У большинства радиолюбителей есть свой способ изготовления печатных плат, отточенный временем, а возможно и годами. В данной статье хочу поделится своим "рецептом" с надеждой, что он будет интересен другим людям, сталкивающимся с изготовлением печатной платы дома из подручных средств. Сама по себе статья является краткой инструкцией как для самого себя, так и возможно другим людям и имеет вид некой пошаговой инструкции с иллюстрацией каждого этапа. Давайте начнем с необходимых компонентов.

Необходимые компоненты

• фоторезист - я использую купленный на aliexpress
• однокомпонентная паяльная маска - также купленная на aliexress
• кальцинированная сода - для растворения незасвеченного фоторезиста
• персульфат натрия - для травления печатной платы
• прозрачная пленка для печати на принтере - в случае лазерной печати, пленка должна быть термически устойчива
• графитовый стержень - лучше всего взять сердечник батарейки
• скальпель - невероятно удобный скальпель купил на aliexpress
• резиновый валик - достал его из старого картриджа лазерного принтера
• фольгированный текстолит - для изготовления печатных плат
• скотч - обычный тонкий скотч
• ультрафиолетовая люминесцентная лампа 40w - купленная мною на aliexpress
• стекло 3-4 мм - для прижима фотошаблонов
• лавсановая пленка - можно купить в сувенирных магазинах, это та самая пленка, в которую заворачивают цветы
• резервуары для растворов
• ватные палочки
• вата или ватные спонжики
• ацетон
• резиновые перчатки

Изготовление печатной платы

Для начала необходимо изготовить фотошаблоны, я делаю это в программе KiCad c сохранением шаблонов в svg формат и последующей их печатью через InkScape . В свое время сохранял файл в pdf формат и просто их печатал, но пришлось отказаться от такого варианта из-за низкой точности данного подхода. Сами фотошаблоны необходимо сохранить в виде:

• фотошаблон печатных дорожек - зеркальный негатив
• фотошаблон паяльной маски - зеркальный позитив

Для печати я использую обычный лазерный принтер, без каких либо дополнительных настроек, печатаю на специальной прозрачной пленке для лазерных принтеров. В итоге получаем 2 фотошаблона

как видите делаю несколько копий шаблонов, чтобы потом выбрать лучший из них. Следующим этапом, в случае печати на лазерном принтере, является уплотнение тонера, из всех испробованных вариантов остановился на обычном порошке графита. Для этого нам нужен графитовый стержень, который лучше всего взять из сердечника батарейки, но у меня под рукой был карандаш, и с помощью скальпеля делаем очень мелкую графитовую стружку

берем ватку, и очень аккуратно, с минимальным нажимом, начинаем растирать графитовую стружку по поверхности тонера, в результате тонер должен покрыться блестящим налетом графита

фотошаблоны готовы, кладем их в сторону, и приступаем непосредственно к печатной плате. Все работы с печатной платой рекомендую делать в резиновых перчатках, для исключения попадания жира на поверхность платы. Вырезаем плату нужных размеров, с 2-х сторон оставляем примерно полсантиметра технологичной зоны, которая пригодится нам в дальнейшем для нанесения паяльной маски. Очень тщательно вымываем плату под водой, я мою с обычным мылом для рук. Также отрезаем с запасом нужный кусок фоторезиста.

берем скотч, приклеиваем к внутреннему уголку фоторезиста и аккуратно снимаем тонкую пленку

далее кладем фоторезист на печатную плату и, придерживая одной рукой фоторезист, прикатываем его валиком, тут нужна небольшая сноровка, но в результате должны получить однородное покрытие без пузырьков воздуха. В случае если воздух все же попал, его можно проколоть тонкой иголкой, убрав таким образом, но все же лучше снять фоторезист полностью и попробовать заново

далее берем печатную плату с фоторезистом, кладем на нее наш фотошаблон с дорожками тонером вниз, позиционируем и прижимаем стеклом. Ставим УФ лампу на высоте 20 см и включаем на 5 мин. На картинке не показано, но дополнительно данную конструкцию накрываю картонной коробкой, поскольку УФ свет вреден для организма

