Лут технология изготовления печатных плат

Лазерно утюжная технология — этапы выполнения

Шаг №1.
Рисуем плату на компьютере. Можно применить специализированные программами, которые автоматически производят разводку плату по принципиальной схеме, я для этого использую программу . До этого для небольших схем раньше я использовал , тоже, кстати, удобная программа.

Шаг №2.
Из фольгированного стеклотекстолита выпиливается заготовка будущей печатной платы. Далее сторону, на которой будут проводники, нужно зачистить, хотя бы той же нулевкой, но я в последнее время делаю это обычным ластиком. Затем фольгированную сторону необходимо обезжирить ацетоном.

Шаг №3.
На лазерном принтере распечатываем рисунок дорожек печатной платы на глянцевой тонкой бумаге. Я использую вот такую бумагу из каталога электронных компонентов, который в свое время мне прислали бесплатно с какого-то сайта, сейчас уже не помню.

Перед тем как распечатать рисунок, желательно прогнать один лист для прогрева барабана. Затем в настройках принтера необходимо убрать экономный режим тонера, что бы печать получилась максимально насыщенной.

Шаг №4.
После того как изображение распечатали, вырезаем контур не забывая оставить поля примерно на ширину и высоту платы. Укладываем лист изображением вверх. Готовим полоски бумажного скотча длинной примерно с сантиметр. Далее накладываем плату фольгированной стороной на бумагу, точно располагая по контуру.

Затем плотно прижимая плату к бумаге, аккуратно заворачиваем края бумаги, закрепляя их заранее приготовленными полосками скотча.

Теперь берем обыкновенный утюг, включенный на максимальную температуру, и тщательно проглаживаем завернутую в бумагу плату со стороны рисунка.

Важно не слишком сильно нажимать, так как возникает опасность, что тонер может растечься

Шаг 5.
Затем помещаем плату с прилипшей бумагой в горячую воду примерно градусов 50 и ждем, пока бумага не размокнет.

После того как бумага разбухнет, ее необходимо аккуратно отделить от платы. Остатки бумаги скатываем пальцем под водой. Просушенную плату проверяем на возможные дефекты, если местами тонер все же отошел его можно дорисовать обычным перманентным маркером.

Шаг 6.
Вытравляем нашу плату в хлорном железе. Чтобы процесс травления шел быстро раствор необходимо подогреть до 40-50 градусов.

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.

SVG —> Текстолит

Также, у нас есть информация о пригожести бумаги Black Diamond
. Другие марки могут обладать необходимыми свойствами, а могут нет. HP не подходит точно (плавится под утюгом), Lomond условно подходит, «но как-то средне»
. Можно экспериментировать с разной глянцевой фотобумагой для струйной печати
. Пишите в коменты чо как с другими бумагами)

Алгоритм:

Ставим утюг греться на максимальную температуру.
Шлифуем текстолит с обеих сторон мелкой наждачкой, сантехнической абразивной губкой ( , ), губкой для посуды
или абразивным ластиком.
Если Ваш принтер умеет кушать форматы отличные от A4, Отрезаем от А4 полоску по размеру изображения.
Бумага сверхценная: если Вам удалось её достать, надо экономить.
Заталкиваем в принтер узкой стороной. Проверяем, что изображение двух слоёв платы не превышает ширины отрезанной полоски по ширине и 210 по высоте.
Печатаем лазерником с оригинальным тонером в картридже на этой глянцевой фотобумаге для струйных принтеров.

Не прикасаясь к тонеру, разрезаем слои на две отдельные бумажки и дырявим габаритные отверстия на обоих слоях.
Вставляем прямые штырьки (например, от PLS/PLD гребёнки) в 4 габаритных отверстия.
Насаживаем передний слой.
Проглаживаем равномерно, сильно не надавливая, до пожелтения бумаги (или еще каких-либо знаков свыше, это всё-таки ЛУТ: совсем избавиться от магии, наверно, невозможно)

Штырьки можно вытащить когда бумага начнет прилипать и потеряет способность смещаться.
Не отдирая бумагу от текстолита, повторяем последние три пункта с задним слоем.
Даём текстолиту остыть: можно пока поставить греться чайник и начать разбодяживать персульфат аммония.

