумаги (обычная, офисная, 80 г/м2). Дальнейшее прогревание "бутерброда" производите через этот лист бумаги. Нужно приложить утюг на всю площадь платы и придавить со средней силой. Затем, перемещая утюг, придавливаете и разглаживаете по всей площади шаблона. Но не нужно перемещать утюг в момент нажатия, чтобы не смазался тонер под бумагой. Если у вас дорожки и расстояние между ними 0.5 мм и более - можно давить сильно, если менее - тут уже с опытом придет понимание нужного нажатия. Если переусердствовать, то дорожки могут слипнуться. Также в конце уже без листа бумаги носиком утюга аккуратно можете поводить по шаблону, чтобы хорошо пройтись по краям и по наиболее важным местам шаблона. 

Затем даём остыть секунд 30. Плата не должна быть тёплой и не должна быть раскалённой. Она должна быть средне горячей, ближе к теплому состоянию. Начинаем отдирать фотобумагу от платы. Если видите, что в самом начале тонер не "перебился" - обратно приложите шаблон (вы ведь не до конца его оторвали?) и еще раз утюгом придавите это место. Затем один продолжительным движением понемногу отделяете бумагу. Весь рисунок должен остаться на плате. Возможно, в некоторых местах частично тонер останется на бумаге. Если это не критичный участок, то потом можно будет такие места подрисовать маркером. Бывает, что с первой попытки не удается перебить шаблон с тонкими дорожками. Ничего не поделать, придется пробовать еще раз. 

Шаблон полностью перебился на плату

У вас должно получиться примерно как на рисунке выше. Если у вас дорожки от 0.5 мм и расстояния между ними от 0.5 мм и выше, то, как правило, такой шаблон перебивается с первой попытки. Если сразу не вышло - анализируем, что пошло не так. Потом печатаем еще один шаблон, отмываем от тонера плату с помощью растворителя. Повторяем попытку.

Если же всё прошло удачно, то у вас получится что-то примерно следующее:

Перебитый на текстолит шаблон

Поздравляю, вы только что сделали самую трудную часть wink. Мы подошли в процессе травления. Как и в предыдущих абзацах статьи были разные варианты решения одной задачи, так и здесь - травить плату можно разными способами. Я предложу, пожалуй, два наиболее подходящих варианта. 

Вариант 1: лимонная кислота. Преимущество этого способа в его безопасности, дешевизне, доступности. Для этого нам понадобится лимонная кислота, перекись водорода, немного соли. Скажем, для платки 10х15 см потребуется 1 пакетик лимонной кислоты (еще и останется), пузырёк перекиси 0.33 мл (тоже будет остаток) и соли с четверть чайной ложки. Чем больше кислоты и перекиси - тем быстрее реакция пройдет. Просто мешаем друг с другом пол пакета кислоты, пол пузырька перекиси и чуть соли. Окунаем плату и процесс пошел. Нужно периодически мягкой кистью смахивать с платы остатки хим. реакции. После травления раствор выливаем, так как он не хранится долго. Таким способом я сделал некоторое количество плат, но потом стало лень за всеми ингредиентами ходить (лимонная кислота продается в продуктовом магазине, перекись водорода в аптеке, соль в шахте), поэтому перешел ко второму способу. 

Вариант 2: хлорное железо. Продается на радиорынке или в соответствующем магазине. Стоит чуть дороже такой вариант, чем в первом случае. Хлорное железо продается в виде грудок (как грудки глины). Покупайте самую мелкую упаковку и её вам хватит для вышеприведённой платы. Далее поймёте расход. Но преимущество этого способа в возможности повторного использования раствора через длительное время. Потравили сегодня плату, через полгода можно еще что-то в этом растворе травить. Периодически нужно отделять жидкую часть от нижней "каши" из меди. Всё что на дне густое - нужно сливать. Аккуратно! Раствор оставляет не отмывающиеся пятна на одежде. Если на длительное время оставить где-то на ванной или раковине - будет желтое пятно. Поэтому сливайте в ванную прямо в слив. Ах да, забыл упомянуть, как травить. Наливаете в тару тёплой воды (пол чашки), добавляете немного хлорного железа. Всё это размешиваете. Окунаете плату и процесс пошел. Также периодически нужно смахивать кисточкой вытравленную медь. Когда завершите раствор закрываете плотной крышкой и ставите в прохладное тёмное место. Чем больше растворите хлорного железа в воде - тем быстрее будет проходить реакция. 

