Друковані плати у домашніх умовах. Матеріали для друкованих плат Перевірка якості прояву

У цій нотатці я розберу популярні способи створення друкованих плат самостійно в домашніх умовах: ЛУТ, фоторезист, ручне малювання. А також за допомогою яких програм найкраще малювати ПП.

Колись електронні пристрої монтували за допомогою навісного монтажу. Зараз так збирають хіба що лампові аудіопідсилювачі. У масовому ході друкований монтаж, який перетворився вже давно на справжню галузь зі своїми хитрощами, особливостями та технологіями. А хитрощів там чимало. Особливо під час створення ПП для високочастотних пристроїв. (Думаю, що зроблю якось огляд літератури та особливостей проектування розташування провідників ПП)

Загальний принцип створення друкованих плат (ПП) полягає в тому, щоб на поверхню з непровідного струму матеріалу нанести доріжки, які цей струм проводять. Доріжки з'єднують радіодеталі згідно з необхідною схемою. На виході виходить електронний пристрій, який можна трусити, носити, іноді навіть мочити без остраху його пошкодити.

Загалом технологія створення друкованої плати в домашніх умовах складається з кількох кроків:

Вибрати відповідний фольгований склотекстоліт. Чому текстоліт? Його простіше дістати. Та й дешевше виходить. Найчастіше для аматорського устрою цього достатньо.
Нанести на текстоліт малюнок друкованої плати
Стравити зайву фольгу. Тобто. прибрати зайву фольгу з ділянок плати, у яких немає малюнка провідників.
Просвердлити отвори для висновків компонентів. Якщо потрібно просвердлити отвори під компоненти з виводами. Для чіп компонентів цього не потрібно.
Залудити струмопровідні доріжки
Нанести паяльну маску. Опціонально, якщо хочеш зовні наблизити свою плату до заводських.

Інший варіант - це просто замовити свлю плату на заводі. Зараз безліч компаній надають послуги з виробництва друкованих плат. Отримаєш чудову заводську друковану плату. Розрізнятися з аматорською вони будуть не лише наявністю паяльної маски, а й багатьма іншими параметрами. Наприклад, якщо в тебе двостороння ПП, то на плату буде присутня металізація отворів. Можна вибирати колір паяльної маски тощо. Переваг море, тільки встигай відслиняти гроші!

Крок 0

Перш, ніж виготовляти ПП, вона має бути десь намальована. Можна по-старому намалювати її на міліметровому папері і потім переносити малюнок на заготівлю. А можна скористатися однією із численних програм для створення друкованих плат. Ці програми називаються загальним словом САПР (CAD). З доступних радіоаматору можна назвати DeepTrace (безпл. версія), Sprint Layout, Eagle (можна звичайно знайти і спеціалізовані типу Altium Designer)

За допомогою цих програм можна не лише намалювати ПП, а й підготувати її до виробництва у заводських умовах. Раптом захочеться замовити десятку хустки? А якщо не захочеться, то таку ПП зручно роздрукувати та за допомогою ЛУТ або фоторезиста виготовити самостійно. Але про це нижче.

Крок 1

Отже, заготівлю для ПП умовно можна розділити на дві частини: основа, що не проводить, і покриття, що проводить.

Заготівлі для ПП бувають різні, але найчастіше вони відрізняються матеріалом шару, що не проводить. Можна зустріти таку підкладку з гетинаксу, склотекстоліту, гнучку основу з полімерів, композиції целюлозного паперу та склотканини з епоксидною смолою, навіть металева основа буває. Всі ці матеріали розливаються своїми фізичними та механічними властивостями. І на виробництві матеріал для ПП вибирається виходячи з економічних міркувань та технічних умов.

Для домашніх ПП я рекомендую фольгований склотекстоліт. Легко дістати і прийнятна ціна. Гетинакси напевно дешевші, але особисто я їх терпіти не можу. Якщо ти розбирав хоч один масовий китайський пристрій, то, напевно, бачив з чого там зроблено ПП? Вони ламкі, а при паянні смердять. Нехай китайці це нюхають.

Залежно від пристрою і умов його експлуатації можна вибрати відповідний текстоліт: односторонній, двосторонній, з різною товщиною фольги (18 мкм, 35 мкм і т.д. і т.п.).

Крок 2

Для нанесення малюнка ПП на фольговану основу радіоаматори відпрацювали багато методів. Серед них два найпопулярніші нині: ЛУТ і фоторезист. ЛУТ - це скорочення від "лезерно прасова технологія". Як і слід з назви знадобляться лазерний принтер, праска та глянсовий фотопапір.

ЛУТ

На фотопапір друкується малюнок у відбитому вигляді. Потім він накладається на фольгований текстоліт. І добре прогрівається праскою. Під впливом температури тонер із глянцевого фотопаперу прилипає до мідної фольги. Після прогрівання плата відмочується у воді та папір акуратно забирається.

На фото вище плата після травлення. Чорний колір струмопровідних доріжок через те, що вони ще покриті затверділим тонером від принтера.

Фоторезист

Це складніша технологія. Але і результат за його допомогою можна отримати якісніший: без протравів, тонші доріжки тощо. Процес схожий на ЛУТ, але малюнок ПП друкується на прозорій плівці. Таким чином виходить шаблон, який можна використовувати багаторазово. Потім на текстоліт наноситься "фоторезист" - чутлива до ультрафіолету плівка або рідина (фоторезист буває різним).

Потім поверх фоторезиста міцно закріплюється фотошаблон з малюнком ПП і потім бутерброд опромінюється ультрафіолетовою лампою чітко відмірений час. Треба сказати, що малюнок ПП на фотошаблоні друкується інвертованим: доріжки прозорі, а темні порожнечі. Робиться це для того, щоб при засвітленні фоторезиста незакриті шаблоном ділянки фоторезиста зреагували на ультрафіолет і стали нерозчинними.

