Sådan laver du PCB derhjemme

For enhver elektronisk entusiast at lave PCB til et elektronisk projekt kan være meget sjovt. Et printkort eller printkort hjælper ikke kun med at opbygge kompakte kredsløbsprojekter, det garanterer også, at kredsløbets funktionsfejl og mere præcise fungerer.

I dette indlæg lærer vi omfattende en trinvis proces til fremstilling af små DIY PCB'er derhjemme gennem minimal indsats og maksimal præcision.

DIY trinvise procedurer

Det involverer grundlæggende følgende vigtige trin:

1. Skæring af kobberbelagt laminat i korrekt størrelse.
2. Stansning af fordybninger til boring af huller til komponentledningerne, som skematisk.
3. Tegn puder omkring fordybningerne med ætsningsmodstand maling, og forbinder puderne gennem spor ved hjælp af ætsningsmodstand.
4. Nedsænk den malede plade i jernchloridopløsning, indtil kemikaliet spiser det eksponerede kobber væk og efterlader de malede layoutsektioner intakte.
5. Tørring af pladen og skrubning af ætsningen modstå maling fra sporene og elektroderne.
6. Boring af huller på fordybningerne.
7. Polering af det færdige bord med fint papir.
8. Brug af det færdige printkort til samling og lodning af delene.

Lad os nu diskutere ovenstående trin i detaljer. Det første skridt i PCB-produktion ville være at erhverve de væsentlige ressourcer og genstande. Vi vil fokusere på alle de ting, der er grundlæggende.

Nødvendige materialer til fremstilling af PCB

For at starte processen samler vi først alle de vigtige ingredienser eller materialer, der kræves til PCB-fremstilling. Følgende grundlæggende ting er nødvendige for produktionen

• Kobberbelagt laminat
• Ferrikloridopløsning
• Etch Resist Chemical eller maling.
• Malebørste eller pen
• Beholder til ætsning af printkortet
• Boremaskine og boremaskine.
• Etchant Remover
• Skurepude, køkkenpapir

Kobberbeklædt Laminat

Den mest basale genstand vil være kobberbeklædt til at lave printkort alene, og du finder en række af disse.

Basis (isolerende) ting er generelt enten glasfiber eller SRBP (arkharpiksbundet papir), og sidstnævnte er normalt den mere overkommelige mulighed.

Glasfiber er imidlertid blevet det udbredte både med kommercielle og rekreative forbrugere, da det er udstyret med et par positive aspekter.

Den første er grundlæggende, at den er hårdere og derfor mindre modtagelig for bøjning og brud end SRBP. Den forbedrede holdbarhed er desuden meget nyttigt for brædder, der bærer vægtige dele, for eksempel transformere.

En yderligere fordel er, at glasfiber er gennemskinnelig og således typisk giver os mulighed for at se kobberstierne gennem det øverste (komponent) område af tavlen, hvilket ofte er umagen værd, når vi undersøger og finder fejl.

Når det er sagt, er standarden på SRBP-kort mere end tilfredsstillende for mange krav. Marketingkampagner refererer normalt til plader som 1 mm, 1,6 mm osv., Og dette refererer faktisk til tykkelsen på grundmaterialet.

Board tykkelse

Naturligvis har de tykkere (ca. 1,6 til 2 mm) plader tendens til at være mere robuste sammenlignet med slankere (ca. 1 mm) modeller, men de tungere kvalitetsplader er kun afgørende for store printkort, eller hvor der sandsynligvis vil installeres vægtige dele på kortet.

For de fleste applikationer har tykkelsen på tavlen faktisk kun ringe betydning.

Lejlighedsvis vil kobberlaminatplade sandsynligvis blive valgt som en ounce kvalitet eller muligvis to ounce kvalitet, som vedrører vægten af ​​kobberet på en kvadratfod af brættet.

De fleste kredsløb beskæftiger sig med ganske lave strømme, og regelmæssigt et ounce bord er næsten alt, hvad der er brug for. I virkeligheden er en ounce plade ofte tilfredsstillende, selv for kredsløb, der involverer formidable strømme.

Etch Resist Paint

Den grundlæggende metode, hvormed et printkort fremstilles, er normalt at dække de områder af kobber, der er nødvendige på det færdige kort gennem en ætsningsmodstand, og dypp derefter kortet i ætsemiddel, der fjerner de uønskede (udækkede) kobberområder .

Ætsningsmodstanden fjernes efterfølgende for at eksponere kobbersporene og puderne.

Uanset hvilken maling, der er i stand til at holde ætsemidlet væk fra kobberlayoutet under ætsningsprocessen, kan der anvendes som resist.

Jeg foretrækker personligt at bruge negleemaljer eller neglelak, ethvert billigt mærke kan bruges og fungerer godt som etsningsmodstand.

Egenskaber ved Etch Resist

Professionelt er sandsynligvis den mest anvendte modstandsdygtighed vandtæt maling og blæk. Vandopløselige sorter er bestemt ikke egnede til formålet, simpelthen fordi disse bliver opløst og skyllet af i ætsningsopløsningen.

