Гибкая печатная электроника: как сделать и какой материал использовать

Что такое гибкие печатные платы?

Гибкая печатная плата фактически содержит очень тонкую изоляционную полимерную пленку, на которой напечатаны проводящие цепи.

Он также имеет тонкое полимерное покрытие для защиты проводниковой цепи.

Инженеры-электронщики используют гибкие печатные платы для соединения электронных устройств.

Гибкие печатные платы

На самом деле, эта передовая технология была впервые использована производителями в 1950-х годах.

Сегодня это самая популярная технология для подключения современных электронных устройств.

Эти печатные платы также известны как гибкие печатные платы или гибкие печатные платы.

Производители гибких печатных плат получили такое название потому, что их можно легко встраивать в сложные устройства.

Гибкие печатные платы обладают особыми и выдающимися преимуществами.

Это объясняется тем, что они имеют небольшой размер и хорошее качество. К ним также относятся.

• Малый вес
• Они имеют гибкую структуру.

Поэтому они способны удовлетворить все потребности и требования современного электронного оборудования.

Гибкие печатные платы также могут быть расширены до трех измерений.

В результате они могут легко увеличить свободу проектирования механических конструкций и схем.

Более того, все эти преимущества снижают количество ошибок при сборке и работе оборудования.

На самом деле, гибкие печатные платы также очень полезны для повышения высокой стабильности и надежности всех электронных устройств.

Инженеры-электронщики создали гибкие печатные платы, выдерживающие самые высокие температуры.

Эти экстремальные температуры варьируются от -200°C до 400°C. Поэтому они пользуются наибольшим спросом в газовой и нефтяной промышленности.

Характеристики материалов гибких печатных плат

Основные параметры и физические свойства материалов гибких печатных плат, которые необходимо учитывать при выборе материалов.

• Стабильность размеров.
• Термостойкость (отсутствие повреждений и потери эластичности при пайке).
• Сопротивление разрыву.
• Приемлемые электрические свойства.
• Гибкость при экстремальных температурах.
• Низкое водопоглощение (расслоение, отслаивание при нагревании)
• Химическая стойкость (в производстве и при эксплуатации).
• Негорючесть.
• Общие требования (стабильность свойств, разнообразие источников поставок, стоимость, количество материала, необходимого для продукта, и т.д.).

Основные элементы конструкции гибких печатных плат.

• Основные материалы.
• Клеи.
• Металлическая фольга или фольгированный подкладочный материал
• Внешняя пленка.

Материалы оснований гибких плат

Наиболее популярными гибкими материалами являются полиэфирные пленки на основе полиэтилентерефталата (лавсан, майлар, Mylon, Melinex, Luminor, Celanar) и различные полиимидные системы.

Полиимидные пленки

Полиимидные пленки являются ведущим материалом для гибких печатных плат. Существует множество полиимидных составов, доступных под торговыми названиями Kapton, Apical, Novax, Espanex, Upilex и др. Преимуществами использования полиимидных пленок являются.

• Отличная гибкость при любых температурах.
• Хорошие электрические свойства.
• Отличная химическая стойкость (кроме термически концентрированных щелочей).
• Очень хорошее сопротивление разрыву (но плохое удлинение при разрыве).
• Некоторые виды полиимида имеют дополнительные преимущества (коэффициент расширения в соответствии с медью, уменьшенное напряжение в ламинате).
• Полиимиды можно подвергать химическому травлению в горячих щелочах.
• Диапазон рабочих температур: -200… +300°C.

Недостатки полиимида.

• Высокая гигроскопичность (до 3% по весу).
• Относительно высокая стоимость.
• Преимущества, заключающиеся в высоких температурах перехода (например, Tg = 500°С для полиимидной пленки Upilex S), заменяются относительно низкотемпературными клеями.

Полиэфирные пленки

Полиэфирные пленки (полиэтилентерефталат, ПЭТФ) имеют свои преимущества. К ним относятся.

• Относительно низкая температура пластического перехода (легко поддается формовке).
• Очень низкая стоимость.
• Хорошее сопротивление разрыву и удлинение разрыва
• Очень хорошая гибкость.
• Хорошая химическая стойкость.
• Низкое водопоглощение.
• Хороший баланс электрических свойств.
• Широкий диапазон рабочих температур (-60… +105°C).

Недостатки полиэфирных пленок.

• Очень ограниченная паяемость (имеет низкую температуру плавления).
• Нельзя использовать при очень низких температурах (они становятся очень хрупкими).
• Недостаточная стабильность размеров.

Адгезивы

Клеи используются для соединения медных фольг с подложками и для соединения слоев многослойных и гибких структур. Роль клея является решающей и имеет решающее значение для характеристик конечного продукта. При использовании полиимидов в качестве базовых материалов они часто являются ограничивающим фактором в тепловых характеристиках гибких печатных плат.

• Наиболее широко используются акриловые клеи, которые хорошо подходят для полиимидных пленок (такие же, как полиимид, протравленные щелочью и с таким же коэффициентом расширения).
• Эпоксидные и модифицированные эпоксидные клеи не совместимы с полиимидными пленками; они хрупкие. Однако они незаменимы для склеивания жестких частей гибких и жестких печатных плат.
• Полиимидные клеи требуют очень высоких температур обработки.

Фольга

При производстве гибких печатных плат медная фольга в подавляющем большинстве случаев используется для создания проводящих рисунков. В нескольких особых случаях ранее использовалась никелевая фольга или нержавеющая сталь, когда печатные платы использовались для пайки выводов компонентов и проводов (Таблица 1).

Особое применение меди обусловлено ее хорошей электропроводностью, способностью поглощать другие покрытия, хорошей формуемостью и, что очень важно, однородностью с металлизированным материалом поперечно соединенных компонентов (сквозные и глухие отверстия), которые также изготавливаются из меди.

Получение тонкой медной фольги — технически сложная задача, которая решается рядом конкурирующих методов: стандартный электролиз, электролиз с высокой пластичностью, электролиз с отжигом, горячая прокатка, холодная прокатка, прокатка с отжигом и низкотемпературный отжиг после прокатки. Также используется ряд методов металлизации гибких пленок путем напыления и химического осаждения.

Алюминиевые фольги, изготовленные из специальных медных сплавов, обладают более высокой прочностью, обеспечивая хорошее сопротивление кручению, сравнимое с прокатными алюминиевыми фольгами. Кроме того, эта алюминиевая фольга более устойчива при производстве ламината — с меньшим количеством дефектов. В последнее время для формирования резистивных элементов на печатных платах используются специальные типы двухслойных фольг (см. рисунок).

Покровные пленки

Покрытия или защитные слои похожи на паяльные маски, но они должны быть гибкими. Правильное использование покровной пленки повышает сопротивление изгибу гибкой плиты. Материалы покровной пленки представляют собой неполимеризованные полимеры на основе акрилатов, полиуретанов, акрил-эпоксидных смол и т.д.

Если для экспонирования монтажной поверхности используется процесс печати ушным светом, в пленку вводится фотоинициатор, чтобы она избирательно отверждалась под воздействием ультрафиолетового облучения. Другие способы обеспечения доступа к монтажной поверхности — механические (сверление или высекание пленки).

В многослойных гибких печатных платах и гибких жестких платах используются клейкие пленки — клей защищен съемной пленкой. Проектировщик и производитель должны работать вместе, чтобы проверить выбор материала с точки зрения стоимости, характеристик и пригодности для производства.

Препрег

Препрег — это клеящий материал на основе неотвержденной смолы. Он используется для склеивания ламинатов между собой для формирования жестких многослойных плит. В гибких и жестких печатных платах препреги используются в качестве клея для изготовления жестких секций. Обычно используются два типа клея». No-flow» и «low-flow».

Смолы для препрегов с более высокой температурой стеклования (высокая Tg) обеспечивают более высокую рабочую температуру и относительно низкий коэффициент расширения по оси z. В противном случае надежность металлизированных отверстий будет значительно снижена. Клеи не обладают такими свойствами. Поэтому очень важно, чтобы производитель четко указал в DkD те области, где клей необходим, и те, где его не следует использовать.

Фольгированные пленки

Для создания проводников на гибких платах используются медные фольги, предварительно приклеенные к гибким диэлектрическим пленкам с помощью клеящих смол, или медные покрытия, напыленные на гибкие диэлектрические пленки с помощью чистой меди в специальной вакуумной камере. Возможен и обратный процесс — диэлектрик может быть нанесен на металлическую фольгу. Гибкие диэлектрические пленки, которые каким-то образом соединены с металлической фольгой или листом, часто называют ламинатами (по аналогии с английским стандартом). Ламинаты, не имеющие адгезивной смолы между проводящей и диэлектрической пленкой, называются неадгезивными ламинатами.

С другой стороны, обычные ламинаты разработаны с использованием клеящих смол или специальных клеящих подложек, наносимых на гибкую диэлектрическую пленку. Обратите внимание, что температура полимеризации адгезионной смолы обычно ниже, чем температура полимеризации материала диэлектрической пленки. В многослойных гибко-жестких конструкциях теперь используются неадгезивные ламинаты, чтобы исключить влияние низкотемпературных клеев на рабочую температуру печатной платы (Таблица 2).

