Изготовление SMD печатных плат в домашних условиях (метод фоторезиста): 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Изготовление печатных плат в домашних условиях, вероятно, умирающее искусство, поскольку все больше и больше компаний-производителей печатных плат будут печатать вашу печатную плату и доставлять их к вам домой по разумной цене. Тем не менее, знание того, как изготавливать печатные платы, по-прежнему будет полезно при создании прототипов или замене поврежденной схемы, доставка которой займет недели. Кроме того, навыки, необходимые для травления печатной платы, могут быть полезны для травления многих других материалов с творческим дизайном.

В этом руководстве я покажу вам, как протравить одностороннюю плату, нанести паяльную маску и припаять некоторые компоненты SMD, чтобы сделать тестовую плату для некоторых светодиодов WS2812B RGB.

Шаг 1: Материалы:

Вот список всех материалов, которые вам понадобятся для протравливания и заполнения вашей печатной платы.

• Доска медная плакированная *
• Алкоголь
• Ацетон
• Пластиковый поднос
• Офорт **
• Компоненты платы
• Прозрачные листы для струйной или лазерной печати
• Набор пинцетов
• Паяльная станция с термофеном (для SMD)
• Фоторезист
• Поток
• Оплетка для распайки
• Паяльная паста
• Паяльная маска

* Использование плит, облицованных стекловолокном и медью, не рекомендуется, так как их может быть трудно разрезать.

** Я использовал 2: 1 раствор перекиси водорода и HCl, 3% и 30% соответственно.

Шаг 2: спроектируйте свою схему

Существует множество программ для разработки вашей схемы. Чаще всего я использую Eagle, который, возможно, не такой продвинутый, как некоторые другие доступные программы для печатных плат, но он бесплатный и простой в использовании. Он позволяет создавать доски до двух слоев. Eagle был недавно приобретен Autodesk, поэтому в будущем он может стать более востребованным в профессиональной сфере.

Если вы не знакомы с дизайном печатных плат, я предлагаю вам взглянуть на другие инструкции, на YouTube также есть отличные руководства, например, Джереми Блюма.

На картинке вы можете увидеть, как выглядит схема после ее завершения. В этом случае эта схема будет использоваться для проверки некоторых светодиодов WS2812B.

Я прикрепил файлы Eagle на случай, если вы захотите сохранить или изменить схему.

Шаг 3: экспорт зеркального негатива печатной платы

К сожалению, у Eagle нет возможности инвертировать цвета схемы перед печатью, поэтому требуются некоторые дополнительные действия.

Когда вы закончите свою схему, выберите дорожки, контактные площадки и другие вещи, которые вы хотите травить, а затем экспортируйте их в файл PDF. Сделайте то же самое только для контактных площадок, это будет использоваться для открытия паяльной маски.

Eagle выводит PDF-файл с разрешением 600 точек на дюйм, которое обычно совпадает с разрешением вашего принтера, поэтому регулировка размера не требуется.

Чтобы инвертировать цвета PDF-файла, я использовал GIMP. Я открыл файл с разрешением 600 точек на дюйм * и начал инвертировать цвета, выбрав схему и используя инструмент инвертирования. Я также приклеил подушечки рядом, чтобы распечатать все сразу.

Я приложил файл PDF на тот случай, если вы хотите распечатать эту схему, изменение размера не требуется.

* Предупреждение: установка любого разрешения в программе редактирования, отличного от 600 точек на дюйм, приведет к изменению размера при печати, которое будет трудно исправить. Кроме того, убедитесь, что ваша схема зеркально отражена, чтобы ее можно было перевернуть, прижав тонер или чернила к плате.

Шаг 4: Подготовьте прозрачные пленки

Убедившись, что все компоненты хорошо вписываются в схему на бумаге, схема и контактные площадки распечатываются на прозрачной пленке.

Довольно часто одной прозрачности недостаточно, могут появиться дыры, пропускающие свет, оставляя незащищенные участки там, где они нам не нужны. Это может быть серьезная проблема, которую легко решить, наложив сверху еще одну прозрачную пленку.

Прозрачные пленки приклеиваются эпоксидной смолой и выравниваются, а эпоксидная смола остается для застывания. Размещение прозрачной пленки под плоской поверхностью - хорошая идея, чтобы она была полностью плоской после застывания эпоксидной смолы. Избыток обрезается перед переходом к следующему шагу.

Шаг 5: Подготовьте доску

На плате, плакированной медью, есть надрезы с обеих сторон и они разламываются по размеру. Его также очищают с помощью губки и небольшого количества мыла, чтобы поверхность оставалась блестящей и чистой. Спирт также можно использовать для очистки любых остатков.

