Изготовление печатной платы ЛУТ способом

Некоторые считают, что изготовление печатной платы по технологии ЛУТ– бессмысленное и хлопотное занятие. Если учесть, что современные элементы уже совсем отличные от DIP корпусов, то и пробовать кустарное травление платы не нужно. Однако иногда есть потребность быстро оценить тот или иной компонент, и ожидать приобретенной платы на заказ нет времени. Порой покупная плата стоит недешево для одноразового пользования.

Посредством лазерно-утюжной технологии (ЛУТ) умельцы часто мастерят печатные платы в домашних условиях. Такая технология стала практиковаться с появлением лазерных принтеров. В этой статье описан подробный порядок проведенных процедур, позволяющий в кратчайшие сроки изготовить печатные платы под компоненты в корпусах схожих с моделью TQFP-100: идентичным зазором, ножками в 0,2 мм. При этом количество брака по возможности сведено на минимум.

Данный метод подходит исключительно для прототипов. Но он значительно уменьшает вероятность ошибиться при производстве конечного изделия.

Ниже представлен процесс изготовления, осуществленный в домашних условиях. За 1-1,5 часа можно сделать годный вариант печатной платы.

Для работы понадобится небольшой список материалов:

• заостренная спичка или зубочистка;
• небольшая кисть;
• наждачка «нулевка»;
• небольшая тара для травления;
• плотная бумага;
• аммония персульфат.

Также следует подготовить лазерный принтер и утюг.

Весь процесс показан на изготовлении платы под оценочную ПП микросхемы ATxmega128A1U-AU и платы для подсоединения 7 дюймового дисплея к STM32F407VE.

Для оценочных плат разводка выполняется по возможности на одной стороне. В местах, где пересечения все-таки присутствуют, устанавливается резистор с нулевым сопротивлением и корпус 0805. Дорожка перед ним пропускается. При большом количестве пересечений и двух слоях травится каждый пласт на отдельном текстолите. После этого происходит соединение посредством VIA.

Подготовка текстолита

На этом этапе подготавливается текстолит. Односторонний материал с толщиной меди в 17-35 мкм тщательно очищается с помощью средства для мытья посуды в теплой воде. Далее наносим каплю моющего средства на наждачную бумагу с зерном Р800 (можно мельче) и отшлифовать будущую плату до возникновения шероховатости на поверхности всей пластины. Обрабатывать плату посредством шкурки является обязательным этапом, так как после затирания происходит отличное приклеивание тонера.

По окончанию шлифования следует тщательно промыть поверхность в чистой воде, вытереть чистым материалом и оставить высыхать.

К тому моменту, когда будет переноситься макет текстолит высушиваем. Он должен быть без окислов, сальных пятен и с видными шероховатыми участками.

Подготовка макета печатной платы

На этом этапе подготавливаем макет. Ниже на рисунке представлена разводка для ATxmega128.

На печатной плате есть микроконтроллер xmega, преобразователь интерфейса ft232, стабилизатор lp2985, разъем PDI, USB, светодиоды на весь порт «B». Все дорожки находятся на верхнем слое (ТОР), поэтому производить печать макета нужно в зеркальном виде.

Необязательно иметь на используемом принтере «неэкономный режим» для жирной печати.

Некоторые модели компании Brother неточно переводят DPI в нужный размер, поэтому изображение может немного поплыть в размерах, а это в данной ситуации очень критично. Ведь в некоторых местах две дорожки должны уместиться на 1мм.

При выборе бумаги ни в коем случае не стоит брать журнальные листы из глянцевых изданий и подложек от самоклеящейся пленки. Китайские листы для ЛУТа также не подходит. Они сильно мнется при печати.
Бумагу следует выбирать плотную – минимум 150 грамм на см2. Она должна моментально приклеиваться при нагревании и неподвижно лежать под утюгом, а также отлично набухать под действием воды. Некоторые специалисты используют винил или факсовую бумагу.

Самым лучшим вариантом будет глянцевая фотобумага среднего качества. Такой материал моментально прилипает к меди, не ерзает при проглаживании и с легкостью отходит в теплой воде.
После всех приготовлений печатается макет. После этого нужно обрезать края, не касаясь пальцами лицевой стороны.

Перевод макета печатной платы

На этом этапе изготовления печатной платы по технологии ЛУТ переводится макет. Перед началом процедуры следует подготовить контейнер с водой, в котором потом будет вымачиваться ПП. Можно взять обыкновенный таз. После этого в емкость нужно налить пять литров горячей воды, примерно 50 градусов. Также нужно взять примерно столовую ложку моющего средства.

Иногда перед началом перевода поверхность проходят нашатырным спиртом. Это делается для того, чтобы изображение на этапе утюга хорошо переносилось на печатную плату.

Переходим к переводу. Заранее подготовленный текстолит следует положить на ровную поверхность и накрыть подготовленным распечатанным макетом. Далее максимально горячим утюгом прогладить по линии центра, а после от центральной линии к бокам. При первом соприкосновении утюга с поверхностью следует придерживать распечатку, чтобы она не сдвинулась. Уже при повторном проглаживании фотобумага приклеивается к меди, и сдвинуть ее уже невозможно. В конце можно поводить кончиком утюга по всем краям и поверхностям, где лист отходит. После этого полминуты прогреть все места.

Некоторые умельцы кладут текстолит с подготовленным шаблоном в самодельный конверт, который можно сделать из листа и степлера. Если заготовка будет лежать на одном месте, шансы сдвинуть бумагу значительно снижаются.
После проглаживания утюгом следует кинуть печатную плату в воду. Пластину нужно опускать в таз, предварительно не остужая. Не снимая бумаги, нужно подцепить горячую плату пинцетом и положить в приготовленную емкость с водой. На отмачивание выделяют 10 минут.