Після засвітки (або експонування, як це називають специ) плата і "проявляється" - засвічені ділянки стають темними, незасвічені - світлими, тому що там фоторезист просто розчинився у проявнику (звичайна кальцинована сода). Потім плата труїться в розчині, а потім фоторезист видаляється, наприклад, ацетоном.

Види фоторезиста

У природі мешкає кілька видів фоторезиста: рідкий, плівка, що самоклеїться, позитивний, негативний. У чому різниця та як вибрати собі відповідний? На мій погляд, у аматорському застосуванні особливої різниці немає. Тут вже як ти призвичаїшся, той вид застосовувати і будеш. Я виділив би лише два основні критерії: ціна і на скільки зручно особисто користуватися тим чи іншим фоторезистом.

Крок 3

Травлення заготовки ПП із нанесеним малюнком. Розчинити незахищену частину фолги з ПП можна безліччю способів: травлення в персульфаті амонію, хлорному залозі, . Мені подобається останній спосіб: швидко, чисто, дешево.

Поміщаємо заготовку в розчин для травлення, чекаємо 10 хвилин, виймаємо, промиваємо, зачищаємо доріжки на платі і переходимо до наступного етапу.

Крок 4

Плату можна залудити або сплавом Розі, або Вуда, просто покрити доріжки флюсом і пройтися по них паяльником з припоєм. Сплави Розе і Вуда - багатокомпонентні легкоплавкі метали. А сплав Вуда ще й містить кадмій. Так, то в домашніх умовах проводити такі роботи слід під витяжкою з фільтром. Ідеально мати простенький димоуловлювач. Ти ж хочеш жити довго та щасливо?:=)

Крок 6

П'ятий крок я пропущу, там зрозуміло. А ось нанесення паяльної маски досить цікавий і не найпростіший етап. Тож давай вивчимо його докладніше.

Паяльна маска використовується в процесі створення ПП для того, щоб захистити доріжки плати від окислень, вологи, флюсів при монтажі компонентів, а також полегшити сам монтаж. Особливо коли використовуються SMD-компоненти.

Зазвичай, щоб захистити доріжки ПП без маски від хім. і хутро впливів радіолюбителі такі доріжки покривають шаром припою. Після лудіння така плата часто виглядає не дуже красиво. Але гірше, що в процесі лудіння можна перегріти доріжки або повісити між ними "соплю". У першому випадку провідник відвалиться, а в другому доведеться видаляти такі несподівані соплі, щоб усунути коротке замикання. Ще одним мінусом є збільшення ємності між такими провідниками.

Насамперед: паяльна маска досить токсична. Всі роботи слід проводити в приміщенні, що добре провітрюється (а краще під витяжкою), а також уникати попадання маски на шкіру, слизові оболонки і в очі.

Не можу сказати, що процес нанесення маски досить складний, але все ж таки вимагає великої кількості кроків. Після обмірковування вирішив, що дам посилання на більш-менш докладний опис нанесення паяльної маски, оскільки зараз немає можливості самостійно продемонструвати процес.

Творіть, хлопці, це цікаво =) Створення ПП у наш час схоже не просто на ремесло, а на ціле мистецтво!

Здається, для оверклокерів настають важкі часи. Фірми виробники, як змовившись, почали обмежувати можливість розгону своїх виробів. Не знаю на добро це або на погане. Я не є принциповим противником оверклокінгу, але ставлюся до нього прагматично. Якщо від нього є якась користь – заради Бога. Але на своєму досвіді я переконався, що оверклокінг сам по собі мало що дає. Ну, розігнав я свій процесор на 40%, трошки розігнав відеокарту і... не побачив ніяких відмінностей у реальній роботі, за винятком температури процесора. Було 38, стало 52, не знаю чого, але не градусів. Знизав плечима і повернув усе на місце. Щоправда, у мене і без розгону досить сильний комп'ютер. Так, що оверклокінг, схоже, дає лише моральне задоволення. Та й це спірно. Власне, у чому заслуга оверклокеру? У тому, що йому дістався добре гнаний процесор чи пощастило з конкретним екземпляром відеокарти?

Але завжди були, є і будуть люди, яким недостатньо купити хорошу річ і просто скористатися нею. Так що антиоверклокерські заходи Intel, AMD, ATI і Nvidia можуть допомогти спрямувати енергію людей, які відчувають сверблячка в руках, у перспективніше русло.

На мою думку, набагато корисніше і з практичної точки зору і для отримання морального задоволення моддинг. Але не просте прикраса, а зміни та доповнення, що підвищують функціональність та зручність роботи. Ось так, навскідку, можна запропонувати, наприклад, багатоканальний електронний термометр, для оперативного та незалежного від свавілля біосписувачів контролю температури у всіх критичних точках, вбудований 6-8 канальний підсилювач для пасивних колонок (ух, дістало мене хрипіння китайської дешевки!), пристрої для апаратного перемикання вінчестерів (корисно для розміщення на одному комп'ютері кількох операційних систем, що конфліктують між собою, та захисту архіву від вірусів), електронна система управління водяним охолодженням тощо.

Тут хотілося б відзначити статті "Все, що ви хотіли зробити руками, але боялися спитати..." та "Індикатор завантаження HDD". Їх можна розглядати як перших ластівок цього, на мою думку, надзвичайно перспективного підходу.

Ще більше тих, хто міг би повторити готову розробку. Проблема у технології. Виготовлення якісних друкованих плат у домашніх умовах досить проблематичне, а замовляти їх у спеціалізованих фірмах дорого та довго. Та й частина кайфу губиться.

