Печатная плата универсальная: Макетная плата | Предназначение, виды, где купить — Мастер на все ручки: Блог домашнего сварщика

Содержание

Универсальная макетная плата для Микроконтроллера (в DIP-корпусе) [ноябрь 2013] / Блог им. Celeron / Сообщество EasyElectronics.ru

Телефонный звонок:
— Алло, здравствуйте, скажите пожалуйста, есть ли в наличии микросхема XXYY-ZZ?
— Минуточку… Есть, но к сожалению, они сейчас только в DIP-корпусе…
— Да? Спасибо… а как пройти в дип-корпус ?

Содержание:

Далее, будет много фоток (все кликабельны и ведут на полноразмерное изображение)…

Предисловие

Есть у меня отладочная плата «Atmel STK500». Но, до чего же неудобная штука! В ней невозможно даже Кварц подключить непосредственно к микроконтроллеру. Зато есть куча ненужных фич. И разводка контактов, между разъёмами, сделана по какой-то собственной логике разработчиков — вот им может и удобно. А мне как быть (ведь, я же пользователь)? И всякий раз, чтобы подключить любой микроконтроллер, в одном из ограниченных и строго документированных режимов — приходится курить кучу мануалов типа: «Возьмите первый красненький проводок и Соедините пин X разъёма XX с пином Y разъёма YY…» Зря я, в своё время, выкинул на неё over 1000 грн.

Программатор и отладчик «AVR Dragon» — гораздо более удобный инструмент! В нём есть все необходимые функции (ISP/JTAG/debugWire/ParallelProgramming/HighVoltageProgramming) и все они, прозрачно, выведены на один из трёх разъёмов (ISP/JTAG/HV_PROG) — просто, значит удобно!
Вот, всё хорошо у Дракона, да одного недостаёт: полноценной макетной платы нет, чтобы весь зоопарк микроконтроллеров запускать. Замечу, что там можно припаять ZIF-панельку на «макетном поле», как рекомендует мануал Дракона — но это не то, это только для программирования микроконтроллеров предназначено. А для работы — микроконтроллерам нужна стартовая обвязка… Например, «STK500» замахивается на полноценный инструмент: не только запрограммировать, но и отладить позволяет (хотя, с такими ограничениями и неудобствами — это лишь игрушка).

«Хочу, чтобы всё было, и оно было удобно! Чтобы свобода и гибкость была…» — подумал я. И тут пришла идея: какая именно макетная плата, для микроконтроллера, мне нужна и была бы удобна + вдобавок, к подключаемому внешнему отладчику («AVR Dragon») + да ещё, чтоб любую внешнюю периферию можно было собирать на «контактной макетке» (breadboard) и подключать к работающему микроконтроллеру-сердцу…
Инспирированный идеями DI HALTа с его PinBoard, я пошёл по несколько иному пути: не стал ограничиваться одним микроконтроллером (ATmega16), а спроектировал универсальную макетную плату, позволяющую запускать ЛЮБОЙ микроконтроллер в DIP-корпусе, с количеством ног до DIP40 (потому что уже пробовал проектировал устройства на ATtiny13, ATtiny2313, ATmega8, ATmega16… и этим же дело не ограничится! а в будущем, вероятно, будут ещё и PIC, STM, и др…)

Назначение

Хочется, чтобы на макетке можно было запустить любой реальный микроконтроллер — тот, который потом будет использоваться в реальном устройстве (без миграции на другой «камень», сопряжённой с дополнительными мутными шагами, и чреватой глюками). Я ведь ещё новичок в микроэлектронике: у меня ещё мало опыта проектирования, чтобы учитывать все нюансы и легко представлять переносимую программу (а сейчас, я программирую на ассемблере — это ужесточает условия разработки, и очень усложняет миграцию прошивки на другой МК!) — поэтому нужно, чтобы всё работало и отлаживалось сразу «конкретно и прозрачно».

В мировой практике, часто рекомендуют: разводить микроконтроллер со всей обвязкой — прямо на контактной макетной плате (breadboard) — тут и любую периферию удобно подключать… спрашивается, что ещё нужно? А вот, это первый метод, с которого я вообще начал эксперименты с микроконтроллерами — но из-за плохих контактов, у меня совсем не заработала, ни одна схема! Или работала только первые полтора запуска. Программатор жутко глючил: микроконтроллеры не прошивались вовсе, или прошивались с глюками, верификация фейлилась — так я быстро запорол все свои камни (у них, при n-ой неудачной прошивке, почему-то сбивались «fuses», хотя я их даже не трогал, и микроконтроллер больше не запускался). «Камни» удалось оживить «высоковольтным программированием» (здесь, мне очень помогли: запасной программатор в «STK500», и курение мануалов). Но камни «умирали» на макетке повторно, очень скоро…

DI HALT также писал, что не использует «контактные макетки» для прототипиирования, по сходным причинам «плохих контактов», а использует только «макетные платы, которые паяются». Это, пожалуй, единственно верное решение, в данном случае: поскольку на больших частотах (порядка мегагерцов), на которых работают микроконтроллеры и передаёт сигналы программатор, — совершенно необходимы чёткий низкоомный контакт, а также линии связи с низкой ёмкостью!

Итак, по крайней мере, самую критичную часть платы (микроконтроллер с обвязкой и подключением программатора) необходимо сделать на паянных контактах — чтобы программирование и отладка работали без глюков, чтобы «сердце схемы» работало. А периферию уже можно развести-растыкать и на временной «макетке с дырочками», и подключать проводами к основной паянной макетке с микроконтроллером — это решение достаточной надёжности и хорошей гибкости…

Конструкция

Пайка

Данная конструкция собрана на: универсальной односторонней макетной плате под пайку «Maket 4 (75 x 100)». Соединения узлов исполнены: «перемычками» из провода МГТФ; и «шинами» из зачищенного монтажного провода, впаянного между контактными площадками.

Пайка некоторых узлов далась с трудом (здесь видно, что легче было бы использовать свою печатную плату, разведённую специально под задачу):

Наконец, чтобы защитить макетную плату в эксплуатации от коротких замыканий, плата была покрыта снизу прозрачным пластиком (это позволяет свободно обозревать коммутации и напоминать пользователю разводку макетной платы):

Схема

Макетная плата состоит из нескольких, не соединённых между собой, функциональных блоков. Связи между ними устанавливает сам пользователь, с помощью монтажных проводов — таким образом, достигается гибкость и прозрачность разводки макета. Для подключения проводов, на плате используются цанговые гнёзда, обеспечивающие надёжный контакт. Макетная плата предоставляет всю необходимую стартовую обвязку для работы микроконтроллера.

Для подключения всех возможных микроконтроллеров (всей линейки AVR и других) в DIP-корпусах — используется «Универсальная ZIF-панель DIP40». Здесь, «универсальная» означает, что она подходит как для «широких» (ATmega16), так и для «узких» (ATmega8) микросхем.

(на Украине: нашёл и купил здесь, за 26грн.)

Все кнопки на плате, в том числе и блок DIP-переключателей, реализованы по классической схеме. Причём, две «пользовательские» кнопки и «reset» реализованы одинаково — что позволяет, например, при дефиците кнопок для макета, задействовать и «reset» в качестве «пользовательской».

Для индикации используется «Шкальный светодиодный индикатор» (здесь, использован Десятисегментный LED-дисплей «GNA-R1025101ZY»). Токоограничивающие резисторы для всех светодиодов (150 Ом) подобраны так, чтобы они светили ярко и заметно — в диапазоне напряжений питания 2.7-5.5V, и удовлетворительно — в диапазоне 1.8-3V.

Применение

Программатор-отладчик

Представленная макетная плата используется в связке с любым (удобным и имеющимся в наличии) внешним программатором. Причём, для разных семейств и производителей Микроконтроллеров — могут использоваться разные совместимые с ними программаторы. (Например, для «AVR» — я предпочитаю использовать «AVR Dragon».)

Подключать программатор можно через: 6-пиновый или 10-пиновый штырьковый разъём (как наиболее распространённые стандарты), а затем разводить перемычками, с цанговой панели к гнезду микроконтроллера — при этом, распиновка разъёма программатора не имеет никакого значения! Так что, можно использовать любой программатор, для любого семейства микроконтроллеров…

Или, если так удобнее, то можно подключать программатор сразу, непосредственно к гнезду микроконтроллера, разводя пучком одиночных проводов. Здесь, можно использовать любые оконечники: «папа» или «мама» — т.к. гнездо микроконтроллера оборудовано как цанговыми гнёздами (основными средствами внутрисхемной коммутации на этой макетке), так и штырьковыми «межплатными соединителями».