Для всех вариантов травления используете пластиковую или стеклянную тару. Если плата большая, а подходящей тары не нашлось - возьмите картонную коробку, в неё поместите клеёнку в два слоя или несколько пакетов. Это будет вам импровизированной такой. 

Мы будем использовать хлорное железо для травления платы. Процесс травления изображен на рисунках ниже.

Процесс травления платы Вытравленная плата

После того как раствор съест лишнюю медь и визуально останется только черные места с тонером, можно вынимать плату, мыть под водой и потом очищать с помощью растворителя. 

Очистка платы от тонера с помощью растворителя Очищенная от тонера плата Смотрим на просвет качество дорожек

Еще одна важная часть позади. Теперь нужно нанести припой на свежую медь. Это не обязательный шаг - некоторые не лудят плату целиком, а только места пайки непосредственно в момент пайки радиодеталей на плату. Но я прохожусь припоем по плате. Это немного утолщает дорожки и защищает медь. Можно непосредственно паяльником по всей плате возить и таким образом её лудить. Хоть это и будет достаточно качественно, но визуально будет некрасивым, так как покрытие на дорожках будет горбатым. 

Другой вариант - это залить сплавом Розе. Продается опять-таки на радиорынке. Стоимость за небольшой пакетик около доллара. Хватит вам его на изготовление плат на очень длительное время. Что за сплав такой и почему бы не лудить просто припоем? У этого сплава низкая температура плавления, в разы меньше чем у стандартного припоя. Соответственно, вы не вредите стеклотекстолиту и не перегреваете его. Но наносить сплав Розе мы будет не паяльником, а в таре из нержавейки и на газовой плите. Согласно википедии, температура плавления данного сплава 94 градуса.

Нам потребуется в тару залить воды (1 - 1.5 см глубиной) и засыпать лимонной кислоты. Не используйте алюминиевую тару - сплав Розе будет разъедать в ней дырки. При использовании нержавейки вы никак такими процедурами ей не навредите. Перемешайте воду и лимонную кислоту до однообразного состояния. Поместите плату в раствор. Доведите до кипения. По центру платы бросьте пару кусочков сплава Розе. Через минуту-две сплав должен расплавиться и за счет лимонной кислоты будет "приставать" к плате. Далее понадобятся две деревянных досточки/палки. Одна должна быть на торце ровной. Этой частью нужно размазывать сплав по плате чтобы оставалась тонкая плёнка. Бывает, что комфортка на газовой плите не может довести до температуры плавления сплав. Тогда нужно прижать плату досточкой ко дну, чтобы плата максимально "брала" температуру от сосуда. Лично я для небольших плат использую кастрюлю, для больших плат - это тара для приготовления курицы прямоугольной формы. На фото ниже вы её увидите. Если даже при нажатии на плату сплав плохо плавится - переверните плату медью ко дну сосуда, чтобы сплав оказался на дне сосуда, а плата поверх него. Затем быстро переворачивайте и счищайте деревянной досточкой остатки сплава, чтобы на плате осталась только тонкая плёнка. Если и так не получается - придется добавлять сплав Вуда, температура плавления котого еще ниже (около 70 С). Пропорция должна быть примерно следующая: 2-3 части сплава Розе и 1 часть сплава Вуда. 

Лужение платы в лимонной кислоте и с помощью сплава Розе Лужение платы в лимонной кислоте и с помощью сплава Розе Лужёная сплавом Розе плата

После покрытия сплавом выймите плату, остатки сплава соберите в лепёшку, когда он еще жидкий. Он пригоден для многократного использования. 

  Также сплавом Розе хорошо выпаивать радиокомпоненты из платы - нужно просто пропаять им нужную радиодеталь. Смешавшись со старым припоем, сплав Розе уменьшит температуру плавления при выпайке. Соответственно, выпаять радиодеталь будет уже легче - не нужно будет греть до 300 и выше градусов. 

Далее необходимо сделать нужные отверстия для установки радиокомпонентов в плату. Это нужно делать сверлом 0.5-0.9 мм в зависимости от диаметра выводов устанавливаемой детали.

