Печатные платы-убийцы: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Это руководство демонстрирует процесс изготовления печатных плат с характеристиками всего 0,005, подходящих для LQFP или QFN IC, с использованием негативного сухого пленочного фоторезиста. Это позволит вам работать практически с любой доступной интегральной схемой - даже с шариковой решеткой! На рисунке показаны платы с корпусами TSSOP-14, QFN-40 с шагом 0,65 мм и гибкими гнездами с нулевым усилием вставки и шагом 0,5 мм.

Шаг 1. Справочная информация

Поэкспериментировав некоторое время с изготовлением домашних печатных плат, я, наконец, разработал процесс, который дает достаточно стабильные результаты, которые на самом деле выглядят довольно хорошо. Я потратил много времени, пытаясь использовать метод переноса тонера с разной степенью успеха (хорошо, разная степень отказа может быть более точной). Я также попробовал спрей для защиты от негативных фотографий Philmore / Datak с неизменно ужасными результатами (вещество в конечном итоге расплавило сопло, которое шло с ним, и потекло повсюду). Не зеленый и не рекомендуется. Теперь я мог бы купить предварительно сенсибилизированные платы и сэкономить массу хлопот, но я считаю, что этот материал слишком дорог для того объема плат, который я производю. В конце концов я попробовал фоторезист на сухой пленке и больше не вернусь! Я не собираюсь вдаваться в тонкости схематического захвата или травления, поскольку эти предметы хорошо освещены другими инструкциями. Не используются летучие соединения - только простые основания, которые можно сделать экологически безопасными путем фильтрации твердых частиц и нейтрализации HCl (см. Инструкции производителя для надлежащих процедур утилизации). Этот процесс, в сочетании с процессом травления перекисью / хлоридом меди, образует экологически безопасный процесс разработки экологически чистых печатных плат. Если вы еще не пробовали метод переноса тонера, сделайте это. Если у вас нет волшебного тонера и / или бумаги, метод резиста сухой пленки даст лучшие результаты, но этот процесс немного сложнее. Если вас устраивают результаты переноса тонера, во что бы то ни стало, придерживайтесь этого метода. Естественно, применяются стандартные предупреждения: травление печатных плат и обработка сухой пленки связаны с едкими материалами - обязательно используйте защитное снаряжение и имейте под рукой устройство для промывания глаз (или, по крайней мере, ведро с водой). Также обратите внимание, что проявка и снятие сухой пленки включают в себя сильные основы - держите их подальше от ваших травильных химикатов, иначе они могут бурно вступить в реакцию. На данный момент я использовал три типа резиста для сухой пленки, каждый из которых показал себя хорошо: MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Приблизительно 20 долларов США за 12 дюймов на 5 футов в Frys, Altex и в Интернете. MG отказалась указать большие количества и не будет разглашать производителя своей пленки. - Dupont Riston M115 доступен в Think & Tinker Excellent resist, гораздо более экономичен, чем MG, если вам нужны большие партии (12 дюймов x 50 футов за 96,75 долларов США, 12 дюймов x 100 футов за 116,26 долларов США). Выдающаяся экипировка, очень отзывчивые, дружелюбные люди и много полезной информации. Потрясающий сайт! - Корейский производитель сопротивления пленки Kolon Dry Film Resist продается по цене несколько меньше, чем Think & Tinker's Riston, но с чемоданами минимум 500 футов. Что вам понадобится - Лазерный принтер - Домашний / офисный ламинатор - Прозрачные пленки для лазерных принтеров - Клей для распыления - Сухая негативная пленка для фоторезиста - Проявитель резиста (карбонат натрия) - Стриппер сопротивления (sodi мкм гидроксид) - Стеклянные листы - Прозрачная лента - Желтый свет от насекомых - Светонепроницаемая зона - Опционально - Вакуумный мешок или вакуумная рама - Коллимированный источник УФ-облучения - Вращающийся триммер для бумаги - Руководство по чувствительности Стоуфера для калибровки на 21 шаг