Вибір носія

Як з'ясувалося, як носій зображення можна використовувати лише спеціальну плівку для лазерних принтерів. Будь-який тип паперу непридатний. Плівка має бути тонкою та з паперовою підкладкою. Дорогі типи плівок мають спеціальний підшар для міцного закріплення зображення та теж непридатні. Останнім часом я користуюся плівкою фірми EMTEK, тому що плівка фірми Xerox у нас зникла з продажу, але Xerox краще. Вона менше коробиться при нагріванні. Тонер краще використовувати легкоплавкий. Спершу я користувався рідним тонером картриджа Samsung ML-1250. Він забезпечує дуже добре щільне зображення. Після перезаправки картриджа тонером Xerox 8T, як мені порадили в сервіс-центрі, зображення стало гіршим і плати взагалі перестали виходити, що і спонукало мене на дослідження. Але, вдосконаливши технологію, я досяг відмінних результатів і з цим тонером.

Підготовка заготівлі

Для отримання позитивного результату підготовка поверхні заготівлі має вирішальне значення. Поверхня має бути ідеально чистою та рівною. Протирання спиртом, ацетоном або будь-якими засобами для чищення недостатня. Процедура підготовки поверхні така. Спочатку чистимо поверхню від грубих забруднень порошком Пемолюкс. Промиваємо заготовку ватним тампоном, не торкаючись поверхні пальцями. Поміщаємо її у розчин хлорного заліза на 10-15 сек. При цьому стравлюється тонкий верхній шар разом із усіма забрудненнями. Промиваємо заготовку під струменем води ватним тампоном. Струшуємо воду і сушимо, не торкаючись поверхні нічим. Якщо все зроблено правильно, повинна бути темно-рожева матова поверхня, можливо з невеликими розлученнями. Головне, не має бути блискучих ділянок. Якщо вони є, повторити процедуру.

Накочування малюнка

Зазвичай рекомендують покласти заготівлю, на неї носій і прасувати це праскою. В ідеальних умовах це можливо і пройде, але реально як поверхня заготовки, так і підошва праски не зовсім рівні і рівномірного притискання гарячого носія до заготовки поверхні отримати не вдасться. Крім того, процес неможливо контролювати і доводиться сподіватися на удачу. Тому я закріплюю праску підошвою вгору, кладу на неї чистий аркуш паперу, щоб випадково не пошкодити підошву, а на неї заготівлю. Праска має бути розігріта до температури, при якій папір ще не жовтіє, але й не менше. Зверху укладаю плівку з нанесеним малюнком і прикочують її спеціальним пристроєм, зробленим з притискного ролика магнітофона. Прикочування потрібно починати з центру, видавлюючи повітря з-під плівки в сторони. Після того, як плівка щільно приляже до поверхні заготовки, збільшуємо зусилля накочення і ретельно проходимо по всій платі. Знімаємо заготовку з праски та остуджуємо її. Знімати плівку із заготівлі можна тільки після повного остигання. Якщо все зроблено правильно, тонер перейде на плату, а на плівці залишаться слабкі рожеві сліди. Повторно використовувати плівку не можна.

Закріплення малюнка

Незважаючи на те, що зовні малюнок виглядає майже ідеально, одразу труїти плату не можна. Шар тонера виходить пористим. Якщо відразу протруїти плату, а потім подивитися провідники під мікроскопом або сильною лупою, чітко видно підтруєні точки, а краї провідника виходять нерівними. Щоб уникнути цього, малюнок на платі покриваємо 10% розчином каніфолі у спирті та знову укладаємо на праску. Температура має бути виставлена максимальною, так щоб папір жовтів і димився. Витримуємо 10 хвилин. При цьому тонер сплавляється з каніфоллю, утворюючи дуже міцний однорідний блискучий шар. Остуджуємо плату і виявляємо малюнок тампоном зі спиртом. Каніфоль, сплавлена з тонером, у спирті не розчиняється, а залишки каніфолі, що не випарувалася, з пробельних ділянок видаляються без особливих труднощів. Під час протирання можна докладати значних зусиль. Сплав тонера та каніфолі тримається дуже міцно, навіть шкіркою видалити його важко. Якщо десь малюнок буде пошкоджений, значить така у нього доля. Краще виявити погано прикатаний провідник на етапі протирання, ніж після травлення. При невдачі малюнок змиваємо ацетоном і повторюємо все з самого початку. Це буває рідко.

Травлення плати

Травлення виробляємо у розчині хлорного заліза. Розчин можна підігріти до температури 50-60 градусів. Жодних особливостей немає. Після травлення плату промиваємо водою та змиваємо захисне покриття ацетоном.

Досягнуті результати

За цією технологією виготовлялися односторонні друковані плати розміром до 100х150 мм. Технологія дозволяє проводити один провідник між ніжками мікросхем у корпусах DIP, тому потреба у двосторонніх платах у мене поки що не виникала. Задум про модифікацію технології для двосторонніх плат у мене є, але поки що не пробував. Весь цикл виготовлення плати займає близько двох годин, не враховуючи часу витраченого на розведення. Плата виходить з першого разу на 9 випадках з 10.

P.S. Це моя перша стаття для вас. Якщо ця тематика представляє для Вас інтерес, надішлю ще. Маю багато матеріалів.

З повагою, С. Веремеєнко.

Що являє собою друкована плата?

Друкована платаабо плата, являє собою пластину або панель що складається з одного або двох провідних малюнків, розташованих на поверхні діелектричної основи, або з системи провідних малюнків, розташованих в обсязі і на поверхні діелектричної основи, з'єднаних між собою відповідно до принципової електричної схеми, призначене для електричного з'єднання і механічного кріплення встановлюваних на ньому виробів електронної техніки, квантової електроніки та електротехнічних виробів – пасивних та активних електронних компонентів.

Найпростіший друкований платой є плата, що містить мідні провідники на одній із сторін друкований платыі зв'язує елементи провідного малюнка лише на одній із її поверхонь. Такі платывідомі як одношарові друкований платыабо односторонні друковані платы(скорочено - ОПП).

