Tištěné schéma. PCB doma. Výroba DPS

Mnoho lidí říká, že vyrobit první PCB je velmi obtížné, ale ve skutečnosti je to velmi jednoduché.

Nyní vám řeknu pár známých způsobů, jak si vyrobit desku plošných spojů doma.

Na začátek krátký plán, jak se vyrábí deska s plošnými spoji:

1. Příprava na výrobu
2. Jsou nakresleny vodivé cesty
2.1 Kreslit lakem
2.2 Kreslit fixem nebo nitro barvou
2.3 Laserové žehlení
2.4Tisk s filmovým fotorezistem
3. Leptání desky
3.1 Leptání chloridem železitým
3.2 Leptání síranem měďnatým s kuchyňskou solí
4. Cínování
5.Vrtání

1. Příprava na výrobu DPS

Pro začátek potřebujeme list fóliového textolitu, kovové nůžky nebo pilku na železo, běžné struhadlo a aceton.

Opatrně vystřihněte potřebný kus fóliového textolitu. Poté je nutné pečlivě očistit náš textolit na měděné straně pomocí tužkového struhadla do lesku a poté otřít náš obrobek acetonem (to se provádí pro odmaštění).

Obr 1. Zde je můj obrobek

Vše je připraveno, nyní se nedotýkejte lesklé strany, jinak budete muset znovu odmastit.

2. Nakreslete vodivé cesty

To jsou cesty, kterými bude proud veden.

2.1 Cestičky kreslíme lakem.

Tato metoda je pro Saamy nejstarší a nejjednodušší. Potřebujeme ten nejjednodušší lak na nehty.

Opatrně nakreslete vodivé cesty lakem na nehty. Pozor, protože lak se občas rozmaže a stopy se spojí. Nechte lak zaschnout. To je vše.

Obr 2. Cesty natřené lakem

2.2 Nakreslete cesty nitro barvou nebo fixem

Tato metoda se neliší od předchozí, pouze se vše kreslí mnohem snadněji a rychleji.

Obr 3. Cesty nakreslené nitro barvou

2.3 Laserové žehlení

Laserové žehlení je jedním z nejběžnějších způsobů výroby desek plošných spojů. Metoda není pracná a zabere málo času. Osobně jsem tuto metodu nezkoušel, ale mnoho lidí, které znám, ji používá s velkým úspěchem.

Nejprve si musíme na laserové tiskárně vytisknout výkres naší desky plošných spojů. Pokud nemáte laserovou tiskárnu, můžete tisknout na inkoustové tiskárně a poté kopírovat na kopírce.Pro kreslení výkresů používám Sprint-Layout 4.0. Jen při tisku pozor s použitím zrcadla, mnozí takto zabili desky nejednou.

Vytiskneme na nějaký starý nepotřebný časopis s lesklým papírem. Před tiskem nastavte tiskárnu na maximální spotřebu toneru, ušetříte si tím spoustu problémů.

Obr 4. Tisk kresby na lesklý časopisový papír

Nyní pečlivě vystřihněte náš výkres ve formě obálky.

Obr. 5. Obálka se schématem

Nyní vložíme náš polotovar do obálky a vzadu ji pečlivě zalepíme páskou. Lepíme tak, aby se textolit v obálce nehýbal

Obr 6. Hotová obálka

Nyní obálku vyžehlete. Snažíme se nevynechat ani milimetr. Záleží na kvalitě desky.

Obr 7. Žehlení prkna

Po dokončení žehlení obálku opatrně vložte do misky s teplou vodou.

Obr 8. Namáčení obálky

Když je obálka promočená, papír srolujeme bez náhlých pohybů, bez ohledu na to, jaké poškození toner po stopách. Pokud se vyskytnou závady, vezměte značku CD nebo DVD a opravte stopy.

Obr 9. Téměř hotová deska

2.4 Výroba DPS s filmovým fotorezistem

Stejně jako v předchozím způsobu provedeme výkres pomocí programu Sprint-Layout 4.0 a stiskneme tisk. Tiskneme na speciální fólii pro tisk na inkoustových tiskárnách. Proto nastavíme tisk: Odebereme strany f1, m1, m2; V možnostech zaškrtněte políčka Negative a Frame.

Obr. 10. Nastavení tisku

Tiskárnu nastavíme pro černobílý tisk a v nastavení barev nastavíme maximální intenzitu.

Obrázek 11. Nastavení tiskárny

Tiskneme na matnou stranu. Tato strana je funkční, můžete ji určit přilepením na prsty.

Po vytištění se naše šablona položí k zaschnutí.

Obr. 12. Sušení naší šablony

Nyní odřízneme kus fotorezistového filmu, který potřebujeme

Obrázek 13. Fotorezistní film

Opatrně odstraňte ochrannou fólii (je matná), přilepte ji na náš textolitový polotovar

Obr. 14. Fotorezist nalepíme na textolit

Musíte jej pečlivě přilepit a pamatujte, že čím lépe fotorezist přitlačíte, tím lepší budou stopy na desce. Zde je zhruba to, co by se mělo stát.

Obr. 15. Fotorezist na textolitu

Nyní z filmu, na který jsme tiskli, vystřihneme naši kresbu a naneseme ji na náš fotorezist s textolitem. Nezaměňujte strany, jinak získáte zrcadlo. A přikrytý sklem

Obr 16. Přiložíme fólii s kresbou a přikryjeme sklem

Nyní vezmeme ultrafialovou lampu a osvětlíme naše cesty. U každé lampy její parametry pro vývoj. Vzdálenost k desce a dobu svitu si proto zvolte sami

Obr 17. Dráhy osvětlujeme ultrafialovou lampou

Když se dráhy rozsvítí, vezmeme malou plastovou misku, připravíme roztok z 250 gramů vody, lžíce sody a spustíme tam naši desku již bez šablony desky a druhé průhledné fotorezistní fólie.

Obr. 18. Položení desky v roztoku sody

Po 30 sekundách se objeví naše tiskové stopy. Až skončí rozpuštění fotorezistu, ukáže se naše deska, kterou jsme chtěli. Důkladně opláchněte pod tekoucí vodou. Vše je připraveno

Obr 19. Hotová deska

3. Leptání nové DPS. Leptání je způsob, jak odstranit přebytečnou měď z PCB.

Pro leptání se používají speciální roztoky, které se vyrábějí v plastových miskách.

Po zhotovení řešení se tam položí deska s plošnými spoji a po určitou dobu se leptá. Dobu leptání můžete urychlit udržováním teploty roztoku v oblasti 50-60 stupňů a stálým mícháním.

Nezapomeňte při práci používat gumové rukavice a poté si dobře umyjte ruce mýdlem a vodou.

Po naleptání je potřeba desku dobře opláchnout pod vodou a zbylý lak (barvu, fotorezist) odstranit obyčejným acetonem nebo odlakovačem na nehty.

Nyní něco málo o řešeních

3.1 Leptání chloridem železitým

Jedna z nejznámějších metod leptání. Pro leptání se používá chlorid železitý a voda v poměru 1:4. Kde 1 je chlorid železitý, 4 je voda.

Příprava je jednoduchá: do nádobí se nasype správné množství chlorovaného železa a zalije se teplou vodou. Roztok by měl zezelenat.

Doba leptání desky 3x4 cm cca 15 minut

Chlorid železitý seženete na trhu nebo v obchodech s radioelektronikou.

3.2 Leptání síranem měďnatým

Tato metoda není tak běžná jako předchozí, ale je také běžná. Osobně tuto metodu používám. Tato metoda je mnohem levnější než předchozí a získávání komponent je jednodušší.

Do nádobí nasypte 3 lžíce kuchyňské soli, 1 lžíci síranu měďnatého a zalijte 250 gramy vody o teplotě 70 stupňů. Pokud je vše v pořádku, roztok by měl být tyrkysový a o něco později zelený. Pro urychlení procesu je nutné roztok promíchat.

Doba leptání desky 3x4 cm cca jedna hodina

Síran měďnatý seženete v obchodech se zemědělskými produkty. Síran měďnatý je modře zbarvené hnojivo. Je ve formě krystalického prášku. Zařízení na ochranu baterie před úplným vybitím

Dobrý den milý návštěvníku. Vím, proč čtete tento článek. Ano ano vím. Ne, co jsi? Nejsem telepat, jen vím, proč jste se dostali na tuto konkrétní stránku. Jistě…….

A opět se můj přítel Vyacheslav (SAXON_1996) chce podělit o své zkušenosti na sloupcích. Slovo Vyacheslavovi Nějak jsem sehnal jeden 10MAS reproduktor s filtrem a výškovým reproduktorem. já už dlouho ne......

DRC

Každý výrobce PCB má technologická omezení týkající se minimální šířky stopy, rozteče stop, průměrů otvorů a tak dále. Pokud deska tato omezení nesplňuje, výrobce odmítne desku přijmout do výroby.

Při vytváření souboru PCB jsou výchozí technologické limity nastaveny ze souboru default.dru v adresáři dru. Tyto limity zpravidla neodpovídají limitům skutečných výrobců, proto je potřeba je změnit. Limity můžete nastavit těsně před generováním souborů Gerber, ale je lepší to udělat hned po vygenerování souboru desky. Chcete-li nastavit omezení, stiskněte tlačítko DRC

mezery

Vzdálenosti

Minimální rozměry

Pásy

masky

Probíhá kontrola

Generování souborů Gerber

U vrtacího souboru je výstupní zařízení ( přístroj) mělo by EXCELLON, ale ne GERBER_RS274X

Článek pojednává o topologii vysokofrekvenčních desek z praktického hlediska. Jeho hlavním účelem je pomoci začátečníkům získat pocit z mnoha bodů, které je třeba vzít v úvahu při navrhování desek plošných spojů (PCB) pro vysokofrekvenční zařízení. Bude také užitečné pro zlepšení dovedností těch specialistů, kteří měli ve vývoji desek přestávku. Hlavní pozornost je věnována způsobům zlepšení charakteristik obvodů, zrychlení doby jejich vývoje a zavádění změn.

Diskutovaná problematika a navrhované metody jsou aplikovatelné na topologii vysokofrekvenčních obvodů obecně. Když operační zesilovač (op-amp) pracuje na vysokých frekvencích, závisí hlavní charakteristiky obvodu na topologii PCB. I při dobrém návrhu může být výkon obvodu průměrný kvůli špatně navržené nebo nedbalé desce s plošnými spoji. Je možné si být jisti, že obvod bude ukazovat vypočítané parametry pouze tím, že budete přemýšlet předem a věnovat pozornost hlavním bodům během celého procesu vývoje rozložení DPS.

Systém

Dobrý obvod je nezbytnou, ale ne postačující podmínkou pro dobrou topologii. Při jeho navrhování byste neměli šetřit dalšími informacemi na výkresu a pečlivě sledujte směr signálu. Kontinuita signálu zleva doprava bude mít pravděpodobně stejný vliv na PCB. Maximum užitečné informace ve schématu poskytne optimální výkon vývojáři, technici, inženýři, kteří vám budou velmi vděční, a zákazníci v případě jakýchkoli potíží nebudou muset akutně shánět vývojáře.

Jaké informace, kromě obvyklých referenčních označení, ztrátového výkonu a tolerancí, by měly být aplikovány na obvod? Zde je několik tipů, jak vytvořit superobvod z běžného obvodu: přidejte průběhy, mechanické informace o obalech nebo rozměrech, určete délky stop, oblasti, kde by díly neměly být umístěny, díly, které by měly být na horní straně desky plošných spojů ; přidat pokyny pro ladění, rozsahy jmenovitých hodnot prvků, tepelné informace, přizpůsobené impedanční vedení, definice zkratových operací atd.

Nikomu nevěř

Pokud sami topologem nejste, udělejte si čas a projděte si okruh s topologem. Je mnohem snazší a rychlejší věnovat pozornost topologii na začátku, než se později zabývat nekonečným vylepšováním. Nespoléhejte na to, že návrhář rozvržení dokáže číst vaši mysl. Úvod a vedení jsou nejdůležitější na začátku procesu rozvržení desky. Čím více informací a zapojení do procesu zapojení, tím lépe deska dopadne. Uveďte vývojáři milníky, ve kterých se chcete seznámit s procesem elektroinstalace. Tyto " kontrolní body» chránit desku před dalekosáhlými chybami a minimalizovat opravy topologie.

Pokyny pro vývojáře by měly obsahovat: stručný popis funkcí obvodu; náčrt desky, který ukazuje umístění vstupů a výstupů; vrstvení desek (tj. tloušťka desky, počet vrstev, detaily signálových vrstev a pevných vrstev - napájení, zem - analogové, digitální, vysokofrekvenční); signály, které by měly být na každé vrstvě; umístění kritických prvků; přesné umístění oddělovacích prvků; kritické stopy; vedení s přizpůsobenou impedancí; stopy stejné délky; velikosti prvků; cesty vzdálené (nebo blízké) od sebe; řetězy blíže (nebo dále) od sebe; prvky blízko (nebo daleko) od sebe; prvky na horní a spodní straně desky. Nikdo vás nebude obviňovat z přemíry informací, pokud jich bude málo – bude si stěžovat, naopak – nikdy.

Umístění, umístění a další umístění

Při umístění obvodu na desku je důležité vše, od rozmístění jednotlivých prvků až po volbu, které sítě mají být umístěny vedle sebe.

Obvykle se určuje umístění vstupů, výstupů a výkonu. Zvláštní pozornost by měla být věnována topologii: umístění kritických prvků – jak jednotlivých obvodů, tak obvodu jako celku. Určení umístění hlavních součástí a signálových cest od začátku zajišťuje, že obvod bude fungovat tak, jak bylo zamýšleno. To snižuje náklady, řeší problémy a zkracuje dobu zapojení.

