Как изготовить печатную плату в домашних условиях

Перечень необходимых инструментов и расходников

Начать стоит с подготовки инструментов, приспособлений и расходных материалов, без которых просто не обойтись. Для реализации самого бюджетного способа изготовления печатных плат в домашних условиях вам потребуется следующее:

1. Программа для чертежного дизайна.
2. Прозрачная полиэтиленовая пленка.
3. Узкая лента.
4. Маркер.
5. Фольгированное стекловолокно.
6. Наждачная бумага.
7. Алкоголь.
8. Неиспользованная зубная щетка.
9. Инструмент для сверления отверстий диаметром от 0,7 до 1,2 мм.
10. Хлорид железа.
11. Емкость для травления из пластика.
12. Щетка.
13. Паяльник.
14. Лотерея.
15. Жидкий флюс.

Пройдемся по каждому пункту вкратце, так как есть некоторые нюансы, до которых можно добраться только с опытом.

На сегодняшний день доступно большое количество программ для проектирования печатных плат, но для начинающего радиолюбителя наиболее простым вариантом является Sprint Layout. Интерфейс прост в освоении, пользоваться можно бесплатно, имеется огромная библиотека, включающая в себя распространенные радиодетали.

Полиэтилен нужен для переноса изображения с экрана. Лучше взять пленку посложнее, например, из старых обложек школьных учебников. Для крепления к экрану подойдет любой скотч. Лучше брать узкий — легче будет отклеивать (эта процедура не повреждает экран).

На маркерах стоит остановиться подробнее, так как это деликатная тема. Для того чтобы перенести выкройку на полиэтилен в принципе подойдет любой вариант. А вот для рисования на фольгированном стеклотекстолите нужен специальный маркер.

Но здесь есть маленькая хитрость, как сэкономить и не покупать довольно дорогие «специальные» маркеры для рисования печатных плат. Дело в том, что эти продукты по своим свойствам абсолютно ничем не отличаются от обычных перманентных маркеров, которые в любом канцелярском магазине продаются в 5-6 раз дешевле. Но на маркере обязательно должна быть надпись «Постоянный».

В противном случае ничего не получится.
Фольгированный стеклохолст можно взять любой. Лучше, если он будет толще. Новичкам работать с таким материалом намного проще. Для его очистки вам понадобится наждачная бумага с размером зерна ок. 1000 ЕД, а также спирт (есть во всех аптеках).

Последний расходный материал можно заменить жидкостью для уменьшения лака для ногтей, которая есть в каждом доме, где живет женщина. Однако это средство довольно отвратительно пахнет и долго выветривается.
Для сверления платы лучше иметь специальную мини-дрель или гравер.

Однако можно пойти и более дешевым путем. Достаточно купить цанговый или кулачковый патрон для мелких сверл и приспособить его к обычной бытовой дрели.

Хлорное железо можно заменить другими химическими веществами, в том числе теми, которые, вероятно, уже есть у вас дома. Например, подойдет раствор лимонной кислоты в перекиси водорода. Информацию о том, как приготовить альтернативные композиции хлорида железа (III) для сервировки стола, можно легко найти в Интернете.

Единственное, на что стоит обратить внимание, так это на тару для такой химии – она должна быть пластиковой, акриловой, стеклянной, но ни в коем случае не металлической.
Подробнее о паяльнике, припое и жидком флюсе говорить не стоит. Если радиолюбитель дошел до проблемы изготовления печатной платы, он, вероятно, уже знаком с этими вещами.

Технология ручного способа нанесения дорожек печатной платы

Подготовка шаблона

Бумага, на которой рисуется разводка печатной платы, обычно тонкая и для более точного сверления отверстий, особенно при использовании самодельной дрели ручной работы, чтобы сверло не уводило в сторону, требуется сделать его плотнее. Для этого нужно приклеить выкройку печатной платы на более плотную бумагу или тонкий толстый картон любым клеем, например, ПВА или Момент.