Жесткие ламинаты

Диэлектрик, используемый для жесткой секции, такой же, как фольгированный стеклохолст, используемый для обычных жестких плат. Он представляет собой комбинацию медной фольги, клейкой смолы и тканого или нетканого армирования или жесткого армирования стекловолокном.

Материалы защитных слоев

Защитный слой представляет собой гибкое диэлектрическое покрытие, нанесенное на гибкую печатную плату после того, как все проводники и контактные площадки были нанесены на гибкую печатную плату. Защитный слой служит для защиты (изоляции) проводников на поверхности гибкой печатной платы от агрессивных атмосферных воздействий и всевозможных коротких замыканий.
между проводником и самим собой или с другими окружающими металлическими конструкциями.

Защитный слой изготовлен из материала, который можно согнуть или придать ему форму, соответствующую конечному использованию. Существует два типа защитных покрытий: тонкопленочные покрытия и маскирующие покрытия. Твердые защитные пленки состоят из адгезива и диэлектрической пленки, которые последовательно наносятся на гибкую печатную плату. Для динамических приложений важно поддерживать баланс между механическими свойствами проводящего слоя и защитной пленки.

Защитная маска

Защитное покрытие представляет собой диэлектрическое покрытие, нанесенное на различные части гибкой плиты методом ламинирования сухой пленкой, трафаретной печати, напыления или инфузии. Фоточувствительные материалы также могут быть использованы в качестве покрытий для обеспечения более точной защиты. Выбор типа покрытия для гибкого применения является ключевым процессом. На поверхность защитного слоя, а также на диэлектрическую подложку гибкой печатной платы, используемой для экранирования проводников, могут быть нанесены проводящие чернила, такие как серебро, а также полимеры на основе меди или углерода.

Производство

Гибкие печатные платы (ПП) изготавливаются с помощью фотолитографии. Другой метод изготовления гибких схем или петель заключается в нанесении полосок с очень тонкими (0,07 мм) медными слоями между двумя слоями PET (полиэтилентерефталата). Эти слои, толщина которых обычно не превышает 0,05 мм, покрыты клеем и представляют собой реакторы, которые активируются в процессе ламинирования.GPC и шлейфы обладают рядом преимуществ во многих областях.

• Плотно смонтированные электронные блоки с контактами, расположенными в 3 плоскостях (пример использования — камера) (статическое применение).
• Электрические контакты в приложениях, где требуется гибкость для сборки при обычном использовании, например, мобильные телефоны (мобильное использование)
• Электрические контакты между узлами для замены более громоздких и объемных кабельных жгутов (примеры использования — автомобили, ракеты, спутники)
• Электрические контакты в приложениях, где толщина платы или ограничение пространства играют важную роль

Преимущества ГПС

• Возможность замены многих жестких плат и/или соединителей
• В областях с динамикой или там, где требуется высокая степень гибкости, идеальным выбором является одиночная панель.
• Возможно множество конфигураций CBC

Недостатки ГПС

• Более высокая стоимость по сравнению с жесткими печатными платами
• Повышенный риск повреждения во время использования
• Более сложный процесс сборки
• Ремонт и реконструкция могут быть затруднены или невозможны
• Более низкое качество панели, что приводит к увеличению затрат

Применение

В некоторых отраслях, где гибкость, миниатюризация или производственные ограничения делают жесткие печатные платы или ручную компоновку схем менее надежными, гибкие схемы часто используются в качестве соединителей. Чаще всего они используются в компьютерных клавиатурах, где в большинстве случаев обеспечивают работу матрицы переключателей.

При производстве ЖК-дисплеев в качестве подложки используется стекло. Если вместо нее используется тонкая, гибкая пластиковая или металлическая фольга, вся система становится гибкой, поскольку пленка, размещенная поверх объединительной платы, обычно очень тонкая (всего несколько микрон).

Органические светоизлучающие диоды (OLED) часто используются в гибких дисплеях вместо подсветки. В результате появляются гибкие дисплеи с органическими светодиодами.

Большинство гибких схем — это просто пассивные клеи, используемые для соединения электронных компонентов, таких как интегральные схемы, резисторы и конденсаторы. Однако некоторые из них могут использоваться только для соединения других электронных компонентов, либо напрямую, либо через разъемы.

В автомобильной промышленности гибкие схемы используются для элементов управления под приборными панелями и капотами, в подкапотных схемах и антиблокировочных тормозных системах. В компьютерной периферии гибкие схемы используются в съемных головках принтеров и передают сигналы на считыватель карт мобильного дисковода или на ползунок печатающей головки. В бытовой электронике гибкие схемы используются в камерах, развлекательных системах, калькуляторах или датчиках движения.

Гибкие цепи также широко используются в промышленном и медицинском оборудовании, где требуется большое количество компактно расположенных межсоединений. Другой распространенный пример его применения — мобильные телефоны.

Для обеспечения спутников энергией были разработаны гибкие фотоэлектрические элементы. Они легкие, их можно свернуть для запуска и легко развернуть для использования. Их также можно пришивать к рюкзакам или верхней одежде.

История

Изобретения, появившиеся в начале 20 века, позволяют предположить, что первые исследователи представляли себе плоские провода между слоями диэлектрика для создания цепей, которые служили для первых телефонных линий. Одно из самых ранних описаний того, что можно назвать гибкой схемой, было обнаружено доктором Кеном Гиглио и опубликовано Альбертом Хансеном в 1903 году в британском патенте, описывающем структуру, состоящую из плоских металлических проводов, покрытых бумагой, пропитанной парафином. Записи из лаборатории Томаса Эдисона того же периода показывают, что он рассматривал возможность покрытия образцов карбоксиметилцеллюлозы линованной бумагой, покрытой графитовым порошком, для создания того, что определенно можно назвать гибкой схемой, хотя нет никакой информации о том, что это было реализовано на практике.

В публикации 1947 года под названием «Технология печатных плат», написанной Кледо Брунетти и Роджером Кертисом, подводится итог обсуждению создания схем, которые могли бы иметь гибкий диэлектрик (например, бумагу), что свидетельствует о том, что идея получила распространение. В 1950-х годах изобретатели Виктор Дальгрен из компании «Сандерс» в Нашуа, Нью-Гэмпшир. и Ройден Сондерс добились значительного прогресса в разработке процесса печати и травления плоских проводов из гибких материалов в качестве альтернативы кабельным пучкам. Начиная с 1950-х годов, компания Photocircuits из Нью-Йорка рекламировала гибкие схемы, что свидетельствует об их интересе к этой области.

Сегодня гибкие схемы используются во многих изделиях. Они приобрели большое значение благодаря усилиям японских электронных компаний и их инженеров-сборщиков, которые придумали бесчисленное множество новых применений технологии гибких схем. В течение последнего десятилетия рынок гибких схем оставался одним из самых быстрорастущих сегментов рынка межсоединений. Более продвинутый вариант технологии, известный как «гибкая электроника», обычно предполагает совмещение активных и пассивных функций в работе.

Структуры гибких схем

Существует несколько основных схем гибких схем, но они значительно отличаются друг от друга из-за способа их компоновки. Наиболее распространенными типами гибких схем являются следующие

Односторонние гибкие платы

Односторонние гибкие платы имеют проводящий слой из металла или проводящего (металлосодержащего) полимера на гибкой изоляционной пленке. Ограничение заключается в том, что доступна только одна сторона. В основной оболочке могут быть прорезаны отверстия, позволяющие соединить компоненты вместе, обычно путем пайки. Односторонние гибкие схемы могут производиться как с защитным слоем, так и без него, но наиболее распространено использование защитных слоев. Развитие метода поверхностного монтажа путем напыления проводящих материалов позволило производить прозрачные светодиодные пленки для специального стекла и гибкие светоизлучающие композиты.

Гибкие схемы двойного доступа

Гибкая двухканальная схема имеет один проводящий слой, но работает таким образом, что доступ к определенным элементам проводящей схемы возможен с обеих сторон. Несмотря на преимущества этого типа схемы, специальные расчетные требования для доступа к элементам ограничивают ее применение.

Рельефные гибкие схемы

Рельефные гибкие схемы являются инновационным подклассом традиционных гибких схем. Процесс производства включает специальный многоступенчатый метод травления гибкой платы, в ходе которого толщина слоя медных проводников на гибкой плате варьируется в разных местах платы (например, толщина проводников может быть меньше на гибких концах и больше на стыках).

Двухсторонние гибкие схемы

Двухсторонние гибкие схемы получили свое название из-за двух слоев проводников. Они могут быть выполнены в виде перфорированных или неперфорированных монтажных частей, хотя первый вариант встречается чаще. Если схема собрана без перфорированного монтажа и разъем находится только с одной стороны, она определяется как «Тип 5» в соответствии с военными спецификациями. Такая практика распространена, хотя и не очень часто. Благодаря креплению с отверстиями зажимы для электронных компонентов могут быть размещены с любой стороны платы, что позволяет размещать сами компоненты с любой стороны. В зависимости от требований к конструкции двусторонние гибкие цепи могут иметь защитное покрытие на одной, обеих или обеих сторонах готовой цепи, но чаще всего покрытие наносится на обе стороны. Одним из главных преимуществ этого типа прокладки является возможность легко создавать перекрестные соединения. Многие односторонние гибкие цепи монтируются на двухсторонние подложки просто потому, что они имеют одно или два перекрестных соединения. Примером использования этих схем является соединение между сенсорной панелью и материнской платой в ноутбуке. Все соединения в этой схеме находятся только на одной стороне колодки, за исключением самого маленького, которое использует другую сторону колодки.