En maling eller blæk, der tørrer hurtigt, er mere fordelagtigt, fordi det eliminerer behovet for at vente længe, ​​før brættet kunne ætses.

Selv de mere basale trykte kredsløbsmønstre ser ud til at have en stor mængde tynde kobberspor inden for et relativt kompakt område af karton i dag, og en pensel, der er kompetent til at skabe ekstremt fine linjer, bliver nødvendig.

Tegning af sporlayoutet

En simpel løsning ville være at bruge en slidt fiber-tip pen på en pensel måde, som kan hjælpe med at udvikle enestående endelige resultater, selvom det måske ikke ligner et udsøgt middel til at løse problemet. En nemmere måde at implementere resisten på er at bruge en af ​​de kommercielt tilgængelige ætsemodestifter, som let kan købes hos enhver elektronisk forhandler.

Enhver slags pen, der bruger spiritusbaseret blæk og en skarp spids, skal kunne bruges med denne applikation. Hvis du er i tvivl om, hvorvidt en pen er passende, kan du let trække et par spor ud over et kasseret kobberlaminatbræt, og æts brættet for at kontrollere, om blækket holder ætsemidlet korrekt væk.

En yderligere type modstand er gnidningsbestandige overførsler som er tilgængelige fra flere komponenthandlere, og som ofte kan give virkelig fremragende og specialiserede resultater som vist i det følgende eksempel.

Faktisk kan du opleve, at der er masser af kemikalier, der kan anvendes som ætsemiddel, men de fleste af disse er farlige af en eller anden grund og er sandsynligvis ikke egnede til hjemmedesignede brædder.

Fortrylleren

Ætsemidlet er et kemikalie, der reagerer med kobberlaminatets eksponerede kobberområde og nedbryder det fra pladen. Det bruges til at tage kobberregionerne på tavlen af, som ikke er malet af ætsemodstanden, og de områder, der ikke bidrager til sporlayouter og puder.

Ætsemidlet, der typisk anvendes til hjemmeudviklede plader, er jernchlorid, og selvom dette er mindre farligt sammenlignet med de fleste valg, er det ikke desto mindre et kemikalie, der skal implementeres med forsigtighed.

Dette bør derfor altid skylles hurtigt af med rindende ledningsvand, hvis du spilder noget på din hud. Sørg for, at du ikke opbevarer jernchlorid i metalliske beholdere, da dette kemikalie reagerer på metaller og gør metallet porøst og forårsager lækager.

Da jernchlorid er giftigt (og i løbet af mange anvendelser gradvist omdannes til kobberchlorid, som ligeledes er ekstremt giftigt), skal det naturligvis opbevares langt fra fødevarer og redskaber mv.

Typer af jernchlorid

Jernchlorid kan opnås i en række forskellige former. Sandsynligvis den mest praktiske type at have er en klar til brug opløsning af kemikaliet. Mange komponentleverandører markedsfører det i sådan flydende form, typisk i 250 ml beholdere og i koncentreret form.

Du skal fortynde det en smule inden brug, som beskrevet i den givne retningslinje på flasken. Det kræver muligvis ikke meget fortynding, og en 250 ml flaske tillader normalt kun 500 ml eller en liter efter fortynding med vand.

Nogle virksomheder kan tilvejebringe jernchlorid som krystaller, også undertiden kendt som 'Ferric Chloride Rock'. Denne etiket er meget velegnet, da den i denne form helt sikkert ligner stykker gul sten snarere end små pæne krystaller, som stort set er solide.

I denne type findes jernchlorid normalt i 500 g pakker, hvilket er nok til at generere en liter ætsningsopløsning.

Du kan lige så godt få dette i større pakker, men da 500gm er nok til at ætse et stort antal almindelige størrelseskort og kan let overleve selv en flittig konstruktør i meget lang tid, er det højst sandsynligt ikke givende at blive større end 500gm pakke helt.

Sådan oprettes jernkloridopløsning

I krystalform vil jernchlorid ikke opløses let, især når det omrøres støt, kan det før eller senere nedbrydes fuldstændigt, og ved konstant blanding kan det smelte ret hurtigt.

Sidst men ikke mindst kan jernchlorid erhverves i vandfri form, hvilket grundlæggende betyder, at det er ægte jernchlorid med stort set intet vandmateriale. Det vil have en lille grad af vand i sin krystallinske form som en side.

Hvad der faktisk forårsager denne type jernchlorid så svært at arbejde med, er den opvarmningseffekt, der genereres, når den blandes med vand. Selv hvis du begynder med afkølet vand, kan det hurtigt blive ret varmt til et niveau, hvor beholderen bliver meget varm at røre ved, hvilket udgør en fare for smeltning af plastbeholdere.

En yderligere bekymring er at have kemikaliet til at opløses tilstrækkeligt og skabe en anstændig ætsningsformulering. Af en eller anden grund kan du finde dig selv ender med en stor mængde kemikalie, der aldrig vil nedbrydes, og også opløsning, der ser ud som jernchlorid, men har meget lidt, hvis nogen ætsningspotentiale.