через 5 мин получаем такой результат

потом нам нужно снять лавсановую пленку, для этого кладем нашу плату на 2-3 мин в морозилку, после чего достаем плату, скотчем приклеиваем уголок платы и снимаем пленку. Пленку оставляем, она нам пригодится в дальнейшем

готовим раствор кальцинированной соды, на данную плату я взял примерно пол чайной ложки соды и растворил примерно в 200 мл воды. Опускаем плату в раствор и ватной палочкой время от времени протираем поверхность. Примерно через 10 мин промываем под проточной водой и получаем плату где остался только засвеченный фоторезист

готовим раствор персульфата натрия, поскольку раствор практически одноразовый, то готовлю ровно столько сколько нужно на одно травление, в моем случае это опять же примерно пол чайной ложки на 200 мл теплой воды. Травление занимает примерно 20-30 мин, раствор время от времени нужно взбалтывать, также я протираю плату ватной палочкой в процессе травления

получаем такой результат

следущая задача - снять уже ненужный фоторезист, для этого капаем каплю ацетона на поверхность платы и накрываем лавсановой пленкой, которую мы сняли до травления платы, через 30 секунд фоторезист начнет отслаиваться

снимаем пленку и вытираем сухой ваткой, снимая при этом весь фоторезист.
Печатная плата готова

Нанесения паяльной маски

Перед нанесением паяльной маски плату необходимо хорошо обезжирить, промыть и просушить. Причем высушить ее нужно очень хорошо, сам текстолит может оставлять в себе небольшую часть влаги, поэтому сушке важно уделить особое внимание. В нашем случае будем использовать однокомпонентную зеленую паяльную маску, купленную на aliexpress. Примите, пожалуйста, во внимание, что время экспозиции маски другого цвета может отличаться, и его нужно подбирать отдельно.
Итак, отрезаем 2 одинаковых куска лавсановой пленки, размером больше чем ваша плата, кладем одну часть на ровную поверхность, сверху кладем печатную плату, и приклеиваем по краям скотч, залезая на плату примерно на 3-4 мм (помните техническую область о которой говорилось в начале статьи?). В данном случае скотч играет 2 роли

когда маска растеклась по плате, снимаем стекло, кладем сверху фотошаблон и прижимаем стеклом обратно. Аккуратно двигая стеклом, выставляем фотошаблон в точном соответствии с контактами печатной платы

после чего весь этот "бутерброд" кладем под УФ лампу на 60 минут. Через нужное время достаем нашу плату, снимаем стекло, фотошаблон и лавсановую пленку, берем ватку и вытираем маску, не отвердевшую под УФ светом, снимаем скотч, и вытираем окончательно плату по бокам. Нужно заметить, что некоторые люди промывают плату под водой с моющим средством, но в моем случае, я просто беру сухую ватку и вытираю поверхность. Также необходимо дополнительно, без стекла, положить плату на 60 минут под УФ лампу для полного закрепления паяльной маски.
Через дополнительные 60 мин паяльная маска готова

Спасибо за внимание, всем хорошего настроения.

С любой заводской платой, то в глаза сразу бросится основное отличие: практически на всех заводских платах дорожки покрыты каким-то защитным слоем, снаружи остаются только контактные площадки. Этот слой может быть зеленым, красным, синим, а иногда даже черным или белым. Так что же это такое, и зачем оно нужно?

Это покрытие именуется паяльной маской, и призвано защитить дорожки от окислов, случайных замыканий и перегрева текстолита при монтаже элементов. В добавок к этому производить монтаж элементов на плате покрытой паяльной маской намного комфортнее: припой не растягивается по дорожкам. Если же детали запаиваются феном, то это тем более актуально. Да и выглядит плата с маской гораздо привлекательнее.

На данный момент радиолюбителю доступны три вида паяльной маски:

• Однокомпонентная (с UV отверждением).
• Двухкомпонентная.
• Сухая пленочная.

Однокомпонентная маска предлагаемая нашими маленькими китайскими друзьями на деле все же является ремонтной краской. Например, ей очень удобно замазать место восстановления дорожек. Нет, как маску ее тоже используют, в этом случае не нужна печь (а УФ лампы нужны в любом случае), но по прочности она все же проигрывает двухкомпонентной. Существует и настоящая однокомпонентная паяльная маска, но встречается она гораздо реже.