Многослойные гибкие схемы

Гибкая схема с тремя или более слоями проводников называется многослойной гибкой схемой. Обычно слои соединяются между собой путем установки элементов в отверстия, хотя это не обязательно, так как соединения с нижними слоями могут быть доступны. Слои этого типа гибкой схемы могут непрерывно укладываться в процессе строительства, за исключением площади, занимаемой элементами, установленными в отверстиях. Дискретное ламинирование распространено там, где требуется максимальная гибкость. Это достигается за счет обеспечения свободных от связей зон там, где требуется гибкость.

Жестко-гибкие схемы

Жестко-гибкие схемы — это гибридный тип схемы, состоящий из жестких и гибких прокладок, соединенных в единую структуру. Их не следует путать с армированными гибкими схемами, которые представляют собой обычные схемы, усиленные для поддержания веса электронных компонентов. Армированные гибкие схемы могут иметь один или несколько проводящих слоев. Хотя эти два термина звучат похоже, они представляют совершенно разные продукты.

Слои жестких схем обычно соединяются с помощью металлизированных монтажных отверстий. За прошедшие годы жесткогибкие схемы стали исключительно популярны среди разработчиков военной продукции, но технология была разработана для использования в коммерческой промышленности. Хотя часто говорят, что эти изделия выпускались в очень малых объемах из-за их сложности, в 1990-х годах компания Compaq Computers предприняла впечатляющую попытку использовать эту технологию в производстве печатных плат для ноутбуков. В то время как основные компьютерные жесткогибкие схемы не изгибаются во время работы, последующие разработки компании использовали жесткогибкие схемы для артикулирующих видеокабелей, достигая гибкости до 1 000 единиц при тестировании. К 2013 году использование жестко-гибких схем в ноутбуках массового потребления стало обычным делом.

Как правило, жестко-гибкие схемы представляют собой многослойные конструкции, но иногда используются и двух металлические схемы.

Гибкие схемы на полимерных толстых пленках

Гибкие схемы из толстой полимерной пленки (PTH) — это печатные схемы с проводниками, нанесенными на толстую полимерную пленку. Как правило, это однослойные проводниковые структуры, но несколько слоев металла могут быть напечатаны в последовательном рисунке между уже напечатанными проводниковыми слоями вместе с диэлектрическим слоем. Хотя низкая проводимость этих схем означает, что они не могут использоваться во всех отраслях промышленности, гибкие схемы на PTP успешно применяются в большом количестве отраслей, где требуется низкая мощность. Самый распространенный пример их применения — клавиатуры. Однако существует большое количество возможных применений этого прибыльного способа производства гибких схем.

Материалы гибких схем

Каждый компонент узла гибкой схемы должен соответствовать требованиям рабочего цикла изделия. Кроме того, материал должен надежно работать в сочетании с другими компонентами схемы, чтобы обеспечить простоту сборки и надежность. Ниже приводится краткое описание основных компонентов гибких схем и их функций.

Основной материал

Основным материалом схемы является гибкая полимерная пленка, которая служит основой для ламината. В нормальных условиях материал основы гибкой схемы обеспечивает большинство ее физических и электрических свойств. Что касается адгезионных свойств, то их также обеспечивает базовый материал. Хотя возможны различные толщины, большинство гибких пленок имеют небольшой относительный диапазон толщины, составляющий от 12 до 125 нм (от 0,5 до 5 мил), хотя существуют и более тонкие материалы. Более тонкие материалы, конечно, более гибкие, поскольку для большинства материалов увеличение жесткости пропорционально кубу толщины. Это означает, что материал вдвое большей толщины станет в восемь раз жестче, отражая лишь 1/8 часть энергии при той же нагрузке. В качестве подложки для пленок используется ряд материалов, включая полиэфиры, полиимиды, полиэтиленнафталат (ПЭН), полиэфиримиды и многие фторопласты и сополимеры. Наиболее широко используются полиимиды, поскольку они сочетают в себе превосходные электрические, механические, химические и термические свойства.

Клеящий состав

Клеи используются в качестве связующего в ламинате. Благодаря своей термостойкости клеи часто используются в качестве временной меры при наклеивании ламинатов, особенно если в качестве основного материала используется полиимид. Из-за сложностей, связанных с полиимидными клеями на ранних этапах, во многих полиимидных гибких схемах сейчас используются клеи, изготовленные из различных полимеров. Однако ряд более современных термопластичных полиимидных клеев значительно продвинулся в развитии. Как и в случае с пленками-подложками, толщина клея варьируется. Часто выбор толщины зависит от области применения. Например, для создания покрытий, необходимых для защиты медной фольги разной толщины, часто используются клеи разной толщины.

Металлическая фольга

Металлическая фольга чаще всего используется в качестве проводника цепи. Металлическая фольга — это материал, из которого обычно вытравливаются дорожки в схеме. Существует несколько типов алюминиевой фольги переменной толщины для создания гибких схем, но в подавляющем большинстве случаев используется медная фольга. Что делает его лучшим выбором, так это хороший баланс между ценой меди и ее физическими и электрическими свойствами. Сегодня существует множество различных типов медной фольги. IPC выделяет восемь типов медной проволоки для печатных схем, разделенных на две широкие категории (покрытие и обработка давлением) и четыре подкатегории. В результате существует множество различных типов медной проволоки, пригодной для производства гибких цепей, необходимых для различных отраслей промышленности и конечных продуктов. В большинстве случаев, когда обрабатывается медная проволока, на одну сторону обычно наносится тонкое покрытие для улучшения адгезии к основной пленке. Существует два типа медной проволоки — с покрытием и обработанная давлением, каждый из которых имеет совершенно разные характеристики. Наиболее распространенным типом является обработанная давлением и прокаленная алюминиевая фольга, хотя все большую популярность приобретают более тонкие пленки, полученные методом гальванического осаждения.

В нестандартных условиях производителям схем придется изготавливать специальные ламинаты с использованием другой металлической фольги или специального медного сплава. Это делается путем нанесения фольги на подложку с клеем или без него, в зависимости от источника и характеристик подложки.

Нормативно-техническая документация в производстве гибких схем

Правила разрабатываются для обеспечения общей основы для понимания того, как должен выглядеть и работать изготовленный продукт. Производственные стандарты устанавливаются непосредственно ассоциациями производителей, такими как Ассоциация производителей связной электроники, и пользователями гибких схем.

Дешевый способ печати плат

Зачем это нужно

Изготовление печатных плат в домашних условиях — не самая тривиальная задача. Во-первых, этот процесс требует высокой степени точности, а во-вторых, он довольно дорог. Инновационный подход к быстрой и недорогой печати печатных плат, разработанный инженерами из Georgia Tech, Токийского университета и Microsoft Research, может решить эту проблему. Заплатив не более 300 долларов, любой любитель может сделать жизнеспособную печатную плату менее чем за 60 секунд, используя струйный принтер с обычными картриджами.

Как это работает

Ключевой инновацией в технологии печати, известной как мгновенная струйная схема, являются уникальные чернила, содержащие наночастицы серебра, которые используются для печати печатных плат. Купив эти чернила, вы можете заправить их в стандартный картридж любого струйного принтера и печатать рабочие схемы на обычных носителях. Наиболее подходящими являются резиновая бумага, пленка или фотобумага. Однако есть некоторые материалы, для которых печать невозможна. К ним относятся, например, магниты на холсте или листе.

Полученную схему можно прикрепить к любому компоненту и устройству с помощью токопроводящей клейкой ленты или специального токопроводящего клея. Например, чтобы продемонстрировать преимущества новой технологии, авторы концепции подключают емкостной датчик со встроенной печатной платой к чашке с водой. При подключении к микроконтроллеру датчик способен определить, сколько жидкости осталось в стакане.

Наклейки с электроникой

Зачем это нужно

Новый проект по производству электронных наклеек является естественным дополнением к производству печатных плат на бумаге. Хотя эти два проекта никак не связаны между собой, они прекрасно дополняют друг друга.

Электронная наклейка — это небольшая деталь на самоклеящейся основе, содержащая электронный компонент». Стикеры» можно использовать для формирования логики или представления в вашем проекте. В настоящее время существует четыре основных типа наклеек, предлагаемых разработчиками.

• Светодиодные наклейки — простые наклейки со светодиодами, уже доступны в белом, красном, желтом и синем цветах.
• Наклейки с эффектами — наклейки для управления светодиодными наклейками. Можно создавать различные эффекты, например, выцветание или мигание.
• Сенсорные наклейки — это сенсорные наклейки, например, датчики света, звука или простые триггеры времени.
• Наклейки с сенсорным датчиком/микроконтроллером — это наклейки с сенсорным датчиком, которые, в отличие от предыдущих наклеек, имеют на борту микроконтроллер ATTiny85 и могут быть легко перепрограммированы при необходимости.