Затем по контуру наклеенного рисунка вырезается плотная бумага и шаблон для сверления готов.

Вырезание заготовки

Выбирается заготовка из фольгированного стеклотекстолита подходящего размера, к заготовке прикладывается шаблон печатной платы и обводится по периметру маркером, мягким простым карандашом или острым предметом проводится линия.

Затем стекловолокно разрезается по отмеченным линиям ножницами по металлу или ножовкой по металлу. Ножницы режут быстрее и без пыли. Но надо учитывать, что при резке ножницами стеклоткань сильно изгибается, что несколько ухудшает прочность склейки медной фольги, а при необходимости перепайки элементов следы могут отклеиться. Поэтому, если доска большая и с очень тонкими пазами, ее лучше спилить ножовкой.

Шаблон выкройки печатной платы приклеивается к вырезанной заготовке клеем «Момент», четыре капли которого наносятся на углы заготовки.

Так как клей застывает буквально за несколько минут, можно сразу приступать к сверлению отверстий под радиодетали.

Сверление отверстий

Лучше всего сверлить отверстия специальной мини-дрелью с твердосплавным сверлом 0,7-0,8 мм. Если мини дрели нет в наличии, можно просверлить отверстия маломощной дрелью с простой дрелью. А вот при работе универсальной ручной дрелью количество сломанных бит будет зависеть от твердости вашей руки. Одного упражнения явно недостаточно.

Если сверло нельзя зажать, вал можно набить несколькими слоями бумаги или одним слоем наждачной бумаги. На вал можно плотно намотать виток к витку тонкой металлической проволоки.

После завершения сверления проверяют, все ли отверстия просверлены. Это хорошо видно, если посмотреть на печатную плату через свет. Как видите, отверстий нет.

Нанесение топографического рисунка

Для предохранения мест фольги на стеклотекстолите, которые будут токопроводящими дорожками, от разрушения при травлении, их необходимо покрыть маской, устойчивой к растворению в водном растворе. Чтобы легче было рисовать дорожки, их лучше предварительно разметить мягким простым карандашом или маркером.

Перед разметкой необходимо удалить следы клея «Момент», которым склеен шаблон платы. Так как клей не сильно затвердел, его можно легко удалить, прокатав пальцем. Поверхность фольги также необходимо обезжирить тряпкой с использованием любого средства, например ацетона или уайт-спирита (так называется очищенный бензин), а также можно использовать любое средство для мытья посуды, например Ферри.

После разметки дорожек печатной платы можно приступать к нанесению их рисунка. Для трассировки подойдет любая водостойкая эмаль, например алкидная эмаль серии ПФ, разбавленная до подходящей консистенции растворителем уайт-спирит.

Рисовать следы можно разными инструментами — стеклянной или металлической рисовальной ручкой, медицинской иглой и даже зубочисткой.

Раньше не было компьютеров, и все рисунки рисовались простыми карандашами на ватмане, а затем переносились тушью на кальку, копии с которой делались с помощью копировальных аппаратов.

нанесение рисунка начинается с контактных подушечек, которыми рисуется балерина. Для этого нужно отрегулировать зазор раздвижных губок лотка балерины на нужную ширину линии и для установки диаметра окружности отрегулировать вторым винтом перемещение лотка от оси вращения.

Далее ванночку балерины заполняют краской длиной 5-10 мм с помощью кисточки. Для нанесения защитного слоя на печатную плату лучше всего подходит краска марки ПФ или ГФ, так как она медленно сохнет и позволяет спокойно работать.

Также можно использовать краску марки NC, но с ней сложно работать, так как она быстро сохнет. Краска должна хорошо держаться и не растекаться. Перед нанесением краску необходимо развести до жидкой консистенции, добавить понемногу подходящий растворитель при интенсивном перемешивании и попробовать рисовать по остаткам стекловолокна.

Для работы с краской удобнее всего наливать ее в бутылочку из-под лака, в скрутке которой установлена ​​кисть, устойчивая к растворителям.

