Маркеры для рисования дорожек печатных плат. Простой способ изготовления печатных плат (не ЛУТ). Травление печатной платы

На страницах сайта уже заходила речь о так называемой «карандашной технологии» изготовления печатных плат . Метод прост и доступен – корректирующий карандаш можно купить практически в любом магазине, торгующем канцелярскими товарами. Но есть и ограничения. Те, кто пробовал рисовать рисунок печатной платы с помощью корректирующего карандаша, заметили, что минимальная ширина получаемой дорожки вряд ли будет меньше 1,5-2,5 миллиметров.

Это обстоятельство накладывает ограничения на изготовление печатных плат, которые имеют тонкие дорожки и малое расстояние между ними. Известно, что шаг между выводами микросхем, выполненных в корпусе для поверхностного монтажа очень мал. Поэтому, если требуется изготовить печатную плату с наличием тонких дорожек и малым расстоянием между ними то «карандашная» технология не подойдёт. Также стоит отметить, что нанесение рисунка корректирующим карандашом не очень удобно, дорожки получаются не всегда ровные, а медные пятачки для запайки выводов радиодеталей выходят не очень аккуратные. Поэтому приходиться корректировать рисунок печатной платы острым лезвием бритвы или скальпелем.

Выходом из сложившейся ситуации может быть использование маркера для печатных плат, который прекрасно подходит для нанесения устойчивого к травлению слоя. По незнанию можно приобрести маркер для нанесения надписей и пометок на CD/DVD-диски. Такой маркер не годится для изготовления печатных плат – раствор хлорного железа разъедает рисунок такого маркера, и медные дорожки практически полностью вытравливаются. Но, несмотря на это, в продаже имеются маркеры, которые годятся не только для нанесения надписей и пометок на различные материалы (CD/DVD-диски, пластмассу, изоляцию проводов), но и для изготовления устойчивого к травлению защитного слоя.

На практике был применён маркер для печатных плат Edding 792 . Он позволяет рисовать линии шириной 0,8-1 мм. Этого достаточно для изготовления большого количества печатных плат для самодельных электронных устройств. Как оказалось, данный маркер прекрасно справляется с поставленной задачей. Печатная плата получилась довольно неплохой, хотя и рисовалась второпях. Взгляните.

Печатная плата (сделано с помощью маркера Edding 792)

К слову сказать, маркер Edding 792 также можно использовать для исправления ошибок и помарок, которые получились при переносе рисунка печатной платы на заготовку методом ЛУТ (лазерно-утюжной технологии). Такое бывает, особенно, если печатная плата довольно больших размеров и со сложным рисунком. Это очень удобно, так как нет необходимости снова полностью переносить весь рисунок на заготовку.

Если найти маркер Edding 792 не удастся, то подойдёт Edding 791 , Edding 780 . Их также можно использовать для рисования печатных плат.

Наверняка начинающим любителям электроники интересен сам технологический процесс изготовления печатной платы с помощью маркера, поэтому дальше пойдёт рассказ именно об этом.

Весь процесс изготовления печатной платы аналогичен тому, который описан в статье «Изготовление печатной платы "карандашным" методом ». Вот краткий алгоритм:

Немного «тонкостей».

О сверлении отверстий.

Есть мнение, что сверлить отверстия в печатной плате нужно после травления. Как видим, в приведённом алгоритме сверловка отверстий стоит до травления печатной платы в растворе. В принципе, можно сверлить хоть до травления печатной платы, хоть после. С технологической точки зрения никаких ограничений нет. Но, стоит учитывать, что качество сверловки напрямую зависит от инструмента, которым производится сверловка отверстий.

Если сверлильный станок развивает хорошие обороты и в наличии есть качественные свёрла, то можно сверлить и после травления – результат будет хороший. Но, если сверлить отверстия в плате самопальной минидрелью на базе слабенького моторчика с плохой центровкой, то можно запросто содрать медные пятачки под выводы.