Шаг 2: Создайте иллюстрацию

Я предполагаю, что вы захватили свою схему и выложили свою печатную плату в чем-то вроде Eagle - если вы не понимаете, о чем я говорю, вам лучше начать с изучения схемы и компоновки печатной платы. После того, как вы разложили печатную плату, вам нужно будет создать негативные фото-маски. Маска негативной фотографии - это прозрачная пленка, которая четко видна там, где вам нужна медь, и черная, где вы хотите удалить медь. Один совет: если вы возьмете за привычку заполнять слои печатной платы плоскостями заземления или питания, вы сэкономите много тонера. Также обратите внимание, что вы можете расположить макет печатной платы в Eagle, используя команду группового копирования, если нет связанного файла схемы (в противном случае он будет жаловаться, что вам нужно сделать это в схеме "). Я обнаружил, что процесс инвертирования цветов в ваш результат был на удивление сложным, но в конце концов я остановился на этом довольно простом подходе с использованием программного обеспечения для векторного рисования с открытым исходным кодом Inkscape: 1. Убедитесь, что вы выбрали только слои, необходимые для травления (например, верхний / нижний, контактные площадки, переходные отверстия). 2. Используйте функцию печати Eagle для вывода в файл PDF. Несмотря на то, что мы печатаем на прозрачных пленках, вы все равно захотите отразить верхний слой, чтобы сторона с печатью находилась как можно ближе к доске и не растекалась. 3. Если у вас еще не установлен Inkscape, загрузите его и установите сейчас. 4. Откройте PDF-файл в Inkscape (примите параметры загрузки по умолчанию). 5. Откройте панель «Слои» (Меню Слой: Слои). 6. Нажмите кнопку +, чтобы добавить слой. Назовите его как хотите (я назвал свой "b"). 7. Нажмите стрелку вниз, чтобы переместить новый слой вниз 8. Выберите инструмент прямоугольник на панели инструментов 9. Щелкните правой кнопкой мыши образец синего цвета в нижней части экрана и выберите Установить обводку.10. Щелкните правой кнопкой мыши образец серого цвета и выберите Установить заливку.11. Щелкните и перетащите, чтобы нарисовать прямоугольник вокруг доски. 12. Выберите инструмент со стрелкой, затем выделите и перетащите каждую сторону прямоугольника прямо к краю доски. Дисплей должен выглядеть примерно так: 13. Щелкните правой кнопкой мыши черный образец внизу экрана и выберите «Установить заливку». Снова щелкните правой кнопкой мыши черный образец и выберите Установить обводку. 14. Щелкните значок глаза на палитре слоев, чтобы отключить слой B. 15. Щелкните и перетащите, чтобы выбрать свою доску (или щелкните значок выбора всех видимых на панели инструментов) 16. Отменить изображение (Эффекты меню: Цвет: Негатив) 17. Щелкните значок глаза для слоя b еще раз. У вас должно получиться что-то вроде этого: 18. Щелкните Сохранить как, затем измените тип файла на PDF через Cairo и добавьте _out к имени файла (например, test_out.pdf), чтобы не перезаписывать оригинал. Снова нажмите «Сохранить как», чтобы сохранить как формат SVG по умолчанию.

Шаг 3. Сделайте прозрачные пленки

Эта часть тоже была немного сложной. Проблема в том, что большинство лазерных принтеров не делают действительно темные отпечатки, поэтому часть света просачивается через черные области. Я испробовал множество подходов к выборочному затемнению тонера: маркеры сухого стирания, чернила для штампов, мелки, уголь, графит, смягчение / нагрев + дополнительное нанесение тонера и т. Д. Ничего из этого не сработало. Вот что у меня стабильно работает:

1. Начните с небольших иллюстраций - я использую вращающийся триммер для бумаги, чтобы разрезать прозрачные листы на четверти (4,25 x 5,5) по 2-3 листа за раз. Небольшие произведения искусства лучше, потому что искажения прозрачного материала, связанные с нагревом, уменьшатся. 2. Откройте PDF-файл из последнего шага с помощью Adobe Reader и распечатайте на лазерном принтере, загруженном прозрачными листами. Для своего принтера (Brother HL-5250DN) я использую следующие настройки: определяемый пользователем размер бумаги (4,25 x 5,5), без двусторонней печати, ручная подача, 1200 точек на дюйм, самая темная плотность. Большой совет: у вас может быть несколько копий одного и того же принтера, установленного в Windows, поэтому добавьте новый принтер под названием PCB_Laser в качестве дубликата вашего существующего лазерного принтера, затем щелкните правой кнопкой мыши и измените настройки по умолчанию, если это необходимо для печати на прозрачной печатной плате. 3. Распечатайте верхнее и нижнее изображение. Поднесите произведение к свету: вы видите свет, просачивающийся через черные области? Если ваши результаты похожи на мои, у вас будет достаточно просачивания, чтобы вызвать проблемы с вашим резистом. Обратите внимание, что вам действительно нужно иметь несколько больших черных областей, чтобы точно определять плотность тонера. Если у вас есть сверхплотный тонер, перейдите к шагу 8, в противном случае распечатайте вторую копию каждой из ваших прозрачных пленок. 4. Затем вам понадобится импровизированный световой стол, чтобы выровнять иллюстрацию. Это может быть просто лист бумаги, приклеенный к залитому солнцем окну, или неглубокий поднос, содержащий фонарь размером с хоккейную шайбу, прикрытый листом бумаги и оконным стеклом. Подсветка от сканера - отличный световой стол. Просто запустите сканирование в режиме прозрачности / негатива - есть вероятность, что подсветка останется включенной на несколько минут после сканирования, затем снимите крышку и переверните ее. Использование увеличительной линзы на голове значительно поможет в выравнивании ваших произведений искусства. 5. Затем мы склеим пары прозрачных пленок (2х верх, 2х низ), чтобы удвоить плотность тонера. Для этого возьмите по одной копии каждой прозрачной пленки и нанесите аэрозольный клей на сторону тонера. Вы можете определить сторону тонера, наблюдая за отражением света от поверхности прозрачной пленки; тонер кажется тусклым со стороны тонера. 6. Поместите прозрачную пленку с неклейким покрытием на световой столик стороной с тонером вниз - возможно, вы захотите свободно приклеить углы этого листа к световому столу (загните ленту на конце, чтобы ее можно было легко оторвать. потом). 7. Тщательно совместите (совместите) прозрачную пленку с клеевым покрытием с прозрачной пленкой без покрытия. После выравнивания плотно прижмите, чтобы склеить два листа. 8. Пропустите выровненные прозрачные пленки через ламинатор на самом холодном режиме, чтобы слои прочно склеились. 9. Выровняйте верхнюю и нижнюю части рисунка (стороной с тонером внутрь) и надежно закрепите лентой, оставив достаточно места, чтобы между ними можно было вставить печатную плату. В качестве альтернативы, если у вас есть бордюр шириной не менее дюйма вокруг доски, вы можете нанести аэрозольный клей на полоску 1/2 дюйма по двум краям, накрыв остальную часть маски уголком листа бумаги - просто Убедитесь, что расстояние между клейкой полосой и краем платы составляет не менее 1/4 дюйма.

Шаг 4: Подготовка медного покрытия

Тщательно очистите покрытый медью материал с помощью чистящей салфетки и чистящего средства, содержащего отбеливатель (например, Soft Scrub w / Bleach). Отшлифуйте влажной / сухой наждачной бумагой с зернистостью 320 или 400, чтобы придать поверхности шероховатость и обеспечить надлежащее сопротивление адгезии. Высушите доску, стараясь не касаться доски без перчаток (чтобы масло с кожи не попало на доску).