Внутрисхемная коммутация

Ещё, для полноценного рабочего комплекта, нам понадобятся «наборы перемычек», чтобы подключать узлы системы (это ключевое принципиальное отличие моей макетной платы от других: в том что нет фиксированных соединений между узлами, распаянных дорожками на ПП — всё нужно коммутировать перемычками, как на breadboard).

Самый необходимый — это «Набор перемычек для макетных плат (папа-папа)»

(используются для внутриплатных соединений и подключений с внешней breadboard):

Многие программаторы и отладочные платы оборудованы штырьковыми PLS/PLD-разъёмами — для их подключения нужен «Набор перемычек для макетных плат (мама-мама)»:

В некоторых редких случаях, ещё может пригодиться «Набор перемычек для макетных плат (папа-мама)»:

Питание схемы

Питание моделируемого устройства заводится на макетную плату через отдельный централизованный «блок управления питанием» (он исключает возможность «переполюсовки» и обеспечивает удобное управление «вкл/выкл»):

Источниками питания могут служить:

Поэтому, для подключения внешнего питания, предусмотрены разнообразные разъёмы:

Все три входа питания — равнозначны, запараллелены. Далее, питание проходит через выпрямительный мост (DB207) — это позволяет не беспокоиться о распайке разъёмов питания, и не следить за полярностью питания вообще. (Иначе, это мог бы быть очень опасный момент, и для схемы, и для программатора-отладчика, если полярность перепутать!) Затем, питание подводится к «кнопке питания» (кнопка с фиксацией, и с двумя контактными группами: «PSM1-1-0» или её аналог) — которая отключает обе шины: «питание» и «землю». После кнопки питания, шины «VCC» и «GND» разводятся по всей плате: причём, для естественного восприятия, «VCC» — расположена сверху, а «GND» — в самом низу…

Важно: все другие периферийные узлы отлаживаемой схемы, в том числе и расположенные на других подключаемых платах — следует запитывать только от этих внутренних шин «VCC» и «GND»! (Поэтому количество предоставляемых цанговых гнёзд на этих шинах питания — гораздо больше, чем нужно для подключения самого микроконтроллера, дано с запасом.)

Красный светодиодик включён после кнопки питания — индицирует «режим работы» макета. Разделительный электролит подключён до кнопки, к источнику питания непосредственно.

Подключение Кварца

Что здесь можно улучшить?

1) Очень досадно, что на выпрямительном диодном мосте «DB207» — падает аж до 1.1V напряжения питания! Если питать устройство от регулируемого «лабораторного блока питания», то это свойство можно легко скомпенсировать (дав повышенное напряжение на вход). Но если питать устройство от батареек или, например, непосредственно от программатора «AVR Dragon» — то это очень удручает и не удобно! Напряжения 5V-1.1V=3.9V хоть и хватает для безглючной прошивки любого микроконтроллера… но это мешает полноценному моделированию схемы, рассчитанной на стандартное напряжение питания (+5V). А от двух батареек (2xAA) — схему уже и вовсе не запустить (3V-1.1V=1.9V)…
Поэтому, хочется заменить стандартный выпрямительный мост на биполярных диодах (DB207) — сборкой на четырёх полевых ключах: по типу, как сделана «схема защиты от переполюсовки». (Если у вас есть лучшее предложение — пожалуйста, посоветуйте, как это правильнее решить схемотехнически?)
В итоге, эта проблема была разрешена — см. ниже, рецепт…

2) Для серийности: вместо сборки устройства на универсальной макетной плате — следует развести свою печатную плату (см. ЛУТ), рационализировав компоновку узлов, и используя некоторые элементы в SMD-исполнении.

3) Вдобавок к стандартной периферии, я бы ещё, возможно, добавил на эту макетную плату: один Звукоизлучатель (Бузер с генератором) с напряжением питания 2..5V (например: «KPX1203B», «HYE1206-03» или другой аналог).

4) В «блок управления питанием» можно установить:

более мощную «кнопку питания» (тумблер или ползунковый переключатель)…
для защиты от КЗ, в цепь питания (последовательно) добавить Самовосстанавливающийся предохранитель (СВП), например, «FRV0xx-240F» (FRV series) — на рабочий ток 0.5-2A.
для защиты от перенапряжения, в цепь питания (параллельно, после СВП, но до выпрямительного моста) добавить двунаправленный Супрессор (он же: «защитный диод», полупроводниковый ограничитель напряжения, ПОН), например, P6KE6.8CA (6KE-серия 600W) — на напряжение отсечки ~6.8V, двунаправленный. ПОН будет хорошо работать в связке с СВП…

Решение: Выпрямительный мост на МОП-транзисторах (мизерное падение напряжения)

Основной схемотехнический недостаток рассмотренного устройства, значительно ухудшающий его эксплуатационные качества — это падение напряжения на «диодном мосте». Нужно это побороть!

Из-за пониженного напряжения питания — нарушается работа многих элементов схемы. Поэтому, после диодного моста, приходится использовать стабилизаторы напряжения (в т.ч. повышающие импульсные DC-DC преобразователи, со сложной обвязкой), требовать повышенного напряжения от источника питания, и многие другие сложности возникают… Но истинная причина проблемы — в «диодном мосте»! А поскольку мы не можем улучшить функциональные характеристики полупроводниковых диодов (их физическая природа такова, что на p-n-переходе падает более 0.6V, и всё тут). То попробуем разрешить ситуацию схемотехнически…

Взяв за основу идею «схемы защиты от переполюсовки на МОП-транзисторах», обеспечивающей крайне малое паразитное падение напряжения. Заметил: а ведь МОП-ключи, здесь, выполняют роли «однополупериодного выпрямительного четвертьмоста»! Далее, если подумать: то взяв четыре четвертьмоста — можно получить целый мост… 😉 Таким образом, была образована следующая схема:

Для сравнения, промоделируем аналогичную схему, на классическом диодном мосте:

Симуляция показывает (модели Proteus приложены к статье): в то время как на «классическом диодном мосте» падает аж 1.5V — то на «выпрямительном мосте на МОП-транзисторах» падает лишь 0.01-0.1V! Реальный профит!

Данная схема была проверена, также, и на физическом макете (представленный на фото в статье макет, при потреблении ~100мА, имеет падение напряжения на выпрямителе ~0.01V) — эксперимент полностью подтвердил результаты симуляции! Я исправил существующую конструкцию: выкусил диодный мост, оставив его ножки; загнул ножки, сформировав контактные площадки для «поверхностного монтажа», с верхней стороны платы; МОП-транзисторы спаял в сборки, объединив попарно объёмным монтажом: два P-канальных транзистора соединил Истоками к «+» выходу моста (шине «VCC»), два N-канальных соединил Истоками к «-» выходу (шине «GND»)…

«Выпрямительный мост на МОП-транзисторах» — это полноценный универсальный выпрямительный мост! Его принцип действия не тривиален, но в некоторых случаях, по своим параметрам он может превосходить мост с диодами Шоттки! Данная схема называется «синхронный мостовой выпрямитель» — он обладает следующим свойством:

Предположим, что с помощью некоторой схемы ослабления сигнал, поступающий к затворам этим четырех МОП-транзисторов, постепенно уменьшается. Что при этом произойдет? Удивительно, но мостовая схема продолжит работать как выпрямитель! Действительно, схема «выродилась бы» в обыкновенную диодную мостовую схему… Откуда появились диоды? Это встроенные диоды мощных МОП-транзисторов, которые теперь стали активными, потому что падение напряжения между стоком и истоком МОП-транзисторов при малом сигнале на затворе теперь превышает 0,7 В. Таким образом, при недостаточном сигнале на затворах — выпрямление сохраняется, но с более низким к.п.д. (как у обычного диодного моста), особенно на высоких частотах.

Примечание: при всех наблюдаемых преимуществах схемы «Выпрямительного моста на МОП-транзисторах» — она не может полностью заменить «классический диодный мост», во всех его традиционных применениях.
При использовании, в выпрямителе, миниатюрных «SMD logic level MOSFET» IRLML6344 и IRLML6401 — МОП-транзисторы, обязательно, должны работать в ключевом режиме! Поэтому такой «Выпрямительный мост на МОП-транзисторах» не может использоваться, непосредственно, для выпрямления переменного напряжения (AC), а может быть использован только подобным образом: как продвинутая схема для защиты/согласования/исправления переполюсовки постоянного напряжения (DC).
А для непосредственного выпрямления AC-напряжения — требуется использовать либо мощные МОП-транзисторы (и смириться со снижением к.п.д. схемы, за счет частичной работы в режиме «вырожденной до диодного моста»), либо усложнить схему дополнительными драйверами МОП-транзисторов…

Оборудование для производства и монтажа печатных плат

Процесс производства включает в себя несколько этапов.

ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ КОМПЛЕКТАЦИИ

Рабочее место визуального контроля
Разработано специально для контроля качества сборки печатных узлов с компонентами поверхностного монтажа. Визуальное увеличение до 80 крат, возможность подключения цифровой камеры.
LCR — метр

Прибор предназначен для контроля сопротивления, емкости и индуктивности пассивных компонентов с учетом статистической достоверности проверок.

ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ И ОПЛАВЛЕНИЕ

Линия поверхностного монтажа

Автоматический трафаретный принтер для нанесения паяльной пасты

Время цикла — 8 сек, высокая точность нанесения — до 10 мкм, принтер оборудован системой распознавания плоских изображений, что позволяет добиться высокого уровня повторяемости печати и избежать дефектов при нанесении паяльной пасты.

Высокоскоростной установщик компонентов поверхностного монтажа

Производительность до 40000 компонентов в час. Точность установки составляет не менее 65 мкм, наличие параллельного конвейера позволяет производить одновременную сборку 2-х изделий, 2 установочные головы с 6 вакуумными насадками каждая, используются ленточные питатели шириной от 8 мм до 32 мм, возможность подачи элементов из стиков (пеналов). Возможность устанавливать как стандартные чип-компоненты, так и микросхемы с шагом выводов 0,5 мм.

Установщик компонентов поверхностного монтажа многофункциональный

Производительность до 31000 компонентов в час.

Возможность установки компонентов любой сложности (типа BGA, QFP и т.п.).

Точность установки сложных компонентов не менее 25 мкм при 3 сигма. Три вакуумные насадки на каждой из двух рабочих голов, используются ленточные питатели шириной от 8 мм до 32 мм.

Возможность установки более 20 различных типов компонентов с поддонов и пеналов в ходе сборки одного изделия.

Конвейерная печь оплавления

Предназначена для оплавления паяльной пасты.

Семь зон нагрева-охлаждения, среднее время цикла 25 сек., система термопрофилирования позволяет заранее выставить оптимальный температурный режим для каждого конкретного изделия.

КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Установка автоматической оптической инспекции

Предназначена для выявления дефектов поверхностного монтажа, таких как: приподнятые выводы, компланарность контактов микросхем и коннекторов, смещение и неправильная полярность элемента, контроль качества пайки и т.д. Отвечает всем современным стандартам проверки печатных плат. Обладает коротким временем цикла 10-20 сек. Встроенный маркировщик дефектов автоматически устанавливает метку-указатель в месте обнаружения дефекта.

ОТМЫВКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

4х-ступенчатая система отмывки

Предназначена для отмывки остатков припойного флюса с печатных плат. Оборудована компьютерным управлением процессом, ультразвуковой ванной, сушка осуществляется горячим воздухом. Предусмотрена защита чувствительных компонентов. Возможно создание разнообразных программ отмывки в зависимости от требований процесса. Максимальная скорость отмывки до 60 плат в час.

НАВЕСНОЙ МОНТАЖ

Паяльные станции

Паяльные станции с наконечником и нагревательным элементом улучшенного типа, с использованием композитных материалов. Диапазон нагрева 200-400° С, полная защита от статического электричества. Дают возможность производить монтаж и замену компонентов любой сложности.

Ремонтный центр

Рабочее место радиомонтажника с ремонтным центром для установки и снятия компонентов (в том числе металлических экранов).

Диапазон нагрева 100-500° С, точность совмещения 25 мкм при 6 сигма.

Ремонтный центр дает возможность ремонта BGA и других компонентов сложной геометрии. Достигается высокая точность как по геометрии постановки, так и по температурному профилю.

ВНУТРИСХЕМНОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ

Тестовая система с четырьмя подвижными пробниками

Служит для полной электрической проверки собранных изделий и обладает возможностью функционального тестирования с созданием баз данных характеристик изделий. Использование данной системы позволяет исключить такие дефекты как короткие замыкания, отсутствие контакта и отклонение от требуемого номинала или активных характеристик элемента. Поддерживается работа с платами сложной геометрии и многоуровневыми изделиями.

4 независимых подвижных пробника по 2 с каждой стороны, 2 цифровые видеокамеры оптической инспекции для непосредственного места наличия дефекта. Минимальный размер контактной площадки 50 х50 мкм. Минимальное расстояние между центрами контактных площадок 0,1 мм.

РЕНТГЕН-КОНТРОЛЬ

Рентгеновская установка проверки печатных плат

Контроль качества монтажа компонентов с контактами, находящимися под корпусом элемента или другими элементами сборки.

Также выявляет возможные неоднородности пайки сложных компонентов, такие как: короткие замыкания, отсутствие припоя, слабый контакт между припоем и площадкой, внутренние дефекты галтели (трещины и микропузырьки). Обнаруженный дефект легко устраняется монтажником.

Увеличение до 1590 крат.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ НАШЕГО ПРОИЗВОДСТВА

Односторонний и двухстронний монтаж
Автоматическая пайка на линии SMD монтажа
Пайка волной
Ручной монтаж
Диапазон устанавливаемых компонентов от 0201 (0,6мм х 0,3мм) до 45мм х 45мм с максимальной высотой 15мм; QFP и т.п. шаг выводов до 0,3мм; SOIC, PLCC, TSOP, CSP, BGA шаг шариков до 0,5мм
Возможность проведения рентген контроля
Ремонт и установка BGA корпусов микросхем на ремонтной станции
Возможность проведения контроля летающими пробниками
Проведение операций функционального контроля электронных модулей

Изготовление прототипов печатной платы и PCB монтаж производителей

Служба прототипов на основе данных.

Самодельная макетная плата — МозгоЧины

В распоряжении имеется заводская макетная плата вот такого типа:

Она не нравится мне по двум причинам:

1) При монтаже деталей приходится постоянно вертеть туда-сюда, чтоб сначала поставить радиодеталь, а потом припаять проводник. На столе ведёт себя неустойчиво.

2) После демонтажа отверстия остаются залиты припоем, перед следующим использованием платы приходится их прочищать.

Поискав в интернете различные виды макетных плат, которые можно сделать своими руками и из доступных материалов, наткнулся на несколько интересных вариантов, один из которых решил повторить.

Вариант №1

Цитата с форума: «Я, например многие годы, использую вот такие самодельные макетные платы. Собраны из куска стеклотекстолита, в который наклёпаны медные штырьки. Такие штырьки можно либо купить на радиорынке, либо изготовить самому из медной проволоки диаметром 1,2-1,3 мм. Более тонкие штырьки слишком сильно гнутся, а более толстые забирают слишком много тепла при пайке. Эта «макетка» позволяет многократно использовать самые затрапезные радиоэлементы. Соединения лучше делать проводом во фторопластовой изоляции МГТФ. Тогда однажды изготовленных концов хватит на всю жизнь.»

Думаю, что такой вариант подойдёт мне больше всего. Но стеклотекстолита и готовых медных штырьков в наличии не имеется, так что сделаю немного по-другому.

Медную проволоку добыл из провода:

Зачистил изоляцию и при помощи нехитрого ограничителя наделал штырьков одинаковой длины:

Диаметр штырьков — 1 мм.

За основу платы взял фанеру толщиной 4 мм ( чем толще, тем крепче будут держаться штырьки):

Чтобы не мучиться с разметкой, скотчем наклеил на фанеру разлинованную бумагу:

И просверлил отверстия с шагом 10 мм сверлом диаметром 0.9 мм:

Получаем ровные ряды отверстий:

Теперь нужно забить штырьки в отверстия. Так как диаметр отверстия меньше диаметра штырька, соединение получится внатяг и штырь будет плотно зафиксирован в фанере.

При забивании штырьков под низ фанеры нужно подложить металлический лист. Штырьки забиваются лёгкими движениями, и когда звук изменится, значит, штырь достиг листа.

Чтобы плата не ёрзала, делаем ножки:

Приклеиваем:

Макетная плата готова!

Таким же методом можно сделать плату для поверхностного монтажа (фото из интернета, радиоприёмник):

Ниже для полноты картины я приведу несколько годных конструкций, найденных в интернете.

Вариант №2

В отрезок доски забиваются канцелярские кнопки с металлической головкой:

Осталось только залудить их. Омеднёные кнопки лудятся без проблем, а вот со стальными придётся повозиться.