На сьогоднішній день, найпопулярніші у виробництві та найпоширеніші друковані платы, які містять два шари, тобто містять провідний малюнок з обох сторін платы– двосторонні (двошарові) друковані платы(скорочено ДПП). Для з'єднання провідників між шарами використовуються наскрізні монтажні та перехідні металізовані отвори. Тим не менш, залежно від фізичної складності конструкції друкований платы, коли розведення провідників на двосторонній плате стає надто складною, на виробництві замовленнявиявляється багатошарові друковані платы(скорочено МПП), де провідний малюнок формується не тільки на двох зовнішніх сторонах платы, а й у внутрішніх шарах діелектрика. Залежно від складності, багатошарові друковані платыможуть бути виготовлені з 4,6, ….24 або більше шарів.

>
Рис 1. Приклад двошаровий друкований платыіз захисною паяльною маскою та маркуванням.

Для монтажаелектронних компонентів на друковані платы, необхідна технологічна операція - пайка, що застосовується для отримання нероз'ємного з'єднання деталей з різних металів шляхом введення між контактами деталей розплавленого металу - припою, що має нижчу температуру плавлення, ніж деталі, що з'єднуються. Спійвані контакти деталей, а також припій і флюс вводяться в дотик і піддаються нагрівання з температурою вище температури плавлення припою, але нижче температури плавлення деталей, що спаюються. В результаті припій переходить в рідкий стан і змочує поверхні деталей. Після цього нагрівання припиняється, і припій перетворюється на тверду фазу, утворюючи з'єднання. Цей процес можна зробити вручну чи за допомогою спеціалізованої техніки.

Перед паянням, компоненти розміщуються на друкований плате висновками компонентів у наскрізні отвори платыта припаюються до контактних майданчиків та/або металізованої внутрішньої поверхні отвору – т.зв. технологія монтажав отвори (THT Through Hole Technology - технологія монтажав отвори або ін. словами - штирьовий монтажабо DIP- монтаж). Так само, все більшого поширення, особливо, в масовому та великосерійному виробництві, набула більш прогресивна технологія поверхневого монтажа- також звана ТМП (технологія монтажана поверхню) або SMT(surface mount technology) або SMD-технологія (від surface mount device – прилад, що монтується на поверхню). Основною її відмінністю від «традиційної» технології монтажав отвори є те, що компоненти монтуються та паяються на контактні майданчики (англ. land), що є частиною провідного малюнка на поверхні друкований платы. У технології поверхневого монтажа, як правило, застосовуються два методи паяння: паяння оплавленням припійної пасти і пайка хвилею. Основна перевага методу паяння хвилею – можливість одночасного паяння компонентів, що монтуються як на поверхню платы, так і в отвори. При цьому паяння хвилею є найпродуктивнішим методом паяння при монтаже в отвори. Паяння оплавленням заснована на застосуванні спеціального технологічного матеріалу – паяльної пасти. Вона містить три основні складові: припій, флюс (активатори) та органічні наповнювачі. Паяльнапастананоситься на контактні майданчики або за допомогою дозатора або через трафаретпотім встановлюються електронні компоненти висновками на паяльну пасту і далі, процес оплавлення припою, що міститься в паяльній пасті, виконується в спеціальних печах шляхом нагрівання друкований платыіз компонентами.

Для запобігання та/або запобігання випадковому короткому замиканню провідників з різних ланцюгів у процесі паяння, виробники друкованих платзастосовують захисну паяльну маску (англ. solder mask; вона ж «зеленка») – шар міцного полімерного матеріалу, призначеного для захисту провідників від попадання припою та флюсу при паянні, а також від перегріву. Паяльна масказакриває провідники та залишає відкритими контактні майданчики та ножові роз'єми. Найбільш поширені кольори паяльної маски, що використовуються в друкованих платах – зелений, потім червоний та синій. Слід мати на увазі, що паяльна маскане захищає платвід вологи в процесі експлуатації платыі для вологозахисту використовуються спеціальні органічні покриття.

У найпопулярніших програмах систем автоматизованого проектування друкованих платта електронних приладів (скорочено САПР - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), як правило, існують правила, пов'язані з паяльною маскою. Ці правила визначають відстань/відступ, яку необхідно дотримати, між краєм майданчика, що паяється, і межею паяльної маски. Ця концепція ілюструється малюнку 2 (а).

Шовкографія або маркування.

Маркування (англ. Silkscreen, legend) є процесом, в якому виробник наносить інформацію про електронні компоненти і яка сприяє полегшенню процесу збирання, перевірки та ремонту. Як правило, маркування наноситься для позначення контрольних точок, а також положення, орієнтації та номіналу електронних компонентів. Також вона може бути використана для будь-яких цілей конструктора друкованих плат, наприклад, вказати назву компанії, інструкцію з налаштування (це широко використовується в старих материнських платах персональних комп'ютерів) та ін. Маркування можна наносити на обидві сторони платыта її, як правило, наносять методом сеткографії (шовкографія) спеціальною фарбою (з термічним або УФ затвердінням) білого, жовтого або чорного кольору. На малюнку 2 (b) показано позначення та область розташування компонентів, виконані маркуванням білого кольору.

>
Рис 2. Відстань від майданчика до маски (а) та маркування (b)

Структура шарів у САПР

Як уже зазначалося на початку цієї статті, друковані платыможуть бути зроблені з кількох шарів. Коли друкована платарозроблена за допомогою САПР, часто можна побачити у структурі друкований платыдекілька шарів, які не відповідають необхідним шарам з розведенням з провідного матеріалу (міді). Наприклад, шари з маркуванням та паяльною маскою є непровідними шарами. Наявність провідних та непровідних шарів може призвести до плутанини, так як виробники використовують термін шар, коли вони мають на увазі тільки струмопровідні шари. З цього моменту, ми будемо використовувати термін «шари» без «САПР», тільки коли йдеться про провідні шари. Якщо ми використовуємо термін «шари САПР» ми маємо на увазі всі види шарів, тобто провідні та непровідні шари.

