Прямая струйная печать шаблона печатных плат. Изготовление печатных плат

Способ первый.

Ингредиенты:

Фольга алюминиевая.

Покупается в хозяйственном магазине. Существует два типа фольги: толстая мягкая и тонкая жесткая. Толстую фольгу, наверно, делают только у нас, а тонкая бывает и наша, и импортная. В данном нужна только тонкая. У нее одна сторона зеркальная, а вторая матовая. Если отрезать полоску такой фольги размером 1 х 10 см, и пытаться держать ее горизонтально за один конец, то полоска будет гнуться под собственным весом. Если фольга толстая, гнуться в таких условиях она не будет. В новой упаковке тонкая фольга обычно имеет зубчатый край листа, а рулон запаян в прозрачную пленку.

Я использовал НР LJ 6L, но наверно пойдет любой. Надо выключить всякие экономические режимы, заставить принтер делать рисунок темнее, т.е. расходовать побольше тонера. Желательно пропускать бумагу через принтер так, чтобы она поменьше изгибалась. С этой точки зрения, наверно, лучше первые модели НР LJ, там вроде бы можно было пропустить бумагу почти совсем без изгиба. Но и выпускать бумагу на нижний выход тоже нормально. Утюг электрический. Ставим терморегулятор на одну точку (синтетика), и начинаем проводить эксперименты для тонкой регулировки. Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Самоклеющиеся наклейки для печати на них лазерным принтером. В принципе, можно заменить их чем-нибудь еще, но мне жалко принтер (см. ниже). Лист резины. Как можно более гладкий, лучше мягкий. Я использовал пористую резину толщиной ~5 мм, с гладким (не пористым) верхним слоем. Теперь берем лист обычной бумаги, на которой печатает ваш принтер. Накладываем на него чуть меньшего размера кусок фольги, матовой стороной кверху, и осторожно, но ровно приклеиваем его по одной короткой стороне полосками, отрезанными от самоклеющихся наклеек. Скотчем клеить нельзя, потому что в принтере есть печка, на которой скотч и останется. Клейкая поверхность не должна, естественно, высовываться за края бумаги. Теперь заправляем эту конструкцию в принтер, так чтобы приклеенный край фольги шел первым, и заставляем принтер протащить этот лист (напечатайте текстовый файл из одного пробела:). Я считаю, что испортить принтер фольгой очень трудно. Ну, хотя бы потому, что в бумаге, на которую он рассчитан, очень много мела, а он достаточно твердый. Ну а забить принтер фольгой можно точно так же, как и бумагой. Поэтому приклеена фольга должна быть прочно, ровно, чтоб не образовывалось складок. Ну и разрывов по краям быть не должно. Вышедший из принтера лист фольги имеет явные полосы от всяких колесиков, которыми принтер протаскивает бумагу. Запомните, где эти полосы расположены, эти места будут нерабочими, на них не удается сделать точный рисунок. Может, что нибудь грубое и получится, но мне это не было нужно. Теперь нужен собственно рисунок будущей платы. В чем угодно, практически. Если это будет растровый рисунок будут проблемы с точными размерами, пиксели будут видны и т. п., но можно в принципе. С векторными же форматами (*.wmf, например) морока только с масштабом. Я больше всего люблю Автокад, в нем просто чертить, размеры всегда точные и т.п. Невытравленные места (дорожки) должны быть черные, и не забудьте про то, что рисунок на плате будет зеркальным по отношению к чертежу. Плата должна быть обведена дорожкой шириной в 2 мм, которая получается плохо, но защищает остальную плату. Но по этой дорожке удобно потом плату обрезать. Возможно, проще всего будет нарисовать плату на большом листе бумаги в масштабе и отсканерить. Заправляем лист бумаги в принтер и выводим наш рисунок. Смотрим, чтоб он был в правильном масштабе и на нужном месте листа. Теперь делаем еще раз конструкцию из листа бумаги, фольги и липкой полоски, с той разницей, что теперь известно, где будет рисунок, и кусок фольги нужен небольшой. Под фольгой должна быть чистая бумага, иначе фольга обратной стороной приклеится к бумаге. Печатаем рисунок платы и внимательно его рассматриваем. Наверняка где-то получился брак из-за неровной фольги, попавшей соринки и т. п., в таком случае лучше напечатать все еще раз, на новом куске фольги. Если весь рисунок уехал и растянулся, наверняка вы напечатали его не на матовой, а на гладкой стороне фольги. Ну, когда все получится правильно и качественно, осторожно отрезаем фольгу от бумаги. Теперь кладем на какую-нибудь теплостойкую поверхность лист резины, на него фольгу рисунком кверху, и накрываем куском старательно очищенного фольгированного стеклотекстолита, фольгой вниз. Сверху ставим горячий утюг, и прижимаем его чем-нибудь тяжелым. Я использовал пачку керамической плитки в 16 кг:) Через 5 минут аккуратно снимаем утюг, но на его место ставим что-то холодное и тяжелое, но с ровной нижней поверхностью. Я ставил все ту же пачку плитки. Минут через 10 конструкция окончательно остынет, тогда стеклотекстолит с прилипшей к нему фольгой травим. Тонкая алюминиевая фольга стравливается в хлорном железе очень быстро, оставляя, правда, какие-то лохмотья, которые мешают нормально травиться меди. Поэтому плату нужно промыть водой, заодно можно посмотреть на качество получившегося рисунка, и если нужно, подретушировать. Если дорожки смазанные вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют утюг слишком холодный, или выделяющийся газ при травлении алюминия сорвал алюминий вместе с краской. Если дорожки стали широкими утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Ну вот, после травления у вас будет односторонняя плата. Как синхронизировать рисунок на второй стороне, если она нужна я не знаю пока. Проще сделать две платы, и склеить обратными сторонами.Точность у меня получилась 0.3 мм, хотя это не точность, а как-то по другому называется. Дорожки или пробелы между ними уже (ударение на первый слог) 0.3 мм получаются с трудом. Я, например, сделал небольшую плату, на которой стоят SOIC"и с разным количеством ног и чип-элементы, и точность оказалась вполне достаточной.