Шаг 5: ламинат

Есть несколько различных возможных подходов к ламинированию печатной платы. MG Chemicals предлагает подход к упаковке и ламинированию. Другие предлагают использовать тепло или воду (или и то, и другое) для приклеивания резиста к печатной плате перед ламинированием. Мне повезло со следующим подходом: 1. Сделайте свое рабочее место безопасным для света: включите светильник и выключите люминесцентные лампы или лампы накаливания мощностью> 40 Вт. 2. Вырежьте ламинат на 1/2 дюйма больше, чем доска (двойная длину, если вы делаете двухстороннюю доску) 3. Осторожно отогните только первые полдюйма внутренней пленки (всегда на внутренней стороне изгиба) 4. Тщательно выровняйте ламинат, убедившись, что ламинат полностью покрывает доску с двух сторон (если двусторонний). 5. Прижмите первые полдюйма открытого ламината к доске. 6. Осторожно потяните оставшийся внутренний слой вниз на полдюйма за раз, одновременно прижимая обнаженный ламинат к доске. Будьте осторожны, чтобы не образовались морщины. При необходимости продолжайте движение к обратной стороне таким же образом. 8. Пропустите доску через ламинатор (когда ламинатор полностью нагреется до температуры). Переверните ламинатор и снова пропустите его.

Шаг 6. Разоблачение

Поместите многослойную печатную плату между предварительно зарегистрированными прозрачными пленками и надежно закрепите лентой. Если вы планируете откалибровать процесс экспонирования, прикрепите 21-шаговую шкалу чувствительности Stouffer к открытому участку печатной платы. Вы должны плотно прижать иллюстрацию к печатной плате, чтобы свет не просачивался под ваши следы. Вы можете сделать это с двумя листами стекла, или, что лучше, вы можете использовать вакуумный мешок или вакуумную рамку. Затем вы можете поместить эту сборку на яркий солнечный свет примерно на 5-8 минут с каждой стороны или использовать другой источник УФ-излучения по вашему выбору. Обратите внимание, что, несмотря на плотное прилегание печатной платы и иллюстраций, коллимация (параллельность световых лучей) важна для получения четких трасс - см. Здесь инструкции по созданию коллимированного источника ультрафиолетового света.

Шаг 7: Разработка

Следуйте инструкциям производителя по приготовлению раствора проявителя (обычно карбоната натрия или карбоната калия) и проявке платы (проявка удаляет резист, не подвергающийся воздействию ультрафиолетового света).

Шаг 8: травление

Используйте свой любимый травитель - просто подумайте о том, как в будущем избавиться от него, и подумайте о зеленом процессе, таком как травление перекисью / хлоридом меди (он тоже буквально зеленый). И, если вы хотите вникнуть в мельчайшие детали химического процесса, эта страница для вас.

Шаг 9: полоса

Для этого вам понадобится гидроксид натрия (NaOH) - это вещество, которое Брэд Питт использует, чтобы сжечь руку Эдварда Нортона в Бойцовском клубе, он растворяет жир, а ваша кожа состоит в основном из жира, так что будьте осторожны. Проверьте местные химические магазины - мне повезло: мой сосед делает мыло, поэтому я просто зашел и спросил, могу ли я одолжить чашку щелока!

Шаг 10: паяльная маска и шелкография

Нанесите паяльную маску, протерев и повторно ламинировав протравленную плату новым слоем резиста, затем удалите внешнюю защитную пленку и нанесите второй слой резиста, чтобы увеличить его толщину вдвое. Теперь экспонируйте стоп-слой и шелкографию и проявляйте как раньше (экспонирование может занять немного больше времени из-за дополнительной толщины резиста). Выпекайте тостер при температуре 200-220 градусов по Фаренгейту в течение примерно 10 минут (обязательно подпереть доску, чтобы резист не прилипал к тостеру). Снимите доску с тостера и используйте белый мелок, чтобы заполнить шелкографию текст, пока доска еще теплая. Сотрите излишки воскового мелка полотенцем и с помощью зубочистки удалите излишки воска из бороздок и следов.