Вместо утюга можно использовать ламинатор. Аппарат справляется со своей задачей не хуже утюга.

Очищение печатной платы от бумаги

На данном этапе происходит очищение платы от бумаги. После десятиминутного отмачивания следует достать пластину из емкости с водой и отделить бумагу. Важно полностью убрать глянцевый слой, благодаря которому произошло отличное прилипание. Очищать печатную плату можно посредством губки для мытья посуды или просто пальцами.

Между дорожками убрать глянец достаточно трудно. Есть доступные варианты по очищению от бумаги в труднодоступных местах:

• замочить пластину в спиртовом растворе на четверть часа. Глянец набухнет и легко смоется с помощью мягкой тряпки. Такой метод не совсем подходит для данной процедуры;
• поместить печатную плату в растворителе «анти-силикон», который можно приобрести в любом магазине строительных материалов. Глянцевый слой разбухает и отстает. Тонер при этом остается;
• удалить весь глянец механически. Такой метод займет очень много времени. Для механического удаления  мочим пластину и острым предметом пытаться удалить лишнее. Здесь отлично подойдет обычная зубочистка. Мокрый глянцевый слой очистится, а тонер останется на месте.

При использовании механического способа удаления глянца ни в коем случае не стоит использовать иголки. Железо оставляет следы на меди. На местах, где будет работать иголка, медь будет травиться крайне медленно.

После того, как остатки глянцевого слоя полностью удалились, следует тщательно промыть печатную плату посредством моющего средства, ликвидируя отпечатки пальцев.

Травление печатной платы по технологии ЛУТ

На этом этапе происходит травление. В качестве основного вещества выступает аммония персульфат. Можно взять и хлорное железо. Но от него остается много грязи и это вещество сложнее хранить.

Проводить травление нужно при температурном режиме в 40 градусов. Для пластины с медью 35 мкм достаточно четверти часа, с медью 17 мкм – 7 минут. При комнатной температуре 17 мкм медь травится около трети часа, 35 мкм в течение 40 минут.

Дома можно проводить травление в абсолютно любой емкости. Если данные процедуры проводятся постоянно, можно сделать или приобрести специальную ванночку для травления. Главная особенность такой емкости – это насос для перемешивания раствора.

Он избавляет человека от некоторых дополнительных действий. Насос лучше выбирать мембранный, желательно с мембраной из пластика. Также внутри покупной емкости предусмотрены перегородки для того, чтобы в ней могли разместиться несколько печатных плат одновременно.

Раствор для травления готовится следующим образом: в воду, объемом пол литра добавляется 100-150 грамм аммония персульфата. Иногда рекомендуют добавлять 250 грамм вещества на половину литра. Однако в кустарных условиях при остывании приготовленного раствора и выкипании некоторого количества воды происходит выпадение кристаллов, прилипающих на медь. Как итог получаются непротравленные места.

В подготовленный раствор помещается плата. Обязательно при этом помешивать раствор кисточкой для равномерного травления пластины. Также кисточкой можно убирать хлопья глянцевого покрытия, которые не убрались при очищении печатной платы от бумаги.

В процессе травления печантную плату лучше передержать в растворе, чем протравить ее недостаточное количество минут. После окончания вытаскиваем печатную плату, тщательно ее промыть и посмотреть ее на свет. При обнаружении лишней меди на пластине, плату можно поместить обратно в раствор.

Если травление прошло удачно и никаких дефектов не обнаружено, можно переходить к следующим действиям. С печатной платы отмываем тонер. Сделать это можно с помощью ацетона. Далее следует ее обслужить. Если плата владельцу в ближайшее время не нужна и обслуживание не предусмотрено, то хранить пластину можно не убирая тонер. Он будет служить для платы своеобразной защитной пленкой.

Места, с которых глянец полностью не удалился, могут не протравиться. При использовании специальной емкости с насосом глянцевое покрытие можно до конца не убирать. Просто время на травление увеличится вдвое.

Так как с помощью лазерно-утюжной технологии изготавливаются только временные платы или изделия для собственного пользования, то прикладывать большие усилия к обслуживанию нецелесообразно. Можно просто пройтись паяльником по определенным местам (где будет пайка). После этого всю поверхность покрыть лаком.

Если планируется перепайка компонентов на плате или изделие планируется эксплуатировать на протяжении длительного времени, то лучше залудить сделанную пластину. Можно пройтись паяльником по всей поверхности, где есть медь. Если есть специальный фен, то можно использовать паяльную пасту. Для этой процедуры смешиваем пасту с флюсом в пропорции один к пяти и покрыть раствором всю плату. После этого следует тщательно прогреть феном все участки.

Во время прогревания поверхности текстолитовой кисточкой можно сдвигать припой к краям платы. При таких действиях лишнего припоя на дорожках не остается. В места, где припоя не хватает, его можно нагнать кисточкой с краев.

Основная проблема при использовании паяльной пасты это наличие лишних шариков, которые присыхают к плате. Поэтому после проведения лужения печатную плату тщательно промываем и протираем чистой тряпкой или салфеткой, которые нужно предварительно смочить в ацетоне.

После того как печатная плата по технологии ЛУТ готова, ее можно применять по назначению. В данном случае на приготовленных платах просверливаются отверстия на VIA и припаиваются ножки (5 штук) к одной стороне. Далее происходит нанизывание второй стороны на эти ножки. Далее вся конструкция пропаивается с двух сторон. Все пластины совмещаются и пропаиваются отверстия.

На всю работу с платой уходит в среднем около часа. Важно следить за тем, чтобы фотобумага не были наэлектризована. Материал может собирать разный мусор и в итоге печатная плата по ЛУТ способу получится с дефектами.