Odpojení napájení

Odpojení napájecího zdroje od napájecích kolíků zesilovače za účelem minimalizace šumu je kritickým aspektem procesu návrhu desky plošných spojů, a to jak pro obvody vysokorychlostních operačních zesilovačů, tak pro jiné vysokofrekvenční obvody. Obvykle se pro oddělení vysokorychlostních operačních zesilovačů používá jedna ze dvou konfigurací.

Mezi napájecí kolejnicí a zemí

Tato metoda funguje ve většině případů lépe a umožňuje použití kondenzátorů připojených paralelně z napájecích kolíků operačního zesilovače přímo k zemi. Obvykle stačí dva, ale některé obvody těží z více paralelně zapojených kondenzátorů.

Paralelní připojení kondenzátorů s různými kapacitami zajišťuje, že napájecí kolíky budou mít nízkou impedanci napříč střídavý proud v širokém frekvenčním rozsahu. To je zvláště důležité, když poklesne poměr nestability napájecího zdroje (PSR) - kondenzátory tento pokles kompenzují zesilovačem. Poskytnutí cesty s nízkou impedancí k zemi po mnoho desetiletí frekvence zabraňuje pronikání nežádoucího šumu do operačního zesilovače. Na Obr. 1 ukazuje výhody této metody. Na nižších frekvencích kondenzátory s velká kapacita poskytují malý odpor vůči zemi. Při vlastní rezonanční frekvenci kondenzátoru se kvalita kondenzátoru zhoršuje a stává se indukčností. Proto je důležité používat mnoho kondenzátorů: kdy frekvenční odezva jeden klesne, druhý se stane významným a poskytuje nízkou impedanci střídavého proudu po mnoho desetiletí frekvence.

Rýže. 1. Impedance kondenzátoru versus frekvence

Přímo v blízkosti napájecích vodičů operačního zesilovače by měl být kondenzátor s menší kapacitou a menšími geometrickými rozměry umístěn na stejné straně jako operační zesilovač - a co nejblíže zesilovači. Zemnící strana kondenzátoru musí být připojena k zemnící ploše s minimální délkou vedení a dráhy. Zapojení by mělo být co nejblíže zakončení zesilovače, aby se minimalizovalo rušení mezi napájecími lištami a zemí. Rýže. 2 ilustruje tuto techniku.

Rýže. 2. Připojení napájecích kolejnic k zemi pomocí paralelních kondenzátorů

Tento proces by se měl opakovat s dalším největším kondenzátorem. Dobrým pravidlem je začít s nejmenším 0,01uF kondenzátorem a propracovat se až k 2,2uF oxidovému kondenzátoru s nízkým ESR (ekvivalentní sériový odpor). První z těch uvedených v pouzdře 0508 má malý sériová indukčnost a vynikající vysokofrekvenční parametry.

Mezi jednou pneumatikou a druhou

Alternativní konfigurací je použití jednoho nebo více kondenzátorů zapojených mezi kladnou a zápornou napájecí kolejnici operačního zesilovače. Tato metoda se používá, když je obtížné nainstalovat všechny čtyři kondenzátory do obvodu. Nevýhodou je zvětšení velikosti kondenzátorů, protože napětí na nich je dvojnásobné ve srovnání s blokováním každého zdroje samostatně. V tomto případě je zapotřebí kondenzátor s velkým průrazným napětím, což vede ke zvětšení jeho velikosti. Tato možnost však zlepšuje výkon PSR i zkreslení.

Vzhledem k tomu, že každý obvod a jeho uspořádání je odlišné, bude konfigurace, počet a kapacita kondenzátorů určena specifickými požadavky obvodu.

Kde C- kapacita; A- plocha obložení v cm²; k- relativní permitivita materiálu desky; A d- vzdálenost mezi deskami v cm.

Rýže. 5. Kapacita planparalelního kondenzátoru

Měla by být také věnována pozornost páskové indukčnosti kvůli nadměrné délce dráhy a nedostatečné zemní ploše. Rovnice 2 udává vzorec křivky indukčnosti (obrázek 6):

Kde W- šířka stopy; L- jeho délka; A H- tloušťka. Všechny rozměry jsou v milimetrech.

Rýže. 6. Indukčnost koleje

Rýže. 7. Odezva na impuls bez vrstvy a s vrstvou země

Kde T- tloušťka desky a d je průměr prokovu v centimetrech.

Rýže. 8. Přes rozměry

zemská vrstva

Zde se dotkneme některých klíčových bodů tohoto problému. Seznam odkazů na toto téma uvedeno na konci článku.

Protože zemní vrstva má obvykle velkou plochu a průřez, je její odpor udržován na minimu. Při nízkých frekvencích proud teče cestou nejmenšího odporu, ale při vysokých frekvencích teče cestou nejmenšího odporu. Existují však výjimky a někdy funguje menší přízemní vrstva lépe. To platí také pro vysokorychlostní operační zesilovače, pokud odstraníte část země pod vstupními a výstupními podložkami.

Analogové a digitální obvody, včetně jejich uzemnění a substrátů, by měly být odděleny, kdykoli je to možné. Strmé hrany pulzů vytvářejí proudové špičky, které protékají zemní vrstvou a vytvářejí šum, degradující analogové parametry obvodu.

Při vysokých frekvencích je třeba věnovat pozornost jevu zvanému skin efekt. Způsobuje tok proudu po vnějším povrchu vodiče, jako by jej zužoval a zvyšoval odpor ve srovnání s hodnotou vodiče při stejnosměrném proudu. Přestože efekt pokožky přesahuje rámec tohoto článku, zde je přibližný výraz pro výpočet hloubky pokožky v mědi (v cm):

Ke snížení kožního efektu může být užitečný povlak kovů, které snižují možnost jeho výskytu.

Sbor

Rýže. 9. Rozdíly v topologii obvodů s operačními zesilovači: a) pouzdro SOIC; b) balíček SOT-23; c) SOIC pouzdro s RF rezistorem na spodní straně desky.

Topologie desky s pouzdrem SOT-23 je téměř ideální: minimální délka stop zpětné vazby, minimální použití prokovů; zátěž a oddělovací kondenzátor jsou spojeny se zemí krátkými cestami do jednoho bodu; kladný napěťový oddělovací kondenzátor, neznázorněný na obr. 9b je umístěn přímo pod záporným napěťovým kondenzátorem na spodní straně desky.

Pinout zesilovače s nízkým zkreslením

Nový pinout snižující zkreslení používaný v některých operačních zesilovačích Analog Devices (jako je AD8045) pomáhá eliminovat oba výše uvedené problémy a zlepšuje výkon ve dvou dalších důležitých oblastech. Pinout LFCP s nízkým zkreslením znázorněný na Obr. 10 je odvozen od tradičního pinu operačního zesilovače jeho otočením proti směru hodinových ručiček o jeden pin a přidáním druhého výstupního pinu vyhrazeného pro zpětnovazební smyčku.

Rýže. 10. Operační zesilovač s pinoutem pro nízké zkreslení

Pinout s nízkým zkreslením umožňuje krátké spojení mezi výstupem (kolík zpětné vazby) a invertujícím vstupem, jak je znázorněno na obr. 11. To značně zjednodušuje topologii a dává jí racionální podobu.

Rýže. 11. Topologie PCB pro AD8045 Op-Amp s nízkým zkreslením

Druhou výhodou pouzdra je útlum druhé harmonické nelineárního zkreslení. Jedním z důvodů jeho vzniku je spojení mezi neinvertujícím vstupem a výstupem záporného napájecího napětí. Pinout s nízkým zkreslením pouzdra LFCP tuto vazbu eliminuje a výrazně zeslabuje druhou harmonickou; v některých případech může být její snížení až 14 dB. Na Obr. Obrázek 12 ukazuje rozdíl zkreslení mezi operačními zesilovači AD8099 v pouzdrech SOIC a LFCSP.

Rýže. 12. Porovnání zkreslení operačního zesilovače AD8099 v různých pouzdrech - SOIC a LFCSP

Toto pouzdro má další výhodu - ve ztrátovém výkonu. Pouzdro má otevřený substrát čipu, který snižuje jeho tepelný odpor a zlepšuje θ JA asi o 40 %. V tomto případě mikroobvod pracuje při nižších teplotách, což zvyšuje jeho spolehlivost.

V současné době jsou k dispozici tři vysokorychlostní operační zesilovače Analog Devices v nových balíčcích s nízkým zkreslením: AD8045, AD8099 a AD8000.

Elektroinstalace a stínění

Na deskách plošných spojů elektronických obvodů může být současně přítomna široká škála signálů - analogových a digitálních, s vysokým a nízkým napětím, vysokým a nízkým proudem - od stejnosměrného proudu po gigahertzové frekvence. Zabránit tomu, aby se vzájemně rušili, je obtížný úkol.

Je důležité předem myslet na to, jak jsou signály na desce zpracovávány, poznamenat si, které z nich jsou citlivé, a určit kroky, jak je udržet nedotčené. Vrstvy Země, jiné než poskytování referenčního potenciálu pro elektrické signály, lze použít i pro stínění. Když je potřeba izolovat signály, je prvním krokem zajištění dostatečné vzdálenosti mezi signálovými stopami. Podívejme se na několik praktických kroků:

• Minimalizace délky paralelních vedení a zamezení těsné blízkosti mezi stopami signálu na stejné vrstvě sníží indukční vazbu.
• Minimalizace délek stop na sousedních vrstvách zabrání kapacitní vazbě.
• Měly by být vedeny signálové stopy vyžadující speciální izolaci různé vrstvy a pokud nemohou být od sebe navzájem kolmé, měla by se mezi ně položit vrstva zeminy. Kolmé vedení minimalizuje kapacitní vazbu a zem tvoří elektrické stínění. Tato technika se používá při vytváření vedení s přizpůsobenou impedancí (vlnová impedance).

Vysokofrekvenční (HF) signály jsou obvykle přenášeny na impedančně přizpůsobených linkách. To znamená, že impedance stopy je rovna například 50 ohmů (typické pro RF obvody). Dva široce používané typy přizpůsobených vedení - mikropáskové a páskové - mohou poskytnout stejné výsledky, ale mají různé implementace.

Mikropásková odpovídající čára znázorněná na Obr. 13, může procházet po obou stranách desky; používá zemní vrstvu bezprostředně pod ní jako svou referenční zemní plochu.

Rýže. 13. Mikropáskové přenosové vedení

K výpočtu charakteristiky vlnový odporřádků na desce FR4, můžete použít následující vzorec:

Kde H- vzdálenost od roviny země ke koleji; W- šířka stopy; T- tloušťka stopy; všechny rozměry jsou v mil (1 mil = 10-3 palce). εr- relativní permitivita materiálu desky.

Páskové vedení (obrázek 14) využívá dvě vrstvy zemní plochy a signálovou stopu mezi nimi. Tato metoda využívá více stop, vyžaduje více vrstev, je citlivá na změny tloušťky izolantu a je dražší, takže se obvykle používá pouze v náročnějších aplikacích.

Rýže. 14. Proužkovaná čára

Rovnice pro výpočet charakteristické impedance páskového vedení:

Rýže. 15. Ochranné kroužky: a) invertující a neinvertující obvod; b) implementace obou možností v balíčku SOT-23-5

Existuje mnoho dalších možností stínění a zapojení. Další informace o těchto a dalších výše uvedených tématech naleznete na níže uvedených odkazech.

Závěr

Rozumná topologie PCB je nezbytná pro úspěšný návrh zařízení založených na vysokorychlostních operačních zesilovačích. Základem je dobrý obvod a důležitá je i úzká spolupráce mezi obvodním inženýrem a konstruktérem DPS, zejména při umisťování prvků a jejich spojování.

Literatura

1. Ardizzoni J. Keep-Speed ​​​​Circuit-Board Layout on Track // EE Times, 23. května 2005.
2. Brokaw P. Uživatelská příručka IC zesilovače pro odpojení, uzemnění a zajištění správného chodu // Aplikační poznámka analogových zařízení AN-202.
3. Brokaw P., Barrow J. Uzemnění pro nízkofrekvenční a vysokofrekvenční obvody // Aplikační poznámka analogových zařízení AN-345.
4. Buxton J. Pečlivý design zkrotí vysokorychlostní operační zesilovače // Analog Devices Application Note AN-257.
5. DiSanto G. Správné rozložení PC desky zlepšuje dynamický rozsah // EDN, 11. listopadu 2004.
6. Grant D., Wurcer S. Vyhýbání se nástrahám pasivních součástí // Aplikační poznámka analogových zařízení AN-348.
7. Johnson H. W., Graham M. High-Speed ​​​​Digital Design, Handbook of Black Magic. Prentice Hall, 1993.
8. Jung W., ed., Op Amp Applications Handbook // Elsevier-Newnes, 2005.

Nyní se většina elektronických obvodů vyrábí pomocí desek plošných spojů. Podle technologií výroby desek plošných spojů jsou vyráběny i sestavy mikroelektroniky - hybridní moduly, které obsahují součástky různého funkčního účelu a stupně integrace. Vícevrstvé desky plošných spojů a vysoce integrované elektronické součástky snižují hmotnostní a rozměrové charakteristiky elektronických součástek a počítačová věda. Nyní je deska plošných spojů stará více než sto let.

Tištěný spoj

Tento (v angličtině PCB - deska s plošnými spoji)- deska vyrobená z elektricky izolačního materiálu (getinaky, textolit, sklolaminát a další podobná dielektrika), na jejímž povrchu jsou nějakým způsobem umístěny tenké elektricky vodivé proužky (tištěné vodiče) s kontaktními ploškami pro připojení osazených rádiových prvků včetně modulů a integrovaných obvodů aplikovaný. Tato formulace je doslova převzata z polytechnického slovníku.

Existuje obecnější formulace:

Deska s plošnými spoji je struktura pevných elektrických propojení na izolační základně.