С остывшего текстолита (без воды, это архиважно) аккуратненько отодрать лишнюю бумагу. Тонер должен сойти вместе с глянцевым слоем фотобумаги, так и было задумано.

В случае ошибок, можно стереть один из слоёв ацетоном, подложить уже оторванную бумажку противоположного слоя (чтобы тонер не отлип от платы и не перевёлся на доску, на которой Вы гладите) и повторить.

Создаём рисунок

Существует широкий выбор средств: от карандаша до специальных программ. При создании печатной платы необходимо постараться достичь таких целей:

Минимизировать количество перемычек.
Дорожки относительно друг друга должны располагаться строго перпендикулярно и параллельно.
Компактный монтаж.

Во время создания рисунков учитывайте габариты элементов, расположение выводов деталей и их размеры. Также необходимо позаботиться, чтобы сильноточные проводники имели более широкие дорожки. Создание рисунка можно сравнить с игрой в тетрис: можно размечать элементы как вздумается, пока не будет получен идеал, который поможет воплотить в реальность ЛУТ-технология. Струйный принтер (или лазерный) поможет вам сделать его физическим, пощупать своими руками.

Лазерно утюжная технология — этапы выполнения

Важно не слишком сильно нажимать, так как возникает опасность, что тонер может растечься

Практика конструирования и монтажа, напрямую связанная с электроникой, никак не обходится без главной детали – печатной платы. Начальная разработка какого-нибудь электронного устройства, конечно, допустима с помощью навесного монтажа. Однако полноценную печатную плату всё равно придётся делать, если речь идёт о серьёзном электронном устройстве. Существуют два варианта: заказать изготовление печатной платы в сервисе или сделать печатную плату своими руками непосредственно дома. Первый вариант требует солидных финансовых вложений и двух-трёх недель ожидания. Второй не требует ничего, кроме личного желания, куска фольгированного текстолита и небольшого количества хлорного железа.

Листовой текстолит, по одной или обеим сторонам тонким слоем меди, традиционно используется для изготовления печатных электронных плат.

Обычно жёсткая основа с разводкой электронных схем под пайку электронных деталей – это приоритеты специализированной производственной сферы.

Однако конструирование электроники для личных нужд и в малых экземплярах выглядит более рационально, когда технология производства «печаток» доступна в условиях быта.

Вот такой результат работы вполне возможно получить в домашних условиях, используя простые доступные средства, инструменты, материалы

Если же освоить все тонкости производства и запастись необходимым материалом, не исключается изготовление печатных плат дома, если не в промышленных масштабах, так в количествах достаточных для бизнеса.

Существует несколько технологий прорисовки и травления миниатюрных дорожек на фольгированном текстолите. Начиная от метода простого рисунка электронной схемы лаком для ногтей с последующим химическим травлением, и заканчивая автоматической лазерной разводкой и микронной резкой.

Однако для домашних условий требуется методика особая – эффективная, но одновременно бюджетная и относительно несложная.

Травление платы

Для приготовления травящего раствора нам понадобится хлорное железо FeCL3.

Этот чудо порошок в нашем радиомагазине стоит около 50р. Наливаем в неметаллическую посудину воды и засыпаем туда хлорного железа. Обычно на три части воды берут одну часть FeCL3. Далее погружаем в посудину нашу плату и даем ей время.

Время травления зависит от толщины фольги, температуры воды, свежести приготовленного раствора. Чем горячее раствор, тем быстрее пройдет процесс травления, но в тоже время в горячей воде есть вероятность повредить защитный рисунок. Также процесс травления ускоряется при помешивании раствора.

Некоторые приспосабливают для этого «бульбулятор» от аквариума или же крепят вибромоторчик от телефона. Вытравленную плату вынимаем и промываем под струей воды. Травящий раствор сливаем в баночку и прячем под ванну, главное чтоб жена не увидела.