После настройки лотка балерины и получения необходимых параметров стропы можно приступать к использованию контактных площадок. Для этого острая часть оси вставляется в отверстие и низ балерины вращается по кругу.

При правильной настройке пера и желаемой консистенции краски вокруг отверстий на печатной плате получаются круги идеально круглой формы. Когда балерина начинает плохо рисовать, остатки засохшей краски удаляются из щели лотка тряпкой и лоток заполняется свежей краской, чтобы обвести кругами все отверстия на этой печатной плате, потребовалось всего две заправки лотка рисование ручкой и не более двух минут.

После того, как круглые контактные площадки на плате будут нарисованы, вы можете начать рисовать токопроводящие дорожки с помощью ручки для рисования вручную. Подготовка и настройка ручного пера для рисования ничем не отличается от подготовки балерины.

Единственное, что нужно дополнительно, это плоская линейка, с наклеенными с одной стороны по краям кусочками резины, толщиной 2,5-3 мм, чтобы линейка не скользила во время работы и стеклоткань, не касаясь линейки, могла свободно проходить под ним. В качестве линейки лучше всего подходит деревянный треугольник, он устойчив, а также может служить опорой для руки при рисовании печатной платы.

Чтобы плата не скользила при рисовании дорожек, рекомендуется положить ее на лист наждачной бумаги, который представляет собой два листа наждачной бумаги, склепанные вместе бумажными сторонами.

Если они соприкасались при рисовании дорожек и окружностей, ничего делать не надо. Необходимо дать краске на печатной плате высохнуть до состояния, при котором она не будет окрашиваться на ощупь, и лезвием ножа удалить лишнюю часть рисунка. Чтобы краска быстрее высохла, доску нужно поставить в теплое место, например зимой, на батарею отопления. В летний сезон — под солнечными лучами.

Когда рисунок на плате полностью нанесен и все ошибки исправлены, можно приступать к ее травлению.

Технология нанесения рисунка печатной платы с помощью лазерного принтера

При печати на лазерном принтере изображение, сформированное тонером, электростатически переносится с фотобарабана, на котором лазерный луч наносил изображение, на бумагу. Тонер удерживается на бумаге, сохраняя изображение, только за счет электростатики.

Для закрепления тонера бумагу прокатывают между валками, один из которых представляет собой термопечь, нагретую до температуры 180-220°С. Тонер плавится и проникает в текстуру бумаги. После охлаждения тонер затвердевает и хорошо прилипает к бумаге.

Если бумагу повторно нагреть до 180-220°C, тонер снова превратится в жидкость. Это свойство тонера используется для переноса изображения живых следов на печатную плату в домашних условиях.

После того, как файл с чертежом печатной платы готов, необходимо распечатать его на лазерном принтере на бумаге. Обратите внимание, что изображение чертежа печатной платы для данной техники необходимо рассматривать со стороны установки деталей! Струйный принтер для этих целей не подходит, так как работает по другому принципу.

Подготовка бумажного шаблона для переноса рисунка на печатную плату

Если распечатать выкройку печатной платы на обычной офисной бумаге, тонер проникнет глубоко в тело бумаги из-за ее пористой структуры, и при переносе тонера на печатную плату большая его часть останется в бумаге. Кроме того, возникнут трудности с удалением бумаги с печатной платы.

Приходится долго замачивать в воде. Поэтому для приготовления фотомаски вам понадобится бумага, не имеющая пористой структуры, например, фотобумага, подложка из самоклеящихся пленок и этикеток, калька, страницы из глянцевых журналов.

В качестве бумаги для печати дизайна печатной платы я использую кальку из старой бумаги. Калька очень тонкая и распечатать шаблон прямо на ней невозможно, она застревает в принтере. Чтобы решить эту проблему, перед печатью на листе кальки нужного размера нанесите по углам капельку любого клея и приклейте его к листу офисной бумаги формата А4.