Также многое зависит от качества текстолита, гетинакса или стеклотекстолита. Поэтому в приведённом алгоритме сверловка отверстий стоит до травления печатной платы. При таком алгоритме медные края, оставшиеся после сверления легко убрать наждачной бумагой и заодно очистить медную поверхность от загрязнений, если таковые имеются. Как известно, загрязнённая поверхность медной фольги плохо вытравливается в растворе.

Чем растворить защитный слой маркера?

После травления в растворе защитный слой, который наносили маркером Edding 792 легко убрать растворителем. На деле использовался «Уайт-спирит». Воняет он, конечно, противно, но защитный слой смывает на ура. Остатков лака не остаётся.

Подготовка печатной платы к лужению медных дорожек.

После того, как защитный слой убран, можно на несколько секунд закинуть заготовку печатной платы опять в раствор. При этом поверхность медных дорожек чуть подтравиться и станет ярко-розового цвета. Такая медь лучше покрывается припоем при последующем лужении дорожек, так как на её поверхности нет окислов и мелких загрязнений. Правда лужение дорожек нужно производить сразу, иначе медь на открытом воздухе вновь покроется слоем окисла.

Готовое устройство после сборки

Тема по изготовлению плат не нова, а тем более рисование маркером или лаком, но в моем городе есть немного мест, где можно купить маркер. Да и почти во всех магазинах они одинаковые - я обегал все магазины ну так и нового не нашел, есть только 2 вида маркеров, ну ещё разноцветные, но они точно нам не подходят. Сегодня тестировать будем вот такой набор маркеров для рисования печатных плат: 2 ручки и лак для ногтей (он конечно вне конкуренции).

Для эксперимента взял кусочек текстолита, зашкурил и стал что-то рисовать. Вышло примерно так, скажу сразу тест у нас зверский и не адекватный, но уже даст понять что к чему. Плату оставил травится на шесть часов.

Теперь поговорим о результатах и подопытных пластинах поподробнее.

Маркер цветной синий был когда-то ничего он не защищает текстолит что з ним что без него, да и засох он, я разобрал, а корпус сохранил, в такой корпус подойдет просто идеально на устройство прозвонки, но сейчас не о нем.

Маркер, самый что не на есть обыкновенный чёрный маркер
Маркер для подписи CD дисков
Две разные ручки - не гелиевые
И конечно лак для ногтей

Итак, как видим, лучше всего справился лак, но им не удобно рисовать платы, только подрисовывать.

Далее маркер для CD, он неплохо справился, и если не держать в растворе 5 часов, то он справляется не хуже лака. Есть в нем одна особенность - рисующая часть тоненькая, немного выше защищена пластмассой и рисовать под линейку одно удовольствие.

Маркер обыкновений справился так же, как и предыдущий, только у него немного побольше будет рисующий наконечник, но тоже очень не дурственно получается.

Теперь ручки. От ручек и следу не осталось, была когда-то у меня гелевая ручка, так она так рисовала, что одно загляденье! Получались дорожки от 0.4 мм только она где-то пропала, при испытаниях вспомнил это и решил проверить как рисуют теперешние ручки.

Лак здесь - только одни плюсы, а если заправит в банку от пот-корректора - так вообще термоядерная вещь выходит для рисования плат! Мне хватает и маркеров, а это так - на заметку.

Маркер для печатных плат – это маркер, с помощью которого мы можем рисовать печатные дорожки.

Такие маркеры могут быть разной толщины линии. Внизу на фото мой маркер толщиной в 0,8 мм.

Такой маркер оставляет очень сочный и ровный след на фольгированном текстолите

Маркер для печатных плат в работе

Для того, чтобы печатные дорожки получились очень ровно и красиво, мы должны прошкурить текстолит наждачной бумагой самого мелкого абразива. На бытовом языке такая бумага называется микронкой, в крайнем случае можно и нулевкой (чуть большего абразива).

