Приводимая методика основана на многолетнем опыте автора и позволяет с наименьшими затратами времени и средств изготовлять в домашних условиях печатные платы различных электронных устройств и осуществлять их монтаж.
При соблюдении описанной ниже технологии качество и надежность плат получаются очень высокими. Рассмотрим этапы изготовления и монтажа печатных плат в домашних условиях.
Этап первый – изготовление непосредственно печатной платы. К нему приступают после того, как все необходимые детали уже имеются. Делается рисунок печатной платы в масштабе 1:1 и переносится на кальку, папиросную или другую прозрачную бумагу путем копирования. Дорожки желательно делать настолько широкими, насколько это позволяют рисунок и конфигурация печатной платы.
Широкие дорожки обладают меньшими сопротивлением и индуктивностью, что уменьшает паразитные связи и искажения. Если позволяет пространство платы, то ширина дорожек может быть 1-5 мм. Шины (дорожки) питания и корпуса желательно делать пошире, так как по ним протекают значительные токи.
Если масштаб рисунка печатной платы отличается от масштаба 1:1, то следует либо воспользоваться способом фотолитографии, либо нарисовать уменьшенную (или увеличенную) копию с размерами, соответствующими масштабу 1:1. Границы полученного рисунка печатной платы, оставив со всех сторон запас 15-20 мм., аккуратно обрезают ножницами.
Затем вырезают необходимого размера плату из фольгированного материала. Зачищают ее до блеска мелкозернистой наждачной шкуркой. Полировать не нужно. Вытирают пластину от пыли и кладут фольгой вверх под бумагу с рисунком печатной плоты.
После этого все будущие отверстия накернивают. Затем высверливают все отверстия. Диаметр их должен быть примерно на 0,2-0,3 мм больше, чем диаметр вводов соответствующих деталей. После сверления проверяют на просвет наличие всех необходимых отверстий.
Когда плата просверлена – приступают к нанесению рисунка печатных проводников. Обычно пользуются доступными красками или лаками, например, цапонлаком, нитроэмалями. Если же рисунок сложный, то его предварительно наносят карандашом, а затем наводят лаком или краской. Места, где допущен брак рисунка, подчищают шилом, скальпелем или чем-то острым. Если получилось неаккуратно, то лучше счистить весь участок и нанести рисунок вновь.
Линии должны быть ровными, без разрывов и трещин. Рисунок удобнее всего наносить подготовленным стеклянным рейсфедером (трубочкой). Отверстие в трубочке делают путем оплавления на огне спиртовки (ватки, смоченной в спирте, бензине, одеколоне) кончика трубочки, а затем его разрыва в расплавленном состоянии с последующей подгонкой (притиркой на мелкозернистой наждачной шкурке.
Оплавленный кончик трут на шкурке до тех пор, пока не появится маленькое отверстие (проверяют продувкой на кисть руки или в жидкость). Если лак слегка засохнет на кончике трубочки – его разжижают в ацетоне. Высота столбика лака в трубочке подбирается экспериментально, но обычно в пределах 20-50 мм.
Если лак, набранный в трубочку, начинает самопроизвольно вытекать, то это значит, что он или сильно разбавлен растворителем, или чересчур высок его уровень, или великовато отверстие в трубочке. После нанесения рисунка на плату ее привязывают через отверстия обычной хлопчатобумажной ниткой и погружают в травильный раствор.
Для травления обычно используют доступный раствор хлорного железа или солевой раствор медного купороса. Более активно процесс вытравливания фольги протекает, если травильные растворы подогреты до температуры 70-80 С. Травление желательно проводить в условиях естественной или принудительной вентиляции. Раствор хлорного железа многоразовый. Солевой раствор медного купороса одноразовый. Даже при повторном использовании он резко ухудшает свои свойства.
Для вытравливания двусторонней фольгированной заготовки размером 150 х 100 мм достаточно 0,3 л концентрированного раствора медного купороса. Для его приготовления высыпают в стеклянную или пластмассовую банку 4 ложки поваренной соли и 2 ложки медного купороса. Все тщательно перемешивают и заливают горячей водой с температурой около 90 С, доводя объем раствора до 0,3 л. При перемешивании добиваются полного растворения химикатов в воде.