Способ второй.

У меня есть еще более простой способ изготовления плат с шагом 1.25 мм, в качестве носителя используется бумага с каким-то блестящим покрытием, продается в магазинах наравне с обычной офисной, в таких серых неказистых пачках по 250 листов. Она довольно тонкая, одна сторона похожа на мелованную, и эта сторона немного блестит. Термоусадка, конечно, есть, но допустимая. Дык вот, развожу я платки на OrCad РCB 4.42 (386+),можно сразу с него печатать на любой НР LaserJet (там есть опции зеркала, негатива и т.д.),но я выдаю печать в файл (300DРI),а потом преобразую в РCX примочкой НР2РCX (была в комплекте РaintBrusН 4.5),а потом уже компоную лист из нескольких платок любым граф. редактором (мне нравится Рaint SНoр Рro под ВЫНЬ95).Далее - обычный процесс печати (мне удобнее тем же РB4.5 - просто и один к одному) на блестящий слой, хватит одного прохода, если плата двухсторонняя, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Кстати, если перед печатью ее прогнать чистым листом на лазерке,то сей глюк стремится к нулю. Потом обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху отпечаток мордой вниз. Это все прижимается утюгом, разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам), можно сначала через тонкую сухую хлопковую материю,а потом уже можно аккуратно приглаживать бумагу до полного приставания тонера к плате, потом он уже не отстает. Далее плата остывает, ее нужно опустить в воду нагретую где-то до 40C,подержать там пару минут (видно будет, как бумага раскиснет),легко все сдерется, остальное просто скатать пальцем. Из-за покрытия на плате не будет ворса, как при обычной бумаге, когда плата высыхает, видно, что поверх слоя тонера осталось беловатое покрытие с бумаги. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются обе бумажки сторон, в любых свободных противоположных местах колятся иголкой два технологических отверстия, первая сторона платы "гладится" как обычно, потом сверлится по тех. отв. тонким сверлом, и с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажкой другой стороны, которую можно зафиксировать, а потом так же "пригладить", как и первую сторону, никакого вреда противоположной стороне не будет. Естественно, размачивать плату, когда обе стороны уже приглажены. Травилось это все и FeCl3, и солянкой с гидроперитом без проблем. Все это проверялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет. После травления сверлю, OrCad настроил так, что при печати внутри площадок остаются незакрашенные точки, которые после травления будут вместо кернения. В итоге получалась линия шириной в 1пиксель на 300DРI,конечно,немного она была шире, но факт налицо. Слышал, люди использовали вместо бумаги фторопластовую пленку, но не сказали, где ее брать.

