"Z tej odległości nawet słonia by nie traf..." miały brzmieć ostatnie słowa generała Johna Sedgwick'a. Los spowodował że to oto niedokończone zdanie jest paradoksalnie zdaniem pełnym i skończonym; niosącym obraz tego, co działo się zaraz po skończniu jego wypowiadania. Ponadto, mówi wiele o człowieku je wypowiadającym - był bardzo pewny swego. I pewnym swego należy być. Zauważyłem że, mimo skończonej strony projektowej układu elektrycznego, do ostatecznych wersji wielu projektów tutaj, używane są układy polutowane na protoboardach czy innych płytkach perforowanych. Czasami ze straszną plątaniną kabelków. Oczywiście - jeśli działa to nic w tym złego, natomiast należy być świadomym, że taki układ jest podatniejszy na zakłócenia, zwarcia czy uszkodzenia mechaniczne. A zrobienie własnej płytki drukowanej wcale trudne nie jest, co postaram się zaprezentować w tym artykule. Jakie to ma powiązanie z pierwszym akapitem? Spore. Bo głównym argumentem, dlaczego autor nie zdecydował sie na płytkę trawioną, jest "nie umiem", "nie wiem czy wyjdzie". A skąd możesz to wiedzieć skoro nie próbowałeś? To naprawdę nic trudnego, wiem, bo sam się bałem przed pierwszym trawieniem. Niepotrzebnie, już pierwsza, robiona własnoręcznie płytka, wyszła bardzo dobrze a wcale się nie namęczyłem. Potem jest drugi etap strachu - płytka dwustronna. Wcale nie trudniejsza niż pojedyncza, dochodzi zaledwie jeden krok więcej... Po tym przydługim wstępie czas na przydługi artykuł.
NARZĘDZIA
- Program do projektowania płytek, w moim wypadku Eagle w wersji darmowej
- Drukarka laserowa
- Papier do termotransferu albo papier kredowy albo „śliskie” w dotyku ulotki („lub czasopisma”)
- Papier śniadaniowy/ papier do pieczenia / pergamin
- Laminat PCB jedno lub dwustronny
- Papier ścierny wodny P800
- Wytrawiacz B327
- Żelazko
- Izopropyl lub podobny preparat do odtłuszczania
- Aceton.
- i kilka rzeczy o których zapomniałem a pojawią się w treści.
WZORY ŚCIEŻEK
Pierwszą niezbędną rzeczą przy przygotowaniu własnej płytki PCB jest pozyskanie wzoru ścieżek. Ja do tego celu wykorzystuje darmowy program Eagle PCB, więc automatycznie kilka wskazówek do niego się pojawi. Nie będzie to natomiast stricte kurs Eagle, także techniczne aspekty rysowania płytek omijam szerokim łukiem a podstawy jeśli jej nie masz, należy poszukać po kursach dostępnych w internecie. Ja posłużę się płytką którą męczyłem ostatnio. Zawiera pola na elementy SMD w obudowach 1206 (rezystory i kondensatory ceramiczne) oraz typowe elementy przewlekane (kondensatory elektrolityczne i rezystory mocy). Płytka będzie jednowarstwowa ale z warstwą opisową pod elementami przewlekanymi. Można też użyć znalezionego w necie gotowca.
Aby uzyskać odpowiednie wzory warstw, dolnej i górnej, będziemy pracować na pliku *.brd programu Eagle. Przyjmuję że warstwa dolna (Bottom) jest warstwą ze ścieżkami i elementami SMD, na górnej (Top) natomiast umieszczam opis. I w dalszej części artykułu tak będę te mozaiki nazywał.
Górna warstwa opisowa komplikuje wykonanie PCB, natomiast dobrze zaprojektowana, ułatwia znacznie późniejsze lutowanie. Opis jest całkowicie opcjonalny i można bez problemu obejść się bez niego, robiąc pcb jednowarstwową.
Jeśli projekt jest gotowy, warto ułatwić sobie późniejsze wiercenie. Otwieramy plik brd z mozaiką ścieżek. Z menu Plik wybieramy Run i dwuklikiem zatwierdzamy skrypt „drill-aid”. Skrypt ten wstawia w miejsca wszystkich wierceń (przelotki, punkty lutownicze) pierścienie o określonej, małej, średnicy wewnętrznej. Dzięki temu, po wytrawieniu płytki, w środku każdego punktu lutowniczego znajduje się mały wytrawiony punkcik, którym centrować będzie się wiertło. Tak więc, w oknie które się wyświetli, wpisujemy wartość średnicy owego punkcika. Domyślnie jest 0,3mm, ja natomiast ustawiam 0,4mm – lepiej działa z moją drukarką. W ten sposób stworzy się kolejna warstwa w menu warstw programu.