Цены начинаются от 25 долларов США за базовый набор наклеек «с начинкой».

Как это работает

Идея заключается в том, что для соединения компонентов не нужен припой или паяльник, поэтому теперь даже дети могут просто наклеить электронные компоненты на схему, чтобы собрать ее. Использование токопроводящего клея позволяет прикреплять наклейки практически к любой поверхности, и их можно наносить многократно.

Наклейки, подключенные к цепи, образуют единую логическую систему и могут взаимодействовать друг с другом, реагируя на внешнюю среду с помощью описанных выше датчиков. Эти наклейки предназначены для нанесения на любую проводящую поверхность: проводящую ткань, краску (см. предыдущую концепцию) или простую медную проволоку.

Наклейки с контурами можно отклеивать и снова наносить на любую поверхность

Организаторы проекта наклеек для трасс соберут предварительные заказы до конца года, а затем разошлют различные комплекты наклеек. Самый простой набор стоит 25 долларов и включает 12 белых светодиодных наклеек, по 6 красных, желтых и синих светодиодов, моток медной проволоки, две батарейки и немного канцелярских принадлежностей для крепления деталей.

Какой материал будем использовать для изготовления плат

Наиболее распространенными и доступными материалами для печатных плат являются гетинакс и стеклопластик. гетинакс — это бумага, пропитанная бакелитом. Мы обязательно будем использовать стекловолокно!» .

Стекловолоконная фольга представляет собой кусок стекловолоконной ткани, пропитанной связующим веществом из эпоксидной смолы и облицованной с обеих сторон фольгой из электролитической меди толщиной 35 микрон. Максимально допустимая температура составляет от -60ºC до +105ºC. Он обладает очень высокими механическими и электроизоляционными свойствами и подходит для резки, сверления, штамповки и других процессов.

В основном одно- или двухсторонний стеклопластик толщиной 1,5 мм и медная фольга 35 мкм или 18 мкм. мы будем использовать односторонний VLB толщиной 0,8 мм и фольгу толщиной 35 мкм (почему это так, будет подробно объяснено позже).

Методы изготовления печатных плат дома

Плиты могут быть изготовлены химическим или механическим способом.

При использовании химических методов защитные компоненты (лак, тонер, краска и т.д.) наносятся на фольгу в тех местах, где на плате должны быть дорожки (печатные схемы). Затем печатную плату погружают в специальный раствор (хлорид железа, перекись водорода и т.д.), который «разъедает» медную фольгу, но не влияет на защитный состав. Таким образом, медь остается под защитным слоем. Затем защитный слой удаляется с помощью растворителя, и плита оставляется на хранение.

При механических методах используется скальпель (при ручном изготовлении) или фрезерный станок. Специальный резак проделывает в фольге канавки и в итоге оставляет на ней островки — желаемый рисунок.

Фрезерные станки достаточно дороги, а сами фрезы также дороги и ресурсоемки. Поэтому мы не будем использовать этот метод.

Самый простой химический метод — ручной. Мы покрываем дорожки на досках лаком, а затем протравливаем их раствором. Этот метод не позволяет делать сложные плиты с очень тонкими дорожками — так что это тоже не наш случай.

У нас есть еще один метод изготовления плат — с помощью фоторезиста. Это очень распространенный метод (заводские платы изготавливаются именно таким способом) и часто используется в домашних условиях. Существует множество статей и методик по изготовлению печатных плат с использованием этой техники. Результаты очень хорошие и воспроизводимые. Однако это тоже не наш вариант. Основными причинами являются довольно дорогие материалы (фоторезист, который также деградирует со временем) и дополнительные инструменты (лампы УФ-облучения, ламинаторы). Конечно, если вы будете производить платы в больших количествах в домашних условиях — тогда фоторезист не сможет конкурировать — мы рекомендуем вам приобрести его. Кроме того, важно отметить, что оборудование и технология фоторезиста позволяет производить шелкографию и защитные покрытия на печатных платах.

С появлением лазерных принтеров радиолюбители стали широко использовать их для создания печатных плат. Как вы знаете, лазерные принтеры используют «тонер» для печати. Это специальный порошок, который спекается при температуре и прилипает к бумаге — в результате получается рисунок. Тонер устойчив к различным химическим веществам и действует как защитный слой для медной поверхности.

Поэтому наш метод заключается в переносе тонера с бумаги на поверхность медной фольги и последующем травлении печатной платы специальным раствором для получения рисунка.

Этот метод стал очень распространенным среди радиолюбителей благодаря простоте использования. Если вы наберете в Яндексе или Google, как перенести тонер с бумаги на картон, вы найдете термин LUT (Laser Ironing Technique). Эта техника используется для изготовления печатных плат следующим образом: печатается зеркальное изображение дорожки, бумага прикладывается к плате, изображение прикладывается к медной пластине, бумага проглаживается утюгом, тонер размягчается и прилипает к плате. Затем бумага замачивается в воде, и картон готов.

В Интернете есть миллион статей о том, как делать печатные платы с помощью этой техники. Но эта техника имеет много недостатков, требует прямых рук и требует много времени, чтобы привыкнуть к ней. Иными словами, нужно прочувствовать его. Доски не получаются правильными с первого раза, но их делают время от времени. Существует множество усовершенствований — используя ламинатор (с функцией преобразования — обычным ламинаторам не хватает температуры) можно добиться очень хороших результатов. Существуют даже способы создания специальных термопрессов, но все это опять же требует специального оборудования.Основными недостатками техники LUT являются.

• Перегрев — дорожка расходится — становится шире

• Недогрев — полоса остается на бумаге

• Бумага «горит» на плате — ее трудно удалить даже после насыщения — что приводит к повреждению тонера. В Интернете есть много информации о том, какую бумагу выбрать.

• Пористый тонер — после удаления бумаги остаются микроскопические отверстия в тонере — плата также протравливается через эти микроскопические отверстия — образуется дорожка коррозии

• Воспроизводимость — сегодня хорошо, завтра плохо, потом снова хорошо — последовательных результатов трудно добиться — требуется строго постоянная температура нагрева тонера и постоянное давление на плату

Кстати, у меня не получилось сделать тарелку по этому методу. Я пробовал его на журналах и мелованной бумаге. В итоге я даже повредил плату — медь вспучилась из-за перегрева.

По какой-то причине в Интернете не хватает информации о другом методе переноса тонера — методе холодного химического переноса. Он основывает это на том, что тонер нерастворим в спирте, но растворим в ацетоне. Поэтому если вы найдете смесь ацетона и спирта, она только размягчит тонер — тогда он сможет «прилипнуть» с бумаги на плату. Мне очень понравился этот метод, и я сразу же был вознагражден — первая доска была готова к работе. Однако, как выяснилось позже, я нигде не смог найти подробной информации, которая давала бы 100% результат. Нам нужен был метод, при котором даже ребенок мог бы сделать доску. Но во второй раз тарелки не удалось приготовить, более того, потребовалось много времени, чтобы найти нужные ингредиенты.

В итоге, после длительного времени, мы разработали серию шагов по подбору всех компонентов, что дало нам хороший результат — 95%, если не 100%. И, что самое главное, процесс был настолько простым, что ребенок мог совершить расходы полностью самостоятельно. Именно этот метод мы будем использовать. (Конечно, можно довести его до совершенства — если вы достигнете лучших результатов — тогда напишите об этом). Преимущества этого метода.

• Все реагенты дешевы, доступны и безопасны.

• Вам не нужны дополнительные инструменты (утюг, лампа, ламинатор — ничего, хотя и не нужно — нужна сковорода).

• нет возможности повредить печатную плату — плата совсем не нагревается

• Бумага отрывается сама по себе — вы видите результат переноса тонера — где перенос не удался

• Отсутствие пор в тонере (они закрыты бумагой) — поэтому никаких пятен

• Мы делаем 1-2-3-4-5 и всегда получаем один и тот же результат — почти 100% повторяемость.

Прежде чем начать, давайте посмотрим, какие доски нам нужны и что мы можем сделать в домашних условиях с помощью этого метода.

Основные требования к изготовленным платам

Мы будем создавать устройства на базе микроконтроллеров с современными датчиками и микросхемами. Чипы становятся все меньше и меньше. Поэтому должны быть соблюдены следующие основные требования.

• Плата должна быть двухсторонней (как правило, очень трудно сделать одностороннюю плату и трудно сделать четырехстороннюю плату в домашних условиях, а микроконтроллеру необходим заземляющий слой для предотвращения помех).

• Следы должны быть толщиной 0,2 мм — это достаточно хорошо — 0,1 мм еще лучше — но существует риск появления протравленных следов, сбивающихся с пути, при пайке.

• Шага дорожек в 0,2 мм должно быть достаточно практически для любой схемы. Уменьшение зазора до 0,1 мм чревато трудностями с дренажом дорожки и проверкой на наличие шорт.