Сверление отверстий в печатной плате

Кроме того, бывают случаи, когда к плате припаиваются провода. Делать это непосредственно в отверстие самой платы не очень хорошо, потому что при манипуляциях с платой провод, особенно если он одножильный и жесткий, может оторвать дорожку от текстолита. Поэтому, под провода устанавливают сквозные заклёпки и уже в эти заклёпки впаивают провод. Теперь он надёжно закреплён. 

Также бывает нужным передать контакт с одной стороны платы на другую. Это в случае изготовления двухсторонней платы. Можно, конечно, сделать это путём вставки проводка и затем пропаять его с двух сторон. Но это не очень правильный способ. 

При промышленном изготовлении плат для передачи контакта между слоями плат делают металлизацию отверстий. Но в домашних условиях этот способ не такой простой и кроме возни с самой платой еще придется и наносить медное покрытие в отверстия путём химической реакции. Другой, более простой вариант решения этой задачи - это установка сквозных заклёпок. В качестве заклёпок я использую кабельные наконечники. Они предназначены для многожильного провода, чтобы его жилы не распускались. Но мы его будем использовать не по прямому назначению, а для передачи контакта между верхним и нижним слоями платы. В большинстве случаев нам хватит самых тонких наконечников (заклёпок), рассчитанных на сечение провода 0.5 мм2. Название для поиска EN0508 (сечение провода 0.5 мм, длина наконечника 8 мм). Их диаметр около 1.3 мм. Стоят меньше доллара за 100 шт.

Кабельные наконечники, используемые для металлизации отверстий Сверление отверстий под заклёпки (кабельные наконечники) Вставка и обрезание заклёпок

Ниже указано сечение (не диаметр) провода под который рассчитан наконечник и необходимое сверло под него:

0.5 мм 1.3 мм
0.75 мм 1.5 - 1.6 мм
1.0 мм 1.7 - 1.8 мм
1.5 мм 2.0 - 2.1 мм

Вставлять их нужно широкой частью на непокрытую медью сторону. Обратная сторона заклёпки обрезается почти "под корень". Остается около 1 мм. При этом сама трубка заклёпки сплющивается. Далее потребуется дрель, шлифовальный камень круглой формы и стойка для дрели. Стойка обязательно нужна, так как в ней есть ограничитель, который не даст опустить дрель ниже нужного. Под плату нужно подложить кусок стекла, чтобы обеспечить ровную поверхность. Вообще, это не столько обязательный шаг. Это нужно чтобы сделать отрезанный кусок заклёпки круглым и красивым. Он все равно потом будет пропаиваться. 

Шлифовка отрезанных заклёпок

На такой установки мы снимает сколько получается от того остатка заклёпки в 1 мм. Аккуратно, чтобы не "счесать" дорожки на самой плате. Сплющенные заклёпки нужно с обратной стороны "раскрыть" толстой булавкой, иглой или шилом.

Далее нам потребуются высокотехнологичные инструменты, доступные не каждому. Это два молотка (один квадратный в сечении), и остро заточенный в виде шила инструмент (можно даже гвоздь). 

Хай-тек инструменты для установки заклёпок

Расплющиваем заклёпку одним-двумя легкими ударами, затем просто молотком бьём по заклёпке, чтобы сделать плоскость. Должно получиться примерно как на рисунках ниже.

Обрезанные заклёпки Установленные заклёпки (вид снизу) Установленные заклёпки (вид сверху)

Всё. Самая трудная часть сделана. Остается последний штрих - нужно обязательно пропаять такие заклёпки по кругу. Я не спроста на этом акцентирую внимание, так как через некоторое время пропадает контакт между заклёпкой и дорожкой, если не пропаять припоем. Сама заклёпка из меди и паяется без проблем. 

Пропаянные заклёпки

Если у вас есть оловоотсос - старайтесь не оставлять припой в самой заклёпке, так как потом нужно будет вставлять провод или выводы радиодетали. 

На этом изготовление платы можно считать законченным. Как дополнение, можно покрыть луженую поверхность дополнительно слоем лака из баллончика. Также кто-то наносит паяльную маску разного цвета (что-то вроде краски). С помощью шелкографии наносятся обозначения на плату для каждой радиодетали. Но это уже не столь обязательные шаги. 

Поделитесь своим мнением о статье