Hlavními konstrukčními prvky desky s plošnými spoji jsou dielektrická základna (tuhá nebo pružná), na jejímž povrchu jsou vodiče. Dielektrická základna a vodiče jsou nezbytnými a postačujícími prvky pro to, aby deska s plošnými spoji byla deskou s plošnými spoji. Pro osazení součástek a jejich připojení k vodičům se používají doplňkové prvky: kontaktní podložky, přechodové pokovené a montážní otvory, lamely konektorů, plochy pro odvod tepla, stínící a proudovodné plochy atd.

Přechod na desky plošných spojů znamenal kvalitativní skok v konstrukci elektronických zařízení. Deska s plošnými spoji spojuje funkce nosiče rádiových prvků a elektrické připojení takových prvků. Posledně uvedená funkce není proveditelná, pokud mezi vodiči a jinými vodivými prvky desky s plošnými spoji není zajištěna dostatečná úroveň izolačního odporu. Substrát PCB proto musí fungovat jako izolant.

Historický odkaz

Ve 20. a 30. letech 20. století bylo vydáno mnoho patentů na návrhy desek s plošnými spoji a způsoby jejich výroby. První způsoby výroby desek plošných spojů zůstaly převážně aditivní (rozvoj myšlenek Thomase Edisona). Ale ve své moderní podobě se deska s plošnými spoji objevila díky použití technologií vypůjčených z polygrafického průmyslu. Deska s plošnými spoji - přímý překlad z anglického tiskového termínu printing plate ("printing form", nebo "matrix"). Za skutečného „otce desek plošných spojů“ je proto považován rakouský inženýr Paul Eisler. Jako první přišel na to, že tiskové (subtraktivní) technologie lze využít pro hromadnou výrobu desek plošných spojů. V subtraktivních technologiích se obraz tvoří odstraněním nepotřebných fragmentů. Paul Eisler vypracoval technologii galvanického nanášení měděné fólie a jejího leptání chloridem železitým. Technologie pro hromadnou výrobu desek plošných spojů byly žádané již za druhé světové války. A od poloviny 50. let začala tvorba desek plošných spojů jako konstruktivní základ pro rádiová zařízení nejen pro armádu, ale i pro domácí použití.

Materiály PCB

Základní dielektrika pro desky plošných spojů

Znalost parametrů materiálů pro desky plošných spojů, jednovrstvé i vícevrstvé, je důležitá pro každého, kdo se na jejich aplikaci podílí, zejména pak u plošných spojů zařízení se zvýšenou rychlostí a mikrovln. Při navrhování MPP se vývojáři potýkají s takovými úkoly, jako jsou:
- výpočet vlnového odporu vodičů na desce;
- výpočet hodnoty mezivrstvové vysokonapěťové izolace;
- volba struktury slepých a skrytých otvorů.
Dostupné možnosti a tloušťky různých materiálů jsou uvedeny v tabulkách 2-6. Je třeba vzít v úvahu, že tolerance tloušťky materiálu je obvykle do ±10 %, proto tolerance tloušťky hotové vícevrstvé desky nemůže být menší než ±10 %.

Tg - teplota skelného přechodu (strukturální porušení)

Dk - dielektrická konstanta

Základní dielektrika pro mikrovlnné desky plošných spojů

Typické návrhy desek plošných spojů jsou založeny na použití standardního typu sklolaminátu FR4, s provozní teplotou -50 až +110 °C, a teplotou skelného přechodu Tg (měknutí) cca 135 °C.
Při zvýšených požadavcích na tepelnou odolnost nebo při montáži desek v bezolovnaté peci (t až 260 °C) je vysoká teplota FR4 Vysoká Tg nebo FR5.
Při použití požadavků na nepřetržitý provoz při vysokých teplotách nebo při náhlých změnách teplot polyimid. Kromě toho se polyimid používá pro výrobu vysoce spolehlivých obvodových desek, pro vojenské aplikace a také v případech, kdy je vyžadována zvýšená dielektrická pevnost.
Pro desky s mikrovlnné obvody(přes 2 GHz) se používají samostatné vrstvy mikrovlnný materiál, nebo je celá deska vyrobena z mikrovlnného materiálu. Nejznámějšími dodavateli speciálních materiálů jsou Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Cena těchto materiálů je vyšší než FR4 a je obvykle uvedena v předposledním sloupci tabulky vzhledem k ceně FR4.

* Dk - dielektrická konstanta

Dk - permitivita

Povlaky desek plošných spojů

Nejčastěji jsou podložky potaženy slitinou cínu a olova, neboli PBC. Způsob nanášení a vyrovnávání povrchu pájky se nazývá HAL nebo HASL (z anglického Hot Air Solder Leveling - vyrovnávání pájky horkým vzduchem). Tento povlak poskytuje nejlepší pájitelnost podložek. Je však nahrazován modernějšími nátěry, které jsou zpravidla kompatibilní s požadavky mezinárodní směrnice RoHS.

Tato směrnice vyžaduje, aby byla ve výrobcích zakázána přítomnost škodlivých látek, včetně olova. RoHS se zatím na území naší země nevztahuje, ale připomínat si její existenci je užitečné.

Možné možnosti pokrytí webů WFP jsou v tabulce 7.

HASL je univerzálně použitelný, pokud není uvedeno jinak.

Ponorné (chemické) zlacení používá se k zajištění hladšího povrchu desky (to je důležité zejména pro BGA podložky), ale má o něco nižší pájitelnost. Pájení v troubě se provádí v podstatě stejným způsobem jako HASL, ale ruční pájení vyžaduje použití speciálních tavidel. Organic Coating, neboli OSP, chrání měděný povrch před oxidací. Jeho nevýhodou je krátká doba zachování pájitelnosti (méně než 6 měsíců).

ponorný plech poskytuje hladký povrch a dobrou pájitelnost, i když má také omezenou životnost pájky. Bezolovnatý HAL má stejné vlastnosti jako olovo obsahující, ale složení pájky je přibližně 99,8 % cínu a 0,2 % přísad.

Kontakty nožového konektoru, vystavené tření během provozu desky, jsou galvanicky pokoveny silnější a tužší vrstvou zlata. Oba typy zlacení používají niklovou podkladovou vrstvu, aby se zabránilo difuzi zlata.

Poznámka: Všechny povrchové úpravy kromě HASL jsou v souladu s RoHS a jsou vhodné pro pájení bezolovnatými pájkami.

Ochranné a jiné druhy povlaků desek plošných spojů

Ochranné nátěry se používají k izolaci povrchů vodičů, které nejsou určeny k pájení.

Pro dokončení obrázku zvažte funkční účel a materiály povlaků desek plošných spojů.

1. Pájecí maska ​​- nanesený na povrch desky k ochraně vodičů před náhodným zkratem a nečistotami a také k ochraně skelných vláken před tepelnými šoky při pájení. Maska nenese žádnou jinou funkční zátěž a nemůže sloužit jako ochrana proti vlhkosti, plísním, rozpadu apod. (s výjimkou případů, kdy jsou použity speciální typy masek).
2. Značení - naneseno na desku barvou přes masku pro zjednodušení identifikace samotné desky a součástek na ní umístěných.
3. Slupovací maska ​​- se aplikuje na určené oblasti desky, které je třeba dočasně chránit, například před pájením. V budoucnu se dá snadno odstranit, protože je to směs podobná gumě a jednoduše se odlupuje.
4. Karbonový kontaktní povlak - aplikované na určitá místa na desce jako kontaktní pole pro klávesnice. Povlak má dobrou vodivost, neoxiduje a je odolný proti opotřebení.
5. Grafitové odporové prvky - mohou být aplikovány na povrch desky, aby fungovaly jako odpory. Bohužel přesnost jmenovitých hodnot není vysoká - přesněji ± 20% (s laserovým nastavením - až 5%).
6. Stříbrné kontaktní propojky - lze použít jako další vodiče a vytvořit tak další vodivou vrstvu, když není dostatek místa pro vedení. Používají se především pro jednovrstvé a oboustranné desky plošných spojů.

Návrh PCB

Nejvzdálenějším předchůdcem desek plošných spojů je obyčejný drát, nejčastěji izolovaný. Měl značnou nevýhodu. V podmínkách vysokých vibrací to vyžadovalo použití dalších mechanických prvků k upevnění uvnitř REA. K tomu byly použity nosiče, na které byly instalovány rádiové prvky, samotné rádiové prvky a konstrukční prvky pro mezilehlá spojení, upevňovací dráty. Toto je masivní montáž.

Desky plošných spojů tyto nedostatky nemají. Jejich vodiče jsou upevněny na povrchu, jejich poloha je pevná, což umožňuje vypočítat jejich vzájemné vazby. V zásadě se nyní desky plošných spojů blíží plochým designům.

V počáteční fázi aplikace měly desky plošných spojů jednostranné nebo oboustranné uspořádání vodivých drah.

Jednostranné PCB- jedná se o desku, na jejíž jedné straně jsou tištěné vodiče. U oboustranných desek plošných spojů zabíraly vodiče i prázdnou špatnou stranu desky. A pro jejich připojení byly navrženy různé možnosti, z nichž nejběžnější jsou přes metalizované prokovy. Fragmenty návrhu nejjednodušších jednostranných a oboustranných desek plošných spojů jsou znázorněny na Obr. 1.

Oboustranná DPS- jejich použití místo jednostranných bylo prvním krokem k přechodu z roviny do objemu. Pokud abstrahujeme (mentálně zahodíme substrát oboustranného plošného spoje), pak dostaneme trojrozměrnou konstrukci vodičů. Mimochodem, k tomuto kroku došlo celkem rychle. Již aplikace Alberta Hansona naznačila možnost umístění vodičů na obě strany substrátu a jejich propojení pomocí průchozích otvorů.

Rýže. 1. Fragmenty provedení desek plošných spojů a) jednostranné a 6) oboustranné: 1 - montážní otvor, 2 - kontaktní podložka, 3 - vodič, 4 - dielektrický substrát, 5 - přes pokovený otvor Obr.

Další vývoj elektroniky - mikroelektroniky vedl k používání vícepinových součástek (čipy mohou mít více než 200 pinů), počet elektronických součástek rostl. Využití digitálních mikroobvodů a růst jejich výkonu zase vedly ke zvýšení požadavků na jejich stínění a rozvod energie do součástek, pro které byly do vícevrstvých desek digitálních zařízení (například počítačů) zařazovány speciální stínící vodivé vrstvy. ). To vše vedlo k růstu propojení a jejich komplikaci, což mělo za následek nárůst počtu vrstev. V moderních deskách plošných spojů to může být mnohem více než deset. V jistém smyslu vícevrstvá deska s plošnými spoji nabyla na objemu.

Konstrukce vícevrstvých desek plošných spojů

V první, nejběžnější, verzi jsou vnitřní vrstvy desky tvořeny oboustranně měděným laminovaným sklolaminátem, kterému se říká "jádro". Vnější vrstvy jsou tvořeny měděnou fólií přitlačenou k vnitřním vrstvám pojivem – pryskyřičným materiálem zvaným „prepreg“. Po lisování při vysoké teplotě se vytvoří „koláč“ vícevrstvé desky s plošnými spoji, do které se následně vyvrtají otvory a pokovují. Méně obvyklá je druhá možnost, kdy jsou vnější vrstvy tvořeny "jádry" drženými pohromadě prepregem. Toto je zjednodušený popis, existuje mnoho dalších návrhů založených na těchto možnostech. Základním principem však je, že prepreg působí jako pojivo mezi vrstvami. Je zřejmé, že nemůže nastat situace, kdy dvě oboustranná "jádra" sousedí bez prepregové podložky, ale struktura fólie-prepreg-fólie-prepreg...atd je možná a často se používá u desek se složitými kombinacemi slepých a skryté díry.

Vícevrstvé desky s plošnými spoji nyní představují dvě třetiny světové výroby desek plošných spojů z hlediska hodnoty, i když z kvantitativního hlediska jsou horší než jednostranné a oboustranné desky.

Schematicky (zjednodušeně) fragment návrhu moderní vícevrstvé desky s plošnými spoji je znázorněn na Obr. 2. Vodiče v takových deskách s plošnými spoji jsou umístěny nejen na povrchu, ale také ve velké části substrátu. Zároveň bylo zachováno vrstvené uspořádání vodičů vůči sobě (důsledek použití technologií plošného tisku). Vrstvení je nevyhnutelně přítomno v názvech desek plošných spojů a jejich prvků - jednostranné, oboustranné, vícevrstvé atd. Vrstvení skutečně odráží konstrukci a technologie výroby desek plošných spojů odpovídající této konstrukci.

Rýže. 2. Fragment návrhu vícevrstvé desky plošných spojů: 1 - průchozí pokovený otvor, 2 - slepá mikrovia, 3 - skrytá mikrovia, 4 - vrstvy, 5 - skryté mezivrstvové otvory, 6 - podložky Obr.

Ve skutečnosti se konstrukce vícevrstvých desek plošných spojů liší od těch, které jsou znázorněny na obr. 2.

MPP je svou strukturou mnohem složitější než oboustranné desky, stejně jako technologie jejich výroby. A jejich struktura samotná se výrazně liší od struktury znázorněné na obr. 2. Zahrnují další vrstvy stínění (zem a napájení), stejně jako několik vrstev signálu.