Сделать такую плату очень быстро и просто.

Вариант №3

В нефольгированном стеклотекстолите сверлится ряд отверстий, в которые продеваются полоски из жести.

Вариант № 4

Для такой платы понадобится фольгированный стеклотекстолит и вот такой скребок, сделанный из полотна от ножовки по металлу:

В текстолите нужно порезать фольгу резаком на квадратики, и плата готова:

Этот же метод можно использовать для нарезки дорожек на платах.

Бонус

Случайно увидел идею, как можно сделать беспаечную макетную плату из разъёмов компьютерных шлейфов:

Склейка таких разъёмов позволяет получить плату любых размеров.

Изготовление высококачественных печатных плат в «домашних» условиях

Таити!.. Таити!..
Не были мы ни на каком Таити!
Нас и тут неплохо кормят!
© Кот из мультика

Вступление с отступлением

Как в бытовых и лабораторных условиях делали платы раньше? Способов было несколько например:

рисовали будущие проводники рейсфедерами;
гравировали и резали резаками;
наклеивали скотч или изоленту, потом рисунок вырезали скальпелем;
изготавливали простейшие трафареты с последующим нанесением рисунка с помощью аэрографа.

Недостающие элементы дорисовывали рейсфедерами и ретушировали скальпелем.

Это был длительный и трудоемкий процесс, требующий от «рисователя» недюжинных художественных способностей и аккуратности. Толщина линий с трудом укладывалась в 0,8 мм, точность повторения была никакая, каждую плату нужно было рисовать отдельно, что сильно сдерживало выпуск даже очень маленькой партии печатных плат (далее ПП).

Что же мы имеем сегодня?

Прогресс не стоит на месте. Времена, когда радиолюбители рисовали ПП каменными топорами на шкурах мамонтов, канули в лету. Появление на рынке общедоступной химии для фотолитографии открывает перед нами совсем иные перспективы производства ПП без металлизации отверстий в домашних условиях.

Коротко рассмотрим химию, используемую сегодня для производства ПП.

Фоторезист

Можно использовать жидкий или пленочный. Пленочный в данной статье рассматривать не будем вследствие его дефицитности, сложностей прикатывания к ПП и более низкого качества получаемых на выходе печатных плат.

После анализа предложений рынка я остановился на POSITIV 20 в качестве оптимального фоторезиста для домашнего производства ПП.

Назначение:
POSITIV 20 фоточувствительный лак. Используется при мелкосерийном изготовлении печатных плат, гравюр на меди, при проведении работ, связанных с переносом изображений на различные материалы.
Свойства:
Высокие экспозиционные характеристики обеспечивают хорошую контрастность переносимых изображений.
Применение:
Применяется в областях, связанных с переносом изображений на стекло, пластики, металлы и пр. при мелкосерийном производстве. Способ применения указан на баллоне.
Характеристики:
Цвет: синий
Плотность: при 20°C 0,87 г/см³
Время высыхания: при 70°C 15 мин.
Расход: 15 л/м²
Максимальная фоточувствительность: 310-440 нм

Подробнее о POSITIV 20 можно почитать здесь.

В инструкции к фоторезисту написано, что хранить его можно при комнатной температуре и он не подвержен старению. Категорически не согласен! Хранить его нужно в прохладном месте, например, на нижней полке холодильника, где обычно поддерживается температура +2+6°C. Но ни в коем случае не допускайте отрицательных температур!

Если использовать фоторезисты, продаваемые «на розлив» и не имеющие светонепроницаемой упаковки, требуется позаботиться о защите от света. Хранить нужно в полной темноте и температуре +2+6°C.

Просветитель

Аналогично, наиболее подходящим просветителем я считаю постоянно используемый мной TRANSPARENT 21.

Назначение:
Позволяет непосредственно переносить изображения на поверхности, покрытые светочувствительной эмульсией POSITIV 20 или другим фоторезистом.
Свойства:
Придает прозрачность бумаге. Обеспечивает пропускание ультрафиолетовых лучей.
Применение:
Для быстрого переноса контуров рисунков и схем на подложку. Позволяет значительно упростить процесс репродуцирования и сократить временные затраты.
Характеристики:
Цвет: прозрачный
Плотность: при 20°C 0,79 г/см³
Время высыхания: при 20°C 30 мин.
Примечание:
Вместо обычной бумаги с просветителем можно использовать прозрачную пленку для струйных или лазерных принтеров в зависимости от того, на чем будем печатать фотошаблон.

Проявитель фоторезиста

Существует много различных растворов для проявления фоторезиста.

Советуют проявлять с помощью раствора «жидкое стекло». Его химический состав: Na₂SiO₃*5H₂O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП вы можете оставить ПП на не фиксированное точно время. Раствор почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры (нет риска распада при увеличении температуры), также имеет очень большой срок хранения его концентрация остается постоянной не менее пары лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуют смешивать 1 часть концентрата с 180 частями воды (чуть более 1,7 г силиката в 200 мл воды), но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 секунд без риска разрушения поверхности при передержке. При невозможности приобретения силиката натрия используйте углекислый натрий (Na₂СO₃) или углекислый калий (K₂СO₃).
Также рекомендуют бытовое средство для прочистки сантехники «Крот».

Не пробовал ни первое, ни второе, поэтому расскажу, чем проявляю без каких-либо проблем уже несколько лет. Я использую водный раствор каустической соды. На 1 литр холодной воды 7 граммов каустической соды. Если нет NaOH, применяю раствор KOH, вдвое увеличив концентрацию щелочи в растворе. Время проявления 30-60 секунд при правильной экспозиции. Если по истечении 2 минут рисунок не проявляется (или проявляется слабо), и начинает смываться фоторезист с заготовки значит, неправильно выбрано время экспозиции: нужно увеличивать. Если, наоборот, быстро проявляется, но смываются и засвеченные участки, и незасвеченные либо слишком велика концентрация раствора, либо низкое качество фотошаблона (ультрафиолет свободно проходит сквозь «черное»): нужно увеличивать плотность печати шаблона.

Растворы травления меди

Лишнюю медь с печатных плат стравливают с помощью разных травителей. Среди людей, занимающихся этим дома, зачастую распространены персульфат аммония, перекись водорода + соляная кислота, раствор медного купороса + поваренная соль.

Я всегда травлю хлорным железом в стеклянной посуде. При работе с раствором нужно быть осторожным и внимательным: при попадании на одежду и предметы остаются ржавые пятна, которые с трудом удаляются слабым раствором лимонной (сок лимона) или щавелевой кислоты.

Концентрированный раствор хлорного железа подогреваем до 50-60°C, в него погружаем заготовку, стеклянной палочкой с ватным тампоном на конце аккуратно и без усилия водим по участкам, где хуже стравливается медь, этим достигается более ровное травление по всей площади ПП. Если не выравнивать принудительно скорость, увеличивается требуемая продолжительность травления, а это со временем приводит к тому, что на участках, где медь уже стравилась, начинается подтравливание дорожек. В итоге имеем совсем не то, что хотели получить. Очень желательно обеспечить непрерывное перемешивание травильного раствора.

Химия для смывки фоторезиста

Чем проще всего смыть уже ненужный фоторезист после травления? После многократных проб и ошибок я остановился на обыкновенном ацетоне. Когда его нет смываю любым растворителем для нитрокрасок.

Итак, делаем печатную плату

С чего начинается высококачественная печатная плата? Правильно:

Создание высококачественного фотошаблона

Для его изготовления можно воспользоваться практически любым современным лазерным или струйным принтером. Учитывая, что мы используем в рамках данной статьи позитивный фоторезист, там, где на ПП должна остаться медь, принтер должен рисовать черным. Где не должно быть меди принтер ничего не должен рисовать. Очень важный момент при печати фотошаблона: требуется установить максимальный полив красителя (в настройках драйвера принтера). Чем более черными будут закрашенные участки, тем больше шансов получить великолепный результат. Цвет не нужен, достаточно черного картриджа. Из той программы (рассматривать программы не будем: каждый волен выбирать сам от PCAD до Paintbrush), в которой рисовался фотошаблон, печатаем на обычном листе бумаги. Чем выше разрешение при печати и чем качественнее бумага, тем выше будет качество фотошаблона. Рекомендую не ниже 600 dpi, бумага не должна быть сильно плотной. При печати учитываем, что той стороной листа, на которую наносится краска, шаблон будет класться на заготовку ПП. Если сделать иначе, края у проводников ПП будут размытыми, нечеткими. Даем просохнуть краске, если это был струйный принтер. Далее пропитываем бумагу TRANSPARENT 21, даем просохнуть и фотошаблон готов.