Do przygotowania „matrycy” strony dolnej, z menu warstw wybieramy warstwy Bottom, Pads, Vias, Center Drill oraz wszystkie inne, które zawierają elementy, które chcemy zachować (np. na wartwie Dimension znajduje się domyślne obramowanie). Powinno wyglądać to np. tak:
Drukujemy. W opcjach druku zaznaczmy druk w skali 1, na czarno. Darmowy Eagle ma ograniczone pole płytki do 8x10cm. Z łatwością więc płytka taka, zarówno warstwa górna i dolna zmieszczą się na jednym arkuszu A5. W końcu o środowisko trzeba dbać i nie stać nas na marnowanie papieru. W sterowniku drukarki ja ustawiam druk w pionie, przyciemniony, w dużej rozdzielczości.
Wykonuje pierwszy wydruk, wykorzystując podajnik ręczny drukarki i kartkę papieru kredowego czy ulotkę przyciętą do formatu A5.
Następnie należy wydrukować stronę górną. Z menu warstw Eagle wybieramy warstwy: Top, Vias, tNames, tPlace, Dimension, Holes, tDocu. Warstwę Top wykorzystałem, tym razem, do rysowania zworek. Wygląda to, mniej-więcej, tak:
Przechodzimy do opcji drukowania. Należy wybrać te opcje, co poprzednio oraz UWAGA, opcję Mirror – odbije ona lustrzanie warstwę górną. Wydrukować na tej samej kartce, na której znajduje się poprzedni wydruk, ale tak aby wydruki nie nałożyły się na siebie. Nie mogą być też na tej samej wysokości ale po różnych stronach kartki.
Jeśli do dyspozycji macie edytor pdf, można najpierw stworzyć pdfy zamiast wydruków, skopiować obie mozaiki na jedną kartkę i wydrukować raz. Ta opcja jest lepsza dla posiadaczy starszych lub uszkodzonych drukarek, które brudzą papier (tak właśnie zachowuje się moja).
Ten krok jest nieistotny dla osób, które nie robią warstwy opisowej. Wydruki należy rozciąć, z zapasem minimum z 3 stron. Następnie za pomocą szpilek wycentrować otwory i skleić ze sobą taśmą klejącą (z dwóch lub trzech stron) oba wydruki, aby uzyskać coś w rodzaju koperty, tonerem do wewnątrz.
LAMINAT
Wycinamy z laminatu płytkę większą o ok. 1mm na brzegach niż zaprojektowana. Najlepiej ciąć przy kątowniku, aby płytka wyglądała możliwie równo i schludnie. Krawędzie cięcia zatępić pilnikiem gładzikiem lub papierem ściernym. Mając wycięty prostokąt należy go zmatowić papierem ściernym wodnym. Osiemsetka jest do tego celu bardzo dobra, ale zarówno 400 jak i 1200 też się nada. Delikatnie przecieramy powierzchnię miedzi wzdłuż jednej z krawędzi, następnie prostopadle. Nie musi być to mocne tarcie, ale takie, żeby rysy w jednym kierunku miały w miarę równą głębokość. Po tym zabiegu płytkę należy dokładnie umyć płynem do naczyń oraz odtłuścić, np. izopropylem. Z obu stron. Od tej pory nie dotykamy miedzi palcami.
TERMOTRANSFER
Należy przygotować miskę z ciepłą wodą i kropelką płynu do mycia naczyń oraz jakieś kombinerki/szczypce do przeniesienia gorącej płytki do wody. Dalej jest już prosto. Kopertę z laminatem w środku wkładamy pomiędzy złożony na pół papier śniadaniowy, kładziemy na szmatce na desce do prasowania i przykrywamy również szmatką. Papier śniadaniowy spowoduje że roztopiona taśma klejąca nie przyklei się do ściereczki. Stronę ze ścieżkami leży skierowana ku górze. Temperaturę na żelazku ustawiamy pomiędzy 2 a 3 kropki (trochę powyżej temp. prasowania wełny). Bez pary. Prasujemy lekko dociskając, niezbyt dynamicznymi ruchami ,przez 7-8 minut. Po tym czasie odwracamy płytkę razem z papierem śniadaniowym i prasujemy jeszcze chwilę warstwę opisową (30sek-1min). Za pomocą kombinerek wkładamy gorącą płytkę do miski z wodą. I mamy 15min. wolnego. W tym czasie papier musi nasiąknąć wodą.