Структура шарів у САПР:

шари САПР (провідні та непровідні)	опис
	Top silkscreen - верхній шар маркування (непровідний)

	Top soldermask – верхній шар паяльної маски (непровідний)

	Top paste mask – верхній шар паяльної пасти (непровідний)

	Top Layer 1 – перший/верхній шар (провідний)



	Int Layer 2 – другий/внутрішній шар (провідний)



	Substrate – базовий діелектрик (непровідний)

	Bottom Layer n - нижній шар (провідні)

	Bottom paste mask - Нижній шар паяльної пасти (непровідний)

	Bottom soldermask Нижній шар паяльної маски (непровідний)

	Bottom silkscreen Нижній шар маркування (непровідний)

На малюнку 3. показано три різні структури шарів. Помаранчевий колір підкреслює провідні шари у кожній структурі. Висота структури або товщина друкований платыможе змінюватись в залежності від призначення, проте найбільш часто використовується товщина 1,5мм.

>
Рис 3. Приклад 3 різних структур друкованих плат: 2-х шарова(а), 4-х шарова(b) та 6-и шарова(с)

Типи корпусів електронних компонентів

Сьогодні на ринку є велика різноманітність типів корпусів електронних компонентів. Зазвичай, одного пасивного чи активного елемента існує кілька типів корпусів. Наприклад, ви можете знайти одну і ту ж мікросхему і в корпусі QFP (від англ. Quad Flat Package - сімейство корпусів мікросхем, що мають планарні висновки, розташовані по всіх чотирьох сторонах) і в корпусі LCC (від англ. Leadless Chip Carrier - являє собою низькопрофільний квадратний керамічний корпус з розташованими на нижній частині контактами).

В основному існує 3 великі сімейства електронних корпусів:

		Опис
		корпуси для монтажав отвори, які мають контакти, призначені для наскрізної установки через монтажні отвір у друкований плате. Такі компоненти паяються на протилежному боці платыде був вставлений компонент. Як правило, ці компоненти змонтовані лише на одній стороні друкований платы.



	SMD / SMT	корпуси для поверхневого монтажа, які паяються на один бік платы, де розміщено компонент. Перевагою цього виду компонування корпусу є те, що він може бути встановлений на обидві сторони друкований платыі крім того, ці компоненти менші ніж корпуси для монтажав отвори та дозволяють проектувати платыменших габаритів і з більш щільним розведенням провідників на друкованих платах.



		(Ball Grid Array - масив кульок - тип корпусу поверхнево-монтованих інтегральних мікросхем). BGAвисновки являють собою кульки з припою, нанесені на контактні майданчики зі зворотного боку мікросхеми. Мікросхему розташовують на друкований плате та нагрівають за допомогою паяльної станції або інфрачервоного джерела, так що кульки починають плавитися. Поверхневий натяг змушує розплавлений припій зафіксувати мікросхему над тим місцем, де вона повинна знаходитися на плате. У BGAдовжина провідника дуже мала, і визначається відстанню між платой і мікросхемою, таким чином, застосування BGAдозволяє збільшити діапазон робочих частот та збільшити швидкість обробки інформації. Так само технологія BGAмає кращий тепловий контакт між мікросхемою та платой, що в більшості випадків позбавляє установки тепловідводів, оскільки тепло йде від кристала на плату більш ефективно. Найчастіше BGAвикористовується в комп'ютерних мобільних процесорах, чіпсетах та сучасних графічних процесорах.

Контактний майданчик друкований платы(англ. Land)

Контактний майданчик друкований платы- частина провідного малюнка друкований платы, що використовується для електричного підключення виробів електронної техніки, що встановлюються. Контактний майданчик друкований платыє відкриті від паяльної маски частини мідного провідника, куди і припаюються висновки компонентів. Є два типи майданчиків – контактні майданчики монтажних отворів для монтажав отвори та планарні майданчики для поверхневого монтажа- SMD майданчики. Іноді, SMD майданчики з перехідним отвором дуже схожі на майданчики для монтажав отвори.

На малюнку 4 представлені контактні майданчики для 4-х різних електронних компонентів. Вісім для IC1 і два для R1 SMD майданчики, а також три майданчики з отворами для Q1 і PW електронних компонентів.

>
Рис 4. Майданчики для поверхневого монтажа(IC1, R1) та контактні майданчики для монтажав отвори (Q1, PW).

Мідні провідники

Мідні провідники використовуються для підключення двох точок на друкований плате -наприклад, для підключення між двома SMD майданчиками (рисунок 5.), або для підключення SMD майданчика до майданчика монтажного отвору або для з'єднання двох перехідних отворів.

Провідники можуть мати різну, розраховану ширину в залежності від струмів, що протікають через них. Так само, на високих частотах, необхідно розраховувати ширину провідників і зазори між ними, оскільки опір, ємність та індуктивність системи провідників залежить від їхньої довжини, ширини та їхнього взаємного розташування.

>
Рисунок 5. З'єднання двома провідниками двох SMD мікросхем.

Наскрізні металізовані перехідні отвір друкований платы

Коли треба з'єднати компонент, що знаходиться на верхньому шарі друкований платыз компонентом, що знаходиться на нижньому шарі, застосовуються наскрізні металізовані перехідні отвори, які з'єднують елементи провідного малюнка на різних шарах друкований платы. Ці отвори дозволяють току проходити крізь друковану плату. На малюнку 6 показані два провідники, які починаються на майданчиках компонентів на верхньому шарі та закінчується на майданчиках іншого компонента на нижньому шарі. Для кожного провідника встановлено свій перехідний отвір, що проводить струм із верхнього шару на нижній шар.