Мы не будем использовать защитные маски или делать шелкографию — это усложнит производство и не является необходимым, если вы делаете доску для себя. Опять же, в Интернете есть много информации об этом, и вы можете сами возиться с этим, если захотите.

Мы не будем лудить платы, в этом также нет необходимости (если только вы не собираете устройство 100-летней давности). Мы защитим их лаком. Наша главная цель — быстро, качественно и дешево изготовить печатные платы в домашних условиях.

Мы делаем печатные платы следующим образом — дорожки 0,25 и 0,3, расстояние между ними 0,2

Как сделать двухстороннюю плату из 2-ух односторонних

Одна из проблем с двойными панелями заключается в подборе сторон таким образом, чтобы переходные отверстия перекрывались. Обычно это достигается за счет «сэндвич» панелей друг с другом. На одном листе бумаги печатаются две стороны. Бумага складывается пополам, и стороны точно выравниваются по разметке. Внутрь вставляется двусторонний текстурированный камень. Используя метод LUT, этот сэндвич разглаживается утюгом для создания двойной панели.

Однако при методе холодного переноса сам перенос осуществляется с помощью жидкости. Поэтому очень сложно организовать процесс смачивания одной стороны одновременно с другой. Сделать это, конечно, можно, но с помощью специального вида оборудования — небольшого пресса (тисков). Тяжелые листы — которые могут впитывать жидкость для переноса тонера — отбираются. Лист увлажняют, чтобы жидкость не стекала и лист мог сохранять свою форму. Затем делается «сэндвич» — один влажный лист, одна туалетная бумага для впитывания лишней жидкости, один печатный лист, одна двойная панель, один печатный лист, одна туалетная бумага и еще один влажный лист. Все это зажимается вертикально в тисках. Но мы не будем этого делать, мы сделаем проще.

На форуме по изготовлению панелей мы наткнулись на очень хорошую идею — в чем проблема сделать двустороннюю доску — взять нож и разрезать бентонит пополам. Поскольку стекловолокно является многослойным материалом, это несложно сделать при определенном навыке.

Таким образом, из двойной панели толщиной 1,5 мм мы получаем две одинарные панели.

Затем изготавливаются две доски, сверлятся и все — они идеально выровнены. Не всегда удается ровно обрезать доски, поэтому в конечном итоге возникла идея использовать тонкую одностороннюю доску толщиной 0,8 мм. Затем две половинки нельзя склеить, они будут держаться вместе за счет переходных отверстий, кнопок, паяных перемычек в разъемах. Однако при необходимости их можно без проблем склеить эпоксидным клеем.

Основным преимуществом этого протектора является.

• Бентонит толщиной 0,8 мм легко режется ножницами для бумаги в любую форму, т.е. очень легко обрезается под корпус.

• Тонкий бентонит прозрачен — посветите под него фонариком, и вы сможете легко проверить правильность всех направляющих, замыканий и разрывов.

• Пайка одной стороны проще — компоненты на другой стороне не нарушаются, и вы можете легко контролировать пайку выводов микросхемы — вы можете соединить обе стороны на дальнем конце

Недостаток.

• Необходимо просверлить в два раза больше отверстий, и они могут быть немного непоследовательными.

• Если не склеивать доски, то можно немного потерять жесткость конструкции, а склеить их не очень просто.

• Одностороннее стекловолокно трудно найти в 0,8 мм, 1,5 мм в основном доступно, но если вы не можете достать его, вы можете нарезать его ножом потолще.

Давайте перейдем к деталям.

Необходимые инструменты и химия

Нам понадобятся следующие материалы.

• 0,8 мм одностороннее стекловолокно

• Губка для мытья посуды

  

• Жидкое моющее средство или другая жидкость для мытья посуды

• Ацетон (помните, что его пары токсичны!) . Работа в проверенном помещении!)

• жидкость для снятия лака для ногтей без ацетона (например, LASKA, которая абсолютно подходит) Всегда проверяйте жидкость, сейчас много подделок с ацетоном в составе. Чтобы проверить, сделайте влажную печать на бумаге с этой жидкостью, тонер не должен плавать!

  

• Промышленный спирт (ИЗОПРОПАНОЛ — изопропиловый спирт, 99,7% безводный), медицинский спирт также может быть использован, но его трудно купить.

  

• Мягкая, двухслойная туалетная бумага (например, Zewa)

• Пластиковый шприц объемом от 2 до 3 мл

  

• Фотобумага для струйной печати LOMOND 0102145 85gsm

  

• Черно-белый лазерный принтер с высоким разрешением, более 600 dpi. например, HP LaserJet P1102. можно использовать неоригинальные картриджи. profline — хороший пример.

  

• Ножницы, предпочтительно швейный нож для резки ткани.

• Сверла 0,6, 0,8, 1 мм.

• Маркер Aydin 140S для выпрямления досок

  

• Мини-дрель (как ее сделать, будет рассказано ниже)

• Гидроперовая кислота (продается в аптеках)

• Лимонная кислота (продается в хозяйственных магазинах или супермаркетах)

• Каменная соль (не содержит йода)

• Контейнер для маринования — например, пластиковый контейнер

Теперь, когда у вас есть все это, давайте сделаем шаг за шагом.

Учебное пособие по изготовлению гибких печатных плат

В этом учебном пособии рассматривается процесс изготовления гибких печатных плат. Эта методика была проверена в течение нескольких лет и поэтому может быть взята на вооружение другими.

Для этого проекта нам понадобятся.

• Восковой принтер или любой другой предпочтительный метод переноса тонера (в этом учебнике даже предлагается использовать струйный принтер).
• Гибкий материал Pyralux (бесплатные образцы больше не предоставляются компанией DuPont. Этот материал можно приобрести в Adafruit или на eBay)
• Хорошо проветриваемое помещение
• Защитная рабочая одежда (защитные очки, перчатки, халат, лицевой щиток)
• Соляная кислота
• Перекись водорода
• Ацетон (можно также использовать жидкость для снятия лака)

Вы должны заранее решить, подходит ли вам этот метод. Как правило, эти гибкие панели очень просты в изготовлении. Вы можете создавать очень сложные схемы (я обычно использую компоненты серии 0604). Однако, исходя из личного опыта, они не очень долговечны. Со временем в этих гибких схемах появляются крошечные трещины на стыке гибкого и жесткого материалов. Результаты этого метода вполне приемлемы, но если вам нужна более надежная схема, то используйте стандартную печатную плату. (Компания DuPont продает различные материалы, позволяющие склеить проблемные участки, но я их не тестировал. (Некоторые виды эластомерного покрытия также могут пригодиться, но они также не тестировались).

Шаг 1: Разработка схемы

Я использовал мощный и интуитивно понятный инструмент для проектирования печатных плат Eagle. Я рекомендую вам выучить его. В противном случае для работы с растровыми изображениями можно использовать любую векторную программу, даже Microsoft Paint. Обратите внимание на следующие моменты.

• Создайте только черно-белое изображение.
• Не используйте оттенки серого.
• Старайтесь избегать диагональных линий, чтобы минимизировать проблемы сглаживания.
• Постарайтесь сделать сигнальные линии более жирными. Это поможет на этапах травления и пайки.
• При экспорте изображения установите максимально возможное разрешение DPI (лучше всего 600 DPI).
• Используйте Microsoft Paint для печати в нужном масштабе. Зайдите в меню параметров и укажите разрешение dpi перед печатью (можно использовать Photoshop или другое программное обеспечение).

Шаг 2: Печать созданной схемы

Перед печатью протрите Pyralux техническим спиртом. отпечатки пальцев могут вызвать отслаивание воска. Вы можете разрезать Pyralux на небольшие кусочки и напечатать на них схему нужного размера. Я использую формат А6.

(Преимущество этого метода в том, что вы можете сделать несколько пробных отпечатков на бумаге, прежде чем переносить рисунок на Pyralux).

Шаг 3: Процесс травления

Примите ванну и добавьте соляную кислоту (HCl) и перекись водорода (H202) в соотношении 1:2 (полчашки соляной кислоты к полной чашке перекиси водорода). Используйте защитную спецодежду. Почувствуйте себя настоящим ученым.

Во время реакции с соляной кислотой выделяются пары. При смешивании соляной кислоты и перекиси водорода полученная жидкость нагревается и образуются пузырьки. Поместите печатную плату в эту смесь. Во время реакции следует перемещать плату, чтобы сделать процесс травления более равномерным. Избегайте образования пузырей под плитой.

Выделяемые пары очень токсичны и коррозийны. Попадая в мастерскую, этот дым может испортить обычные металлические инструменты. В принципе, процесс травления лучше всего проводить на открытом воздухе, но если вы находитесь в помещении, создайте достаточную вентиляцию.

Держите поблизости пищевую соду. Он может понадобиться для нейтрализации кислоты и превращения ее в зеленую, соленую массу.

Будьте осторожны, вы используете токсичное вещество

Шаг 4: Чистка

Протрите доску в ванночке с растворителем для ногтей или протрите тряпкой, смоченной в ацетоне, чтобы удалить остатки краски.