Способ третий

Нужно:
Утюг...

Я использую обычный старый электроутюжок с терморегулятором, регулятор ставлю на "лен".. Лазерный принтер или ксер _с однокомпонентным тонером. Опробованы НР LJ3Р и LJ4L с полным успехом, с QMS и копирами Mita не получилось ничего - слой тонера очень тонкий. При печати из виндов ставлю контраст на максимум, слой тонера при этом легко прощупывается пальцем. С перезаправленными картриджами не пробовал, хотя по моим наблюдениям они иногда дают даже более толстый слой тонера... Мелкая шкурка, очищенный бензин или ацетон для обезжиривания... Бумага... Я пользуюсь листками из журнала Stereo&Video. Там очень тонкая мелованная бумага. Типографская краска не мешает. На обычной каландрированной бумаге тоже пробовал, но получается отвратно... Финская меловка (~80 г/м) вроде бы подходит, но размокает слишком медленно...

Процесс:

Печатается на тонкую меловку зеркально перевернутый рисунок платы. Стеклотекстолит вырезается под размер платы с полями минимум по сантиметру с каждой стороны и зачищается круговыми движениями шкуркой. Главная задача - покрыть всю поверхность меди микроцарапинами, чтобы она казалась как бы матовой. После зашкурки обезжирить тщательнейшим образом, а заодно убрать всю пыль, даже из царапин...Стеклотекстолит кладется медью на тонер и бумага оборачивается и фиксируется скотчем чтобы не съехала при пришкваривании. Нужен легкий натяг, но перетягивать вредно...Иногда полезно обернуть полученный бутерброд еще одним листом писчей бумаги для того, чтобы уменьшить вероятность того, что под утюгом бумага с тонером "поедет". Плата кладется тонерной стороной вверх. На нее плоскостью ставится прогретый утюг секунд на 20-30, чтобы стеклотекстолит прогрелся... Потом ребром утюга с умеренным нажимом (тут надо руку набить экспериментально) несколько раз тщательно проходится вся поверхность. Если пережать тонер растекается в стороны и рисунок получится размазанным, если недожать - может не прилипнуть... На плату 10x10 см у меня уходит около 2-3 минут... После того, как остыла, плата кладется в теплую воду минут на 20-30, после чего размокшая бумага легко удаляется, оставляя тонер на плате, а меловой слой на тонере. Если бумага раскисла и оставила лохмотья, их можно скатать подушечкой пальца под водой. Нормально приставший тонер даже ногтем скорябать тяжко, так что если под пальцем что то отвалится - значит недогрели или недожали в пункте 5... 8-) Mеловой слой на поверхности тонера играет роль дополнительной маски, которая закрывает поры в тонере, но если недоразмочить, то он может закрывать и отверстия под последующее сверление(я всегда их делаю, потому как это потом избавляет от накернивания). Сушится без нагрева, тонер имеет свойство отваливаться если мокрую плату сушить под лампой или на батарее... Непропечатки подрисовываются несмываемым маркером. Полезно взять заранее все имеющиеся, нарисовать ими полоски на ненужном куске стеклотекстолита и кинуть в хлорное железо. Примерно половина встречавшихся мне маркеров с характерным запахом чего то типа толуола подходят для этого неплохо. Во всяком случае минут 5 держат, если не тереть... BTW: у меня непропечатки появляются максимум на одной плате из 10... 8-) Если меловой слой где то прикрыл отверстия (на сухой плате это видно прекрасно) - можно его аккуратно с них убрать иголочкой... Травится в подогретом растворе хлорного железа. Раствор должен быть достаточно концентрированным, я одну объемную часть кристаллов на глазок заливаю двумя частями горячей (60-70 градусов) кипяченой воды и после полного растворения фильтрую... Температуру выше 50 градусов не делал никогда, уже при 40-50 на травление уходит всего несколько минут, а при более горячем растворе тонер и поплыть может. Тереть плату ватным тампоном нежелательно, лучше покачивать, но надо следить, чтобы не осталось воздушных пузырьков на поверхности... После травления тонер удаляется чем нибудь (я пользовал смывку для лака для ногтей или аэрозоль Flux-Off который стал регулярно появляться на рынке в Митино). После этого сверлится, обрезается и так далее, как обычно... Проверено, работает. Если хлорное железо не севшее, то практически никогда не подтравливается. Дорожки уже 0.5 мм могут не получиться, я обычно делаю в районе 0.8мм. Двухсторонние платы делать просто не пробовал - не очень то и надо было, хотя не исключаю что при известной аккуратности и тщательном совмещении листов на просвет перед закладкой между ними текстолита удастся сделать и их...Единственное - не представляю как фиксировать при этом (может быть узкие Полоски двухстороннего скотча на полях?)