Рисунок 6. З'єднання двох мікросхем через провідники та перехідні металізовані отвори на різних сторонах друкований платы

На малюнку 7 детальніше дано уявлення про поперечний переріз 4-шарових друкованих плат. Тут кольорами позначені такі шари:

На моделі друкований платы, на малюнку 7 показаний провідник (червоний), який належить до верхнього провідного шару, і який проходить крізь платза допомогою наскрізного перехідного отвору, а потім продовжує свій шлях по нижньому шару (синій).

Рисунок 7. Провідник із верхнього шару, що проходить через друковану платі продовжує свій шлях на нижньому шарі.

«Глухий» металізований отвір друкований платы

У HDI (High Density Interconnect - висока щільність з'єднань) друкованих платах, необхідно використовувати більш ніж два шари, як це показано на малюнку 7. Як правило, у багатошарових конструкціях друкований платы, На яких встановлюються багато інтегральних мікросхем, використовуються окремі шари для живлення та землі (Vcc або GND), і таким чином, зовнішні сигнальні шари звільняються від шин живлення, що полегшує розведення сигнальних провідників. Також бувають випадки, що сигнальні провідники повинні переходити від зовнішнього шару (згори або знизу) найменшим шляхом, щоб забезпечити необхідний хвильовий опір, вимоги по гальванічній розв'язці і закінчуючи вимогами на стійкість до електростатичного розряду. Для таких видів з'єднань використовуються глухі металізовані отвір (Blind via – «глухі» або «сліпі»). Маються на увазі отвори, що з'єднують зовнішній шар з одним або декількома внутрішніми, що дозволяє зробити підключення мінімальним за висотою. Глухий отвір починається на зовнішньому шарі і закінчується на внутрішньому шарі, тому має префікс «глухе».

Щоб дізнатися, який отвір присутній на плате, ви можете помістити друковану платнад джерелом світла і подивитися - якщо ви бачите світло, що йде від джерела через отвір, то це перехідний отвір, в іншому випадку глухий.

Глухі перехідні отвори корисно використовувати у конструкції платы, коли ви обмежені у розмірах і маєте занадто мало місця для розміщення компонентів та розведення сигнальних провідників. Ви можете розмістити електронні компоненти з обох боків та максимально збільшити простір під розведення та інші компоненти. Якщо переходи зроблено через наскрізні отвір, а чи не глухі, знадобиться додатковий простір для отворів т.к. отвір займає місце з обох боків. У той же час глухі отвори можуть знаходитись під корпусом мікросхеми – наприклад, для розведення великих та складних. BGAкомпонентів.

На малюнку 8 показано три отвори, які є частиною чотиришарової друкований платы. Якщо дивитися зліва направо, то перше ми побачимо наскрізний отвір через усі шари. Другий отвір починається у верхньому шарі і закінчується на другому внутрішньому шарі - глухий перехідний отвор L1-L2. Нарешті, третій отвір починається в нижньому шарі і закінчується в третьому шарі, тому ми говоримо, що це глухе перехідне отвори L3-L4.

Основним недоліком цього типу отвору є більш висока ціна виготовлення друкований платыз глухими отворами порівняно з альтернативними наскрізними отворами.

>
Рис 8. Порівняння перехідного наскрізного отвір та глухих перехідних отворів.

Приховані перехідні отвори

Англ. Buried via – «приховані», «поховані», «вбудовані». Ці перехідні отвори схожі на глухі з тією різницею, що вони починаються і закінчуються на внутрішніх шарах. Якщо ми подивимося на малюнок 9 зліва направо, побачимо, що перший наскрізний отвір через всі шари. Друге є глухим перехідним отвором L1-L2, а останнім є прихований перехідний отвір L2-L3, який починається на другому шарі і закінчується на третьому шарі.

Рисунок 9. Порівняння перехідного наскрізного отвору, глухого отвору та прихованого отвору.

Технологія виготовлення глухих та прихованих перехідних отворів

Технологія виготовлення таких отворів може бути різною, залежно від конструкції, яку заклав розробник, і в залежності від можливостей завода-виробника. Ми виділятимемо два основні види:

Отвір свердлиться у двосторонній заготівлі ДПП, металізується, травиться і потім ця заготовка, по суті, готова двошарова друкована плата, пресується через препрег у складі багатошарової заготівлі друкований платы. Якщо ця заготовка знаходиться зверху «пирога» МПП, то ми отримуємо глухі отвори, якщо в середині, то приховані перехідні отвори.

Отвір свердлиться у спресованій заготівлі МПП, глибина свердління контролюється, щоб точно потрапити в майданчики внутрішніх шарів, і потім відбувається металізація отвору. Таким чином ми отримуємо лише глухі отвори.

У складних конструкціях МППможуть застосовуватися комбінації перелічених вище отворів – малюнок 10.

Рисунок 10. Приклад типової комбінації видів перехідних отворів.

Зауважимо, що застосування глухих отворів іноді може призвести до здешевлення проекту в цілому, за рахунок економії на загальній кількості шарів, кращої трасування, зменшення розміру друкований платы, а також можливості застосувати компоненти з більш дрібним кроком. Однак у кожному конкретному випадку рішення щодо їх застосування слід приймати індивідуально та обґрунтовано. Однак не слід зловживати складністю та різноманіттям видів глухих та прихованих отворів. Досвід показує, що при виборі між додаванням в проект ще одного виду ненаскрізних отворів і додаванням ще однієї пари шарів додати пару шарів правильніше. У будь-якому випадку, конструкція МППмає бути спроектована з урахуванням того, як саме її буде реалізовано у виробництві.