Эта техника позволяет печатать рисунок печатной платы даже на самой тонкой бумаге или пленке. Для того, чтобы толщина тонера выкройки перед печатью была максимальной, нужно настроить «Свойства принтера», отключив экономичный режим печати, а если эта функция недоступна, выбрать самый грубый тип бумаги, например картон или что-то в этом роде как это.

Вполне возможно, что с первого раза у вас не получится хороший отпечаток, и вам придется немного поэкспериментировать, чтобы выбрать оптимальный режим печати для лазерного принтера. В полученном отпечатке выкройки дорожки и контактные площадки печатной платы должны быть плотными, без отверстий и пятен, так как ретушь на данном технологическом этапе бесполезна.

Осталось вырезать кальку по контуру, и шаблон для изготовления платы будет готов, и можно переходить к следующему шагу, переносу изображения на стеклоткань.

Читайте также: Как печатать на принтере с компьютера?

Перенос рисунка с бумаги на стеклотекстолит

Передача шаблона печатной платы является наиболее важным шагом. Суть технологии проста, бумага стороной с нанесенным рисунком следов печатной платы прикладывается к медной фольге стеклотекстолита и с большим усилием прижимается. Этот сэндвич затем нагревают до температуры 180-220°С и затем охлаждают до комнатной температуры. Бумага отрывается, а рисунок остается на плате.

Некоторые мастера предлагают перенести выкройку с бумаги на монтажную плату с помощью электрического утюга. Я попробовал этот метод, но результат был нестабильным. Трудно одновременно нагреть тонер до нужной температуры и равномерно прижать бумагу ко всей поверхности печатной платы, когда тонер затвердеет.

В результате рисунок переносится не полностью и в рисунке дорожек печатной платы остаются дыры. Возможно, что утюг был недостаточно нагрет, даже если регулятор был установлен на максимальный нагрев утюга. Открывать утюг и перенастраивать термостат не хотелось. Поэтому я использовал другую технологию, менее трудоемкую и дающую 100% результат.

На вырезанную в размер и обезжиренную ацетоном монтажную плату к углам кальки приклеили заготовку из фольгированного стекла с нанесенным на нее рисунком. Поверх кальки для более равномерного нажима положите пяточки листов офисной бумаги. Получившийся пакет положили на лист фанеры и сверху накрыли листом такого же размера. Весь этот бутерброд был зажат с максимальным усилием в зажимах.

Осталось нагреть приготовленный бутерброд до температуры 200°С и остудить. Электрическая духовка с регулировкой температуры идеально подходит для разогрева. Достаточно поместить созданную конструкцию в шкаф, дождаться достижения заданной температуры и через полчаса убрать доску для охлаждения.

Если электрической духовки нет, можно использовать и газовую духовку, регулируя температуру ручкой подачи газа по встроенному термометру. Если термометра нет или он неправильный, женщины могут помочь, положение кнопки регулятора, где пекут пироги, сделает это.

Так как торцы фанеры оказались кривыми, для подстраховки я их зажал дополнительными струбцинами, чтобы избежать этого явления, монтажную плату лучше зажимать между металлическими пластинами толщиной 5-6 мм. Можно просверлить отверстия по углам и зажать печатные платы, стянуть пластины винтами и гайками. М10 будет достаточно.

Через полчаса дизайн достаточно остынет, чтобы тонер застыл, плату можно снимать. При первом же взгляде на снятую печатную плату становится понятно, что тонер перенесся с кальки на плату идеально. Калька плотно и ровно ложится по линиям отпечатанных дорожек, колец на подушечках и буквам маркера.

Калька легко освободила почти все следы на плате, остатки кальки удалялись влажной тряпкой. Но все же на печатных дорожках в нескольких местах были дырки. Это может произойти в результате неравномерной печати принтером или остаточной грязи или коррозии на фольге из стекловолокна. Промежутки можно заполнить любой водостойкой краской, лаком для ногтей или подкрасить маркером.