Шаг 5: Пайка компонентов

После тщательной очистки возьмите крошечные резисторы, SMD-конденсаторы и другие компоненты для поверхностного монтажа и наберитесь терпения, чтобы припаять их все.

Я начинаю с нанесения небольшого количества припоя на все контактные площадки. Затем я достаю светодиоды, резисторы и конденсаторы тонким пинцетом и устанавливаю их на место. Я нагреваю припой и даю ему стечь по ножкам компонентов.

Компоненты для поверхностного монтажа, такие как ATmega328p, можно сначала прикрепить к плате с помощью двустороннего скотча, а затем припаять по одному с помощью паяльника с очень тонким жалом.

Примечание: Вы также можете использовать компоненты для установки в отверстия. Для этого нужно использовать зеркальное изображение схемы, поскольку ножки компонентов должны быть припаяны к обратной стороне платы. Я смонтировал контактные разъемы аналогичным образом.

Компоновка слоев платы на листе бумаги для печати c помощью InkScape

InkScape — это высококачественный профессиональный инструмент векторной графики для Windows, Mac OS X и Linux. Он широко используется любителями и профессионалами по всему миру для создания иллюстраций, иконок, логотипов, графиков, карт и веб-графики. inkscape использует открытый стандарт W3C SVG (Scalable Vector Graphics) в качестве формата файлов по умолчанию. Это также бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом.

Это программное обеспечение очень хорошо подходит для будущих макетов плат. На выходе программы для разводки плат Kicad (или другой) получается чертеж каждого слоя в формате svg или pdf. С помощью этой программы каждый слой (то есть несколько svg-файлов) можно импортировать на лист бумаги, при необходимости их можно зеркально отобразить и разместить на бумаге в нужном количестве. Полученное изображение можно сохранить в формате PDF или распечатать напрямую.

Давайте посмотрим, как это делается.

1. Создание нового документа в InkScape

2. Выберите «Файл» — «Импорт» и выберите наши файлы svg. Они должны быть импортированы, иначе геометрия рисунка может измениться!». . В итоге у вас будет 2 объекта (вы можете импортировать их по одному).

   

3. Затем раскладываем два чертежа и делаем необходимые слои пластины (если вы сделали оба слоя незеркальными в Kicad — то слой F.Cu должен быть зеркальным) (кнопка V — вертикальный или H — горизонтальный, в любом случае, это больше для наглядности). Поместите их рядом друг с другом так, чтобы можно было резать — достаточно зазора в 2-3 мм. Для большей точности можно использовать миллиметровые поля на панели инструментов.

   

4. Если нам нужно вписать печатную плату определенного размера — мы можем сделать прямоугольник нужного размера и поместить в него наш рисунок. Перед печатью необходимо удалить все ненужные элементы! Если вы оставите их, они могут стать черными.

   

5. Лучше всего напечатать сразу 2 копии, чтобы посмотреть, какая из них лучше, или, если первая не удалась, напечатать вторую. В этом редакторе можно легко копировать и делать вторую копию.

   

6. Выберите Файл — Сохранить как — PDF и сохраните. Если вы печатаете непосредственно из Inkscape, обязательно проверьте геометрию и используйте линейку для проверки диагональных расстояний, иначе плата не будет работать. При печати лучше всего выбирать ВЕКТОРАЛЬНУЮ печать.

Конечно, если вы, например, делаете сразу несколько досок, вы можете разместить нужное количество рисунков на одном листе бумаги.

Небольшой совет.

• Постарайтесь оставить несколько отступов по краям, так как принтер может плохо печатать вблизи краев.

• Если доска маленькая, лучше всего положить рисунок наполовину, тогда можно разрезать фотобумагу на 2 копии и использовать их 2 раза при печати.

• В печати не должно быть никаких серых зон — все только черное и белое!». .

• Всегда проверяйте посадочное место перед изготовлением платы — поместите микрочип в печатную область на обычной бумаге или прямо на дисплей.

• Обратите пристальное внимание на зеркальный слой — это очень легко проверить — переверните плату после печати и посмотрите, похоже ли зеркальное изображение на изображение в Kicad.

• Выберите лучшую копию до того, как начнете ее делать — где больше тонера, где она лучше ложится и т.д.

• Старайтесь, чтобы сама доска была как можно меньше — не более 10 см х 10 см, иначе будет трудно равномерно прижать рисунок к доске. При этом, если доска большая, лучше сделать каждую сторону отдельно.

• Если что-то пойдет не так, не волнуйтесь, вы можете сделать все заново.

• Оставьте небольшой шаг, например, 2 см, по длинной стороне окончательного рисунка, чтобы держать выкройку в руке.

• Сама доска должна быть как минимум на 3 мм больше по каждому краю рисунка.

Здесь есть идеал.

Я напишу еще раз — все добавленные прямоугольники должны быть удалены!». . Остался только рисунок на доске!

Печатаем на принтере рисунок платы

Наш метод изготовления пластин требует специальной бумаги. Выбор подходящей бумаги был большой проблемой. Я пробовал различную бумагу, включая бумагу для факса, журнальную бумагу, мелованную бумагу и обычную бумагу, и наконец нашел идеальную бумагу. Какая бумага нам понадобилась?

• Она должна быть легкодоступной.

• Недорого

• Тонкие, но устойчивые к разрыву при намокании

• Глянцевая бумага

• хорошо и быстро впитывает воду (наш раствор) и не деформируется при намокании

• Он должен подходить для лазерных принтеров, чтобы вам не пришлось бороться за склеивание бумаги.

Она должна подходить для лазерных принтеров, чтобы вам не пришлось возиться с наклеиванием и т.д. Мы предпочитаем бумагу Romon (точное название см. выше).

Печатайте при максимальном расходе тонера. В Windows перейдите в раздел Принтеры, найдите нужный принтер и щелкните на нем правой кнопкой мыши. Перейдите на вкладку «Параметры устройства» и выберите максимальную плотность печати (например, 5). Эта настройка недоступна в драйвере linux, и мне пришлось установить виртуальную машину с помощью Windows.

Без этой настройки перевод может не работать, а тонера может быть больше. При печати также необходимо выбрать свойства, черно-белую печать и максимальное разрешение.

Эти настройки могут отличаться от принтера к принтеру, главное — максимальное качество печати и расход картриджа. После печати не трогайте саму плату руками, чтобы не оставить на ней жирных следов.

При печати PDF файлов — убедитесь, что масштаб 100% или соответствует размеру. Adobe PDF любит автоматически размещать на рабочем листе, изменяя масштаб! В этом случае ничего не выйдет.

Теперь с помощью ножниц вырежьте изображение, которое получилось лучше всего. Оставьте 2 см с одного края, чтобы держать лист бумаги в руке (предпочтительно вдоль длинной стороны доски). Вырежьте против рисунка на расстоянии 2-3 мм от него, чтобы увидеть границы рисунка. Мы кладем его рядом, и он ждет своей участи.

Готовим раствор для химического перевода

Сам рецепт очень прост. Возьмите 2 части жидкости для мытья ногтей и 1 часть ацетона (например, 10 мл жидкости и 5 мл ацетона). Вы можете отмерять его как угодно — шприцем, мерным стаканчиком. Для пластины 100х50 мм вам понадобится 2-3 мл раствора, поэтому обычно 30 мл хватает надолго — вы не сможете смешать все сразу. Всегда храните раствор в плотно закрытой емкости. Очень удобно использовать стеклянную бутылочку физраствора с резиновой крышкой из аптеки.

Ацетон более летуч, поэтому при длительном хранении пропорции могут быть утрачены. Лучше всего приготовить раствор сразу и не хранить его долгое время. Смешайте, перемешайте некоторое время и готово.

Готовим стеклотекстолит

На этом этапе хорошо бы подготовить рабочую зону, где вы будете переносить рисунок на деревянную доску. Подойдет стол или табурет. Сверху следует положить широкую доску или мебельный щит толщиной 2 см. Поместите 1 двойной лист туалетной бумаги в центр доски.

Плата должна быть подготовлена для высококачественного переноса тонера. Это делается в два этапа. Сначала протрите доску нашей гладильной губкой круговыми движениями до блеска. Поскольку доска очень тонкая, лучше всего положить ее на твердый предмет. Держите его за края и двигайте от себя, чтобы соскрести доску. Все следы окисления, легкие царапины и отпечатки пальцев должны исчезнуть. Доска должна блестеть как зеркало, вот так (слева вверху видна необработанная поверхность).

Затем нанесите каплю «Фейри» на центр доски, хорошо вспенивая его руками и самой доской. Вымойте и протрите непосредственно в течение 2-3 минут. После этого промойте холодной водой. Держите доску строго за края. На руках не должно остаться следов. После этого плата готова к передаче. Стряхните воду и положите нашу доску на подготовленный вами кусок туалетной бумаги. Выдавите несколько больших капель нашего раствора на доску и вытрите ее насухо куском туалетной бумаги. На этом этапе убедитесь, что на плату не попали ворсинки, пыль, волосы и т.д. Если у вас в комнате беспорядок, сначала нужно привести ее в порядок.