Фінішні металеві захисні покриття

Отримання правильних і надійних паяних з'єднань в електронному обладнанні залежить від багатьох конструктивних і технологічних факторів, включаючи належний рівень паяння елементів, що з'єднуються, таких як компоненти і друкованіпровідники. Для збереження паяння друкованих платдо монтажаелектронних компонентів, забезпечення площинності покриття та для надійного монтажапаяних з'єднань необхідно захищати мідну поверхню контактних майданчиків друкований платывід окиснення, так званим фінішним металевим захисним покриттям.

При погляді на різні друковані платыМожна помітити, що контактні майданчики майже не мають кольору міді, найчастіше і в основному це сріблясті кольори, блискучий золотий або матовий сірий. Ці кольори визначають типи фінішних металевих захисних покриттів.

Найбільш поширеним методом захисту паяних поверхонь друкованих платє покриття мідних контактних майданчиків шаром сріблястого сплаву олово-свинцю (ПОС-63) – HASL. Більшість виготовляються друкованих платзахищені методом HASL. Гаряче лудіння HASL - процес гарячого обслуговування платы, методом занурення на обмежений час у ванну з розплавленим припоєм і при швидкій виїмці обдуванням струменем гарячого повітря, що прибирає надлишки припою і вирівнює покриття. Це покриття домінує протягом кількох останніх років, незважаючи на його серйозні технічні обмеження. Платы, випущені в такий спосіб, хоча добре зберігають паяемость протягом усього періоду зберігання, непридатні деяких застосувань. Високоінтегровані елементи, що використовуються в SMTтехнологіях монтажа, Вимагають ідеальної планарності (площинності) контактних майданчиків друкованих плат. Традиційне покриття HASL не відповідає вимогам планарності.

Технології нанесення покриттів, що відповідають вимогам планарності, це покриття, що наноситься хімічними методами:

Іммерсійне золочення (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), що є тонкою золотою плівкою, що наноситься поверх підшару нікелю. Функція золота - забезпечувати хорошу паяність і захищати нікель від окислення, а сам нікель служить бар'єром, що запобігає взаємній дифузії золота і міді. Це покриття гарантує чудову планарність контактних майданчиків без пошкодження друкованих платзабезпечує достатню міцність паяних сполук, виконаних припоями на основі олова. Їхній головний недолік - висока собівартість виробництва.

Іммерсійне олово (Immersion Tin - ISn) – сіре матове хімічне покриття, що забезпечує високу площинність. друкованихмайданчиків платыі сумісне з усіма способами паяння, ніж ENIG. Процес нанесення імерсійного олова схожий з процесом нанесення імерсійного золота. Іммерсійне олово забезпечує хорошу паяність після тривалого зберігання, яке забезпечується введенням підшару органометалу як бар'єр між міддю контактних майданчиків і безпосередньо оловом. Проте, платы, покриті іммерсійним оловом, вимагають обережного поводження, повинні зберігатися у вакуумній упаковці у шафах сухого зберігання та платыіз цим покриттям не придатні для виробництва клавіатур/сенсорних панелей.

При експлуатації комп'ютерів, пристроїв з ножовими роз'ємами, контакти ножових роз'ємів піддаються тертю під час експлуатації платы, тому, кінцеві контакти, гальванічним способом покривають товстішим і жорсткішим шаром золота. Гальванічне золочення ножових роз'ємів (Gold Fingers) – покриття сімейства Ni/Au, товщина покриття: 5-6 Ni; 1,5 - 3 мкм Au. Покриття наноситься електрохімічним осадженням (гальваника) та використовується в основному для нанесення на кінцеві контакти та ламелі. Товсте, золоте покриття має високу механічну міцність, стійкість до стирання та несприятливого впливу навколишнього середовища. Незамінно там, де важливо забезпечити надійний та довговічний електричний контакт.

>
Рисунок 11. Приклади металевих захисних покриттів - олово-свинець, імерсійне золочення, імерсійне олово, гальванічне золочення ножових роз'ємів.

На сторінках сайту вже заходила мова про так звану «олівцеву технологію» виготовлення друкованих плат. Метод простий і доступний - коригувальний олівець можна купити практично в будь-якому магазині, що торгує канцелярськими товарами. Але є й обмеження. Ті, хто пробував малювати малюнок друкованої плати за допомогою олівця, що коригує, помітили, що мінімальна ширина одержуваної доріжки навряд чи буде менше 1,5-2,5 міліметрів.

Ця обставина накладає обмеження на виготовлення друкованих плат, які мають тонкі доріжки та малу відстань між ними. Відомо, що крок між виводами мікросхем, виконаних у корпусі для поверхневого монтажу, дуже малий. Тому, якщо потрібно виготовити друковану плату з наявністю тонких доріжок і малою відстанню між ними, то «олівцева» технологія не підійде. Також варто зазначити, що нанесення малюнка коригуючим олівцем не дуже зручно, доріжки виходять не завжди рівні, а мідні п'ятачки для запаювання висновків радіодеталей виходять не дуже акуратні. Тому доводиться коригувати малюнок друкованої плати гострим лезом бритви чи скальпелем.

Виходом із ситуації може бути використання маркера для друкованих плат, який чудово підходить для нанесення стійкого до травлення шару. За незнанням можна придбати маркер для нанесення написів та позначок на CD/DVD-диски. Такий маркер не підходить для виготовлення друкованих плат – розчин хлорного заліза роз'їдає малюнок такого маркера, і мідні доріжки практично повністю витравлюються. Але, незважаючи на це, у продажу є маркери, які підходять не тільки для нанесення написів та позначок на різні матеріали (CD/DVD-диски, пластмасу, ізоляцію проводів), але й для виготовлення стійкого до травлення захисного шару.