Чтобы проверить пригодность маркера для ретуши печатной платы, проведите им линии на бумаге и смочите бумагу водой. Если линии не расплываются, подойдет маркер для ретуши.

травить плату в домашних условиях лучше всего в растворе хлорного железа или перекиси водорода с лимонной кислотой. После травления тонер легко удаляется с печатных следов ватным тампоном, смоченным в ацетоне.

Затем сверлятся отверстия, лужятся токопроводящие дорожки и контактные площадки, припаиваются радиоэлементы.

Эта схема была взята из печатной платы с установленными на ней радиодеталями. Результатом стал блок питания и коммутации электронной системы, дополняющий обычный унитаз с функцией биде.

Травление печатной платы

Для удаления медной фольги с открытых участков фольгированного стеклотекстолита при изготовлении печатных плат в домашних условиях радиолюбители обычно используют химический метод. Печатная плата помещается в травильный раствор, и за счет химической реакции незащищенная маской медь растворяется.

Рецепты травильных растворов

В зависимости от наличия комплектующих радиолюбители используют одно из решений, представленных в таблице ниже. Решения для травления перечислены по популярности для домашнего радиолюбительского использования.

Перекись водорода плюс лимонная кислота	Перекись водорода (H2O2)	100 мл	Растворите лимонную кислоту и поваренную соль в 3% растворе перекиси водорода	Доступность компонентов, высокая скорость травления, безопасность	Не сохранено
Лимонная кислота (C6H8O7)	30 г
Соль (NaCl)	5 г
Водный раствор хлорного железа	Вода (H2O)	300 мл	Растворите хлорное железо в горячей воде	Адекватная скорость травления, многоразовый	Низкая доступность хлорида железа
Хлорид железа (FeCl3)	100 г
Перекись водорода плюс соляная кислота	Перекись водорода (H2O2)	200 мл	В 3% раствор перекиси водорода влить 10% соляную кислоту	Высокая скорость травления, многоразовый	Требует высокой точности
Соляная кислота (HCl)	200 мл
Водный раствор медного купороса	Вода (H2O)	500 мл	В теплой воде (50-80°С) растворить поваренную соль, а затем медный купорос	Доступность компонентов	Токсичность медного купороса и медленное травление, до 4 часов
Сульфат меди (CuSO4)	50 г
Соль (NaCl)	100 г

Травление печатных плат в металлических контейнерах не допускается. Для этого используют емкость из стекла, керамики или пластика. Разрешается выбрасывать использованный травильный раствор в канализацию.

Травильный раствор из перекиси водорода и лимонной кислоты

Раствор на основе перекиси водорода с растворенной в ней лимонной кислотой – самый безопасный, дешевый и быстродействующий. Из всех перечисленных решений по всем критериям это лучшее.

Перекись водорода можно купить в любой аптеке. Продается в виде жидкого 3% раствора или таблеток под названием гидроперит. Для получения жидкого 3% раствора перекиси водорода из гидроперита нужно растворить 6 таблеток массой 1,5 грамма в 100 мл воды.

Лимонная кислота в виде кристаллов продается в любом продуктовом магазине, расфасованная в пакетики весом 30 или 50 грамм. Поваренная соль есть в каждом доме. 100 мл травильного раствора достаточно для удаления медной фольги толщиной 35 мкм с печатной платы площадью 100 см2.

Использованный раствор не хранится и не может быть использован повторно. Кстати, лимонную кислоту можно заменить уксусной, но из-за резкого запаха придется травить плату на открытом воздухе.

Травильный раствор на основе хлорного железа

Вторым по популярности травильным раствором является водный раствор хлорного железа. Раньше оно было самым популярным, так как хлорное железо было легко достать на любом промышленном предприятии.

Травильный раствор не требователен к температуре, травится довольно быстро, но скорость травления замедляется по мере расходования хлорида железа в растворе.

Хлорное железо очень гигроскопично и поэтому быстро поглощает воду из воздуха. В результате на дне стакана появляется желтая жидкость. На качество детали это не влияет, и такой хлорное железо годится для приготовления травильного раствора.