Берем нашего героя в руку и пишем, что-нить эдакое. Я написал название нашего сайта: “Практическая электроника”.

Нашу платку с “Практической электроникой” будем травить в растворе хлорного железа. Для этого нам понадобится пластмассовая ванночка (ни в коем случае не используйте металлические ванночки, иначе хлорное железо их разъест) и сам порошок хлорного железа. Камушки тоже можно использовать, но надо их хорошо размолоть и растворить.

Наливаем чистой воды в ванночку, чтобы платка полностью там скрывалась и сыплем туда порошок хлоржелеза, не забывая помешивать. Используем для этого также неметаллические предметы. В данном случае деревянный шпатель.

Сколько нужно хлоржелеза сыпать в воду? Здесь не надо запоминать какие-то соотношения воды к хлоржелезу. Правило простое: чем крепче раствор, тем быстрее протравится платка, и наоборот. Если вам некуда спешить, то конечно, лучше в целях экономии подождать часок другой. На вид раствор должен быть темно-коричневый, а если будете частенько травить платки, то уже на глаз сможете точно определить, сколько сыпать порошка.

Мой раствор получился не очень крепкий. Отпускаем туда нашу платку с помощью пластмассового пинцета и ждем.

Процесс травления – это обычная химическая реакция. Если помните с курса химии, для того, чтобы реакция прошла быстрее можно увеличить температуру, увеличить концентрация раствора и даже чисто механически – помешать эту химическую реакцию чем-нибудь:-). Так как я сыпанул маловато, то для меня остается только налить теплую воду и механическое воздействие. Для этого я “гонял волну” в ванночке.

Время от времени проверяем нашу платку. Во! процесс травления идет полным ходом! Еще чуть-чуть и можно вынимать платку из ванночки.

Спустя час с копейками, наша платка протравилась. Смываем остатки раствора с помощью воды. А вот собственно и готовая платка с надписью!

Для того, чтобы убрать зеленый след маркера, воспользуемся ацетоном и ватной палочкой, смоченной в ацетоне.

Для красоты все это дело залудим. Чтобы залудить, нужно сначала проканифолить

а теперь и залудить

Остатки канифоли смываем с помощью ацетона или другими мощными растворителями, например Flux Off -ом. И … вуаля!

Вывод

Буквы (пусть для нас это будут дорожки печатной платы) получились ровно, одинаковой ширины. Если линии чертить с помощью линейки, то можно, думаю, добиться и заводского качества:-) Маркер бренда Edding прекрасно справился с этой задачей. Но, так как маркер японский и очень качественный, то и цена, конечно, чуть кусается, как и на японские машины. На момент написания этой статьи, цена такого маркера в магазинах розничной торговли составляла 150 руб, что, конечно же, дороже, чем простые обыкновенные маркеры. Но могу сказать одно: такого маркера вам хватит очень надолго, если не забывать закрывать его колпачком и не раскрашивать детские раскраски.

На Али тоже есть большой выбор маркеров для печатных плат:

Купил ради интереса маркер для печатных плат – edding 791 paint (покупал в МЭК за 95 рублей). В интернете пишут – что он лаковый.

На маркере был наклеен защитная наклейка от вскрытия. Для применения его надо потрясти и в вертикальном положении понажимать на наконечник, чтобы чернила попали на него и пропитали.

Подготовил плату, прокернил и просверлил отверстия. Приступим к нанесению рисунка. Маркер купил с толщиной линии 1-2 мм, таким маркером мелкие работы делать невозможно, получаются линии толщиной 1,5-2 мм. Если дорожки соединяться – то достаточно дождаться, когда чернила подсохнут и иголкой убрать излишки маркера. Дорожки вокруг отверстий делаются кратким прикосновением маркером к отверстию, чернила от маркера немного растекаются во все стороны, образуя хорошую площадку.