Пленочная маска очень похожа на фоторезист и по виду, и по принципу работы с ней. Да-да, из фоторезиста тоже можно сделать защитное покрытие, но на деле это лишь подобие, которое не обладает ни химической ни механической прочностью. Она так же довольно редко встречается, довольно дорого стоит, и главное, для полноценной работы необходим вакуумный ламинатор (для полноценного прилегания маски к поверхности платы).

Наиболее оптимальным по соотношению цена/качество является двухкомпонентная паяльная маска. Существует возможность приобрести ее на развес, что делает маску еще более доступной.

Да, нанесение паяльной маски делает процесс изготовления платы еще более трудоемким, затратным по времени и требует новых инструментов и материалов. Но ведь настоящий радиолюбитель и не должен стоять на месте, приобретение новых навыков и знаний, это всегда хорошо.

Как обычно, разделим процесс изготовления платы на этапы:

Сверление заготовки, нанесение фоторезиста, экспонирование, проявка, травление. Все эти этапы мы рассмотрели ранее. Возможно кого-то и удивит тот факт, что первым этапом идет сверление, обычно мы это делали почти в самом конце, но в данном случае отверстия сверлит станок ЧПУ, и порядок будет именно такой. О подготовке файлов для станка и изготовлении платы с его помощью мы еще поговорим, а пока воспримем это как данность.

Просверленная заготовка, с нанесенным фоторезистом.

Заготовка перед экспонированием дорожек.

На второй фотографии можно заметить, что рядом с шаблоном дорожек есть еще один шаблон (на самом деле он там не один). Это и есть шаблон для паяльной маски. По принципу работы с ней, маска мало чем отличается от фоторезиста. Это точно такой же светочувствительный материал, с небольшими отличиями: он состоит из двух компонентов и он жидкий.

Смешивание маски. Перед нанесением маски композит и отвердитель смешиваются в определенной пропорции, например, для маски FSR-8000 - 3:1.Композит имеет цвет покрытия, а отвердитель белый.

Ситуация, когда при нанесении не хватило маски, очень удручающе действует на психику, а значит необходимо рассчитать ее количество. На деле тут все просто: на 1 квадратный дециметр платы (10*10 см) с запасом хватает 2 грамм маски. Конечно тут все зависит от консистенции и способа нанесения, я же говорю о ситуации, когда маска ни чем не разбавлена (достаточно густая), и наносится через специальную сетку при помощи ракеля. Да, совсем небольшой расход.

Например, наша заготовка размером 6,5 см на 4,5 см. Считаем площадь в дециметрах: (6,5 см * 4,5 см) / 100 = 0,2925 дм². Считаем что 0,3 дм², в нашем случае лучше округлить в большую сторону. Считаем количество маски: 0,3 дм² * 2 гр. = 0,6 гр. Это количество готовой маски. Так как мешаем в пропорции 3 к 1, то 0,6 гр. / 4 части = 0,15 грамм - вес одной части. Значит 3 части композита имеют вес 0,45 грамм, а одна часть отвердителя - 0,15 грамм. Мешаем.

Нет ничего страшного в том, что композита на сотые доли грамма больше чем положено. Но если речь идет о ситуации когда чего-то больше, то очень желательно, чтобы это был именно композит а не отвердитель. Опять же, на сотые доли, не более того, пропорции нужно соблюдать. Далее очень тщательно перемешиваем маску, и оставляем на несколько минут. А пока подготовим сетку.

Нанесение паяльной маски. К нанесению маски можно предъявить два требования: слой должен быть тонким и обязательно равномерным. Можно конечно попытаться справиться и подручными средствами (тут обычно в ход идут валики для краски, шпатели для заделки швов и прочий садовый инвентарь), но все же единственно правильным способом будет являться нанесение через трафаретную сетку.

Трафаретная сетка - материал, прекрасно подходящий для нанесения маски. Я пользуюсь сетками марки LM-PRINT (ссылка на магазин есть в таблице выше). В маркировке сетки через дробь указано количество нитей на см и диаметр нитей в мкм. Например, LM-PRINT PES 61/60 PW - 61 нить на см, диаметр нитей 60 мкм. Чем меньше количество нитей, тем толще маска на поверхности платы. И наоборот.