Шаг 11: трафарет для паяльной пасты

Если вы зашли так далеко, то, должно быть, несколько раз допили до поздней ночи и выпили обильное количество газированных (и с кофеином) напитков. Если это так, возьмите одну из этих банок с газировкой и отрежьте верх и низ ножницами или легкими ножницами. Постарайтесь аккуратно вырезать его без рваных краев. Затем разрежьте по длине, чтобы получить полоску алюминия размером примерно 8 на 4 дюйма. Эта полоска будет очень фигурной, но ее нельзя «разогнуть», не сделав складок. Для следующих шагов вы можете либо разобраться с завитками, либо отжечь металл, нагревая его в тостере примерно до 450 градусов по Фаренгейту, а затем дайте ему медленно остыть. Затем вы должны отшлифовать внутреннюю и внешнюю стороны банки влажной / сухой наждачной бумагой с зернистостью 220–320, чтобы удалить краску (обратите внимание, что на внутренней стороне банки есть прозрачная краска, иначе сода ее разъест). Для этого можно использовать какой-нибудь прочный инструмент для снятия краски, но наждачная бумага кажется немного зеленее. Как только вы удалите всю краску, хорошо потрите ее с помощью SoftScrub с отбеливателем, чтобы удалить все следы масла. Далее фоторезист ламината с обеих сторон точно так же, как и с печатной платой. Сделайте свою работу, используя слой tcream, как вы делали раньше, но на этот раз не делайте негативов - результат Eagle уже отрицательный! Обязательно сделайте по две прозрачные пленки для лицевой и оборотной сторон (и обязательно отразите лицевую сторону, чтобы тонер прилегал к резисту). Проявите, как и раньше, и протравите в разбавленной HCl. Я разбавил HCl примерно до 50% (налейте кислоту в воду, а не наоборот). Травление начнется медленно, пока не будет удален оксидный слой, а затем значительно ускорится. Не протравливайте слишком быстро, иначе плата нагреется и резист оторвется. Если вы оставите резист на месте, у вас будет трафарет толщиной ~ 5 мил, или вы можете удалить резист, чтобы получить трафарет толщиной ~ 2 мил, но будьте осторожны, NaOH будет атаковать алюминий с немного меньшей прочностью, чем HCl (в зависимости от концентраций). Затем используйте вышедшие из строя платы (к настоящему времени у вас должно быть несколько таких), чтобы установить приспособление для паяльной пасты. Нанесите паяльную пасту с помощью скребка для краски или аналогичного средства, разместите детали и продолжайте оплавление …

Шаг 12: оплавление

Здесь все довольно просто: нагрейте, пока паяльная паста не расплавится, а затем остудите. Обязательно используйте достаточно прочную медную или алюминиевую пластину, чтобы равномерно распределить тепло по доске. Как только весь припой расплавится, снимите металлическую пластину с конфорки и поместите ее на радиатор, чтобы быстро снизить температуру - цементные полы в гараже отлично подойдут - просто убедитесь, что вы используете духовку (но не печь печенье. с ними потом…). Возможно, вам потребуется очистить некоторые мостовые соединения после перекомпоновки. Для этого просто используйте фитиль и много флюса (мне нравится Orange Crush). Подайте питание и зажгите! Кстати, я случайно поднял слишком высокую температуру на первой плате и в результате получил эффект крутого градиента на паяльной маске (см. Вводную картинку). Я думаю, что компоненты все еще были в спецификации, но в то время у меня не было хорошего теплораспределителя под ним, поэтому я не могу быть уверен, что датчик показывал ту же температуру, что и плата. Плата пока кажется в порядке… Ну да ладно, легко, а? Обязательно следите за моим предстоящим веб-сайтом IncoherentLabs.com. А теперь развлекайтесь и спасайте мир!