На практиці було застосовано маркер для друкованих плат Edding 792. Він дозволяє малювати лінії завширшки 0,8-1 мм. Цього достатньо виготовлення великої кількості друкованих плат для саморобних електронних пристроїв. Як виявилося, цей маркер чудово справляється з поставленим завданням. Друкована плата вийшла досить непоганою, хоча й малювалася поспіхом. Погляньте.

Друкована плата (зроблено за допомогою маркера Edding 792)

До речі, маркер Edding 792 можна використовувати для виправлення помилок і помарок, які вийшли при перенесенні малюнка друкованої плати на заготівлю методом ЛУТ (лазерно-прасної технології). Таке буває, особливо якщо друкована плата досить великих розмірів і зі складним малюнком. Це дуже зручно, оскільки немає потреби знову повністю переносити весь малюнок на заготівлю.

Якщо знайти маркер Edding 792 не вдасться, підійде Edding 791, Edding 780. Їх можна використовувати для малювання друкованих плат.

Напевно любителям електроніки, що починають, цікавий сам технологічний процес виготовлення друкованої плати за допомогою маркера, тому далі піде розповідь саме про це.

Весь процес виготовлення друкованої плати аналогічний тому, що описаний у статті «Виготовлення друкованої плати "олівцевим" методом». Ось короткий алгоритм:

Трохи "тонкощів".

Про свердління отворів.

Є думка, що свердлити отвори у друкованій платі потрібно після травлення. Як бачимо, у наведеному алгоритмі свердління отворів стоїть до травлення друкованої плати у розчині. В принципі можна свердлити хоч до травлення друкованої плати, хоч після. З технологічного погляду жодних обмежень немає. Але, варто враховувати, що якість свердлівки залежить від інструменту, яким виробляється свердловка отворів.

Якщо свердлильний верстат розвиває хороші обороти і є якісні свердла, то можна свердлити і після травлення - результат буде хороший. Але, якщо свердлити отвори в платі самопальною мінідрелью на основі слабкого моторчика з поганою центровкою, то можна легко здерти мідні п'ятачки під висновки.

Також багато залежить від якості текстоліту, гетинаксу або склотекстоліту. Тому в наведеному алгоритмі свердління отворів стоїть до травлення друкованої плати. При такому алгоритмі мідні краї, що залишилися після свердління, легко прибрати наждачним папером і заодно очистити мідну поверхню від забруднень, якщо такі є. Як відомо, забруднена поверхня мідної фольги погано витравлюється у розчині.

Чим розчинити захисний шар маркеру?

Після травлення у розчині захисний шар, який наносили маркером Edding 792, легко прибрати розчинником. Насправді використовувався "Уайт-спірит". Смердить він, звичайно, гидко, але захисний шар змиває на ура. Залишків лаку не залишається.

Підготовка друкованої плати до лудіння мідних доріжок.

Після того, як захисний шар прибраний, можна на кілька секундзакинути заготовку друкованої плати знову у розчин. При цьому поверхня мідних доріжок трохи підтравиться і стане яскраво-рожевого кольору. Така мідь краще покривається припоєм при подальшому луді доріжок, так як на її поверхні немає оксидів і дрібних забруднень. Щоправда, лудіння доріжок потрібно робити відразу, інакше мідь на відкритому повітрі знову покриється шаром оксиду.

Готовий пристрій після збирання

При виготовленні друкованих плат будинку, найпростіший і найпоширеніший метод, це метод ЛУТ.

Цей спосіб не позбавлений недоліків. Якщо тонер нагріти слабо, він не прилипне до фольги друкованої плати, сильно нагріти- він змажеться. Потрібно підбирати якість друку, якщо тонера буде багато - він розмажеться, доріжки, при невеликих проміжках, можуть злипнутися один з одним. Погано прогріти надруковану плату, і частина доріжок не надрукується, особливо це часто трапляється в кутах друкованих плат.

Я розповім вам про спосіб переведення роздрукованого малюнку на фольгу без нагріву. Малюнок не змащуватиметься, тонер з паперу переноситься весь. Для цього знадобиться два дешеві хімічні компоненти: спирт і ацетон.

Замість ацетону можна використовувати будь-яку іншу речовину, яка добре розчиняє тонер.

Спирт не реагує з тонером, це знає кожен, хто намагався відтерти їм друковану плату після травлення, але він швидко випаровується. Він потрібний для того, щоб розбавити ацетон.

Ацетон відмінно розчиняє тонер і теж швидко випаровується. Якщо спробувати використовувати його в чистому вигляді - він змаже ваш малюнок, як на фото.

На друкованій платі вийде якась розмазня.

У яких пропорціях змішувати ацетон та спирт?

Знадобиться три частини ацетону та вісім частин спирту. Все це треба перемішати і залити в якусь ємність із щільною кришкою. Важливо, щоб ємність не розчинялася ацетоном.

Як користуватись сумішшю?

Наберіть не багато суміші, що вийшла, в шприц,

Нанесіть її на попередньо зачищену від оксидів і добре знежирену (це важливо) майбутню друковану плату (не на роздрук). Після цього покладіть на неї вашу роздруківку. Особливо можна не поспішати, суміш не вивітрюється миттєво. Злегка натисніть на папір, щоб він повністю приліг до плати і просочився розчином,

Зачекайте 10-15 сек., ви побачите, коли папір просочиться,

Після цього притисніть папір сильно, притискайте папір строго перпендикулярно, щоб він не зрушив. Зачекайте ще 10-20 сік. За цей час тонер набере реакції з ацетоном, стане липким і приклеїться до плати. Паперовими серветками промокніть залишки рідини, зачекайте, поки папір висохне, після цього опустіть плату у воду, щоб папір намокли, і відклейте його. Весь тонер залишиться на платі, а папір буде чистим. Після цього промийте плату від залишків ацетону. Всі. Можна труїти друковану плату.
На фото, я зняв папір не розмочуючи його у воді та тонер місцями залишився.