Этот раствор нам еще потом пригодится. Вытравленную платку очищаем от защитного слоя тонера. Я для этого применяю ацетон, но вроде как спиртом или бензином тоже не плохо получается.

Подготовка текстолита к перенесению на него рисунка

2) Второй этап – подготовка текстолита к перенесению на него рисунка. Чаще всего текстолит продаётся отрезками размером 70х100 или 100х150 мм. Нужно отрезать кусок, подходящий под размеры платы, с запасом по краям 3-5 мм. Пилить текстолит удобнее всего ножовкой по металлу или лобзиком, в крайнем случае его можно отрезать ножницами по металлу. Затем, этот кусок текстолита следует протереть мелкой наждачной бумагой или жёстким ластиком. На поверхности медной фольги образуются мелкие-мелкие царапины, это нормально. Даже если изначально текстолит выглядит идеально ровным, этот шаг необходим, иначе потом трудно будет его залудить. После зашкуривания поверхность обязательно нужно протереть спиртом или растворителем, чтобы смыть пыль и жирные следы от рук. После этого прикасаться к медной поверхности нельзя.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРНЫЕ ГОЛОВКИ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ (ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ) СВАРКИ

Узкий и глубокий сварной шов, характерный для лазерной сварки, получаемый за счет высокой плотности мощности лазерного излучения (106–107 Вт/см 2) на поверхности свариваемых изделий, наряду с высокой скоростью сварки (до 20 м/мин), обеспечивают значительное снижение сварочных деформаций, повышение технологической прочности сварных соединений и производительности сварочного процесса. Преимущества лазерной сварки делают данную технологию практически незаменимой при серийном выпуске ответственных сварных конструкций. Дальнейшее развитие технологий лазерной сварки связано с увеличением максимальной мощности излучения (рис.4) используемых лазеров. Появление мощных волоконных и диодных лазеров сделало возможным реализацию целого ряда новых технологий лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки. Наиболее интересной из них является сварка металлов больших толщин, в частности современных сложнолегированных двух- и трехфазных сталей, применяемых для строительства трубопроводов, корпусов судов, сосудов высокого давления и других ответственных конструкций .

Использование мощных лазерных источников в составе сварочных технологических комплексов накладывает ряд требований к оптической системе лазерных головок. В первую очередь – это обеспечение термической стойкости зеркал и фокусирующих линз. Во-вторых, обеспечение надежной защиты оптической системы от конденсированных частиц и паров, вылетающих из парогазового канала с околозвуковыми скоростями. Также малый диаметр пятна нагрева (≤ 600 мкм) определяет требования к точности наведения лазерного луча на стык и ограничивает допустимый зазор между изделиями.
На рынке лазерной техники компаниями IPG , HighYAG , ScanSonic и Precitec представлены головки, предназначенные для сварки с мощностью излучения от 0,25 кВт (головка µ (HighYAG)) до 50 кВт (FLW-D50HP (IPG)) с длиной волны 900–1 080 нм. Лазерные сварочные головки, состоящие из коллиматора, фокусирующей линзы, защитного стекла и системы подачи сжатого воздуха, опционально могут быть оснащены CCD-камерой, для точного наведения на стык и слежения за процессом сварки в режиме реального времени, системой подачи сварочной проволоки (головки PDT и PDT-B (HighYAG); ALO1 и ALO3 (ScanSonic)), контактным (ALO1 и ALO3) или оптическим (FSO (ScanSonic)) датчиком, прижимным устройством в виде «пальцев» или дисков (FSO и RSK (HighYAG)), обеспечивающим не только плотное прилегание свариваемых образцов, но и контроль расстояния от лазерной головки до поверхности изделий. Интересен вариант исполнения сварочной системы FormWelder Plus (Precitec) , изготовленной на базе лазерной головки YW30 или YW52, предназначенной для сварки излучением микронной длины волны с мощностью до 6 кВт и до 20 кВт соответственно и перемещаемых вдоль осей X и Y на 50 мм (рис.5).