Вместо бумаги и просветителя можно и даже очень желательно использовать прозрачную пленку для лазерных (при печати на лазерном принтере) или струйных (для струйной печати) принтеров. Учтите, что у этих пленок стороны неравнозначны: только одна рабочая. Если будете использовать лазерную печать, крайне рекомендую сделать «сухой» прогон листа пленки перед печатью просто прогоните лист через принтер, имитируя печать, но ничего не печатая. Зачем это нужно? При печати фьюзер (печка) прогреет лист, что неизбежно приведет к его деформации. Как следствие ошибка в геометрии ПП на выходе. При изготовлении двусторонних ПП это чревато несовпадением слоев со всеми вытекающими А с помощью «сухого» прогона мы прогреем лист, он деформируется и будет готов к печати шаблона. При печати лист во второй раз пройдет сквозь печку, но деформация при этом будет куда менее значительной проверено неоднократно.

Если ПП несложная, можно нарисовать ее вручную в очень удобной программе с русифицированным интерфейсом Sprint Layout 3.0R (~650 КБ).

На подготовительном этапе рисовать не слишком громоздкие электрические схемы очень удобно в также русифицированной программе sPlan 4.0 (~450 КБ).

Так выглядят готовые фотошаблоны, распечатанные на принтере Epson Stylus Color 740:

Печатаем только черным, с максимальным поливом красителя. Материал прозрачная пленка для струйных принтеров.

Подготовка поверхности ПП к нанесению фоторезиста

Для производства ПП используются листовые материалы с нанесенной медной фольгой. Самые распространенные варианты с толщиной меди 18 и 35 мкм. Чаще всего для производства ПП в домашних условиях используются листовые текстолит (прессованная с клеем ткань в несколько слоев), стеклотекстолит (то же самое, но в качестве клея используются эпоксидные компаунды) и гетинакс (прессованная бумага с клеем). Реже ситтал и поликор (высокочастотная керамика в домашних условиях применяется крайне редко), фторопласт (органический пластик). Последний также применяется для изготовления высокочастотных устройств и, имея очень хорошие электротехнические характеристики, может использоваться везде и всюду, но его применение ограничивает высокая цена.

Прежде всего, необходимо убедиться в том, что заготовка не имеет глубоких царапин, задиров и тронутых коррозией участков. Далее желательно до зеркала отполировать медь. Полируем не особо усердствуя, иначе сотрем и без того тонкий слой меди (35 мкм) или, во всяком случае, добьемся разной толщины меди на поверхности заготовки. А это, в свою очередь, приведет к разной скорости вытравливания: быстрее стравится там, где тоньше. Да и более тонкий проводник на плате не всегда хорошо. Особенно, если он длинный и по нему будет течь приличный ток. Если медь на заготовке качественная, без грехов, то достаточно обезжирить поверхность.

Нанесение фоторезиста на поверхность заготовки

Располагаем плату на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности и наносим состав из аэрозольной упаковки с расстояния примерно 20 см. Помним, что важнейший враг при этом пыль. Каждая частица пыли на поверхности заготовки источник проблем. Чтобы создать однородное покрытие, распыляем аэрозоль непрерывными зигзагообразными движениями, начиная из верхнего левого угла. Не применяйте аэрозоль в избыточных количествах, так как это вызывает нежелательные подтеки и приводит к образованию неоднородного по толщине покрытия, требующего более длительного времени экспозиции. Летом при высокой температуре окружающей среды может потребоваться повторная обработка, либо необходимо распылять аэрозоль с меньшего расстояния для уменьшения потерь от испарения. При распылении не наклоняйте баллон сильно это приводит к повышенному расходу газа-пропеллента и как следствие аэрозольный баллон прекращает работу, хотя в нем остается еще фоторезист. Если вы получаете неудовлетворительные результаты при аэрозольном нанесении фоторезиста, используйте центрифужное покрытие. В этом случае фоторезист наносится на плату, закрепленную на вращающемся столе с приводом 300-1000 оборотов в минуту. После окончания нанесения покрытия плата не должна подвергаться воздействию сильного света. По цвету покрытия можно приблизительно определить толщину нанесенного слоя:

светло-серый синий 1-3 микрона;
темно-серый синий 3-6 микрон;
синий 6-8 микрон;
темно-синий более 8 микрон.

На меди цвет покрытия может иметь зеленоватый оттенок.

Чем тоньше покрытие на заготовке, тем лучше результат.

Я всегда наношу фоторезист на центрифуге. В моей центрифуге скорость вращения 500-600 об/мин. Крепление должно быть простым, зажим производится только по торцам заготовки. Закрепляем заготовку, запускаем центрифугу, брызгаем на центр заготовки и наблюдаем, как фоторезист тончайшим слоем растекается по поверхности. Центробежными силами излишки фоторезиста будут сброшены с будущей ПП, поэтому очень рекомендую предусмотреть защитную стенку, чтобы не превратить рабочее место в свинарник. Я использую обыкновенную кастрюлю, в днище которой по центру сделано отверстие. Через это отверстие проходит ось электродвигателя, на которой установлена площадка крепления в виде креста из двух алюминиевых реек, по которым «бегают» уши зажима заготовок. Уши сделаны из алюминиевых уголков, зажимаемых на рейке гайкой типа «барашек». Почему алюминий? Маленькая удельная масса и, как следствие, меньше биения при отклонении центра массы вращения от центра вращения оси центрифуги. Чем точнее отцентрировать заготовку, тем меньше будут биения за счет эксцентриситета массы и тем меньше усилий потребуется для жесткого крепления центрифуги к основанию.

Фоторезист нанесен. Даем ему просохнуть в течение 15-20 минут, переворачиваем заготовку, наносим слой на вторую сторону. Даем еще 15-20 минут на сушку. Не забываем о том, что попадание прямого солнечного света и пальцев на рабочие стороны заготовки недопустимы.

Дубление фоторезиста на поверхности заготовки

Помещаем заготовку в духовку, плавно доводим температуру до 60-70°C. При этой температуре выдерживаем 20-40 минут. Важно, чтобы поверхностей заготовки ничто не касалось допустимы только касания торцов.

Выравнивание верхнего и нижнего фотошаблонов на поверхностях заготовки

На каждом из фотошаблонов (верхний и нижний) должны быть метки, по которым на заготовке нужно сделать 2 отверстия для совмещения слоев. Чем дальше друг от друга метки, тем выше точность совмещения. Обычно я их ставлю по диагонали шаблонов. По этим меткам на заготовке с помощью сверлильного станка строго под 90° сверлим два отверстия (чем тоньше отверстия, тем точнее совмещение я использую сверло 0,3 мм) и совмещаем по ним шаблоны, не забывая о том, что шаблон должен прикладываться к фоторезисту той стороной, на которую была произведена печать. Прижимаем шаблоны к заготовке тонкими стеклами. Стекла предпочтительнее всего использовать кварцевые они лучше пропускают ультрафиолет. Еще лучшие результаты дает оргстекло (плексиглас), но оно имеет неприятное свойство царапаться, что неизбежно скажется на качестве ПП. При небольших размерах ПП можно использовать прозрачную крышку от упаковки компакт-диска. За неимением таких стекол можно использовать и обычное оконное, увеличив время экспозиции. Важно, чтобы стекло было ровным, обеспечивая ровное прилегание фотошаблонов к заготовке, иначе невозможно будет получить качественные края дорожек на готовой ПП.

Заготовка с фотошаблоном под оргстеклом. Используем коробку из-под компакт-диска.

Экспозиция (засветка)

Время, требуемое для экспонирования, зависит от толщины слоя фоторезиста и интенсивности источника света. Лак-фоторезист POSITIV 20 чувствителен к ультрафиолетовым лучам, максимум чувствительности приходится на участок с длиной волны 360-410 нм.

Лучше всего экспонировать под лампами, диапазон излучения которых находится в ультрафиолетовой области спектра, но если такой лампы у вас нет можно использовать и обычные мощные лампы накаливания, увеличив время экспозиции. Не начинайте засветку до момента стабилизации освещения от источника необходимо, чтобы лампа прогрелась в течение 2-3 минут. Время экспозиции зависит от толщины покрытия и обычно составляет 60-120 секунд при расположении источника света на расстоянии 25-30 см. Используемые пластины стекла могут поглощать до 65% ультрафиолета, поэтому в таких случаях необходимо увеличивать время экспозиции. Лучшие результаты достигаются при использовании прозрачных плексигласовых пластин. При применении фоторезиста с длительным сроком хранения время экспонирования может потребоваться увеличить вдвое помните: фоторезисты подвержены старению!