Ve skutečnosti vypadají takto:

a) Schematicky	Pro zajištění přepínání mezi vrstvami MFP se používají mezivrstvové spoje (vias) a mikrovias (microvias). 3.a. Mezivrstvové přechody mohou být provedeny ve formě průchozích otvorů spojujících vnější vrstvy navzájem a s vnitřními vrstvami. Používají se také hluché a skryté přechody. Slepý spoj je spojovací metalizovaný kanál, viditelný pouze z horní nebo spodní strany desky. Skryté prokovy se používají k propojení vnitřních vrstev desky. Jejich použití umožňuje výrazně zjednodušit rozložení desek, například 12vrstvé provedení MPC lze zredukovat na ekvivalentní 8vrstvé. přepínání. Microvias byly vyvinuty speciálně pro povrchovou montáž, spojování podložek a signálních vrstev.
c) pro přehlednost ve 3D podobě	Pro výrobu vícevrstvých desek plošných spojů se k sobě spojuje několik dielektrik laminovaných fólií, k čemuž se používají lepicí těsnění - prepregy. Na obrázku 3.c je prepreg zobrazen bíle. Prepreg lepí vrstvy vícevrstvé desky plošných spojů tepelným lisováním. Celková tloušťka vícevrstvých desek plošných spojů roste neúměrně rychle s rostoucím počtem signálových vrstev. V tomto ohledu je nutné počítat s velkým poměrem tloušťky desky k průměru průchozích otvorů, což je velmi přísný parametr pro proces pokovování průchozích otvorů. Avšak i vzhledem k obtížnosti pokovování průchozích otvorů o malém průměru dávají výrobci vícevrstvých desek s plošnými spoji přednost dosažení vysoké hustoty s větším počtem relativně levných vrstev než s menším počtem vrstev o vysoké hustotě, ale odpovídajícím způsobem dražších.
S) Výkres 3	Obrázek 3.c ukazuje přibližnou strukturu vrstev vícevrstvé desky s plošnými spoji s vyznačením jejich tlouštěk.

Vladimir Urazaev [L.12] domnívá se, že vývoj struktur a technologií v mikroelektronice je v souladu s objektivně existujícím zákonem rozvoje technických systémů: úkoly související s umístěním nebo pohybem předmětů se řeší pohybem z bodu do čáry, z čáry do rovina, z roviny do trojrozměrného prostoru.

Myslím, že desky plošných spojů se budou muset řídit tímto zákonem. Existuje potenciální možnost implementace takových víceúrovňových (nekonečně úrovní) desek plošných spojů. Svědčí o tom bohaté zkušenosti s používáním laserových technologií při výrobě desek plošných spojů, neméně bohaté zkušenosti s využitím laserové stereolitografie k formování trojrozměrných objektů z polymerů, tendence zvyšovat tepelnou odolnost základních materiálů atd. Je zřejmé, , takové produkty se budou muset jmenovat jinak. Vzhledem k tomu, že termín „deska s plošnými spoji“ již nebude odrážet jejich vnitřní obsah ani technologii výroby.

Možná bude.

Ale myslím, že už to vědí objemové struktury v provedení DPS se jedná o vícevrstvé desky plošných spojů. A objemová montáž elektronických součástek s umístěním kontaktních ploch na všech plochách rádiových součástek snižuje vyrobitelnost jejich instalace, kvalitu propojení a komplikuje jejich testování a údržbu.

Budoucnost ukáže!

Flexibilní desky plošných spojů

Pro většinu lidí je deska s plošnými spoji jen tuhá deska s elektricky vodivými propojeními.

Pevné desky plošných spojů jsou nejmasivnějším produktem používaným v rádiové elektronice, o kterém ví téměř každý.

Existují ale i flexibilní desky plošných spojů, které stále více rozšiřují své možnosti použití. Příkladem jsou tzv. flexibilní tištěné kabely (smyčky). Takové desky plošných spojů plní omezený rozsah funkcí (funkce substrátu pro radioprvky je vyloučena). Slouží k připojení klasických desek plošných spojů, nahrazujících svazky. Pružné desky s plošnými spoji získávají elasticitu díky tomu, že jejich polymerní „substrát“ je ve vysoce elastickém stavu. Ohebné desky plošných spojů mají dva stupně volnosti. Lze je dokonce složit do Möbiova proužku.

Výkres 4

Jeden nebo dokonce dva stupně volnosti, ale velmi omezenou volnost, mohou mít i běžné tuhé desky s plošnými spoji, ve kterých je polymerní matrice substrátu v tuhém, sklovitém stavu. Toho je dosaženo snížením tloušťky substrátu. Jednou z výhod embosovaných desek plošných spojů vyrobených z tenkých dielektrik je schopnost dodat jim „kulatost“. Je tak možné koordinovat jejich tvar a tvar objektů (rakety, vesmírné objekty atd.), do kterých mohou být umístěny. Výsledkem je výrazná úspora vnitřního objemu produktů.

Jejich významnou nevýhodou je, že s nárůstem počtu vrstev klesá flexibilita takových desek plošných spojů. A použití konvenčních neohebných komponentů vyžaduje fixaci jejich tvaru. Protože ohyby takových desek plošných spojů s neohebnými součástkami vedou k vysokým mechanickým namáháním v místech jejich spojení s ohebnou deskou plošných spojů.

Mezipolohu mezi tuhými a pružnými deskami s plošnými spoji zaujímají „starobylé“ desky plošných spojů, sestávající z tuhých prvků složených jako harmonika. Takové „harmoniky“ pravděpodobně vedly k myšlence vytvořit vícevrstvé desky s plošnými spoji. Moderní flexibilní-tuhé desky plošných spojů jsou realizovány jiným způsobem. Mluvíme především o vícevrstvých deskách plošných spojů. Mohou kombinovat tuhé a pružné vrstvy. Pokud jsou pružné vrstvy vyjmuty z tuhých, je možné získat desku s plošnými spoji sestávající z tuhých a pružných fragmentů. Další možností je spojit dva tuhé fragmenty s pružným.

Klasifikace návrhů desek plošných spojů založená na vrstvení jejich vodivé struktury pokrývá většinu, ale ne všechny návrhy desek plošných spojů. Například pro výrobu tkaných desek plošných spojů nebo smyček se ukázal jako vhodný netiskový tisk, ale tkací zařízení. Takové „desky s plošnými spoji“ už mají tři stupně volnosti. Stejně jako obyčejná látka mohou nabývat těch nejbizarnějších tvarů a tvarů.

Desky plošných spojů s vysokou tepelnou vodivostí

V poslední době došlo ke zvýšení rozptylu tepla elektronických zařízení, což je spojeno s:

zvýšení výkonu výpočetních systémů,

vysoké nároky na přepínání výkonu,

Rostoucí používání elektronických součástek se zvýšeným odvodem tepla.

To se nejzřetelněji projevuje v technologii LED osvětlení, kde prudce vzrostl zájem o vytváření světelných zdrojů na bázi vysoce výkonných ultrasvítivých LED. Světelná účinnost polovodičových LED již dosáhla 100lm/W. Tyto ultrasvítivé LED diody nahrazují konvenční žárovky a nacházejí uplatnění téměř ve všech oblastech osvětlovací techniky: žárovky pouliční osvětlení, automobilové osvětlení, nouzové osvětlení, reklamní nápisy, LED panely, indikátory, pojezdové čáry, semafory atd. Tyto LED se staly nepostradatelnými v dekorativním osvětlení, v dynamických osvětlovacích systémech díky jejich monochromatické barvě a rychlosti spínání. Výhodné je také jejich použití tam, kde je potřeba razantně šetřit energií, kde je častá údržba drahá a kde jsou vysoké požadavky na elektrickou bezpečnost.

Studie ukazují, že přibližně 65-85% elektřiny během provozu LED se přemění na teplo. Při dodržení tepelných režimů doporučených výrobcem LED však může životnost LED dosáhnout 10 let. Pokud je však porušen tepelný režim (obvykle se jedná o provoz s teplotou přechodu vyšší než 120 ... 125 ° C), životnost LED může klesnout 10krát! A v případě hrubého nedodržení doporučených tepelných podmínek, např. při rozsvícení LED typu emitor bez zářiče na více než 5-7 sekund, může LED selhat i při prvním zapnutí. Zvýšení teploty přechodu navíc vede ke snížení jasu záře a posunu pracovní vlnové délky. Proto je velmi důležité správně vypočítat tepelný režim a pokud možno co nejvíce odvádět teplo generované LED.

Velcí výrobci vysoce výkonných LED diod jako Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto atd. dlouhodobě vyrábějí LED moduly nebo clustery na deskách plošných spojů s kovovou základnou (v mezinárodní klasifikaci IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Deska, nebo AL PCB - desky plošných spojů na hliníkové základně).

Obrázek 5

Tyto desky plošných spojů na hliníkové základně mají nízký a pevný tepelný odpor, což umožňuje při instalaci na radiátor jednoduše zajistit odvod tepla z p-n přechodu LED a zajistit jeho provoz po celou dobu životnosti.

Jako materiály s vysokou tepelnou vodivostí se pro báze takových desek plošných spojů používá měď, hliník, různé druhy keramiky.

Problémy technologie průmyslové výroby

Historie vývoje technologie desek plošných spojů je historií zlepšování kvality a překonávání problémů, které vznikají v průběhu vývoje.

Zde jsou některé její detaily.

Desky s plošnými spoji vyráběné průchozí metalizací mají i přes své nejširší uplatnění velmi vážnou nevýhodu. Z konstrukčního hlediska je nejslabším článkem takových desek plošných spojů spojení pokovených sloupků v prokovech a vodivých vrstev (podložek). Spojení metalizovaného sloupce a vodivé vrstvy probíhá podél čelní strany podložky. Délka spojení je určena tloušťkou měděné fólie a je typicky 35 µm nebo méně. Galvanickému pokovování stěn prokovů předchází fáze chemického pokovování. Chemická měď je na rozdíl od galvanické mědi volnější. Ke spojení pokoveného sloupku s koncovou plochou kontaktní podložky tedy dochází přes mezivrstvu chemické mědi, která je z hlediska pevnostních charakteristik slabší. Koeficient tepelné roztažnosti skelného vlákna je mnohem větší než u mědi. Při průchodu teplotou skelného přechodu epoxidové pryskyřice se rozdíl prudce zvyšuje. Při tepelných rázech, kterým deska plošných spojů z různých důvodů zažívá, je spojení vystaveno velmi vysokému mechanickému zatížení a ... přeruší se. V důsledku toho je elektrický obvod přerušen a výkon elektrického obvodu je narušen.

Rýže. 6. Mezivrstvové přechody ve vícevrstvých deskách plošných spojů: a) bez dielektrického podkladu, 6) s dielektrickým podkladem 1 - dielektrikum, 2 - podložka vnitřní vrstvy, 3 - chemická měď, 4 - galvanická měď

Rýže. 7. Fragment konstrukce vícevrstvé desky s plošnými spoji vyrobený vrstvením: 1 - přechod mezi vrstvami, 2 - vodič vnitřní vrstvy, 3 - montážní podložka, 4 - vodič vnější Obr. vrstva, 5 - dielektrické vrstvy

U vícevrstvých desek plošných spojů lze zvýšení spolehlivosti vnitřních prokovů dosáhnout zavedením další operace - podleptání (částečné odstranění) dielektrika v prokovech před metalizací. V tomto případě se spojení pokovených sloupků s kontaktními podložkami provádí nejen podél konce, ale také částečně podél vnějších prstencových zón těchto podložek (obr. 6).

Vyšší spolehlivosti pokovených přechodů vícevrstvých desek plošných spojů bylo dosaženo technologií výroby vícevrstvých desek plošných spojů metodou vrstvení po vrstvě (obr. 7). Spojení mezi vodivými prvky tištěných vrstev se u této metody provádí galvanickým nanášením mědi do otvorů izolační vrstvy. Na rozdíl od metody pokovování průchozími otvory jsou v tomto případě prokovy plněny mědí. Spojovací plocha mezi vodivými vrstvami je mnohem větší a geometrie je odlišná. Přerušit taková spojení není tak snadné. A přesto má tato technologie k ideálu daleko. Stále zůstává přechod "galvanická měď - chemická měď - galvanizovaná měď".

Desky plošných spojů vyrobené průchozí metalizací musí vydržet minimálně čtyři (nejméně tři vícevrstvé) přepájení. Embosované desky plošných spojů umožňují mnohem větší počet přepájení (až 50). Podle vývojářů metalizované prokovy v embosovaných deskách plošných spojů nesnižují, ale zvyšují jejich spolehlivost. Co způsobilo tak prudký kvalitativní skok? Odpověď je jednoduchá. V technologii výroby ražených desek plošných spojů jsou vodivé vrstvy a na ně navazující pokovené sloupky realizovány v jediném technologickém cyklu (současně). Nedochází tedy k přechodu „galvanická měď – chemická měď – galvanizovaná měď“. Ale tak vysoký výsledek byl získán v důsledku odmítnutí nejmasověji vyráběné technologie výroby desek plošných spojů v důsledku přechodu na jinou konstrukci. Z mnoha důvodů je nežádoucí opustit způsob pokovování průchozích otvorů.

Jak být?

Odpovědnost za vytvoření bariérové ​​vrstvy na spoji konců kontaktních podložek a pokovených víček leží především na technologech. Tento problém dokázali vyřešit. Revoluční změny v technologii výroby desek plošných spojů přinesly metody přímého pokovování otvorů, které vylučuje fázi chemického pokovování, omezuje se pouze na předaktivaci povrchu. Navíc jsou procesy přímé metalizace realizovány tak, že se vodivý film objeví pouze tam, kde je to potřeba - na povrchu dielektrika. Výsledkem je, že v pokovených prokovech desek s plošnými spoji vyrobených metodou přímého pokovování průchozími otvory jednoduše neexistuje žádná bariérová vrstva. Není to krásný způsob, jak vyřešit technický rozpor?

Podařilo se také překonat technický rozpor související s oplechováním prokovů. Mohou se stát pokovené otvory slabé spojení desky plošných spojů z jiného důvodu. Tloušťka stěny by měla být v ideálním případě jednotná po celé jejich výšce. Jinak jsou opět problémy se spolehlivostí. Fyzikální chemie procesů galvanického pokovování tomu brání. Ideální a skutečný profil povlaku v pokovených prokovech je znázorněn na Obr. 5. Tloušťka povlaku v hloubce otvoru je obvykle menší než na povrchu. Důvody jsou velmi různé: nerovnoměrná hustota proudu, katodická polarizace, nedostatečná výměna elektrolytu atd. U moderních desek plošných spojů již průměr metalizovaných prokovů překročil značku 100 mikronů a poměr výšky k průměru jamka v některých případech dosahuje 20:1. Situace se nesmírně zkomplikovala. Fyzikální metody (využití ultrazvuku, zvýšení intenzity výměny tekutin v otvorech desek plošných spojů atd.) již vyčerpaly své možnosti. Dokonce i viskozita elektrolytu začíná hrát významnou roli.