Способ четвертый

Не знаю (а хотел бы) является ли моя разработка оригинальной смотрите: Тонер НР LaserJet 5L(6L etc) является плавким полимером отл. растворимым в ацетоне (и др.).Отражённую разводку, напечатанную на бумаге УТЮГОМ приплавлял к медной плате. Бумагу растворял в серной кислоте. Вытравливал треххлорным железом. Осташийся тонер стирал растворителем. Лучший результат - тонер напечатался на 98%, под рисунком кое-где проело 3% итого 95% без потери резкости.

Подробности:

Очень часто в процессе технического творчества необходимо изготавливать печатные платы для монтажа электронных схем. Одним из самых, продвинутых способов создания печатных плат является их изготовление при помощи лазерного принтера и утюга . Живем мы в 21 веке, поэтому будем облегчать себе работу, используя компьютер. Проектировать печатную плату мы будем в специализированной программе. Например в программе sprint Layout 4 .

После этого нам нужно напечатать рисунок платы. Для этого сделаем следующее:
1) В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность
2) Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней
3) Напечатаем рисунок печатной платы на мелованной бумаге в зеркальном отображении. Лучше сразу в нескольких экземплярах.

Напечатанный лист отложим пока в сторону и займемся подготовкой платы. В качестве исходного материала для платы может служить фольгированный гетинакс, фольгированный текстолит. При длительном хранении медная фольга покрывается плёнкой окислов, которая может помешать травлению. Поэтому начнем подготовку платы. Мелкой наждачной бумагой сдираем плёнку окислов с платы. Особо не усердствуйте, фольга тонкая. В идеале плата после зачистки должна блестеть.

После зачистки плату промываем проточной водой. После этого нужно плату обезжирить, для того что бы тонер прилип лучше. Обезжирить можно каким либо бытовым моющим средством, либо промыв органическим растворителем (например бензином или ацетоном)

После этого при помощи утюга переведем рисунок с листа на плату. Наложим распечатку рисунком на плату и начнем гладить горячим утюгом, равномерно прогревая всё плату. Тонер начнет плавится и прилипать к плате. Время и усилие прогрева подбирается экспериментально. Нужно что бы тонер не растекся, но и нужно что бы он весь приварился.

После того, как плата с прилипшей к ней бумажкой остынет – намочим ее и под потоком воды будем скатывать ее пальцами. Мокрая бумага будет собираться в катышки, а прилипший тонер останется на месте. Тонер достаточно прочен и с трудом соскабливается ногтем.

Травление печатных плат лучше всего производить в хлорном железе (III) Fe Cl 3. Этот реактив продается в любом магазине радиодеталей и стоит недорого. Погружаем плату в раствор и ждем. Процесс травления зависит от свежести раствора, его концентрации и т.п. Может занимать от 10 минут до часа и более. Процесс можно ускорить покачивая ванночку с раствором.

Конец процесса определяется визуально – когда стравится вся незащищенная медь.