Примеры использования различных источников света:

Источник света	Время	Расстояние	Примечание
ртутная лампа Philips HPR125	3 мин.	30 см	покрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
ртутная лампа 1000W	1,5 мин.	50 см	покрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
ртутная лампа 500W	2,5 мин.	50 см	покрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
кварцевая лампа 300W	3-4 мин.	30 см	покрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
солнечный свет	5-10 мин.	лето, в полдень, безоблачно	покрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
лампы Osram-Vitalux 300W	4-8 мин.	40 см	покрытие из кварцевого стекла толщиной 8 мм

Лампы УФ-излучения

Каждую сторону экспонируем по очереди, после экспозиции даем выстояться заготовке 20-30 минут в затемненном месте.

Проявление экспонированной заготовки

Проявляем в растворе NaOH (каустическая сода) подробнее смотрите в начале статьи при температуре раствора 20-25°C. Если до 2 минут проявления нет мало время экспозиции. Если проявляется хорошо, но смываются и полезные участки вы перемудрили с раствором (слишком велика концентрация) или слишком велико время экспозиции при данном источнике излучения или фотошаблон низкого качества недостаточно насыщенный печатаемый черный цвет позволяет ультрафиолету засвечивать заготовку.

При проявлении я всегда очень бережно, без усилий «катаю» ватным тампоном на стеклянной палочке по тем местам, где должен смыться засвеченный фоторезист, это ускоряет процесс.

Промывка заготовки от щелочи и остатков отслоившегося засвеченного фоторезиста

Я делаю это под водопроводным краном обычной водопроводной водой.

Повторное дубление фоторезиста

Помещаем заготовку в духовку, плавно поднимаем температуру и при температуре 60-100°C выдерживаем 60-120 минут рисунок становится прочным и твердым.

Проверка качества проявления

Кратковременно (на 5-15 секунд) погружаем заготовку в подогретый до температуры 50-60°C раствор хлорного железа. Быстро промываем проточной водой. В местах, где фоторезиста нет, начинается интенсивное травление меди. Если где-то случайно остался фоторезист, аккуратно механически удаляем его. Удобно это делать обычным или офтальмологическим скальпелем, вооружившись оптикой (очки для пайки, лупа часовщика, лупа на штативе, микроскоп).

Травление

Травим в концентрированном растворе хлорного железа с температурой 50-60°C. Желательно обеспечить непрерывную циркуляцию травильного раствора. Плохо стравливающиеся места аккуратно «массируем» ватным тампоном на стеклянной палочке. Если хлорное железо свежеприготовленное, время травления обычно не превышает 5-6 минут. Промываем заготовку проточной водой.

Плата вытравлена

Как готовить концентрированный раствор хлорного железа? Растворяем в слегка (до 40°C) подогретой воде FeCl₃ до тех пор, пока не перестанет растворяться. Фильтруем раствор. Хранить нужно в затемненном прохладном месте в герметичной неметаллической упаковке в стеклянных бутылках, например.

Удаление уже ненужного фоторезиста

Смываем фоторезист с дорожек ацетоном или растворителем для нитрокрасок и нитроэмалей.

Сверление отверстий

Диаметр точки будущего отверстия на фотошаблоне желательно подбирать таким, чтобы впоследствии было удобно сверлить. Например, при требуемом диаметре отверстия 0,6-0,8 мм диаметр точки на фотошаблоне должен быть около 0,4-0,5 мм в таком случае сверло будет хорошо центроваться.

Желательно использовать сверла, покрытые карбидом вольфрама: сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), так как сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром менее 1 мм лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Если сверлить ручной дрелью неизбежны перекосы, ведущие к неточной стыковке отверстий между слоями. Движение сверху вниз на вертикальном сверлильном станке самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия) или с толстым (иногда называют «турбо-») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно, 3,5 мм). При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, так как такое сверло при движении вверх может приподнять ПП, перекосить перпендикулярность и вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон (различных размеров), либо в трехкулачковый патрон. Для точной фиксации закрепление в трехкулачковом патроне не самый лучший вариант, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, теряя хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, то есть, во-первых, обеспечить хорошее освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать галогенную лампу, прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 15 см выше столешницы для лучшего визуального контроля над процессом. Неплохо было бы удалять пыль и стружку в процессе сверления (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка.

Типичные размеры отверстий:

переходные отверстия 0,8 мм и менее;
интегральные схемы, резисторы и т.д. 0,7-0,8 мм;
большие диоды (1N4001) 1,0 мм;
контактные колодки, триммеры до 1,5 мм.

Старайтесь избегать отверстий диаметром менее 0,7 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0,8 мм и менее, так как они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат отверстия, расположенные близко от центра. Положите платы друг на друга и, используя центрующие отверстия 0,3 мм в двух противоположных углах и штифты в качестве колышков, закрепите платы относительно друг друга.

При необходимости можно зенковать отверстия сверлами большего диаметра.

Лужение меди на ПП

Если нужно облудить дорожки на ПП, можно воспользоваться паяльником, мягким низкоплавким припоем, спиртоканифольным флюсом и оплеткой коаксиального кабеля. При больших объемах лудят в ванных, наполненных низкотемпературными припоями с добавлением флюсов.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав «Розе» (олово 25%, свинец 25%, висмут 50%), температура плавления которого 93-96°C. Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 секунд и, вынув, проверяют, вся ли медная поверхность покрыта равномерно. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его остатки удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении, перпендикулярном плоскости платы, удерживая ту в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является нагрев платы в термошкафу и встряхивание. Операция может проводиться повторно для достижения монотолщинного покрытия. Чтобы предотвратить окисление горячего расплава, в емкость для лужения добавляют глицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После окончания процесса плата отмывается от глицерина в проточной воде. Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожога необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками.

Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Хочу поделиться еще одним способом лужения при помощи сплава «Розе», также проверенным на практике. Обыкновенная водопроводная вода наливается в консервную банку или небольшую мисочку, добавляется немного лимонной кислоты или уксуса, ставится на плиту. В кипящую воду помещается плата, высыпается несколько застывших капель сплава «Розе», которые тут же плавятся в кипящей воде, и ваткой, намотанной на длинный пинцет или палочку (чтобы не обжечься паром), аккуратно размазываются по дорожкам. По завершении процесса вода сливается, а застывшие остатки сплава складываются в какую-либо емкость до следующего использования.

Не забудьте после лужения очистить плату от флюса и тщательно обезжирить.

Если у вас большое производство можно использовать химическое лужение.

Нанесение защитной маски

Операции с нанесением защитной маски в точности повторяют все, что было написано выше: наносим фоторезист, сушим, дубим, центруем фотошаблоны масок, экспонируем, проявляем, промываем и еще раз дубим. Само собой, пропускаем шаги с проверкой качества проявления, травлением, удалением фоторезиста, лужением и сверлением. В самом конце дубим маску в течение 2 часов при температуре около 90-100°C она станет прочной и твердой, как стекло. Образованная маска защищает поверхность ПП от внешнего воздействия и предохраняет от теоретически возможных замыканий при эксплуатации. Также она играет не последнюю роль при автоматической пайке не дает «сесть» припою на соседние участки, замыкая их.

Все, двусторонняя печатная плата с маской готова

Мне приходилось таким образом делать ПП с шириной дорожек и шагом между ними до 0,05 мм (!). Но это уже ювелирная работа. А без особых усилий можно делать ПП с шириной дорожки и шагом между ними 0,15-0,2 мм.

На плату, показанную на фотографиях, я маску не наносил не было такой необходимости.

Печатная плата в процессе монтажа на нее компонентов

А вот и само устройство, для которого делалась ПП:

Это сотовый телефонный мост, позволяющий в 2-10 раз снизить стоимость услуг мобильной связи ради этого стоило возиться с ПП ;). ПП с распаянными компонентами находится в подставке. Раньше там было обыкновенное зарядное устройство для аккумуляторов мобильного телефона.

Дополнительная информация

Металлизация отверстий

В домашних условиях можно выполнить даже металлизацию отверстий. Для этого внутренняя поверхность отверстий обрабатывается 20-30-процентным раствором азотнокислого серебра (ляпис). Затем поверхность очищается ракелем и плата сушится на свету (можно использовать УФ-лампу). Суть этой операции в том, что под действием света азотнокислое серебро разлагается, и на плате остаются вкрапления серебра. Далее производится химическое осаждение меди из раствора: сернокислая медь (медный купорос) 2 г, едкий натр 4 г, нашатырный спирт 25-процентный 1 мл, глицерин 3,5 мл, формалин 10-процентный 8-15 мл, вода 100 мл. Срок хранения приготовленного раствора очень мал готовить нужно непосредственно перед применением. После осаждения меди плату промывают и сушат. Слой получается очень тонким, его толщину необходимо увеличить до 50 мкм гальваническим способом.