Переводим рисунок

Итак, мы подошли к самому критическому моменту — от этого зависит качество доски. Самое лучшее здесь то, что если что-то пойдет не так, вы всегда можете начать заново и переделать плату. На этом этапе сама доска не повреждена, и вы можете повторять этот шаг, пока не получите идеальную доску.

Переведите рисунок (перед этим прочитайте его несколько раз — это строго последовательно и быстро).

1. Налейте приготовленный нами раствор в шприц — достаточно 2-3 мл.

2. Положите нашу подготовленную плату на туалетную бумагу медной стороной вверх. С помощью шприца нанесите много-много капель воды на медь и покройте всю плату тонким слоем раствора. Здесь очень пригодится шприц, чтобы сохранить раствор и равномерно распределить его по доске. Лучше всего оставить его в виде сплошной лужи без зазоров.

3. 
   Теперь быстро положите вырезанный рисунок самой доски лицевой стороной вниз, белой стороной бумаги вверх на доску, пропитанную гипсом. Лучший способ сделать это — схватить ту часть, которую мы намеренно оставили. Бумага должна лежать на доске ровно и сразу же начать впитывать воду. В этот момент вы не можете сдвинуть его с места! Поэтому лучше всего тренироваться с водой, чтобы она равномерно распределялась по краям доски.

4. 
   Когда бумага пропитается, мы берем пластиковую карту (например, дисконтную карту из некоторых магазинов) и проводим кистью от места, где мы держим бумагу, к краю, выдавливая лишнюю жидкость и расправляя наш рисунок.

   

5. Теперь начните считать до 10, положите сверху 2 листа туалетной бумаги и через 10 секунд сожмите нашу доску с весом около 3 кг. Можно использовать кастрюлю, налив в нее воду (желательно теплую) или что-то подобное. Дно должно быть очень плоским. Поместите сковороду на доску — прижмите к ней половину ее веса примерно на 5 секунд. Теперь подождите 5 минут.

6. Через 5 минут снимите сковороду и достаньте нашу доску. Бумага должна быть почти белой, а рисунок — почти невидимым. Это означает, что он высох. Если нет, оставьте его лежать и подождите, пока он высохнет. На ощупь она должна быть абсолютно сухой.

   

Очень важно, чтобы обе поверхности пресса были ровными, без выступов и отверстий. У нас должен получиться ровный, гладкий пресс. Здесь нельзя использовать большой вес. Я пытаюсь сделать это с грузом 10 кг — дорожка размывается. 3-4 кг — идеальный вариант. Вы можете попробовать разные варианты, пока не освоитесь, но в принципе этот этап обычно прост и понятен.

Теперь нужно удалить бумагу, чтобы рисунок остался на доске. Если вы попробуете метод LUT, положите плату в теплую воду и дайте бумаге размокнуть. Бумага размокнет, но тонкий слой фотографии останется на доске и будет мешать процессу травления. Если вы продолжите удалять его кистью или вручную, пористость тонера увеличится, и полигоны не выйдут. В любом случае, мне случайно удалось снять бумагу другим методом, который срабатывал в 95% случаев (иногда нет, но после небольшой сноровки все получалось с первого раза). Лучше всего внимательно просмотреть этот шаг на видео, несколько раз, чтобы вы могли детально увидеть, как все делается. На самом деле, это ключевой момент всей техники.

Нам понадобится 97% изопропиловый спирт (см. выше) и старая зубная щетка. Мы обмакнули кисть в спирт, а затем смочили верхнюю часть бумаги. Она становится слегка маслянистой и, в отличие от воды, остается такой, какая она есть, не разбухает и не становится влажной. Начиная с того края, где у нас лишняя бумага и нет рисунка, отогните бумагу немного назад и нанесите спирт кисточкой между бумагой и картоном. Смочите бумагу сверху спиртом и пролейте его между бумагой и картоном. Вылейте спирт несколько раз, чтобы прижать бумагу обратно к доске и дать спирту начать проникать в область рисунка. Теперь начинайте тянуть бумагу очень медленно, желательно с равномерным усилием. Вы должны почувствовать, как бумага отходит от тонера, который все еще находится на плате.

Когда пройдет 1 см, снова влейте спирт сверху и между бумагой, она должна быть постоянно смочена. Продолжайте тянуть и поливать спреем, пока вся бумага не сойдет с тонера.

В конце у вас в руках должен быть лист бумаги без оттенков. На плате все еще должен оставаться тонер. бумага здесь является инструментом управления — если часть тонера сходит, он остается на тонере! Это означает, что вы сразу увидите, как перешел тонер. Черная точка, например, является частью трека. Бумага должна быть полностью очищена от тонера.

Хорошим результатом является то, что если тонер отваливается от части полигона — плата в порядке. Если тонер сошел с нескольких дорожек — не беда, его можно восстановить. Если отваливаются большие куски, значит, есть проблема, низкая загрузка, загрязнена плата, где-то застрял тонер. Весь процесс должен быть повторен. Смойте тонер ацетоном и начните с нуля, готовый к работе с текстилем.

Если отвалился небольшой кусочек тонера, проще переделать доску маркером. Он хорошо справляется с ретушью в нужных местах. Лучше всего рисовать как можно больше точек с небольшим нажимом. Узор слева должен быть плотным, и вы сможете увидеть наложение черной краски. Необходимо нанести не менее 2 слоев краски. Вы можете увидеть, что тонер сошел с дорожки.

Это также будет видно на бумаге.

А вот так выглядит доска после реставрации (маркер стоит правильно, а в конце есть фотография доски после травления).

Плата готова к травлению. На этом этапе вы можете еще раз проверить, все ли в порядке. Возьмите яркий источник света, посветите им на доску и наклоните ее из одной стороны в другую, как бы ловя луч солнечного света. Если в тонере есть отверстия или где-то тонер прилип неправильно, вы, несомненно, увидите отражение меди, обычно на полигоне. Это говорит о том, что, скорее всего, у вас сдох тонер-картридж или принтер с низким разрешением. Вы можете оставить все как есть — доска может работать, но дорожка может быть пористой, или вы можете переделать ее.

В нашем методе тонер высыхает с белым медно-зеленым цветом и легким слоем сверху — это также защищает поры тонера. Осталось только протравить печатную плату.

Если этот шаг не сработал, то доску все равно можно сделать — отклейте бумажный слой обычным способом в технике LUT — замочите доску в теплой воде, и доска будет выглядеть хорошо — но не так идеально в форме полигона.

Внимание! Перед травлением платы проверьте ее еще раз, чтобы убедиться, что отверстия на месте, коробка для микросхем на месте и нет ли разрывов в дорожках. Это все еще можно переделать. После того как вы протравили плату, вам остается только работать с ножом и проволокой. При переносе тонера геометрия рисунка может измениться, если вы сдвинете бумагу или сильно нажмете на нее во время выравнивания карты. Всегда проверяйте точки диагонального расстояния с помощью линейки!

Травим плату

В Интернете можно найти множество решений для травления. Самый известный из них — хлорид железа. Но поскольку мы делаем печатные платы в домашних условиях, мы будем использовать самый чистый и безопасный раствор — перекись водорода. Абсолютно безвредная жидкость, которую можно вылить в раковину, но, конечно, пить ее нельзя.

Единственным недостатком нашего решения является то, что его нельзя хранить. То есть, его нельзя приготовить за один раз. С другой стороны, он выгоден тем, что стоит недорого и все ингредиенты доступны.

Приготовьте раствор для травления, предпочтительно в однолитровой банке, чтобы его можно было легко перемешивать.

1. Налейте в банку 50 мл теплой воды.

2. Кладем туда 3 таблетки Гидроперита (1 таблетка 1,5 г, в упаковке 8 таблеток) и круговыми движениями перемешиваем до полного растворения У вас должен получиться 3% раствор перекиси водорода.

3. Добавьте 15 г лимонной кислоты (можно добавить 20 г), и 5 г (чайная ложка) НЕ йодированной соли. Снова перемешайте круговыми движениями до полного растворения.

Теперь перелейте этот раствор в плоскую емкость и поместите в нее нашу тарелку. Лучше всего размещать пластину направляющими вниз! Таким образом, процесс будет проходить быстрее. В противном случае на поверхности пластины образуется нерастворимый осадок, который будет препятствовать травлению. Процесс должен начаться немедленно — вся доска должна быть покрыта пеной. Подождите примерно 20-30 минут, и все должно быть готово. Иногда требуется немного больше времени — 40 минут. Проверить процесс легко — посветите фонариком через дно контейнера, и вы должны увидеть рисунок платы. В процессе травления раствор сначала станет зеленым, а затем, когда вся кислота вступит в реакцию и превратится в соль, он станет синим. Если раствор пенится и пузырится, значит, в нем слишком много соли. Добавьте еще немного перекиси водорода и воды. Слишком сильное вспенивание может повредить тонер. Когда вспенивание прекратится, плита готова.