Rýže. 8. Průřez prokovem, který má být pokoven v desce s plošnými spoji. 1 - dielektrikum, 2 - ideální metalizační profil stěn otvoru, 3 - skutečný metalizační profil stěn otvoru,
4 - odolat

Tradičně se tento problém řešil použitím elektrolytů s vyrovnávacími přísadami, které se adsorbují v oblastech s vyšší proudovou hustotou. Sorpce takových přísad je úměrná hustotě proudu. Aditiva vytvářejí bariérovou vrstvu, která působí proti nadměrnému usazování galvanizace na ostré hrany a plochy k nim přiléhající (blíže k povrchu desky plošných spojů).

Odlišné řešení tohoto problému je teoreticky známo již delší dobu, ale prakticky jej bylo možné realizovat poměrně nedávno - po zvládnutí průmyslové výroby spínaných zdrojů vysoký výkon. Tato metoda je založena na použití pulzního (reverzního) režimu napájení pro galvanické lázně. Většinu času je dodáván stejnosměrný proud. Když k tomu dojde, usazování povlaku. Po kratší dobu je dodáván zpětný proud. Současně dochází k rozpuštění naneseného povlaku. Nerovnoměrná hustota proudu (větší v ostrých rozích) je v tomto případě pouze prospěšná. Z tohoto důvodu dochází k rozpouštění povlaku nejprve a ve větší míře na povrchu desky s plošnými spoji. V tomto technickém řešení se používá celá „kytice“ metod řešení technických rozporů: použít částečně nadbytečnou akci, přeměnit škodu ve prospěch, uplatnit přechod z kontinuálního procesu na impulsní, udělat opak atd. získaný výsledek odpovídá této „kytice“. S určitou kombinací trvání dopředných a zpětných impulzů je dokonce možné získat tloušťku povlaku v hloubce otvoru větší než na povrchu desky s plošnými spoji. Proto se tato technologie ukázala jako nepostradatelná pro plnění slepých prokovů kovem (vlastnost moderních desek plošných spojů), díky čemuž se hustota propojení v DPS přibližně zdvojnásobuje.

Problémy spojené se spolehlivostí metalizovaných spojů v deskách plošných spojů jsou lokální povahy. V důsledku toho také rozpory, které vznikají v procesu jejich vývoje, ve vztahu k deskám plošných spojů jako celku, nejsou univerzální. I když takové desky plošných spojů zaujímají lví podíl na trhu všech plošných spojů.

V procesu vývoje se také řeší další problémy, se kterými se technologové potýkají, ale spotřebitelé o nich ani nepřemýšlejí. Pro naše potřeby získáme vícevrstvé desky plošných spojů a aplikujeme je.

Mikrominiaturizace

V počáteční fázi byly na desky s plošnými spoji instalovány stejné komponenty, které byly použity při objemové instalaci REA, i když s určitým upřesněním závěrů, aby se zmenšila jejich velikost. Ale nejběžnější komponenty by mohly být instalovány na desky plošných spojů bez přepracování.

S příchodem desek s plošnými spoji bylo možné zmenšit velikost součástek používaných na deskách plošných spojů, což následně vedlo ke snížení provozních napětí a proudů spotřebovaných těmito prvky. Od roku 1954 Ministerstvo elektráren a elektrotechnického průmyslu sériově vyrábělo elektronkový přenosný rádiový přijímač Dorožnyj, který používal desku s plošnými spoji.

S příchodem miniaturních polovodičových zesilovačů – tranzistorů, začaly v tištěných spojích dominovat domácí přístroje, o něco později v průmyslu a s příchodem fragmentů elektronických obvodů kombinovaných na jednom čipu - funkčních modulů a mikroobvodů, jejich konstrukce již počítal s instalací výhradně netištěných spojů.

S pokračujícím snižováním velikosti aktivních a pasivních součástí se objevil nový koncept - „Mikrominiaturizace“.

V elektronických součástkách to vedlo ke vzniku LSI a VLSI obsahujících mnoho milionů tranzistorů. Jejich vzhled si vyžádal navýšení počtu vnějších spojů (viz kontaktní plocha grafického procesoru na obrázku 9.a), což ve svém důsledku způsobilo komplikaci zapojení vodivých vedení, což je vidět na obrázku 9.b .

Takový GPU panel, a procesor také - nic jiného než malá vícevrstvá deska plošných spojů, na které je umístěn samotný čip procesoru, zapojení pinů čipu s kontaktním polem a připojené prvky (obvykle filtrační kondenzátory rozvodné sítě)

Obrázek 9

A ať vám to nepřipadá jako vtip, CPU 2010 od Intelu nebo AMD je také plošný spoj a k tomu vícevrstvý.

Obrázek 9a

Vývoj desek plošných spojů, stejně jako elektronické techniky obecně, je linií redukce jejích prvků; jejich zhutnění na potištěném povrchu, stejně jako redukce prvků elektronické technologie. Pod "prvky" je v tomto případě třeba rozumět jak vlastní vlastnost desek plošných spojů (vodiče, prokovy atd.), tak prvky ze supersystému (sestavy plošných spojů) - rádiové prvky. Nejmodernější v rychlosti mikrominiaturizace jsou před deskami s plošnými spoji.

Mikroelektronika se zabývá vývojem VLSI.

Zvýšení hustoty umístění elementová základna vyžaduje totéž od vodičů desky plošných spojů - nosiče tohoto prvku báze. V tomto ohledu existuje mnoho problémů, které je třeba vyřešit. O dvou takových problémech a o tom, jak je řešit, si povíme podrobněji.

První způsoby výroby desek plošných spojů byly založeny na lepení vodičů z měděné fólie na povrch dielektrického substrátu.

Předpokládalo se, že šířka vodičů a mezery mezi vodiči se měří v milimetrech. V této verzi byla tato technologie docela efektivní. Následná miniaturizace elektronické techniky si vyžádala vytvoření dalších metod výroby desek plošných spojů, jejichž hlavní varianty (subtraktivní, aditivní, poloaditivní, kombinované) se používají dodnes. Použití takových technologií umožnilo realizovat desky plošných spojů s velikostí prvků měřenou v desetinách milimetru.

Milníkem bylo dosažení úrovně rozlišení PCB přibližně 0,1 mm (100 µm). Jednak došlo k přechodu „dolů“ o jeden řád navíc. Na druhou stranu jakýsi kvalitativní skok. Proč? Dielektrickým substrátem většiny moderních desek plošných spojů je sklolaminát – laminovaný plast s polymerní matricí vyztuženou skelným vláknem. Zmenšení mezer mezi vodiči desky s plošnými spoji vedlo k tomu, že se staly úměrné tloušťce skleněných vláken nebo tloušťce uzlů propletení těchto vláken ve skleněných vláknech. A situace, kdy jsou vodiče "uzavřeny" takovými uzly, se stala docela reálnou. V důsledku toho se také stalo skutečností vytváření zvláštních kapilár ve skleněných vláknech, které „uzavírají“ tyto vodiče. V podmínkách vysoké vlhkosti vedou kapiláry nakonec ke zhoršení úrovně izolace mezi vodiči desek plošných spojů. A přesněji řečeno, děje se tak i v podmínkách běžné vlhkosti. Kondenzace vlhkosti v kapilárních strukturách sklolaminátu je také zaznamenána za normálních podmínek.Vlhkost vždy snižuje úroveň izolačního odporu.

Protože v moderně radioelektronická zařízení takové desky plošných spojů se staly běžnou záležitostí, můžeme usoudit, že vývojářům základních materiálů pro desky plošných spojů se tento problém stále dařilo řešit tradičními metodami. Zvládnou ale další významnou událost? Další kvalitativní skok už nastal.

Uvádí se, že specialisté společnosti Samsung zvládli technologii výroby desek plošných spojů s šířkou vodičů a mezerami mezi nimi 8-10 mikronů. To ale není tloušťka skleněné nitě, ale sklolaminátu!

Úkol zajistit izolaci v ultramalých mezerách mezi vodiči současných a zejména budoucích desek plošných spojů je obtížný. Jakými metodami se to vyřeší - tradičními či netradičními - a zda se to vyřeší, ukáže čas.

Rýže. Obr. 10. Profily leptání měděné fólie: a - ideální profil, b - skutečný profil; 1 - ochranná vrstva, 2 - vodič, 3 - dielektrikum

Byly potíže při získávání ultra malých (ultraúzkých) vodičů v deskách s plošnými spoji. Z mnoha důvodů se v technologiích výroby DPS rozšířily subtraktivní metody. V subtraktivních metodách se vzor elektrického obvodu vytvoří odstraněním nepotřebných fragmentů fólie. Ještě během druhé světové války vypracoval Paul Eisler technologii leptání měděné fólie chloridem železitým. Takovou nenáročnou techniku ​​stále používají radioamatéři. Průmyslové technologie nemají k této „kuchyňské“ technologii daleko. Pokud se nezměnilo složení mořicích roztoků a neobjevily se prvky automatizace procesů.

Zásadní nevýhodou naprosto všech technologií leptání je, že leptání probíhá nejen v požadovaném směru (k povrchu dielektrika), ale také v nežádoucím směru příčném. Boční podříznutí vodičů je úměrné tloušťce měděné fólie (asi 70 %). Obvykle se místo ideálního profilu vodiče získá profil podobný houbě (obr. 10). Když je šířka vodičů velká a v nejjednodušších deskách plošných spojů se dokonce měří v milimetrech, prostě přimhouří oko nad bočním podříznutím vodičů. Pokud je šířka vodičů úměrná jejich výšce nebo dokonce menší než ona (dnešní realita), pak „laterální aspirace“ zpochybňují proveditelnost použití takových technologií.

V praxi lze do určité míry snížit množství bočního podleptání tištěných vodičů. Toho je dosaženo zvýšením rychlosti leptání; pomocí tryskového lití (proudy leptadla se shodují s požadovaným směrem - kolmo k rovině plechu), i jinými způsoby. Ale když se šířka vodiče blíží jeho výšce, účinnost takových vylepšení se stává zjevně nedostatečnou.

Ale pokroky ve fotolitografii, chemii a technologii nyní umožňují vyřešit všechny tyto problémy. Tato řešení jsou převzata z mikroelektronických technologií.

Radioamatérské technologie pro výrobu desek plošných spojů

Výroba desek plošných spojů v radioamatérských podmínkách má své vlastní charakteristiky a vývoj technologií tyto možnosti zvyšuje. Jejich základem jsou ale i nadále procesy

Otázka, jak si vyrobit desky s plošnými spoji doma levně, trápí všechny radioamatéry snad už od 60. let minulého století, kdy se plošné spoje hojně používaly v domácích spotřebičích. A pokud tehdy výběr technologií nebyl tak velký, dnes jsou radioamatéři díky rozvoji moderní techniky schopni rychle a efektivně vyrábět desky plošných spojů bez použití jakéhokoli drahého zařízení. A tyto možnosti se neustále rozšiřují, což jim umožňuje přiblížit kvalitu jejich výtvorů průmyslovým vzorům.

Ve skutečnosti lze celý proces výroby desky s plošnými spoji rozdělit do pěti hlavních fází:

• předběžná příprava obrobku (čištění povrchu, odmaštění);
• aplikace ochranného povlaku tak či onak;
• odstranění přebytečné mědi z povrchu desky (leptání);
• čištění obrobku od ochranného povlaku;
• vrtání otvorů, nanášení tavidla, cínování.

Uvažujeme pouze nejběžnější "klasickou" technologii, při které se přebytečné měděné plochy z povrchu desky odstraní chemickým leptáním. Kromě toho je možné například odstraňovat měď frézováním nebo pomocí elektrického jiskrového stroje. Tyto metody však nenašly široké uplatnění ani v radioamatérském prostředí, ani v průmyslu (i když výroba desek frézováním se někdy používá v případech, kdy je potřeba velmi rychle vyrobit jednoduché desky plošných spojů v jednom množství).

A zde budeme hovořit o prvních 4 bodech technologického procesu, protože vrtání provádí radioamatér pomocí nástroje, který má.

Doma nelze vyrobit vícevrstvý plošný spoj schopný konkurovat průmyslovým návrhům, proto se v radioamatérských podmínkách obvykle používají plošné spoje oboustranné a v konstrukcích mikrovlnných zařízení pouze oboustranné.

Přestože by se domácí výroba PCB měla snažit při návrhu obvodu použít co nejvíce součástek pro povrchovou montáž, v některých případech to umožňuje vést téměř celý obvod na jednu stranu desky. Je to dáno tím, že dosud nebyla vynalezena žádná technologie pokovování prokovů, která by byla skutečně proveditelná doma. Pokud tedy desku nelze zapojit na jednu stranu, měli byste zapojit na druhou stranu pomocí vývodů různých součástek nainstalovaných na desce jako prokovy, které v tomto případě budou muset být připájeny na obou stranách desky. Samozřejmě existují různé způsoby, jak nahradit pokovení otvorů (pomocí tenkého vodiče vloženého do otvoru a připájeného ke drahám na obou stranách desky; pomocí speciálních krytek), ale všechny mají značné nevýhody a jsou nepohodlné použití. V ideálním případě by deska měla být vedena pouze na jedné straně pomocí minimálního počtu propojek.

Podívejme se nyní podrobněji na každou z fází výroby desky s plošnými spoji.