В линейке продукции ScanSonic также представлен наиболее простой вариант исполнения лазерной головки (BO), состоящей из коллиматора и фокусирующей линзы, рассчитанных на мощность излучения до 6 кВт. Головка опционально может быть укомплектована CCD-камерой, картриджем с защитным стеклом, модулем шторной газодинамической защиты, системой автоматического изменения фокусного расстояния, а также противоударным датчиком и иметь как прямое, так и Г-образное исполнение. Интересен вариант исполнения лазерной головки BO-SF, предназначенной для сварки с мощностью лазерного излучения до 30 кВт и изготовленной на базе головки BO. Лазерное излучение микронной длины волны формируется практически с равномерным распределением в поперечном сечении при КПД более 98%. Головка, опционально оснащенная фокусирующим зеркалом и коллиматором с различными фокусными расстояниями, предназначена для лазерной сварки металлоконструкций больших толщин в трубостроении, судостроении и других отраслях промышленности (рис.6) .

Переносим рисунок: бумага

Это тонкая вещь, поэтому к её выбору необходимо подойти с ответственностью. Какие образцы лучше воспринимает ЛУТ-технология? Бумага должна быть плотной, можно взять мелованную. Жирными пальцами не трогать. Необязательно покупать мелованную бумагу — можно взять Главное, чтобы он с одной стороны был белым. На всякий случай лучше запастись двумя экземплярами печатных плат. Вырезаем и накладываем на заготовку так, чтобы рисунок был со стороны фольги. Берём обычный утюг, пар не используем. Температуру лучше выставить среднюю. Придерживаем часть рисунка, чтобы он не съехал с заготовки. Начинайте плавно приглаживать изображение, но не допускайте его смещения. Также не переусердствуйте с силой: если очень сильно надавить, то тонер размажется, а с ним и дорожки. Подобное может также произойти, если будет слишком горячий утюг. Если были плохо обработаны кромки заготовки, то вы не сможете хорошо пригладить тонер к ней. Когда всё готово, заготовка должна остыть. Затем положите ее в посуду с теплой водой. Добавьте столовую ложку уксусной кислотой. Бумага размягчится и начнёт пузыриться. Минут за десять она отстанет от тонера. Получившееся изображение обильно промойте струей воды. Сначала могут быть отдельные дефекты, но при работе со вторым экземпляром опыта должно хватить, чтобы избежать их. В целом ЛУТ-технология изготовления печатных плат может показаться достаточно сложной, но это исключительно на первых порах. Кстати, выше в статье рекомендовалось иметь две бумаги, и это неспроста. При первом заходе многие новички делают мелкие ошибки, которые оборачиваются размазанным тонером и другими оплошностями. Для того чтобы печатная плата получилась более качественной, и была дана рекомендация подготовить запаску.

Травим заготовку

Для этого используется хлорное железо. При покупке вещества убедитесь, что оно в виде порошка. Такое хлорное железо больше всего подходит для наших целей. Хотя не исключен и вариант использования смеси поваренной соли и медного купороса. Но здесь необходимо соблюдать определённые пропорции. Так, на один литр кипяченой воды необходимо взять двести грамм купороса и добавлять поваренную соль, пока она не перестанет растворяться. Получившийся раствор необходимо процедить. Если его нагреть до температуры в 50 градусов Цельсия, то для стравливания меди понадобится 15-20 минут. Но вернёмся к хлорному железу. Необходимо наполнить емкость для травления водой и добавить чайную ложку с горкой Будьте осторожны, поскольку при химической реакции, которая произойдёт, будет сильно выделяться тепло, и получившийся раствор может даже немного разбрызгаться. Хорошо всё перемешаем. Поднесите палец к раствору и убедитесь, что он не слишком горячий. Потом положите в него заготовку, желательно фольгой вниз — так, чтобы она лежала на поверхности. Сначала она будет плавать и травиться. Со временем она утонет. Тогда переворачиваем печатную плату фольгой вверх и кладём в раствор. Периодически емкость с ним необходимо покачивать, чтобы с поверхности смывалась растворенная медь. Если будут появляться пузыри, необходимо вынуть плату, промыть её и продолжить травление. В зависимости от температуры раствора и его концентрации этот процесс может занять до 1 часа.