До травления

После травления

После снятия чернил.

Чернила легко снимаются с помощью спирта или шкурки. Подтравлений под маркером почти нет, возможно плата была передержана.

Данный маркер хорошо подходит для нанесения, не мелкого, рисунка на печатную плату.

Когда в распоряжении есть лазерный принтер, радиолюбителями применяется технология изготовления печатных плат, которая называется ЛУТ. Однако такой прибор имеется далеко не в каждом доме, поскольку даже в наше время стоит он достаточно дорого. Еще есть технология изготовления с применением фоторезистивной пленки. Однако для работы с ней тоже нужен принтер, но уже струйный. Уже проще, но сама пленка стоит достаточно дорого, а начинающему радиолюбителю на первых порах лучше потратить имеющиеся средства на хорошую паяльную станцию и прочие принадлежности.
Можно ли изготовить печатную плату приемлемого качества в домашних условиях, не имея принтера? Да. Можно. Причем, если все сделать, как описано в материале, понадобится совсем немного денег и времени, а качество будет на очень высоком уровне. Во всяком случае электрический ток «побежит» по таким дорожкам с большим удовольствием.

Перечень необходимых инструментов и расходников

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

Программное обеспечение для разработки рисунка.
Прозрачная полиэтиленовая пленка.
Узкий скотч.
Маркер.
Фольгированный стеклотекстолит.
Наждачная бумага.
Спирт.
Ненужная зубная щетка.
Инструмент для сверления отверстий диаметром от 0,7 до 1,2 мм.
Хлорное железо.
Пластиковая емкость для травления.
Кисточка для рисования красками.
Паяльник.
Припой.
Жидкий флюс.

Пройдемся кратенько по каждому пункту, так как есть некоторые нюансы, дойти до которых возможно только опытным путем.
Программ для разработки печатных плат существует сегодня огромное количество, но для начинающего радиолюбителя самым простым вариантом будет Sprint Layout. Несложно освоить интерфейс, пользоваться можно бесплатно, присутствует огромная библиотека, включающая распространенные радиокомпоненты.
Полиэтилен нужен для переноса рисунка с монитора. Лучше взять пленку пожестче, например, от старых обложек для школьных книг. Для ее крепления к монитору подойдет любой скотч. Лучше взять узкий – проще будет отклеивать (монитору эта процедура не вредит).
На маркерах стоит остановиться более подробно, так как это больная тема. Для переноса рисунка на полиэтилен, в принципе, подойдет любой вариант. А вот для рисования по фольгированному стеклотекстолиту нужен специальный маркер. Но тут есть маленькая хитрость, как сэкономить, и не покупать достаточно дорогие «специальные» маркеры для рисования печатных плат. Дело в том, что эти изделия по своим свойствам абсолютно ни чем не отличаются от обычных перманентных маркеров, которые продаются в 5-6 раз дешевле в любом канцелярском магазине. Но маркер должен обязательно иметь надпись «Permanent». Иначе ничего не получится.

Фольгированный стеклотекстолит можно брать любой. Лучше, если он будет потолще. Начинающим с таким материалом работать куда проще. Для его очистки понадобится наждачная бумага зернистостью около 1000 единиц, а также спирт (есть в любой аптеке). Последний расходник можно заменить жидкостью для сведения лака для ногтей, которая есть в любом доме, где живет женщина. Однако это средство довольно противно 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 под маленькие сверла и приспособить его к обычной бытовой дрели.
Хлорное железо можно заменить другими химическими средствами, включая те, которые уже наверняка есть в вашем доме. Например, подойдет раствор лимонной кислоты в перекиси водорода. Информацию о том, как готовятся альтернативные хлорному железу составы для травления плат, без проблем можно найти в Сети. Единственное, на что стоит обратить внимание, это на емкость для такой химии – она должна быть пластиковой, акриловой, стеклянной, но никак не металлической.
Про паяльник, припой и жидкий флюс подробнее говорить не стоит. Если радиолюбитель дошел до вопроса изготовления печатной платы, то с этими вещами он уже наверняка знаком.