Раствор для нанесения медного покрытия гальваническим способом:
На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) и 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка, подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, плотность тока 0,02-0,3 A/см², температура 18-30°C. Чем меньше ток, тем медленнее идет процесс металлизации, но тем качественнее получаемое покрытие.

Фрагмент печатной платы, где видна металлизация в отверстии

Самодельные фоторезисты

Фоторезист на основе желатина и бихромата калия:
Первый раствор: 15 г желатина залить 60 мл кипяченой воды и оставить для набухания на 2-3 часа. После набухания желатина поставить емкость на водяную баню при температуре 30-40°C до полного растворения желатина.
Второй раствор: в 40 мл кипяченой воды растворить 5 г двухромовокислого калия (хромпик, порошок ярко-оранжевого цвета). Растворять при слабом рассеянном освещении.
В первый раствор при интенсивном перемешивании влить второй. В полученную смесь пипеткой добавить несколько капель нашатырного спирта до получения соломенного цвета. Фотоэмульсия наносится на подготовленную плату при очень слабом освещении. Плата сушится до «отлипа» при комнатной температуре в полной темноте. После экспонирования плату при слабом рассеянном освещении промыть в теплой проточной воде до удаления незадубленного желатина. Чтобы лучше оценить результат, можно окрасить участки с неудаленным желатином раствором марганцовки.

Усовершенствованный самодельный фоторезист:
Первый раствор: 17 г столярного клея, 3 мл водного раствора аммиака, 100 мл воды оставить для набухания на сутки, затем греть на водяной бане при 80°C до полного растворения.
Второй раствор: 2,5 г бихромата калия, 2,5 г бихромата аммония, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды, 6 мл спирта.
Когда первый раствор остынет до 50°C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную смесь профильтруйте (эту и последующие операции необходимо проводить в затемненном помещении, солнечный свет недопустим!). Эмульсия наносится при температуре 30-40°C. Дальше как в первом рецепте.

Фоторезист на основе бихромата аммония и поливинилового спирта:
Готовим раствор: поливиниловый спирт 70-120 г/л, бихромат аммония 8-10 г/л, этиловый спирт 100-120 г/л. Избегать яркого света! Наносится в 2 слоя: первый слой сушка 20-30 минут при 30-45°C второй слой сушка 60 минут при 35-45°C. Проявитель 40-процентный раствор этилового спирта.

Химическое лужение

Прежде всего, плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3 секунды в 5-процентном растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.

Достаточно просто осуществлять химическое лужение погружением платы в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такой раствор соли олова, в котором потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразующей добавки тиокарбамида (тиомочевины). Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

	1	2	3	4
Двухлористое олово SnCl₂*2H₂O	5,5	5-8	20	10
Тиокарбамид CS(NH₂)₂	50	35-50	—	—
Серная кислота H₂SO₄	—	30-40	—	—
Винная кислота C₄H₆O₆	35	—	—	—
Каустическая сода NaOH	—	6	—	—
Молочнокислый натрий	—	—	200	—
Сернокислый алюминий-аммоний (алюмоаммонийные квасцы)	—	—	—	300
Температура, °C	60-70	50-60	18-25	18-25

Среди перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1-го раствора предлагается использование моющего средства «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2-й раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия (препятствует старению) и многократно увеличивает срок хранения до пайки компонентов у готовой ПП.

Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проводится прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас большие заказы бывают нечасто, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количества ПП, а остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально подходят бутылки типа используемых в фотографии, не пропускающие воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнения, которое может сильно ухудшить качество вещества.

В заключение хочу сказать, что все же лучше использовать готовые фоторезисты и не заморачиваться с металлизацией отверстий в домашних условиях великолепных результатов все равно не получите.

Макетная плата — это… Что такое Макетная плата?

Пустая макетная плата Две самодельных макетных платы для микроконтроллера ATmega8 в процессе травления. На левой плате: сверху место для силовых транзисторов, под ним разъём программатора. В центре место для микросхемы, слева от неё — место для кварца. По кромке платы проведены дорожки питания и «земли».

Макетная плата — универсальная печатная плата для сборки и моделирования прототипов электронных устройств. Макетные платы подразделяются на два типа: для монтажа посредством пайки и без таковой.

Потребность в макетных платах

При создании прототипов электронных устройств приходится сталкиваться с рядом проблем.

Плату необходимо конструировать и изготавливать, а при ошибке в схеме, возможно, переделывать.
Для создания единственного экземпляра макетного устройства часто печатную плату делать невыгодно.
Если схемы на аналоговых элементах и микросхемах низкой степени интеграции можно было делать навесным монтажом, микропроцессорные устройства выполнять таким образом сложно.

Особенно страдают радиолюбители: не имея особых навыков в проектировании схем, они больше вынуждены полагаться на «метод тыка». Чтобы разрешить это противоречие, промышленность выпускает широкий диапазон макетных плат — плат с проведёнными на них короткими дорожками. Соединяя дорожки проводниками, радиолюбитель получает нужную ему схему.

Разновидности

Есть несколько различных типов макетных плат:

Универсальные — имеют исключительно металлизированные отверстия, которые разработчик должен соединять перемычками.
Для цифровых устройств — намечены возможные места для микросхем, по всей плате проведены шины питания.
Специализированные — для устройств на микросхеме конкретной модели. На таких платах есть как заранее разведённые стандартные цепи, так и матрица отверстий и дорожек для нестандартных. Например, для микроконтроллерных устройств стандартными цепями будут посадочное место для микросхемы, питание, «земля», кварцевый резонатор и линии внутрисхемного программирования.

Макетные платы для монтажа в гнёзда

Макетная плата на основе гнёзд с шагом 2,54 мм (0,1 дюйма) для сборки прототипа без пайки

В таких макетных платах имеются тысячи отверстий, электрически связанных между собой, например, с помощью металлических полосок. Выводы радиодеталей и микросхем вставляются в эти отверстия, а затем соединяются перемычками — кусочками зачищенных проводов. Длинные ряды контактов вверху, посередине и внизу платы — шины питания. Они служат для соединения многочисленных точек схемы с источником питания и «землёй». Под каждым отверстием расположены упругие контакты специальной формы, обычно из никелевых сплавов для обеспечения высокой проводимости и долговечности соединений. Каждый контакт макетной платы может выдерживать более 10 тыс. циклов установки и удаления компонентов с выводами диаметром от 0,3 до 0,8 мм.^[1] Расстояние между отверстиями составляет 2,54 мм, что является стандартным расстоянием между выводами большинства транзисторов и микросхем в DIP-корпусах (резисторы, конденсаторы и другие радиодетали обычно имеют гибкие длинные выводы, которые можно установить куда угодно). Для некоторых микросхем в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа производятся платы-модули, позволяющие устанавливать их без пайки в предназначенные для DIP-компонентов макетные платы^[2]. На многих платах для удобства работы нанесена координатная сетка.

Макетные платы могут быть наращиваемыми: на их боковых гранях расположены пазы для соединения нескольких плат в более крупную.

Примечания

См. также

Литература

Каковы преимущества использования печатной платы (PCB)

PCB

Печатные платы — очень важная часть современного электронного оборудования. PCB — это аббревиатура от слова «печатная плата». Базовая схема печатной платы состоит из очень большого количества пассивных и активных компонентов. Все компоненты соединены бок о бок со следами на плате. Совершенно возможно разработать очень большие схемы на небольших печатных платах при наличии очень маленьких электронных компонентов.

Печатная плата

предлагает множество преимуществ, которые делают ее идеальным выбором для производителей электронных компонентов, инструментов и оборудования во всем мире. Ниже рассматриваются преимущества печатной платы.

Компактность и экономия проволоки

Характерная печатная плата включает в себя большое количество электронных компонентов. На печатной плате соединение между компонентами осуществляется через медные дорожки вместо использования ряда токоведущих проводов.Это делает межсоединения менее громоздкими.

Большинство этих компонентов очень маленького размера. Соединить эти компоненты проводами без помощи печатных плат было бы практически невозможно.

Обычно печатная плата предлагает простую платформу для компоновки электронных компонентов в сжатом и эффективном виде. Эта компактность позволяет создавать большие и сложные электронные схемы в малых форм-факторах. Это, в свою очередь, занимает меньше места на устройствах.