Плата —> SVG

Когда плата готова, нужно перегнать её в SVG для дальнейшей доработки. Лучше выгрузить плату из EDA без отзеркаливания, чтобы точно не запутаться и отзеркалить как надо.

А надо отзеркалить только передний слой F.Cu
. Поскольку на задний слой B.Cu мы в редакторе смотрим со стороны переднего, он уже отзеркален. Для надёжности, лучше поместить хоть какой-нибудь текст на оба слоя и следить за тем чтобы этот текст не читался))

( , ) Из KiCad лучше выгружать через File
| Plot
, поскольку там есть возможность сделать сразу все отверстия 0.35 мм. Для ручного ЛУТа жирные дыры не нужны, лучше пусть побольше меди будет и она сверлом счистится.

Собственно:

Загружаем оба слоя в Inkscape.
Устанавливаем единицы измерения документа миллиметры, и формат листа А4
.
Добавляем еще больше надписей белым на областях металлизации
. KiCad так не умеет, напишите в комментах если ваш EDA умеет.
Группируем, чтобы было только два объекта.
Выравниваем (Ctrl+Shift+A), расстояние между слоями (их габаритными отверстиями) должно быть не менее сантиметра.
Отзеркаливаем передний слой кнопочкой на верхнем тулбаре.
Сохраняем в SVG.

Сейчас нужно отправить SVG на принтер на обычной бумаге. И сделать с этой бумагой следующее:

Поприкладывать к ней компоненты и проверить футпринты (которые по-любому уже пришли из магазина: если у вас на плате больше трех-пяти компонентов, протрассировать всё за один вечер сложновато)
Приложить к текстолиту и накернить 4 габаритных отверстия по углам, которые мы добавляли
Просверлить 4 отверстия самым тонким сверлом (0.6-0.8) ровно под 90 градусов. Это, пожалуй, самая сложная часть, но ошибки условно допустимы; способ их последующего исправления придуман.
- Если есть станок, Вам повезло.
- Если есть CNC, Вам крупно повезло, фигачьте всё отверстия по DRL-файлу прямо сейчас безо всяких кернов-*ернов.

Такс, это раздел про SVG, а мы уже к станкам перешли… Всё, последний штрих по SVG и больше комп не понадобится:

Залейте чёрным всё вокруг
, чтобы части текстолита, которые не относятся к плате не травились и не насыщали персульфат аммония медью. Да, хлорное железо тоже можно, но аммоний синенький.

Травление печатной платы

4) Следующий этап – травление. Вся та область медной фольги, которая не покрыта тонером должна быть удалена, а медь под тонером должна остаться не тронутой. Сперва нужно приготовить раствор для травления меди, самый простой, доступный и дешёвый вариант – раствор лимонной кислоты, соли и перекиси водорода. В пластиковой или стеклянной ёмкости нужно размешать одну-две столовые ложки лимонной кислоты и чайную ложку поваренной соли на стакан воды. Пропорции не играют большой роли, можно высыпать на глаз. Тщательно перемешать и раствор готов. Нужно положить в него плату, дорожками вниз для ускорения процесса. Также можно слегка подогреть раствор, это ещё увеличит скорость процесса. Примерно через пол часа вся лишняя медь вытравиться и останутся только дорожки.

Травление платы

Есть множество растворов для травли плат, но в данной статье использован для травления раствор перекиси водорода с лимонной кислотой. Следует опустить плату в раствор, и смотреть на реакцию травления, иногда реакция настолько быстрая и бурная, что можно ощутить тепло от платы в конце процесса. После травления платы можно увидеть результат – места, не покрытые тонером, были лишены слоя меди, остались только дорожки и символы, которые под слоем тонера. Далее потребуется растворитель 646 и тряпочка, например, одноразовая салфетка или тряпка для протирания пыли. Необходимо слегка смочить тряпку в растворителе, и оттереть тонер с поверхности заготовки.