Разработка и перенос рисунка платы на шаблон

Когда все вышеперечисленные инструменты, приспособления и расходные материалы подготовлены, можно браться за разработку платы. Если изготавливаемое устройство не уникальное, то гораздо проще будет скачать его проект из Сети. Подойдет даже обычный рисунок в формате JPEG.

Хотите пойти более сложным путем – рисуйте плату самостоятельно. Этот вариант часто бывает неизбежным, например, в ситуациях, когда у вас нет в наличии точно таких же радиодеталей, которые нужны для сборки оригинальной платы. Соответственно, заменяя компоненты аналогами, под них приходится выделять место на стеклотекстолите, подгонять отверстия и дорожки. Если проект уникальный, то плату придется разрабатывать с нуля. Для этого и нужно вышеупомянутое программное обеспечение.
Когда макет платы готов, его остается только перенести на прозрачный шаблон. Полиэтилен фиксируется прямо на мониторе при помощи скотча. Далее просто переводим имеющийся рисунок – дорожки, контактные пятачки и так далее. Для этих целей лучше всего использовать все тот же перманентный маркер. Он не стирается, не размазывается, и его хорошо видно.

Подготовка фольгированного стеклотекстолита

Следующим этапом идет подготовка стеклотекстолита. Для начала нужно отрезать его по размерам будущей платы. Делать это лучше с небольшим запасом. Для раскройки фольгированного стеклотекстолита можно использовать одни из нескольких способов.
Во-первых, материал отлично режется при помощи ножовки по металлу. Во-вторых, если у вас есть гравер с отрезными кругами, то удобно будет использовать его. В-третьих, стеклотекстолит можно отрезать по размеру канцелярским ножом. Принцип раскройки такой же, как и при работе со стеклорезом – в несколько проходов наносится линия отреза, затем материал просто отламывается.

Теперь обязательно нужно очистить медный слой стеклотекстолита от защитного покрытия и окисла. Лучшего способа, чем обработка наждачной бумагой, для решения этой задачи нет. Зернистость берется от 1000 до 1500 единиц. Цель – получить чистую блестящую поверхность. До зеркального блеска зачищать медный слой не стоит, так как мелкие царапины от наждачной бумаги увеличивают адгезию поверхности, что понадобится дальше.
В завершение остается только очистить фольгу от пыли и следов ваших пальцев. Для этого используется спирт или ацетон (жидкость для снятия лака). После обработки к медной поверхности руками не прикасаемся. Для последующих манипуляций захватываем стеклотекстолит за грани.

Совмещение шаблона и стеклотекстолита

Теперь нашей задачей является совмещения полученного на полиэтилене рисунка с подготовленным стеклотекстолитом. Для этого пленка накладывается на нужное место и позиционируется. Остатки заворачиваются на обратную сторону и крепятся при помощи все того же скотча.

Сверление отверстий

Перед сверлением рекомендуется каким-либо способом закрепить стеклотекстолит с шаблоном на поверхности. Это позволит добиться большей точности, а также исключит внезапное проворачивание материала во время прохода сверла насквозь. Если у вас есть сверлильный станок для такой работы, то описанная проблема вообще не возникнет.

Сверлить отверстия в стеклотекстолите можно на любой скорости. Кто-то работает на малых оборотах, кто-то на больших. Опыт показывает, что сами сверла служат намного дольше, если их эксплуатировать на низких скоростях. Так их сложнее сломать, погнуть и повредить заточку.
Отверстия сверлятся прямо через полиэтилен. Ориентирами будут служить будущие контактные пятачки, нарисованные на шаблоне. Если того требует проект, то своевременно меняем сверла под нужный диаметр.