Простота ремонта и диагностики

В случае какого-либо повреждения очень легко проверить и заменить отдельные неисправные компоненты. Электронные компоненты и их полярность на правильно спроектированной печатной плате четко обозначены на плате.

Это обеспечивает удобство как в процессе установки, так и в процессе ремонта. Сигнальные пути часто отслеживаются при диагностике.

Экономия времени

Обычный метод подключения цепей требует много времени для соединения компонентов.В то время как печатная плата требует меньше времени на сборку схемы по сравнению с традиционным методом.

Иммунитет к движению

Самая важная вещь, на которую следует обратить внимание, это то, что все компоненты на печатной плате прикреплены к плате. Это делается с помощью флюса припоя, который не позволяет им двигаться независимо от движения самой платы.

Герметичные соединения и предотвращение коротких замыканий

Поскольку соединения выполняются автоматически через медные дорожки, вероятность потери соединений или короткого замыкания исключена.

Низкий уровень электронного шума

Печатная плата (правильно разложенная) дает меньше электронных шумов. Если он не расположен должным образом, шум может значительно ухудшить характеристики схемы.

Электрические компоненты на печатной плате организованы таким образом, чтобы длина пути электрического тока между ними была как можно меньше.

Это приводит к низкому уровню излучения и улавливания электромагнитных волн, тем самым обеспечивая более низкие перекрестные помехи между компонентами и между различными трассами, что обычно является серьезной проблемой в электронных схемах.

Электрический шум может выделяться в виде тепла, излучения или мерцающего звука.

Низкая стоимость

Массовое производство может быть достигнуто с меньшими затратами.

Надежность

Все вышеперечисленные факторы обеспечивают надежность работы схемы.

Недостатки печатных плат

Поскольку медные дорожки очень тонкие, они могут пропускать меньший ток, поэтому печатную плату нельзя использовать для больших токов, потому что в этом случае полосы будут нагреваться и вызывать проблемы.

При пайке всегда должны быть приняты меры предосторожности, чтобы избежать перегрева и разрушения лент.

Типы печатных плат

Как мы обсуждали выше, печатные платы представляют собой электронные платы для монтажа электронных компонентов на непроводящей плате и для создания проводящих соединений между ними.

Создание схемных шаблонов выполняется с использованием как аддитивных, так и вычитающих методов. Проводящая цепь, как правило, медная, хотя иногда используются алюминий, никель, хром и другие металлы.

Зависит от требований к пространству и плотности, а сложность схемы определяет тип производимой платы. Как указано ниже, существует три основных варианта печатных плат:

Односторонняя печатная плата: проводников только на одной поверхности диэлектрической основы печатной платы.

Односторонняя печатная плата

Двусторонняя печатная плата: проводников с обеих сторон диэлектрического материала и слои, соединенные между собой сквозными отверстиями (PTH).

Двусторонняя печатная плата

Многослойная печатная плата: проводников на трех или более слоях, разделенных диэлектрическим материалом, и слои соединены между собой с помощью PTH или контактных площадок.

Многослойная печатная плата

Кроме того, любые сомнения относительно этой статьи и проектов электроники для начинающих, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже.

Материалы для печатных плат | DuPont

Материалы для печатных плат

Просмотреть все материалы для печатных плат

Металлизация печатных плат

Посмотреть всю металлизацию для печатных плат
Подложка IC
Многослойные доски
HDI
Гибкие схемы

Ламинаты

Посмотреть все ламинаты
Адгезивные растворы на акриловой основе
Полностью полиимидные решения
Растворы эпоксидного клея
Растворы фторполимерных клеев
Тонкий ламинат с медным покрытием

Полиимидные пленки

Посмотреть все полиимидные пленки
Kapton® Полиимидные пленки
Композитные пленки Oasis®

Материалы для визуализации схем

Просмотреть все материалы для визуализации схем
Сухой пленочный фоторезист
Краски для трафаретной печати (серия CB)
Imagemaster ™ диазо-фотоинструментальные пленки

PCB Universe — Печатные платы — Изготовленные на заказ прототипы печатных плат и серийные печатные платы

PCB Universe — Печатные платы — Изготовленные на заказ прототипы печатных плат и производственные печатные платы — Ценовое предложение онлайн с нашим мгновенным ценовым предложением PCB ☞ Позвоните по телефону 888-775-PCBU (7228) или свяжитесь с нами, чтобы получить быстрое ценовое предложение по печатной плате

PCB Universe, ваш лучший источник
высококачественных и недорогих печатных плат.

Если вы предпочитаете прислать нам свои файлы для получения коммерческого предложения или если у вас есть вопросы по производству, позвоните нам по номеру
по бесплатному телефону 888-775-PCBU (7228) или свяжитесь с нами; Мы будем рады помочь!

Возможности

До 42 слоев
RoHS Finnish
(ENIG, Immersion Silver, OSP,
бессвинцовый припой, иммерсионное олово)

Min Trace / Space	3 мил
Мин. Механическое сверло	8 мил
Min Laser Drill	3 мил

Контролируемый импеданс
Слепой и похороненный Vias
Класс II и Класс III
ISO 9001: 2000
Rigid, Flex, Rigid Flex и Aluminium
и др…

Бесплатный обзор DFM
при каждом заказе!

МОНТАЖНЫЕ УСЛУГИ

ВОЗМОЖНОСТИ СБОРКИ BGA

1. Автоматическое размещение CBGA, PBGA, MBGA Проверка BGA с помощью рентгеновской системы в реальном времени.
2. Удаление и замена BGA и MBGA, опыт работы с керамическими и пластиковыми BGA, реболлинг BGA и MBGA.

СБОРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ SMT

1. Шаровая решетка (BGA)
2. Ультратонкая шаровая решетка (uBGA)
3.Quad Flat Pack No-Lead (QFN)
4. Quad Flat Package (QFP)
5. Пластиковый держатель микросхемы с выводами (PLCC)
6. SOIC, упаковка на упаковке (PoP)
7. Небольшие пакеты микросхем (шаг 0,2 мм)

УЗЕЛ ПРОХОДНОГО ОТВЕРСТИЯ

Автоматическая установка сквозных отверстий
Ручная установка сквозных отверстий
В настоящее время методы монтажа в сквозные отверстия обычно используются для более громоздких или тяжелых компонентов, таких как электролитические конденсаторы или электромеханические реле, которые требуют большой прочности опоры

ПРЕИМУЩЕСТВА СМЕШАННОЙ СБОРКИ

Смешанная сборка — компоненты со сквозным отверстием, SMT и BGA размещаются на печатной плате.Односторонняя или двусторонняя смешанная технология или SMT (поверхностный монтаж) для сборки печатных плат. Установка и доработка одно- или двусторонних BGA и Micro-BGA со 100% рентгеновским контролем

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Наше преимущество

В PCB Universe мы понимаем, что ваши технические требования развиваются, но ваши основные потребности всегда останутся прежними; неизменно высокое качество: надежные сроки выполнения заказа, низкая стоимость и оперативное обслуживание.Это краеугольные камни нашей философии бизнеса, и мы стремимся к постоянному совершенствованию наших услуг для наших клиентов. подробнее>

Корпоративный офис PCB Universe

11818 SE Mill Plain Blvd, Suite 208
Ванкувер, Вашингтон 98684
США

888-775-PCBU (7228): бесплатно
503-296-2925: eFax

Что такое двигатель с печатной платой (PCB)? — Преимущества и применение

A Печатная плата или Двигатель с дисковым якорем состоит из диска ротора, сделанного из немагнитного и непроводящего материала.Обмотка якоря и коммутатор покрыты медью с обеих сторон диска. Якорь диска размещен между двумя наборами постоянных магнитов, установленных на ферромагнитных пластинах. Кисти размещены по внутренней периферии.

Компоновка двигателя обеспечивает осевой поток через якорь. Крутящий момент в двигателе создается взаимодействием осевого потока и тока, протекающего через диск якоря.

Преимущества двигателя с печатной платой

Ниже перечислены различные преимущества двигателя с печатной платой: —

Мотор обеспечивает быстрый разгон и торможение.Поскольку инерция двигателя очень мала и, следовательно, соотношение крутящего момента и инерции очень высокое.
Ротор не содержит железа, поэтому индуктивность якоря мала.
Более низкая индуктивность двигателя снижает искрообразование и, как следствие, увеличивает срок службы щеток.
Крутящий момент отсутствует из-за немагнитного ротора.
Двигатель на печатной плате имеет высокую стойкость к перегрузкам.