Для сетки в продаже можно найти специальные рамы, на которые эта сетка натягивается. В моем же случае это обычная профильная труба 18 мм. Клей для сетки специальный, приобретается там же где и сетка. О натяжке сетки можно почитать Стойки по углам сетки приподнимают ее над заготовкой на 3 мм.

Периметр заготовки проклеивается на сетке малярным скотчем. Подготовим сразу два окна: для маски и шелкографии. Ракельная резина тоже специальная, и приобретена там же где и сетка.

Подготовленная маска наносится равномерным слоем на одну из сторон платы. После чего одним уверенным движением протягивается вдоль заготовки ребром ракеля, расположенного под углом. Главное, не останавливаться при нанесении. Конечно здесь нужен опыт, и со временем результат будет только лучше. А для тренировки можно использовать зубную пасту, например.

Сушка паяльной маски. Очень ответственный этап. Заготовка платы при изготовлении паяльной маски успевает побывать в печи два раза. Первый раз для предварительной сушки, а второй - для окончательного отверждения. И различие только одно - температура. Если сушка выполняется при температуре 75-85°С, то дубление при 150-160°С. Догадываетесь что будет, если превысить температуру предварительной сушки? Да, маска окончательно затвердеет, и никакими проявочными растворами смыть ее будет невозможно. Мы получим плату с красивой и ровной маской, которая совершенно не годится для пайки, так как слой маски сплошной. Ее останется только выбросить, а это весь цикл от нанесения фоторезиста и до готовой, по-сути, платы. Обидно? Разумеется. Потому к сушке относимся очень внимательно. Конечно лучше поручить такую задачу предназначенным для этого агрегатам. У меня для этого имеется печь, с установленным в нее ПИД-регулятором. Предварительная сушка обычно занимает 30-55 минут. Главное, маска после сушки не должна липнуть. При чем пока она горячая, такой эффект может быть, но при остывании он должен исчезнуть.

Экспонирование паяльной маски. Отличается от фоторезиста лишь временем экспонирования, в остальном все точно так же. Маска негативная (как и фоторезист, полимеризуется то, что было засвечено), значит закрываем только контактные площадки. Далее экспонируем.

Проявка паяльной маски. Опять же, все как с фоторезистом. Даже раствор тот же, потому после проявки фоторезиста его не выливаем, а используем дальше. И даже после проявки маски он пригодится, им мы проявим шелкографию и отмоем сетку от маски. Хочу вот на что обратить внимание: если маска глянцевая, то при проявке этот глянец легко повредить, потому в идеале к поверхности платы вообще нельзя прикасаться. Впрочем, если все сделано правильно, то маска проявляется очень легко.

Нанесение шелкографии. В принципе, нанесение обозначений элементов на плате это не самая необходимая вещь. Если без паяльной маски в некоторых случаях совсем тоскливо, то обозначение элементов это просто удобство при сборке устройства. Так что нанесем и маркировку. Для этого используется та же самая маска, только выберем синий цвет.

Обратите внимание

Если маркировка наносится с той же стороны что и паяльная маска, ее необходимо хотя бы 15 минут задубить при соответствующей температуре. Если нанести новый слой на маску которая не задублена, входящий в состав маски растворитель повредит нижний слой. Маска остается на плате, но поверхность ее трескается. Тем более если цвет маски для шелкографии белый, эти трещины в итоге очень хорошо видно.

У нас маркировка с обратной стороны, потому допустимо нанесение без сушки. Точно так же замешиваем синюю маску и наносим ее на обратную сторону платы.

Сушка шелкографии. В печь на 45 минут при температуре 75-85°С.

Экспонирование шелкографии. Нам нужно только обозначение элементов, а значит шаблон используем негативный.

Проявка шелкографии.

Окончательная сушка. Выполняется при температуре 150-160°С в течении 45-75 минут. При этой температуре маска обретает окончательную прочность.

Пока сушится плата можно отмыть сетку от маски. С этим легко справляется проявочный раствор кальцинированной соды и посудная губка.