Рисование дорожек

Далее шаблон снимается, но не выбрасывается. К медному покрытию по-прежнему стараемся не прикасаться руками. Для рисования дорожек используем маркер, обязательно перманентный. Его хорошо видно по следу, который он оставляет. Рисовать лучше за один проход, так как после застывания лака, который есть в составе перманентного маркера, правки делать будет весьма затруднительно.

В качестве ориентира используем все тот же шаблон из полиэтилена. Можно рисовать также перед компьютером, сверяясь с оригинальным макетом, где есть маркировка и прочие пометки. Если есть возможность, то лучше использовать несколько маркеров с наконечниками разной толщины. Это позволит более качественно прорисовать и тонкие дорожки, и обширные полигоны.

После нанесения рисунка обязательно ждем некоторое время, необходимое для окончательного отвердевания лака. Можно даже подсушить феном. От этого будет зависеть качество будущих дорожек.

Травление и очистка дорожек от маркера

Теперь самое интересное – травление платы. Тут есть несколько нюансов, о которых мало кто упоминает, но они существенно влияют на качество результата. В первую очередь готовим раствор хлорного железа согласно рекомендациям на упаковке. Обычно порошок разбавляется водой в соотношении 1:3. И тут первый совет. Сделайте раствор более насыщенным. Это поможет ускорить процесс, и нарисованные дорожки не отвалятся прежде, чем вытравится все необходимое.

Сразу же совет второй. Ванночку с раствором рекомендуется погрузить в горячую воду. Можно нагреть ее в металлической посуде. Повышение температуры, как известно еще со школьной программы, значительно ускоряет химическую реакцию, которой травление нашей платы и является. Сокращение времени процедуры нам на руку. Нанесенные маркером дорожки достаточно нестабильны, и чем меньше они будут киснуть в жидкости, тем лучше. Если при комнатной температуре плата в хлорном железе травится около часа, то в теплой воде этот процесс сокращается до 10 минут.
В завершение еще один совет. В процессе травления, хоть он и так ускорен за счет подогрева, рекомендуется постоянно двигать плату, а также счищать продукты реакции щеточкой для рисования. Совмещая все вышеописанные манипуляции вполне возможно вытравить лишнюю медь всего за 5-7 минут, что является просто отличным результатом для этой технологии.

В конце процедуры плату нужно тщательно промыть под проточной водой. Затем просушиваем ее. Остается только смыть следы от маркера, все еще закрывающие наши дорожки и пятачки. Делается это все тем же спиртом или ацетоном.

Лужение печатных плат

Перед лужением еще раз обязательно проходимся по медному слою наждачной бумагой. Но теперь делаем это предельно осторожно, чтобы не повредить дорожки. Самый простой и доступный способ лужения – традиционный, с помощью паяльника, флюса и припоя. Можно также использовать сплавы Розе или Вуда. Также существует на рынке так называемое жидкое олово, которое значительно может упростить задачу.
Но все эти новые технологии требуют дополнительных затрат и некоторого опыта, потому для первого раза подойдет и классический метод лужения. На очищенные дорожки наносится жидкий флюс. Далее набирается припой на жало паяльника и распределяется по оставшейся после травления меди. Здесь важно прогреть дорожки, иначе припой может не «приклеиться».

Если у вас все же есть сплавы Розе или Вуда, то их можно использовать и не по технологии. Они просто замечательно плавятся паяльником, легко распределяются по дорожкам, не сбиваются в комки, что для начинающего радиолюбителя будет только плюсом.

Заключение

Как видно из вышеописанного, бюджетная технология изготовления печатных плат в домашних условиях действительно доступная и недорогая. Не нужен ни принтер, ни утюг, ни дорогущая фоторезистивная пленка. Используя все вышеописанные советы вы легко сможете изготавливать простейшие электронные , не вкладывая в это больших денег, что очень важно на первых этапах занятия радиолюбительством.