Тонер смывается ацетоном.

Осталась последняя операция – сверление отверстий. Сверление обычно осуществляется маленьким моторчиком с цанговым патроном (всё это есть в магазине радиодеталей). Диаметр сверла под обычные элементы 0,8 мм. При необходимости отверстия сверлятся большим по диаметру сверлом.

Готовая просверленная плата, готовая для пайки. Как видите – внешний вид практически неотличим от промышленной. Кроме того трудоёмкость минимальна, и материалы доступные (нет необходимости в специфических реактивах, как при применении фоторезиста)

DRC

У каждого производителя печатных плат существуют технологические ограничения на минимальную ширину дорожек, зазоры между дорожками, диаметры отверстий, и т.п. Если плата не соответствует этим ограничениям, производитель отказывается принимать плату к производству.

При создании файла печатной платы устанавливаются технологические ограничения по умолчанию из файла default.dru из каталога dru. Как правило, эти ограничения не соответствуют ограничениям реальных производителей, поэтому их нужно изменить. Можно настроить ограничения непосредственно перед генерацией файлов Gerber, но лучше сделать это сразу после создания файла платы. Для настройки ограничений нажимаем кнопку DRC

Зазоры

Расстояния

Минимальные размеры

Пояски

Маски

Запуск проверки

Генерация файлов в формате Gerber

Для файла сверловки устройство вывода (Device ) должно быть EXCELLON , а не GERBER_RS274X

Изготовление печатных плат с помощью лазерного принтера.

Компьютер уже давно стал неотъемлемой частью радиолюбительства. С помощью специальных программ можно производить различные измерения, рисовать принципиальные схемы, разрабатывать печатные платы, и, при наличии лазерного принтера, изготавливать их. Основным достоинством следующего способа создания плат — качество получаемого изделия. Плата будет похожа на заводскую. Кроме этого, вам не придется вручную рисовать проводники, что не очень легко. Описанный ниже способ иногда называют лазерно-утюжным .

Изготовление печатных плат

Для начала нужно нарисовать плату (если нет уже нарисованной) в одной из специально предназначенной для этого программ, например, а потом распечатать на лазерном принтере. Один из лучший результатов получается на глянцевой фотобумаге LOMOND 120г/м2, которая продается для струйников.

Заряжаем бумагу в принтер, выставляем в его свойствах максимальное качество, и смело печатаем на глянцевой стороне. Печатать нужно в зеркальном отображении, чтобы после переноса картинка соответствовала действительности. После печати картинку ни в коем случае нельзя хватать руками и желательно беречь от пыли. Чтобы ничто не мешало соприкосновению тонера и меди. Далее вырезаем рисунок платы точно по контуру.

Теперь займемся текстолитом. В первую очередь его надо хорошенько зашкурить. Тщательно, стараясь содрать весь окисел, желательно круговыми движениями. Немного шершавости не повредит — тонер будет лучше держаться.

После зашкуривания его надо тщательнейшим же образом обезжирить. Сделать это можно кусочков ваты, смочив ее как следует ацетоном или растворителем. Опять же после обезжиривания ни в коем случае нельзя хватать плату пальцами.

Накладываем наш рисунок на плату, естественно тонером вниз. Разогрев утюг на максимум, придерживая бумагу пальцем, хорошенько прижимаем и проглаживаем одну половину. Надо чтобы тонер прилип к меди.
Далее, не допуская сдвижения бумаги, проглаживаем всю поверхность. Давим изо всех сил, полируем и утюжим плату. Стараясь не пропустить ни миллиметра поверхности. Это ответственнейшая операция, от нее зависит качество всей платы. Не бойтесь давить изо всех сил, тонер не поплывет и не размажется, так как фотобумага толстая и отлично защищает его от расползания. Гладим до тех пор, пока бумага не пожелтеет. После можно дать плате немного остыть. А затем, схватив пинцетом, суем под воду. И держим некоторое время в воде, при этом сдирая бумагу.