Po nasiąknięciu papier należy delikatnie oderwać. Prawdopodobnie nie zejdzie w całości. W dodatku, sporo włókien zostanie na płytce. Na szczęście przeniesiony termicznie toner trzyma się miedzi dość mocno. Włókna spomiędzy ścieżek można usunąć poprzez pocieranie płytki opuszkami palców, papier powinien zacząć się „rolować”. Oczywiście wszystko to robimy w misce z wodą. Po wyjęciu płytki z wody toner zbieleje – jest to efekt pozostawania włókien celulozy w tonerze. O ile w warstwie ze ścieżkami to nie przeszkadza (toner i tak będzie zmyty później) o tyle psuje to cały efekt opisów. Dlatego proponuję przemyć, z wyczuciem, płytkę z obu stron ostrą stroną gąbkowego zmywaka i płynem do naczyń. Wysuszyć.
TRAWIENIE
Płytkę należy dokładnie obejrzeć pod lupką. Czy między ścieżkami nie ma pozostałości włókien albo nadmiarowego tonera – te należy zdrapać igłą lub nożykiem. Oraz czy ścieżki nie są nigdzie przerwane – jeśli tak, wystarczy poprawić markerem lub cienkopisem. Płytkę należy ponownie umyć płynem do naczyń – teraz już delikatnie palcami.
Do przygotowanego roztworu wytrawiacza (wg instrukcji na opakowaniu) wrzucić laminat. Roztwór najlepiej trawi gdy jest podgrzany do 50-60stopni. Ponieważ nie posiadam żadnej grzałki, naczynie z wytrawiaczem wkładam do większego pojemnika i zalewam go gorącą wodą, tworząc tzw. łaźnię wodną. Co jakiś czas mieszając czekam aż miedź z odsłoniętych miejsc zniknie. Paluchów staram się tam nie wkładać, ale bez przesady, kwas to to nie jest.
Po skończonym trawieniu wyciągam pęsetą płytkę i płuczą ją pod bieżącą wodą. Szmatką zwilżoną acetonem zmywam toner z warstwy ścieżek. Moczyć trzeba często, aceton szybko ulatuje. I zmieniać miejsce na szmatce, którym się czyści, bo zostaną plamy i smugi na laminacie. Podczas czyszczenia należy zachować ostrożność, aby nie zmyć przez przypadek opisów z drugiej strony. Zamiast acetonu można użyć zmywacza do paznokci – prawie na pewno zawiera aceton ;). Z tym że może zawierać również jakieś olejki pielęgnacyjne do damskich pazurków. Po takim zabiegu konieczne jest porządne mycie wodą z płynem do naczyń i przetarcie izopropylem.
Jak widać wyraźnie, nie wszystkie opisy się odbiły, również niektóre krawędzie ścieżek są postrzępione. Jest to wina uszkodzonego bębna w mojej drukarce, brudzi papier w jednych miejscach, w innych nakłada za mało tonera. Czasami mam możliwość skorzystania z lepszej drukarki, wtedy wszystkie te problemy znikają.
WIERCENIE
Wyczyszczoną płytkę płuczę, wiercę na wiertarce pionowej wszystkie potrzebne otwory (0,8mm na rezystory i małe elementy oraz 1, 1,2 lub 1,5mm na większe). Następnie jeszcze raz delikatnie poleruję miedź papierem P800, aby wyrównać krawędzie otworów i zdjąć ewentualne resztki tonera. I ponownie odtłuścić izopropylem stronę ze ścieżkami.
I właściwie płytka jest gotowa. Ja jeszcze wykonuje malowanie obu stron. Ścieżki pokrywam roztworem kalafonii w izopropylu, ułatwia lutowanie i zabezpiecza ścieżki przed utlenianiem; opis natomiast lakieruję sprayem.
EFEKT PRACY
Tak prezentuje się płytka jednostronna z opisem po lakierowaniu i gotowa już, polutowana, płytka ze ścieżkami po obu stronach. Obie wykonane tą samą metodą
I to by było na tyle, mam nadzieję że nie zanudziłem nikogo na śmierć.
Wszystkie zdjęcia i grafiki w artykule są moje, nie wolno ich wykorzystać bez podania odnośnika do tego artykułu. Czytaj dalej...