Получается плотный раствор темно-зеленого цвета. Травление производят в ванночках и кюветах соответсвующих размеров из пластмассы или стекла. Очень удобны ванночки для фотографии. В крайнем случае можно использовать эмалированную посуду. Односторонний фольгированный материал опускают сразу фольгой вниз, чтобы выделяющаяся хлорная медь оседала на дно ванны и не мешало процессу.
Между фольгой и дном ванны должно быть расстояние не менее 5-10 мм. Чтобы на фольге не остались пузырьки воздуха, которые препятствуют вытравливанию, плоту следует слегка пошевелить в растворе. Время протекания процесса несколько десятков минут. Опасна передержка платы в растворе, ибо начнут вытравливаться даже проводники, защищенные лаком. Поэтому периодически нужно следить за тем, как протравливается фольга.
Двусторонний фольгированный материал обрабатывают, периодически переворачивая плату с одной стороны но другую. Если какие-то участки платы не вытравливаются (покрыты жиром или пленкой окислов), то плату следует вынуть из раствора, слегка омыть водой, снять пленки, препятствующие вытравливанию, и вновь поместить в ванну. Если при этом будет поврежден печатный проводник, то плату следует подсушить, восстановить проводник и только затем погрузить в ванну.
После того как плата вытравлена, ее вынимают из раствора и промывают водой до тех пор, пока на ней не останется травильного раствора. Если нанесение печатных проводников лаком происходило незадолго до погружения платы в раствор, то лак легко соскабливается в воде. После снятия лака плату просушивают и вновь зачищают до блеска наждачной шкуркой.
Затем печатные проводники густо потирают порошком канифоли и залуживают паяльником всю поверхность печатных проводиков. После этого плату очищают кисточкой с небольшим количеством растворителя от канифоли и загрязнений.
Этап второй – подготовка радиодеталей. Производится зачистка до блеска выводов всех деталей и залуживание их припоем с использованием канифольного флюса. Применение кислотосодержащих флюсов для электронных устройств не желательно.
Такие флюсы можно использовать лишь в тех немногих случаях, когда пайка с канифолью не получается, например, пайка оцинкованных и стальных поверхностей или пайка новых выводов взамен обломанных у основания выводов резисторов и конденсаторов. В таких случаях место пайки следует тщательно очистить и промыть.
Если радиодеталь ранее использовалась, нужно проверить ее исправность. Новые микросхемы, транзисторы, диоды можно не проверять. Но и в этом случае могут попасться негодные экземпляры, из-за которых устройство будет плохо работать или не работать вовсе. Подробно методика проверки исправности радиодеталей в домашних условиях описана в литературе.
Этап третий – монтаж электронного устройства на печатной плате. Это не самый продолжительный, но, пожалуй, самый ответственный этап. На этом этапе не допустимы ошибки в номиналах и типах устанавливаемых деталей. Выводы деталей должны быть так отформаванны, чтобы каждая деталь каждым своим выводом попала точно в то отверстие, которое для нее предназначено.
Одна единственная ошибка при этом может привести к неработоспособности или порче электронного устройства. Паять следует хорошо зачищенным и облуженным жалом паяльника мощностью 25-60 Вт. Гораздо важнее полная смачиваемость припоем вывода радиодетали, чем малый расход припоя и внешняя красивость пайки. Надежность пайки важнее всего, а легкость и красивость придут постепенно с опытом.
Монтаж первого образца платы требует много времени и повышенного внимания. Если требуется изготовить серию однотипных устройств, то сначала делают очень аккуратно один экземпляр, проверяют, нет ли в его монтаже ошибок, а затем по нему как по образцу намного быстрее изготовляют остальные экземпляры.
Этап четвертый – подсоединение шин (проводов) питания и внешних электрических цепей. Здесь необходимы сосредоточенность, внимание, аккуратность и умение хотя бы по слогам “читать электрические схемы”. Но завершающим и все решающим пятым этапом в изготовлении электронного устройства является его регулировка (настройка).