Убедитесь, что на доске нет пыли или отпечатков пальцев, так как от их остатков зависит успех следующего шага.

Шаг 6: приклейте фоторезистивную пленку

Отрежьте небольшой кусок фоторезистивной пленки. Пленка состоит из трех слоев: пластмассы сверху и снизу и химического фоторезиста, зажатого посередине. Чтобы отделить пленку, я кладу два куска скотча на край, а затем разрываю, прозрачная пленка оторвется и будет выброшена, липкая сторона (та, что с оголенным фоторезистом) легко приклеивается к плате без каких-либо пузырьков воздуха.

Чтобы пленка полностью приклеилась к доске, необходимо приложить немного тепла. Модифицированный ламинатор часто является предпочтительным методом, но также подойдет утюг или электрическая плита. В моем случае я использую электрическую плиту на кухне. Между ними используется лист бумаги, чтобы полиэтиленовая пленка не нагревалась слишком сильно.

Шаг 7: выставляем фоторезист

Прозрачность прилипает к фоторезисту с помощью капли воды. Затем он подвергается воздействию ультрафиолетового излучения.

Важно, чтобы чернила или тонер на прозрачной пленке контактировали с доской, в противном случае свет может проникнуть между пленкой и доской и вызвать некоторые дефекты.

Время экспозиции будет зависеть от мощности вашего источника ультрафиолета. В моем случае 30 секунд в моем самодельном экспонаторе печатных плат достаточно. При использовании обычной лампочки CFL может потребоваться несколько минут.

Шаг 8: Удалите неоткрытый фоторезист

После экспонирования печатной платы прозрачная пленка удаляется, а пластиковая пленка, удерживающая фоторезист, снимается. Фоторезист затвердеет и прилипнет к доске.

Непокрытый фоторезист удаляется в 1% растворе карбоната натрия *. Кисть нужна для быстрого растворения неэкспонированных участков. После этого должна быть видна медная плата.

Как только это будет сделано, плату снова подвергают воздействию ультрафиолетового излучения, чтобы полностью отвердить фоторезист и подготовить его к травлению.

* Карбонат натрия также известен как стиральная сода. Если у вас нет доступа к карбонату натрия, вы можете приготовить его, нагревая бикарбонат натрия (пищевая сода) в духовке при 200ºC в течение нескольких часов.

Шаг 9: травление доски

Плата протравливается в растворе перекиси водорода 2: 1 и HCl (соляной кислоты), это обычно занимает около 10 минут. Затем фоторезист удаляется, погружая плату в ацетон до тех пор, пока она не отслоится.

Края доски окончательно обрезаются и шлифуются. После протравливания платы выполняется проверка целостности, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания.

Шаг 10: нанесение паяльной маски

В центре платы нанесена большая капля паяльной маски. Сверху наклеивается прозрачная пленка, и капля паяльной маски равномерно сжимается. Тот же процесс, что и раньше, используется для обнажения печатной платы. Неэкспонированную паяльную маску удаляют с помощью водопроводной воды и кисти.

В некоторых случаях паяльная маска может прилипать к прозрачной пленке, поэтому между ними зажат кусок полипропиленовой пленки. Если протереть доску спиртом и бумажным полотенцем, она станет блестящей.

Нанести паяльную маску может быть немного сложно, как видите, некоторые пятна отклеились, но это приемлемо.

Шаг 11: Пайка компонентов

На каждую контактную площадку нанесено немного паяльной пасты. Компоненты SMD размещаются на площадках. Не волнуйтесь, если это выглядит как беспорядок, после воздействия тепла поверхностное натяжение расплавленного олова вытянет компоненты прямо. Паяльная маска предотвратит прилипание припоя где-либо еще, кроме контактных площадок.

Компоненты нагреваются с помощью термофена при температуре 300ºC в течение нескольких секунд, пока паяльная паста не расплавится. Затем ему дают медленно остыть в течение нескольких минут. Могут быть использованы другие методы (оплавление, горячая пластина…).

Некоторые контактные разъемы припаяны к схеме перед ее тестированием на макетной плате.

Шаг 12: Тестирование светодиодов

Для управления светодиодами используется простая программа Arduino с библиотекой FastLED. В светодиодах WS2812B хорошо то, что им не нужны резисторы, поскольку есть внутренняя ИС, которая регулирует ток. Одним входом можно управлять и целым массивом.

Эта небольшая тестовая доска была успешно завершена, и пора переходить к более крупным проектам.

Если вам понравился этот проект и вы хотите увидеть более подробные инструкции по некоторым из обсуждаемых здесь тем, пожалуйста, оцените это руководство и подумайте о том, чтобы проголосовать за него в конкурсе светодиодов.

Спасибо за просмотр!