После этого нужно зубной щеткой хорошенько продраить всю плату, чтобы вычистить остатки глянцевого слоя и частички бумаги. Не бойся, зубной щеткой отодрать хорошо прижаренный тонер практически нереально.
Вытираем плату и даем ей просохнуть. Когда тонер высохнет и станет серым, то будет явно видно, где осталась бумага, а где все чисто. Белесые пленочки между дорожками надо убирать. Можно разрушить их иголкой, а можно содрать зубной щеткой под струей воды. Вообще полезно пройтись щеткой вдоль дорожек.

Под светом яркой лампы внимательно оглядываем слои тонера на разрывы. Дело в том, что при охлаждении он может потрескаться, тогда в этом месте останется узкая трещина. Под светом лампы трещины поблескивают. Эти места стоит подкрасить перманентным маркером для компакт-дисков. Даже если есть лишь подозрение, то лучше все же прокрасить. Этим же маркером можно дорисовать и некачественные дорожки, если таковые возникли.

Когда плата будет готова, то ее можно бросать в раствор для травления. После травления тонер смывается ацетоном или растворителем, сверлятся отверстия, залуживаются проводники и собирается устройство.

3D-принтеры открыли безграничные возможности для домашнего или быстрого прототипирования. Теперь можно легко создать в 3D-программе практически любую модель и напечатать на 3D-принтере. Но до настоящего момента мало кто задумывался о том, что с помощью 3D-принтера можно еще изготовить электронику для того или иного решения (модели).

До сегодняшнего дня, если нужно было изготовить печатную плату для прототипа, приходилось корпеть над ней с паяльником, либо заказывать небольшую партию на производстве. Правда, многие из нас могут еще сделать это с помощью обычного утюга и лазерного принтера.

Хотя этот процесс не очень эстетичный и технологичный. В данной статье я хотел бы рассказать еще об одном способе. Для этого подойдет не только 3D-принтер, но и любой DIY гравер:

Или конструктор типа makeblock plotter xy.

Кстати, практически на любой 3D-принтер можно поставить диодный лазер, установив его в качестве дополнения или на место экструдера. Диодные лазеры отличаются малыми размерами и компактностью. Их сравнительно небольшая мощность по сравнению с СО2 лазерами в данном процессе не помеха.

Итак, как же выглядит процесс изготовления печатной платы в офисе или дома? Для этого нам понадобится омедненный стеклотекстолит, любая темная виниловая пленка (подойдет любая, прожигаемая лазером насквозь), хлорид железа (продается открыто в любых магазинах химических реактивов) и, конечно же, диодный лазер, установленный на 3D-принтер. Мощность здесь не столь важна, но мы рекомендуем использовать лазер с выходной мощностью более 2Вт (2000 мВт).

Установить лазер на любой 3D-принтер довольно легко: пример установки на Ultimaker и WanHao DuPlicator .

Итак, начнем:

1. Создайте модель платы в любой программе типа inkscape (инверсионная картинка. Позже объясним, почему инверсия).
2. Переведите ее в gcode.
3. Наклейте на пластинку омедненного стелкотекстолита виниловую пленку.
4. Положите стеклотекстолит, покрытый пленкой, на 3D-принтер и включите 3D-принтер в режиме лазерной резки/гравировки.
5. Лазер выжжет на пленке инверсионную картинку того, что должно получиться в итоге.
6. Разведите порошок хлорида железа в воде (не волнуйтесь, никакой химической реакции не будет)
7. Стелкотекстолит поместите на 45-60 минут в водный раствор хлорида железа.

В водном растворе хлорида железа медь на поверхности стеклотекстолита, свободной от пленки после работы лазера, вступит в реакцию с хлоридом железа (химическая реакции травления меди) и перейдет в раствор, оставив чистый стеклотекстолит в контурах инверсионной картинки.
Дальше с помощью маленького сверла сделайте отверстия под необходимые разъемы или оставьте, как есть, и напаивайте разъемы на плату сверху.

Вот мы и рассказали вкратце о том, как с помощью обычного 3D-принтера и лазера можно создать небольшую фабрику – лабораторию по изготовлению печатных плат.

Данная технология, безусловно, неидеальна и имеет ряд недостатков, но вполне работоспособна и может найти применение в домашних условиях и небольших лабораториях.