Předběžná příprava obrobku

Tato fáze je počáteční a spočívá v přípravě povrchu budoucí desky plošných spojů pro nanesení ochranného nátěru. Obecně platí, že za dlouhou dobu nedoznala technologie čištění povrchů výraznějších změn. Celý proces se redukuje na odstranění oxidů a nečistot z povrchu desky pomocí různých abrazivních přípravků a následné odmaštění.

K odstranění odolných nečistot můžete použít jemnozrnný brusný papír („nula“), jemný brusný prášek nebo jakýkoli jiný nástroj, který nezanechává na povrchu desky hluboké škrábance. Někdy stačí povrch desky s plošnými spoji umýt tvrdou žínkou na mytí nádobí saponátem nebo práškem (pro tento účel je vhodné použít na mytí nádobí abrazivní žínku, která vypadá jako plsť s malými vměstky nějaké látky; často je taková žínka nalepena na kus pěnové pryže) . Pokud je navíc povrch plošného spoje dostatečně čistý, můžete abrazivní úpravu úplně vynechat a přejít rovnou k odmašťování.

Pokud je na desce plošných spojů pouze silný oxidový film, lze jej snadno odstranit ošetřením plošného spoje po dobu 3-5 sekund roztokem chloridu železitého a následným opláchnutím ve studené tekoucí vodě. Je však třeba poznamenat, že je žádoucí provést tuto operaci buď bezprostředně před nanesením ochranného povlaku, nebo po ní skladovat obrobek na tmavém místě, protože měď na světle rychle oxiduje.

Posledním krokem při přípravě povrchu je odmaštění. K tomu můžete použít kus měkkého hadříku, který nezanechává vlákna, navlhčený alkoholem, benzínem nebo acetonem. Zde je třeba dbát na čistotu povrchu desky po odmaštění, jelikož v poslední době se začíná narážet na aceton a alkohol se značným množstvím nečistot, které po zaschnutí zanechávají na desce bělavé skvrny. Pokud ano, pak byste se měli poohlédnout po jiném odmašťovači. Po odmaštění je třeba desku omýt pod tekoucí studenou vodou. Kvalitu čištění lze kontrolovat sledováním stupně smáčení měděného povrchu vodou. Povrch, který je zcela smáčený vodou, aniž by se na něm tvořily kapky a lámal se vodní film, je indikátorem normální úrovně čištění. Poruchy v tomto vodním filmu naznačují, že povrch nebyl dostatečně vyčištěn.

Ochranný nátěr

Aplikace ochranného nátěru je nejdůležitější fází procesu výroby DPS a právě ona rozhoduje o kvalitě vyrobené desky z 90 %. V současné době existují tři nejoblíbenější způsoby nanášení ochranného nátěru v radioamatérském prostředí. Budeme je zvažovat vzestupně podle kvality desek získaných jejich použitím.

Nejprve je třeba objasnit, že ochranný povlak na povrchu obrobku musí tvořit homogenní hmotu, bez defektů, s dokonce jasnými hranicemi a odolnou vůči chemickým složkám mořicího roztoku.

Ruční aplikace ochranného nátěru

Při této metodě se kresba desky s plošnými spoji přenese na sklolaminát ručně pomocí nějakého psacího zařízení. V poslední době se v prodeji objevilo mnoho fixů, jejichž barvivo se nesmývá vodou a poskytuje poměrně silnou ochrannou vrstvu. Navíc pro ruční kreslení můžete použít kreslící pero nebo jiné zařízení naplněné barvivem. Takže je například vhodné použít pro kreslení injekční stříkačku s tenkou jehlou (nejlépe se pro tento účel hodí inzulínové stříkačky s průměrem jehly 0,3-0,6 mm), nařezanou na délku 5-8 mm. V tomto případě by tyčinka neměla být vložena do stříkačky - barvivo by mělo volně proudit pod působením kapilárního efektu. Také místo stříkačky můžete použít tenkou skleněnou nebo plastovou trubici nataženou nad ohněm, abyste dosáhli požadovaného průměru. Zvláštní pozornost by měla být věnována kvalitě zpracování okraje trubky nebo jehly: při kreslení by neměly poškrábat desku, jinak může dojít k poškození již natřených ploch. Jako barvivo při práci s takovými zařízeními můžete použít bitumenový nebo jiný lak zředěný rozpouštědlem, zaponlak nebo dokonce roztok kalafuny v alkoholu. V tomto případě je nutné volit konzistenci barviva tak, aby při kreslení volně stékala, ale zároveň nevytékala a netvořila kapky na konci jehly nebo tuby. Je třeba poznamenat, že ruční proces nanášení ochranného nátěru je poměrně pracný a je vhodný pouze v případech, kdy je nutné velmi rychle vyrobit malou desku. Minimální šířka stopy, kterou lze dosáhnout při ručním kreslení, je v řádu 0,5 mm.

Použití "technologie laserové tiskárny a žehličky"

Tato technologie se objevila relativně nedávno, ale okamžitě se rozšířila díky své jednoduchosti a Vysoká kvalita Platba přijata. Základem technologie je přenos toneru (prášku používaného při tisku v laserových tiskárnách) z libovolného substrátu na desku plošných spojů.

V tomto případě jsou možné dvě možnosti: buď se použitý substrát před leptáním oddělí od desky, nebo pokud je substrát použit hliníková fólie, je leptaná společně s mědí .

První fází použití této technologie je tisk zrcadlový obraz vzor desky plošných spojů na substrátu. Tisková nastavení tiskárny by měla být nastavena na nejvyšší kvalitu tisku (protože v tomto případě je aplikována nejtlustší vrstva toneru). Jako substrát můžete použít tenký natíraný papír (obálky z různých časopisů), faxový papír, hliníkovou fólii, fólii pro laserovou tiskárnu, samolepicí fólie Oracal nebo jiné materiály. Pokud používáte příliš tenký papír nebo fólii, možná je budete muset přilepit po obvodu na list silného papíru. V ideálním případě by tiskárna měla mít dráhu papíru bez zauzlování, která zabrání tomu, aby se takový sendvič uvnitř tiskárny pomačkal. To je také velmi důležité při tisku na fólii nebo podklad z filmu Oracal, protože toner na nich je velmi slabý a pokud je papír složený uvnitř tiskárny, je vysoká pravděpodobnost, že budete muset strávit několik nepříjemných minut čištěním. ulpívající zbytky toneru v troubě tiskárny. Nejlepší je, když tiskárna může papír podávat vodorovně, zatímco tiskne na horní stranu (jako HP LJ2100 je jedna z nejlepších tiskáren pro aplikace PCB). Okamžitě upozorňuji majitele tiskáren typu HP LJ 5L, 6L, 1100, aby nezkoušeli tisknout na fólii nebo podklad od Oracalu - většinou takové experimenty končí nezdarem. Také kromě tiskárny můžete využít i kopírku, jejíž použití díky nanášení silné vrstvy toneru dává někdy ještě lepší výsledky oproti tiskárnám. Hlavním požadavkem na substrát je snadnost jeho oddělení od toneru. Pokud je použit papír, neměl by v toneru zanechávat žmolky. V tomto případě jsou možné dvě možnosti: buď se substrát po přenesení toneru na desku jednoduše odstraní (v případě fólie pro laserové tiskárny nebo báze od Oracal), nebo se předem namočí do vody a následně se postupně separovaný (křídový papír).

Přenos toneru na desku spočívá v nanesení substrátu s tonerem na předem očištěnou desku s následným zahřátím na teplotu mírně nad bodem tání toneru. Možností, jak to udělat, je obrovské množství, ale nejjednodušší je přitlačit podklad k desce rozpálenou žehličkou. Současně, aby se tlak žehličky rovnoměrně rozložil na podklad, se doporučuje položit mezi ně několik vrstev silného papíru. Velmi důležitou otázkou je teplota žehličky a doba působení. Tyto parametry se liší případ od případu, takže možná budete muset provést více než jeden experiment, než dosáhnete dobrých výsledků. Je zde pouze jedno kritérium: toner se musí stihnout roztavit natolik, aby se přilepil na povrch desky, a zároveň nesmí stihnout dosáhnout polotekutého stavu, aby se okraje stop neslepily. vyrovnat se. Po "přivaření" toneru k desce je nutné oddělit substrát (kromě případu použití hliníkové fólie jako substrátu: ta by se neměla oddělovat, protože se rozpouští téměř ve všech leptacích roztocích). Fólie a podklad laserové tiskárny Oracal se jednoduše jemně odlepí, zatímco běžný papír vyžaduje předem namočení v horké vodě.

Stojí za zmínku, že vzhledem ke zvláštnostem tisku na laserových tiskárnách je vrstva toneru uprostřed velkých plných polygonů poměrně malá, takže byste se měli co nejvíce vyhnout použití takových oblastí na desce nebo po odstranění substrátu budete muset desku retušovat ručně. Obecně použití této technologie po určitém zaškolení umožňuje dosáhnout šířky drah a mezer mezi nimi až 0,3 mm.

Tuto technologii používám již řadu let (od té doby, co mi byla k dispozici laserová tiskárna).

Aplikace fotorezistů

Fotorezist je látka, která je citlivá na světlo (obvykle v blízkém ultrafialovém záření) a při vystavení světlu mění své vlastnosti.

V poslední době se na ruském trhu objevilo několik typů dovážených fotorezistů v aerosolových obalech, které jsou zvláště vhodné pro domácí použití. Podstata použití fotorezistu je následující: na desku se nanese fotomaska ​​() s nanesenou vrstvou fotorezistu a ta se osvětlí, načež se osvětlená (nebo neexponovaná) místa fotorezistu smyjí speciálním rozpouštědlo, kterým je obvykle hydroxid sodný (NaOH). Všechny fotorezisty jsou rozděleny do dvou kategorií: pozitivní a negativní. U pozitivních fotorezistů odpovídá stopa na desce černé ploše na fotomasce a u negativních je tedy průhledná.

Nejrozšířenější jsou pozitivní fotorezisty jako nejpohodlnější k použití.

Zastavme se podrobněji u použití pozitivních fotorezistů v aerosolových obalech. Prvním krokem je příprava fotomasky. Doma jej lze získat vytištěním vzoru desky na laserové tiskárně na film. V tomto případě je třeba věnovat zvláštní pozornost hustotě černé na fotomasce, pro kterou je nutné v nastavení tiskárny zakázat všechny režimy úspory toneru a zlepšení kvality tisku. Některé firmy navíc nabízejí výstup fotomasky na fotoplotr – přitom máte zaručený kvalitní výsledek.

Ve druhé fázi se na předem připravený a očištěný povrch desky nanese tenký film fotorezistu. To se provádí nástřikem ze vzdálenosti asi 20 cm.V tomto případě je třeba usilovat o maximální rovnoměrnost výsledného nátěru. Kromě toho je velmi důležité zajistit, aby během procesu stříkání nebyl žádný prach - každá prachová částice, která se dostane do fotorezistu, nevyhnutelně zanechá na desce svou stopu.

Po nanesení vrstvy fotorezistu je nutné výsledný film vysušit. Doporučuje se to provést při teplotě 70-80 stupňů a nejprve je třeba povrch vysušit při nízké teplotě a teprve poté postupně zvýšit teplotu na požadovanou hodnotu. Doba schnutí při uvedené teplotě je cca 20-30 minut. V extrémních případech je povoleno sušení desky při pokojové teplotě po dobu 24 hodin. Desky s naneseným fotorezistem by měly být skladovány na tmavém a chladném místě.

Dalším krokem po aplikaci fotorezistu je expozice. Zároveň je na desku nalepena fotomaska ​​(tiskovou stranou k desce, to napomáhá ke zvýšení přehlednosti při expozici), která se přitlačí na tenké sklo popř. Při dostatečně malých velikostech desek pro lisování lze použít fotografickou desku vymytou z emulze. Protože oblast maximální spektrální citlivosti většiny moderních fotorezistů je v ultrafialové oblasti, je žádoucí pro osvětlení použít lampu s velkým podílem UV záření ve spektru (DRSH, DRT atd.). Jako poslední možnost můžete použít výkonný xenonová výbojka. Doba expozice závisí na mnoha faktorech (typ a výkon lampy, vzdálenost od lampy k desce, tloušťka vrstvy fotorezistu atd.) a vybírá se experimentálně. Obecně však platí, že doba expozice obvykle není delší než 10 minut ani při přímém slunečním záření.

(Plast, průhledný ve viditelném světle, nedoporučuji používat k lisování desky, protože mají silnou absorpci UV záření)

Vývoj většiny fotorezistů se provádí roztokem hydroxidu sodného (NaOH) - 7 gramů na litr vody. Nejlepší je použít čerstvě připravený roztok o teplotě 20-25 stupňů. Doba vyvolání závisí na tloušťce filmu fotorezistu a pohybuje se od 30 sekund do 2 minut. Po vyvolání lze desku leptat v běžných roztocích, protože fotorezist je odolný vůči kyselinám. Při použití vysoce kvalitních fotomasek umožňuje použití fotorezistu získat stopy o šířce až 0,15-0,2 mm.

Leptání

Existuje mnoho kompozic pro chemické leptání mědi. Všechny se liší rychlostí reakce, složením látek uvolněných v důsledku reakce a také dostupností chemických činidel nezbytných pro přípravu roztoku. Níže jsou uvedeny informace o nejoblíbenějších řešeních moření.