Если использованный раствор хлорного железа хранить в герметичной таре, его можно использовать повторно. Для регенерации достаточно всыпать в раствор железные гвозди (они тут же покроются рыхлым слоем меди). Оставляет желтые пятна, которые трудно удалить при контакте с любой поверхностью. В настоящее время раствор хлорного железа для изготовления печатных плат используется реже из-за его высокой цены.

Травильный раствор на основе перекиси водорода и соляной кислоты

Отличный травильный раствор, обеспечивает высокую скорость травления. Соляную кислоту при интенсивном перемешивании тонкой струйкой вливают в 3%-ный водный раствор перекиси водорода. Заливать перекись водорода в кислоту недопустимо!

Однако из-за присутствия в травильном растворе соляной кислоты необходимо соблюдать большую осторожность при травлении платы, так как раствор разъедает кожу рук и разрушает все, к чему прикасается. По этой причине травление раствором соляной кислоты в домашних условиях не рекомендуется.

Травильный раствор на основе медного купороса

Способ изготовления печатных плат с использованием медного купороса обычно применяют, если невозможно изготовить травильный раствор на основе других компонентов из-за их отсутствия. Сульфат меди является пестицидом и широко используется для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве.

Кроме того, время травления печатной платы составляет до 4 часов, при этом необходимо поддерживать температуру раствора на уровне 50-80°С и следить за тем, чтобы раствор постоянно менялся на травимой поверхности.

Технология травления печатных плат

Стеклянная, керамическая или пластиковая посуда, например молочные продукты, подходит для травления платы в одном из вышеупомянутых растворов для травления. Если под рукой не оказалось емкости подходящего размера, можно взять любую коробку из плотной бумаги или картона подходящего размера и выстелить ее изнутри полиэтиленовой пленкой.

В емкость наливают раствор для травления и аккуратно кладут на поверхность печатную плату узором вниз. Благодаря силам поверхностного натяжения жидкости и малому весу доска будет плавать.

Для удобства пробку от пластиковой бутылки можно приклеить к центру доски клеем. Пробка будет одновременно служить ручкой и поплавком. Но есть риск образования пузырьков воздуха на плате и в этих местах медь не будет подвергаться коррозии.

Для равномерного травления меди можно положить плату на дно емкости рисунком вверх и периодически встряхивать ванночку рукой. Через некоторое время, в зависимости от травильного раствора, начнут появляться участки без меди, а затем медь полностью растворится на всей поверхности платы.

После окончательного растворения меди в травильном растворе плату вынимают из ванны и тщательно промывают под проточной водой. Тонер удаляется с дорожек тряпкой, смоченной в ацетоне, а краска хорошо удаляется тряпкой, смоченной в растворителе, который добавляли в краску для достижения нужной консистенции.

Подготовка печатной платы к монтажу радиодеталей

Следующим шагом будет подготовка платы к установке радиоэлементов. После удаления краски с доски бороздки необходимо обработать круговыми движениями мелкой наждачной бумагой. Вам не нужно увлекаться, потому что медные дорожки тонкие и могут быть легко отшлифованы. Достаточно всего нескольких проходов абразивом низкого давления.

Кроме того, токопроводящие дорожки и контактные площадки печатной платы покрыты спирто-канифольным флюсом и залудены мягким припоем электропаяльником, чтобы отверстия на плате не были затянуты припоем, необходимо взять немного на кончике паяльника.

После завершения изготовления печатной платы остается только вставить радиодетали в намеченные места и припаять их провода к местам. Перед пайкой ножки деталей необходимо смочить спирто-канифольным флюсом.

Если ножки радиодеталей длинные, то перед пайкой их необходимо обрезать бокорезами до выступа длиной 1-1,5 мм над поверхностью печатной платы. После завершения монтажа деталей необходимо удалить остатки канифоли при помощи любого растворителя – спирта, уайт-спирита или ацетона. Все они растворяют канифоль.