Если все вытравлено — нет лишних точек и т.д. — Если вы не запечатаете плату сразу, вы не запечатаете плату сразу, и тонер будет поврежден. Если вы не будете паять плату сразу, вы можете оставить тонер в качестве защиты меди. Второй метод — удалить тонер ацетоном и покрыть плату спирто-канифольным флюсом. О качестве платы можно судить по следующей фотографии (0,25 дорожки)

Сверлим отверстия

Не смотрите на то, какие сверла указаны в KICAD, это размеры, которые используются при сверлении на заводе и имеют очень точную центровку. При сверлении вручную выбирайте сверло наименьшего возможного диаметра в зависимости от детали, которая будет запаиваться в этих отверстиях (см. список сверл ниже).

Давайте посмотрим, какие сверла нам могут понадобиться.

• Диаметр сверла 0,6 мм — вам не нужно более тонкое сверло, это самое тонкое сверло, которое вам понадобится. Чем тоньше сверло, тем точнее удар, поэтому вы можете использовать это сверло для сверления ответственных отверстий, где требуется особая точность. Затем это отверстие можно рассверлить любым подходящим сверлом. Этот двухэтапный процесс сверления намного точнее, чем прямое сверление подходящим сверлом. Они подходят, если вы делаете переходные отверстия с помощью тонкой проволоки (например, из скрученных проводов).

• Сверло диаметром 0,7 мм — самое распространенное, его можно использовать для всех свинцовых компонентов — резисторов, конденсаторов, кварцев, проводов, распределительных коробок.

• Сверло диаметром 0,8 мм — может использоваться для монтажа проводов и некоторых разъемов.

• Диаметр 1 мм — подходит для штыревых разъемов PIN 2,54. Конечно, вы можете попробовать 0,8 — но это немного мало.

• Сверло диаметром 2 мм — подходит для монтажных отверстий под маленькие винты — для крепления платы к корпусу

• Сверло диаметром 3 мм — для монтажных отверстий под винты M3

Чтобы упростить работу, сверлите только те отверстия, в которые помещается направляющая, а второе отверстие просверлите позже, когда заполните отверстие адаптера. Чтобы избежать склеивания пластин, можно добавить необходимые переходы вдоль многоугольника земли на краю пластины для обеспечения жесткости.

Сверло такого диаметра невозможно зажать в обычной дрели. Вам понадобится специальное мини-сверло. Для сверления досок можно использовать готовую дрель или специальную мини-дрель, но гораздо проще и дешевле сделать мини-дрель с мотором.

Делаем мини дрель

Чтобы сделать мини-дрель, вам понадобится только двигатель для корончатой дрели и патрон для маленьких сверл. Лучше всего выбрать двигатель с высокой скоростью вращения — около 10к об/мин. хорошим является R380-2580. блок питания дает 14к об/мин при 12в. диаметр вала 2,3мм.

Цанговые патроны выпускаются двух типов — наборы цанг для сверл фиксированного диаметра.

Автоматический набор цанг.

Мы рекомендуем первый вариант — он дешевле. Далее необходимо припаять провода и выключатель (желательно кнопочный) к мотору. Лучше всего расположить кнопку на корпусе, чтобы легче было быстро включать и выключать двигатель. Если у вас нет такого источника питания, подойдет зарядное устройство USB на 1-2 А или аккумулятор «Крона» (но нужно постараться — не все зарядные устройства любят моторы, и мотор может не запуститься).

Дрель готова к сверлению. Однако сверлить необходимо строго под углом 90 градусов. Вы можете сделать мини-машину — в интернете есть различные решения.

Но есть и более простое решение.

Кондуктор для сверления

Чтобы просверлить отверстие точно под углом 90 градусов, нужно просто сделать шаблон для сверления. Мы сделаем один из них.

Его очень легко приготовить. Возьмите квадрат любого пластика. Поместите наше сверло на стол или другую плоскую поверхность. Используйте подходящее сверло, чтобы просверлить отверстие в пластике. Важно следить за тем, чтобы сверло равномерно перемещалось по горизонтали. Вы можете прислонить двигатель к стене или перилам, и пластик также будет работать. Затем с помощью большого сверла просверлите отверстие для патрона. С обратной стороны просверлите или отрежьте кусок пластика так, чтобы сверло было хорошо видно. На дно можно приклеить нескользящую поверхность, например, бумагу или резинки. Для каждого сверла необходимо изготовить такую направляющую. Это обеспечит абсолютно точное сверление!

Это также можно сделать, отрезав часть пластика сверху и срезав угол снизу.

Вот как использовать его для бурения.

Зажмите сверло так, чтобы оно торчало на 2-3 мм при полностью погруженном патроне. Мы помещаем сверло туда, где хотим просверлить отверстие (в процессе травления мы делаем метку для сверления в виде маленького отверстия в меди — в Kicad у нас есть галочка специально для этого, так что сверло идет туда само), нажимаем на направляющую и включаем мотор — отверстие готово. Вы можете использовать фонарик, чтобы осветить его и поставить на стол.

Как мы писали ранее, можно просверлить только одну сторону отверстия — там, где помещается кондуктор — вторая половина может быть просверлена уже без кондуктора на первом отверстии. Это позволяет сэкономить немного усилий.

Лужение платы

Почему оловянная пластина — в основном для защиты меди от коррозии. Основной недостаток оловянного покрытия заключается в том, что оно перегревает плату и может повредить дорожки. Если у вас нет паяльника, не следует лудить плату. Если он у вас есть, риск минимален.

Вы можете лудить плату сплавом под названием ROSE в кипящей воде, но он дорогой и его трудно найти. Лучше лудить плату обычным припоем. Чтобы залудить плату, нужно сделать простое устройство. Вы берете кусок оплетки, чтобы припаять деталь, надеваете ее на жало и прикручиваете к нему проволокой, чтобы она не оторвалась.

Нанесите флюс — например, LTI 120 — и оплетку на плату. Теперь мы положили олово в косу и натерли им доску (мы ее покрасили) — результат был хороший. Но при каждом использовании оплетка трескается, и на плате остаются медные опилки — их нужно удалять, иначе может произойти короткое замыкание. Вы можете легко увидеть это, посветив фонариком с обратной стороны платы. Хорошим выбором будет мощный паяльник (60 Вт) или сплав ROSE.

Наконец, лучше не консервировать платы, а покрыть их лаком — например, PLASTIC 70 или простым акриловым лаком KU-9004, который можно найти в магазинах автозапчастей.

Тонкий тюнинг метода переноса тонера

Существуют две настройки метода переноса тонера, которые могут сработать не сразу. Для их настройки необходимо сделать тестовую плату в Kicad с квадратными спиральными дорожками разной толщины, от 0,3 до 0,1 мм, и разным шагом, от 0,3 до 0,1 мм. Лучше всего распечатать сразу несколько таких образцов на одном листе бумаги, а затем внести коррективы.

Возможные проблемы, которые мы устраним.

1) Дорожка может изменить геометрию — расправиться и стать шире, обычно очень незначительно, до 0,1 мм — но это нехорошо.

2) Тонер может плохо прилипать к плате и отваливаться при удалении бумаги, плохо прилипать к плате.

Первая и вторая проблемы взаимосвязаны. Решив первую проблему, вы придете ко второй. Вы должны найти компромисс.

Есть две причины протекания бумаги — слишком большое усилие зажима и слишком большое количество ацетона в полученной жидкости. Во-первых, вы должны постараться снизить вес. Минимальный вес должен составлять около 800 грамм, ниже — не стоит. Соответственно, нам не нужны никакие зажимы при надевании груза. Обязательно положите 2-3 слоя туалетной бумаги, чтобы излишки раствора хорошо впитались. Вы должны убедиться, что после снятия нагрузки бумага должна быть белой и без фиолетовых пятен. Такие пятна указывают на высокий уровень плавления тонера. Если вы не можете отрегулировать вес и дорожка по-прежнему размыта, увеличьте долю жидкости для снятия лака в растворе. Вы можете увеличить это количество до 3 частей жидкости и 1 части ацетона.

Вторая проблема, если нет геометрических помех, означает, что груз недостаточно тяжелый или имеется небольшое количество ацетона. Опять же, вес — хорошее место для начала. Более 3 кг было бы бессмысленно. Если тонер по-прежнему плохо прилипает к плате, необходимо увеличить количество ацетона.

Эта проблема в основном возникает при смене средства для снятия лака. К сожалению, это не постоянный или чистый компонент, но вы не можете заменить его другим компонентом. Попробуйте использовать вместо него спирт, но, видимо, смесь получается неравномерной, и тонер прилипает к некоторым мелким кусочкам. Кроме того, жидкость для снятия лака может содержать ацетон, и его понадобится меньше. Как правило, эту настройку необходимо выполнять один раз, пока не закончится тонер-жидкость.

Плата готова

Если вы не собираетесь герметизировать непосредственно плиту, вам необходимо защитить ее. Самый простой способ сделать это — покрыть его спиртом. Перед пайкой необходимо удалить флюс, например, изопропиловым спиртом.

Альтернативные варианты

Вы также можете изготовить доски.

• Метод LUT

• Метод фоторезиста

Кроме того, все более популярными становятся услуги по изготовлению плат на заказ — например, Easy EDA. Если вам нужна более сложная плата (например, 4-слойная), то это единственный вариант.