Chlorid železitý (FeCl)

Snad nejznámější a nejoblíbenější činidlo. Suchý chlorid železitý se rozpouští ve vodě, dokud nezískáte nasycený zlatožlutý roztok (to bude vyžadovat asi dvě polévkové lžíce na sklenici vody). Proces leptání v tomto roztoku může trvat 10 až 60 minut. Doba závisí na koncentraci roztoku, teplotě a míchání. Míchání velmi urychluje reakci. K tomuto účelu je vhodné použít akvarijní kompresor, který zajistí smíchání roztoku se vzduchovými bublinami. Reakce se také urychlí, když se roztok zahřeje. Po leptání je třeba desku omýt velkým množstvím vody, nejlépe mýdlem (k neutralizaci zbytků kyselin). Mezi nevýhody tohoto řešení patří tvorba odpadů při reakci, které se usazují na desce a brání normálnímu průběhu procesu leptání, a také relativně nízká reakční rychlost.

persíran amonný

Lehká krystalická látka, rozpustná ve vodě v poměru 35 g látky k 65 g vody. Proces leptání v tomto roztoku trvá asi 10 minut a závisí na ploše leptaného měděného povlaku. Aby byly zajištěny optimální podmínky pro reakci, musí mít roztok teplotu asi 40 stupňů a být neustále promícháván. Po leptání je třeba desku omýt pod tekoucí vodou. Mezi nevýhody tohoto řešení patří nutnost udržovat požadovanou teplotu a míchání.

Roztok kyseliny chlorovodíkové (HCl) a peroxid vodíku (H 2 O 2)

- K přípravě tohoto roztoku přidejte 200 ml 35% kyseliny chlorovodíkové a 30 ml 30% peroxidu vodíku do 770 ml vody. Hotový roztok by měl být skladován v tmavé láhvi, ne hermeticky uzavřené, protože při rozkladu peroxidu vodíku se uvolňuje plyn. Upozornění: Při použití tohoto roztoku je třeba dodržovat všechna bezpečnostní opatření při práci s žíravými chemikáliemi. Veškeré práce musí být prováděny pouze na čerstvém vzduchu nebo pod digestoří. Pokud se roztok dostane do kontaktu s kůží, je třeba ji okamžitě omýt velkým množstvím vody. Doba leptání je vysoce závislá na míchání a teplotě roztoku a je v řádu 5-10 minut pro dobře promíchaný čerstvý roztok při pokojové teplotě. Nezahřívejte roztok nad 50 stupňů. Po leptání je třeba desku opláchnout tekoucí vodou.

Tento roztok po leptání lze obnovit přidáním H 2 O 2 . Posouzení požadovaného množství peroxidu vodíku se provádí vizuálně: měděná deska ponořená do roztoku by měla být přetřena z červené na tmavě hnědou. Tvorba bublin v roztoku svědčí o přebytku peroxidu vodíku, který zpomaluje reakci leptání. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost důsledného dodržování všech opatření při práci s ním.

Roztok kyseliny citrónové a peroxidu vodíku od firmy Radiokot

Ve 100 ml lékárny se rozpustí 3% peroxid vodíku, 30 g kyseliny citrónové a 5 g soli.

Tento roztok by měl stačit na moření 100 cm2 mědi o tloušťce 35 µm.

Sůl při přípravě roztoku nelze šetřit. Protože hraje roli katalyzátoru, prakticky se při leptání nespotřebovává. Peroxid 3% by se neměl dále ředit. při přidání dalších složek jeho koncentrace klesá.

Čím více peroxidu vodíku (hydroperitu) se přidá, tím rychleji proces proběhne, ale nepřehánějte to - roztok se neskladuje, tzn. není znovu použit, což znamená, že hydroperit bude jednoduše nadměrně používán. Přebytek peroxidu se snadno pozná podle hojné „bubliny“ během moření.

Přidání kyseliny citrónové a peroxidu je však zcela přijatelné, ale je racionálnější připravit čerstvý roztok.

Čištění obrobku

Po naleptání a opláchnutí desky je nutné očistit její povrch od ochranného nátěru. To lze provést jakýmkoli organickým rozpouštědlem, například acetonem.

Dále musíte vyvrtat všechny otvory. To by mělo být provedeno nabroušeným vrtákem při maximálních otáčkách elektromotoru. Pokud při nanášení ochranného nátěru nezůstalo volné místo ve středech kontaktních podložek, je nutné nejprve označit otvory (lze to provést např. jádrem). Poté se vady (třásně) na rubové straně desky odstraní zahloubením a na oboustranném plošném spoji na mědi - vrtákem o průměru cca 5 mm v ruční svěrce na jedno otočení obr. vrtejte bez použití síly.

Dalším krokem je pokrytí desky tavidlem a následným pocínováním. Můžete použít komerčně dostupná tavidla (nejlépe omyvatelná vodou nebo vůbec neoplachovat) nebo desku jednoduše pokrýt slabým roztokem kalafuny v alkoholu.

Cínování lze provést dvěma způsoby:

Pájecí ponor

Pomoc páječky a kovového opletu napuštěného pájkou.

V prvním případě je nutné vyrobit železnou lázeň a naplnit ji malým množstvím pájky s nízkou teplotou tání - slitiny Rose nebo Wood. Tavenina musí být úplně pokryta vrstvou glycerinu nahoře, aby se zabránilo oxidaci pájky. K ohřevu lázně můžete použít obrácenou žehličku nebo elektrický sporák. Deska se ponoří do taveniny a poté se odstraní za současného odstranění přebytečné pájky tvrdou gumovou stěrkou.

Závěr

Myslím, že tento materiál pomůže čtenářům získat představu o návrhu a výrobě desek plošných spojů. A kdo se začíná elektronikou zabývat, získá základní dovednosti její výroby doma.Pro úplnější seznámení s plošnými spoji doporučuji přečíst [L.2]. Lze jej stáhnout z internetu.

Literatura

1. Polytechnický slovník. Redakce: Inglinsky A. Yu. et al. M.: Sovětská encyklopedie. 1989.
2. Medveděv A. M. Desky plošných spojů. Konstrukce a materiály. Moskva: Technosféra. 2005.
3. Z historie technologie desek plošných spojů // Electronics-NTB. 2004. č. 5.
4. Novinky elektronické techniky. Intel zahajuje éru 3D tranzistorů. Alternativa k tradičním planárním zařízením // Elektronika-NTB. 2002. č. 6.
5. Skutečně trojrozměrné mikroobvody - první přiblížení // Komponenty a technologie. 2004. č. 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Technologické procesy a systémy pro výrobu tkaných desek plošných spojů a kabelů. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Vyhovuje mi tento počítač? Elektronika vetkaná do látky se stává módní // Electronics-NTB. 2003. č. 8.
8. Medveděv AM Technologie výroby desek plošných spojů. Moskva: Technosféra. 2005.
9. Medveděv A. M. Impulzní metalizace desek plošných spojů // Technologie v elektronickém průmyslu. 2005. č. 4
10. Desky plošných spojů - vývojové linky, Vladimir Urazaev,

Deska s plošnými spoji (anglicky Printed Circuit Board, PCB, nebo Printed circuit board, PWB) je dielektrická deska, na jejímž povrchu a/nebo v objemu jsou vytvořeny elektricky vodivé obvody elektronického obvodu. Deska plošných spojů je určena pro elektrické a mechanické spojování různých elektronických součástek. Elektronické součástky na desce s plošnými spoji jsou svými vývody spojeny s prvky vodivého obrazce, obvykle pájením.

Na rozdíl od povrchové montáže je na desce plošných spojů elektricky vodivý obrazec vyroben z fólie, která je celá umístěna na pevném izolačním podkladu. Deska s plošnými spoji obsahuje montážní otvory a podložky pro montáž kolíkových nebo planárních součástek. Kromě toho mají desky plošných spojů prokovy pro elektrické spojení fóliových sekcí umístěných na různých vrstvách desky. Z vnější strany je deska obvykle opatřena ochranným nátěrem („pájecí maska“) a značkami (pomocný obrázek a text dle projektové dokumentace).

Podle počtu vrstev s elektricky vodivým vzorem se desky plošných spojů dělí na:

jednostranný (SPP): na jedné straně dielektrické fólie je nalepena pouze jedna vrstva fólie.

oboustranná (DPP): dvě vrstvy fólie.

vícevrstvá (MPP): fólie nejen na dvou stranách desky, ale i ve vnitřních vrstvách dielektrika. Vícevrstvé desky plošných spojů se získávají slepením několika jednostranných nebo oboustranných desek k sobě.

Se zvyšující se složitostí navržených zařízení a hustotou osazení se zvyšuje počet vrstev na deskách.

Základem desky plošných spojů je dielektrikum, nejčastěji používanými materiály jsou sklolaminát, getinaky. Kovová základna potažená dielektrikem (například eloxovaný hliník) může také sloužit jako základ pro desky plošných spojů, přes dielektrikum jsou naneseny měděné fólie. Takové desky s plošnými spoji se používají ve výkonové elektronice pro efektivní odvod tepla z elektronických součástek. V tomto případě je kovová základna desky připevněna k radiátoru. Jako materiál pro desky plošných spojů pracující v mikrovlnném rozsahu a při teplotách do 260 °C se používá fluoroplast vyztužený skleněnou tkaninou (například FAF-4D) a keramika. Flexibilní desky jsou vyrobeny z polyimidových materiálů, jako je Kapton.

Jaký materiál použijeme na výrobu desek

Nejběžnější, cenově dostupné materiály pro výrobu desek plošných spojů jsou Getinaks a Steklotekstolit. Papír Getinax napuštěný bakelitovým lakem, sklolaminátový textolit s epoxidem. Sklolaminát určitě využijeme!

Fóliované sklolaminátové desky jsou desky vyrobené na bázi skelných tkanin impregnovaných pojivem na bázi epoxidových pryskyřic a oboustranně potažené měděnou elektrolyticky galvanicky odolnou fólií tloušťky 35 mikronů. Maximální přípustná teplota je od -60ºС do +105ºС. Má velmi vysoké mechanické a elektrické izolační vlastnosti, dobře se hodí k obrábění řezáním, vrtáním, lisováním.

Sklolaminát se používá hlavně jednostranně nebo oboustranně o tloušťce 1,5 mm a s měděnou fólií o tloušťce 35 μm nebo 18 μm. Použijeme jednostranné sklolaminát o tloušťce 0,8 mm s fólií o tloušťce 35 µm (proč bude podrobně probrán později).

Metody výroby desek plošných spojů doma

Desky lze vyrábět chemicky i mechanicky.

Při chemické metodě se v místech, kde by na desce měly být stopy (kresba), na fólii nanáší ochranná kompozice (lak, toner, barva atd.). Dále je deska ponořena do speciálního roztoku (chlorid železitý, peroxid vodíku a další), který "koroduje" měděnou fólii, ale neovlivňuje ochrannou kompozici. V důsledku toho zůstává měď pod ochrannou kompozicí. Ochranná kompozice se následně odstraní rozpouštědlem a zůstane hotová deska.

Mechanická metoda využívá skalpel (pro ruční výrobu) nebo frézku. Speciální fréza dělá na fólii drážky, případně zanechává ostrůvky s fólií - nezbytný vzor.

Frézky jsou poměrně drahé, stejně jako samotné frézy jsou drahé a mají malý zdroj. Tuto metodu tedy nepoužijeme.

Nejjednodušší chemická metoda je ruční. Risografovým lakem se na desku nakreslí stopy a následně leptáme roztokem. Tato metoda neumožňuje dělat složité desky s velmi tenkými stopami - to tedy není ani náš případ.

Další způsob výroby desek je s fotorezistem. Jedná se o velmi běžnou technologii (deska se touto metodou vyrábí ve výrobě) a často se používá doma. Na internetu je spousta článků a metod výroby desek pomocí této technologie. Poskytuje velmi dobré a opakovatelné výsledky. To však také není naše možnost. Hlavním důvodem jsou poměrně drahé materiály (fotorezist, který se časem také kazí), a také doplňkové nástroje (UV lampa, laminátor). Samozřejmě, pokud máte doma hromadnou výrobu desek - pak je fotorezist mimo konkurenci - doporučujeme zvládnout. Za zmínku také stojí, že vybavení a technologie fotorezistu umožňuje výrobu sítotisku a ochranných masek na desky plošných spojů.

S příchodem laserových tiskáren je radioamatéři začali aktivně používat pro výrobu desek plošných spojů. Jak víte, laserová tiskárna používá k tisku "toner". Jedná se o speciální prášek, který se spéká pod teplotou a přilne k papíru - v důsledku toho se získá vzor. Toner je odolný vůči různým chemikáliím, což umožňuje jeho použití jako ochranného povlaku na měděném povrchu.

Naší metodou je tedy přenos toneru z papíru na povrch měděné fólie a následné leptání desky speciálním roztokem pro získání vzoru.

Díky snadnému použití si tato metoda vysloužila velmi širokou distribuci v amatérském rádiu. Pokud zadáte do Yandexu nebo Google, jak přenést toner z papíru na desku, okamžitě najdete takový termín jako "LUT" - technologie laserového žehlení. Desky touto technologií se vyrábí následovně: vzor kolejí se vytiskne zrcadlově, na desku se nanese papír se vzorem do mědi, tento papír navrch zažehlíme, toner změkne a přilne k desce. Papír se dále namočí do vody a deska je hotová.

Na internetu je "milion" článků o tom, jak vyrobit desku pomocí této technologie. Ale tato technologie má mnoho nevýhod, které vyžadují přímé ruce a velmi dlouhé připevnění k ní. To znamená, že to musíte cítit. Platby nevyjdou napoprvé, přijdou pokaždé jindy. Existuje mnoho vylepšení - použití laminátoru (s obměnou - v obvyklém je nedostatečná teplota), která umožňují dosáhnout velmi dobrých výsledků. Existují dokonce metody pro stavbu speciálních tepelných lisů, ale to vše opět vyžaduje speciální vybavení. Hlavní nevýhody technologie LUT:

přehřívání - stopy se rozprostírají - rozšiřují se

nedohřívání - stopy zůstávají na papíře

papír se „přivaří“ k desce – i když je nasáklý, je těžké ho opustit – v důsledku toho může dojít k poškození toneru. Na internetu je spousta informací o tom, jaký papír zvolit.