Обрезка платы. Конечно вовсе не обязательно делать это при помощи станка, но раз уж он сверлил отверстия, то и по контуру пусть вырезает тоже он.

Лужение. Здесь так же есть одна особенность: после печи медь на контактных площадках окислена, и лудить ее не так просто. Но исправляется это очень легко, достаточно на минуту опустить плату в воду, в которую добавлена лимонная кислота. Мы же ее используем для травления, так что это не проблема. Достаточно пол чайной ложки на пол стакана воды, и медь станет чистой и блестящей.

Вот и подошел к концу цикл статей о изготовлении устройств. Как я и обещал, мы прошли довольно длинный путь. Конечно рассмотренными способами изготовление не ограничивается, тема эта очень обширная. Но, надеюсь, общее представление цикл составить позволяет.

Между первой и последней технологией - десятки лет. Но даже не это главное. Между ними огромный труд целого мира радиолюбителей. Труд, полный экспериментов, побед и ошибок, ведь не ошибается лишь тот, кто ничего не делает. Не бойтесь задавать вопросы, экспериментировать и делиться своим опытом (пусть и не всегда удачным). Этот опыт обязательно пригодится кому-то еще, иначе и быть не может.

Всех благ.

Еще в начале декабре я пытался сделать шелкографию, причем именно белую, для платы. Вот мои потуги в этой области.

Сразу было понятно, что в качестве трафарета только сухой пленочный негативный фоторезист, так как с полноценной шелкографией заморачиваться было лень, а других способов нанести по компьютерному трафарету я не знаю.

Далее надо было подобрать материал для краски. Перепробовал гуаши всякие, краски текстильные, и много чего другого, даже силикатный клей с белилами. Все испытания и требования выдержала только одна смесь: клей ПВО + титановые белила.

А требования были следующие: чисто белый цвет, полная стойкость к температуре до 350-400 градусов, полная стойкость к воде, растворителям и кислотам, неэлектропроводность, механическая прочность (ногтем не должна сниматься ни при каком усилии).

Вместо титановых белил можно использовать цинковые, но их я не нашел.

Самый первый пробный эксперимент: простая маска из фоторезиста, замешал ПВА с белилами «на глазок», намазал в щели в фоторезисте, протер губкой с водой. И плату в духовку на 250 градусов на 10 минут. Но, увы, забыл плату в духовке! Очнулся, когда по всей квартире уже распространялась ужасная вонь. Вот результат.

Заметьте, шелкография выжила!

Вторая попытка

Маска из фоторезиста:

Первоначальное намазывание смесью (мажу резиновым шпателем):

Помочил водой, снова шпателем прошелся:

Чуть посушил, убрал фоторезист кипячением в растворе кальцинированной соды и в духовку. Результат:

Проблемы

1) Фоторезист не может делать линии в 0.1мм! Может у меня просто такой тупой фоторезист, может аппарат засветки кривой, но дорожки 0.1мм это тяжко, практически 50/50. Я вообще не знаю никого, кто бы делал 0.1мм дорожки на фотоспособе. А все элементы маски по умолчанию именно такие. Приходится руками делать их все 0.15мм.

2) Снять фоторезист и не повредить маску из краски практически не реально! Я пробовал снимать фоторезист по разному, но самый нежный способ для маски, как это не странно, оказался именно кипячением платы в насыщенном растворе кальцинированной соды. Все равно местами фоторезист пристает к ПВА и при снятии отрывается вместе маской.

3) Заливки, как видно, выходят хреново.

Возможные решения

Проблема 1: Или править маску до толщины линии в 0.15-0.2мм до печати или использоваться фоторезист с разрешающий способностью 0.1мм и меньше, чем тоньше – тем лучше, с хорошей засветкой (без бокового подсвета),

Проблема 2: Посушить плату минут 5 в духовке на 100 градусах или очень горячим феном для волос, тогда маска сильнее прицепится к плате. Не надо пытаться оторвать все кусочки фоторезиста от маски, пусть остается, после духовки можно откалупнуть. Он хорошо откалупывается – проверно.

Проблема 3: Никак. Не делать заливок и все. Особенно на краях.

Решения эти я не проверял – лень мне уже было.