Porézní toner - po odstranění papíru zůstávají v toneru mikropóry - deska se přes ně také leptá - vznikají zkorodované stopy

opakovatelnost výsledku - dnes výborný, zítra špatný, pak dobrý - je velmi obtížné dosáhnout stabilního výsledku - potřebujete striktně konstantní teplotu zahřívání toneru, potřebujete stabilní tlak desky.

Tato metoda se mi mimochodem k výrobě desky neosvědčila. Vyzkoušeno jak na časopisech, tak na křídovém papíře. V důsledku toho dokonce zkazil desky - měď nabobtnala přehřátím.

Z nějakého důvodu je na internetu nezaslouženě málo informací o jiném způsobu přenosu toneru – metodě studeného chemického přenosu. Vychází z toho, že toner se nerozpouští alkoholem, ale acetonem. Pokud tedy zvolíte takovou směs acetonu a alkoholu, která toner pouze změkčí, lze jej na desku „přelepit“ z papíru. Tato metoda se mi velmi líbila a okamžitě se vyplatila - první deska byla připravena. Jak se však později ukázalo, nikde jsem nenašel podrobné informace, které by dávaly 100% výsledek. Potřebujeme metodu, kterou by mohlo platit i dítě. Napodruhé ale platba nevyšla, pak se zase dlouho vybíraly potřebné suroviny.

Výsledkem bylo, že po dlouhé době byla vyvinuta sekvence akcí, byly vybrány všechny komponenty, které dávají, ne-li 100%, pak 95% dobrého výsledku. A co je nejdůležitější, proces je tak jednoduchý, že platbu zvládne dítě zcela samo. Toto je metoda, kterou budeme používat. (Samozřejmě se to dá ještě vylepšit k ideálu - pokud vám to půjde lépe, tak napište). Výhody této metody:

všechna činidla jsou levná, dostupná a bezpečná

nejsou potřeba žádné další nástroje (žehličky, lampy, laminátory - nic, i když ne - potřebujete pánev)

desku nejde nijak pokazit - deska se vůbec nezahřívá

papír se sám vzdaluje - vidíte výsledek přenosu toneru - tam, kde přenos nevyšel

v toneru nejsou žádné póry (jsou utěsněny papírem) - tudíž nejsou žádná mořidla

proveďte 1-2-3-4-5 a vždy získáte stejný výsledek - téměř 100% opakovatelnost

Než začneme, podívejme se, jaké desky potřebujeme a co můžeme touto metodou dělat doma.

Základní požadavky na vyráběné desky

Vyrobíme zařízení na mikrokontrolérech, s využitím moderních senzorů a mikroobvodů. Mikroobvody jsou stále menší a menší. V souladu s tím musí být splněny následující požadavky:

desky musí být oboustranné (zpravidla je velmi obtížné oddělit jednostrannou desku, vyrobit čtyřvrstvé desky doma je poměrně obtížné, mikrokontroléry potřebují zemní vrstvu na ochranu proti rušení)

stopy by měly mít tloušťku 0,2 mm - tato velikost je docela dostačující - 0,1 mm by bylo ještě lepší - ale je zde možnost moření, odcházení stopy při pájení

mezery mezi drahami - 0,2 mm - to stačí pro téměř všechny obvody. Snížení mezery na 0,1 mm je zatíženo slučováním stop a potížemi při sledování zkratů na desce.

Nepoužijeme ochranné masky a také sítotisk - to zkomplikuje výrobu, a pokud si desku vyrábíte pro sebe, není to nutné. Na toto téma je na internetu opět spousta informací, a pokud chcete, můžete si „marafet“ vyrobit sami.

S deskami se nebudeme vrtat, to také není nutné (pokud nevyrábíte zařízení na 100 let). Na ochranu použijeme lak. Naším hlavním cílem je rychle, efektivně, levně vyrobit desku do zařízení doma.

Takto vypadá hotová deska. vyrobeno naší metodou - stopy 0,25 a 0,3, vzdálenosti 0,2

Jak vyrobit oboustrannou desku ze 2 jednostranných

Jedním z problémů při výrobě oboustranných desek je zarovnání stran tak, aby se prokovy zarovnaly. Obvykle se k tomu vyrábí „sendvič“. Na list papíru jsou vytištěny 2 strany najednou. Plech je ohnut na polovinu, strany jsou přesně vyrovnány pomocí speciálních značek. Uvnitř je vložen oboustranný textolit. Metodou LUT se takový sendvič vyžehlí a získá se oboustranná deska.

U metody studeného přenosového toneru se však samotný přenos provádí pomocí kapaliny. A proto je velmi obtížné organizovat proces smáčení jedné strany současně s druhou stranou. To lze samozřejmě také provést, ale pomocí speciálního zařízení - mini lisu (svěráku). Odebírají se silné listy papíru - které absorbují kapalinu pro přenos toneru. Plechy se navlhčí, aby tekutina nestékala a plech držel tvar. A pak se udělá „sendvič“ - navlhčený list, list toaletního papíru na absorbování přebytečné tekutiny, list se vzorem, oboustranná deska, list se vzorem, list toaletního papíru, opět navlhčený prostěradlo. To vše je svisle upnuté ve svěráku. Ale to neuděláme, uděláme to jednodušeji.

Na fórech výroby desek proklouzl velmi dobrý nápad - jaký je problém vyrobit oboustrannou desku - vezmeme nůž a textolit rozpůlíme. Vzhledem k tomu, že sklolaminát je nafouknutý materiál, není obtížné to udělat s určitou dovedností:

Výsledkem je, že z jedné oboustranné desky o tloušťce 1,5 mm získáme dvě jednostranné poloviny.

Dále uděláme dvě desky, navrtáme a je to - jsou perfektně vyrovnané. Ne vždy bylo možné textolit řezat rovnoměrně a v důsledku toho přišel nápad okamžitě použít tenký jednostranný textolit o tloušťce 0,8 mm. Pak nemůžete slepit dvě poloviny, budou drženy připájenými propojkami v prokovech, tlačítkách, konektorech. V případě potřeby jej ale bez problémů slepíte epoxidovým lepidlem.

Hlavní výhody tohoto zájezdu:

Textolit o tloušťce 0,8 mm se snadno stříhá nůžkami na papír! V jakémkoli tvaru, to znamená, že se velmi snadno stříhá, aby seděl na tělo.

Tenký textolit - transparentní - nasvícením lucerny zespodu snadno zkontrolujete správnost všech stop, zkratů, zlomů.

Pájení jedné strany je jednodušší - součástky na druhé straně nepřekáží a můžete snadno ovládat pájení pinů mikroobvodů - strany můžete připojit až na konci

Musíte vyvrtat dvakrát tolik otvorů a otvory se mohou mírně vychýlit.

Tuhost konstrukce se mírně ztrácí, pokud desky nelepíte, a lepení není příliš pohodlné

Jednostranné sklolaminát o tloušťce 0,8 mm je těžké koupit, většinou se prodává 1,5 mm, ale pokud jste jej nesehnali, můžete silnější textolit řezat nožem.

Pojďme k detailům.

Potřebné nářadí a chemie

Budeme potřebovat následující ingredience:

Teď, když je to všechno tam, pojďme na to krok za krokem.

1. Rozložení vrstev desky na list papíru pro tisk pomocí InkScape

Automatická sada kleštin:

Doporučujeme první možnost – je levnější. Dále je třeba připájet vodiče a spínač k motoru (nejlépe tlačítko). Je lepší umístit tlačítko na tělo, aby bylo pohodlnější rychle zapnout a vypnout motor. Zbývá vybrat zdroj, můžete si vzít jakýkoli zdroj na 7-12V s proudem 1A (nebo méně), pokud takový zdroj není, může být nabíjení přes USB 1-2A nebo baterie Kron vhodné (stačí vyzkoušet - ne každý má rád nabíjení motorů, motor se nemusí rozběhnout).

Vrták je připraven, můžete vrtat. Je však nutné vrtat pouze přísně pod úhlem 90 stupňů. Můžete si postavit mini stroj - na internetu jsou různá schémata:

Existuje ale jednodušší řešení.

Vrtací přípravek

K vrtání přesně na 90 stupňů stačí vyrobit vrtací přípravek. Uděláme něco takového:

Je velmi snadné to vyrobit. Vezmeme čtverec jakéhokoli plastu. Vrtačku položíme na stůl nebo jiný rovný povrch. A vyvrtáme otvor do plastu správným vrtákem. Je důležité zajistit hladký horizontální posun vrtáku. Motor můžete opřít o zeď nebo kolejnici a také o plast. Dále pomocí velkého vrtáku vyvrtejte otvor pro kleštinu. Na rubové straně provrtejte nebo odřízněte kousek plastu, aby byl vrták vidět. Na dno lze nalepit protiskluzový povrch - papír nebo gumičku. Takový vodič musí být vyroben pro každý vrták. Tím zajistíte dokonale přesné vrtání!

Tato možnost je také vhodná, odřízněte horní část plastu a odřízněte roh zespodu.

Zde je návod, jak se s tím vrtá:

Vrták upneme tak, aby při úplném ponoření kleštiny vyčníval 2-3 mm. Vrták dáme na místo, kde je potřeba vrtat (při leptání desky budeme mít značku, kam vrtat, v podobě minidírky do mědi - v Kicadu jsme na to speciálně nastavili checkbox, aby vrtačka se tam sama dostane), stiskněte vodič a zapněte motor - otvor je připraven. Pro osvětlení můžete použít baterku položením na stůl.

Jak jsme psali dříve, otvory můžete vrtat pouze na jedné straně - kam pasují dráhy - druhou polovinu lze vrtat bez přípravku podél prvního vodícího otvoru. Tím se ušetří trochu energie.

8. Pocínovací deska

Proč plechové desky – hlavně na ochranu mědi před korozí. Hlavní nevýhodou cínování je přehřívání desky, možné poškození drah. Pokud nemáte pájecí stanici - rozhodně - desku nepocínujte! Pokud ano, pak je riziko minimální.

Desku je možné pocínovat slitinou ROSE ve vroucí vodě, ale je to drahé a obtížně dostupné. Je lepší cínovat obyčejnou pájkou. Chcete-li to provést kvalitativně, musí být velmi tenká vrstva vyrobena jako jednoduché zařízení. Vezmeme kousek opletu na pájení dílů a nasadíme ho na žihadlo, připevníme ho drátem ke žihadlu, aby se nestrhlo:

Desku pokryjeme tavidlem - např. LTI120 a opletem také. Nyní sbíráme cín do copu a projíždíme ho po desce (malujeme) - získáme vynikající výsledek. Ale používáním se oplet rozpadne a na desce začnou zůstávat měděná vlákna - musí se odstranit, jinak dojde ke zkratu! Je to velmi snadné vidět, když si na zadní stranu desky posvítíte baterkou. Při této metodě je dobré použít buď výkonnou páječku (60 wattů) nebo slitinu ROSE.

V důsledku toho je lepší desky nepocínovat, ale lakovat až na samém konci - například PLAST 70 nebo jednoduchý akrylový lak zakoupený v autodílech KU-9004:

Jemné doladění způsobu přenosu toneru

V metodě jsou dva body, které lze ladit a nemusí fungovat hned. Chcete-li je nastavit, musíte vytvořit zkušební desku v Kicadu, dráhy ve čtvercové spirále různých tlouštěk, od 0,3 do 0,1 mm a v různých intervalech, od 0,3 do 0,1 mm. Je lepší okamžitě vytisknout několik těchto vzorků na jeden list a upravit.

Možné problémy, které budeme řešit:

1) Dráhy mohou měnit geometrii - rozšiřovat se, zvětšovat se, obvykle ne moc, až do 0,1 mm - ale to není dobré

2) toner nemusí dobře přilnout k desce, při odstraňování papíru se vzdalujte, nemusí dobře přilnout k desce

První a druhý problém spolu souvisí. Já řeším první, ty přicházíš na druhé. Musíme najít kompromis.

Dráhy se mohou šířit ze dvou důvodů - příliš velká upínací hmotnost, příliš mnoho acetonu ve složení výsledné kapaliny. Nejprve se musíte pokusit snížit zátěž. Minimální zátěž je cca 800g, neměli byste ji snižovat níže. V souladu s tím položíme zátěž bez jakéhokoli tlaku - jen ji položíme nahoru a je to. Ujistěte se, že máte 2-3 vrstvy toaletního papíru pro dobrou absorpci přebytečného roztoku. Musíte zajistit, aby po odstranění zátěže byl papír bílý, bez fialových šmouh. Takové šmouhy ukazují na silné roztavení toneru. Pokud nebylo možné zátěž upravit zátěží, stopy se stále rozmazávají, pak zvýšíme podíl odlakovače v roztoku. Lze zvýšit na 3 díly kapaliny a 1 díl acetonu.

Druhý problém, pokud nedochází k porušení geometrie, ukazuje na nedostatečnou hmotnost nákladu nebo malé množství acetonu. Opět se vyplatí začít se zátěží. Více než 3 kg nedává smysl. Pokud toner stále dobře nedrží na desce, musíte zvýšit množství acetonu.

Tento problém se většinou vyskytuje, když měníte odlakovač. Bohužel se nejedná o trvalou a ne čistou součástku, ale nebylo možné ji nahradit jinou. Zkoušel jsem to nahradit alkoholem, ale zřejmě směs není homogenní a toner lepí nějaké inkluze. Také odlakovač může obsahovat aceton, pak bude potřebovat méně. Obecně platí, že takové ladění budete muset provést jednou, dokud kapalina nevyteče.

Deska připravena

Pokud desku ihned nezapájete, musí být chráněna. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je natřít lihovým kalafunovým tavidlem. Před pájením bude potřeba tento povlak odstranit například isopropylalkoholem.

Alternativy

Můžete také provést platbu:

Navíc si nyní získává na popularitě zakázková výroba desek – například Easy EDA. Pokud je potřeba složitější deska (například 4vrstvá deska), pak je to jediné východisko.