Derfor skal der anvendes koldt vand (ideelt nedkølet eller med is). Det er desuden muligt, at der kan være en lille mængde kemikalie, der ikke smelter, som enten kan blive spændt fra væsken, eller da det ikke ser ud til at hindre ætsning, kan det simpelthen efterlades i opløsningen.

Borestørrelse

Den næste vigtige ingrediens til fremstilling af PCB derhjemme er borekronen, som er nødvendig for at bore huller på printkortet til komponentledningerne.

Den typiske diameter for ledningshuller til komponenter er 1 mm, selvom et antal komponenter som forudindstillede modstande, store elektrolytkondensatorer osv. Kræver en lidt større diameter. En huldiameter på ca. 1,4 mm er passende til denne slags komponenter.

Det anbefales typisk at bruge en diameter på under 1 mm til halvledere og et antal andre komponenter, der har tyndere ledninger. 0,7 mm eller 0,8 mm synes at være acceptabel diameter for disse komponenter.

Hvis du har adgang til bor i høj kvalitet, skal de være ret hårde.

Bor på omkring 0,7 mm til 1,4 mm i diameter kan dog være ret svage og bør håndteres relativt forsigtigt.

Hvis de opretholdes med lodret lodret pres nedad, kan det være fint, men hvis orienteringen ikke holdes vinkelret på brættet, oprettes der ikke et ordentligt hul, hvilket er meget muligt, at borekronen bryder i to.

Du skal derfor være realistisk forsigtig, når du borer huller med sådanne bor, og helst bør maskinen bruges med et justerbart stativ som vist nedenfor.

Vi har hidtil diskuteret de vigtigste ting, der er nødvendige, når vi laver et printkort, og der kan være nogle andre sandsynligheder og ender, der kan være væsentlige.

Disse er dog typisk basale husgenstande, og disse vil blive afsløret, når vi går videre med etsningen. Du finder mange forskellige metoder til fremstilling af et printkort.

På trods af at alle af dem grundlæggende er identiske, og de store uligheder er bare den rækkefølge, gennem hvilken de forskellige mål undervejs udføres.

Vi vil derfor begynde med at tage højde for en fremgangsmåde til fremstilling af et kort, hvorefter et par alternative teknikker vil blive forklaret.

Kom godt i gang med PCB-fremstilling

Det allerførste skridt ville være at tjekke med bogen eller magasinet, hvor det trykte kredsløb præsenteres for at få de rigtige dimensioner af tavlen.

Du har muligvis generelt en kredsløbsskema, et komponent-overlay-diagram og det trykte kredsløbsspormønster gengivet i faktisk størrelse som angivet i henholdsvis de følgende 3 figurer.

Størrelsen på det trykte kredsløb skal være tilgængelig i teksten eller skematisk, men i mange tilfælde vil det være nødvendigt at overveje proportionerne gennem det reelle størrelse kobberspormønster.

Marker grænsen for den færdige plade på laminatpladens kobberside, og træk derefter et ekstra sæt linjer ca. 2 mm på ydersiden af ​​den forrige markering.

Ved forsigtigt at skære mellem disse konturer skal du være i stand til at generere en sektion af bord med anstændig præcision og lige kanter med minimale problemer.

Bræddernes sider kunne udglattes ved hjælp af en lille flad fil og med glasfiberplade, der eliminerer de slibende ender, som kan være uønskede.

Vær opmærksom på, at markeringerne skal udføres på kobbersiden af ​​pladen og saves fra samme side for at forhindre, at kobberet skrælles, mens pladen skæres. Sørg derfor for at skære eller bore pladen altid fra kobbersiden og ikke fra laminatsiden

Det næste trin ville være at tegne placeringen af ​​hullerne til komponenterne, og hvor det er passende, monteringshullerne til bordmontering.

Den hurtige metode til at få dette gjort er at fastspænde den skematiske tegning over brættet på kobbersporet ved nøjagtigt at tilpasse tegningen og brætkanterne.

Derefter markeres med skemaet eller lignende spidsværktøj forsigtigt og nøjagtigt gennem skemaet på tavlen ved at stanse små fordybninger i kobberet.

Det er ikke nødvendigvis vigtigt at markere tavlen ved at stanse med et spids værktøj, og en alternativ måde er simpelthen at rette og klæbe tegningen til tavlen ved hjælp af cellobånd og derefter bore ned gennem tegningen, som nu i sig selv fungerer som boremarkører.

Maling af spor med etch-modstand

Efter at pladen er trimmet til størrelse og alle huller er boret, er den næste opgave at male pladen med ætsningsmodstanden. Dette indebærer dybest set at rense tavlen så omfattende som muligt.

Særlige rengøringsblokke kan fås fra markedet, og disse fungerer tilsyneladende ganske pænt. Kobberlaminatplader kan generelt vise noget oxid og korrosion oven på kobberoverfladen, og det er meget vigtigt at fjerne dette, ellers kan det forhindre, at pladen bliver ætset ordentligt.

Derfor anbefales det at bruge et rimeligt kraftigt rengøringsmiddel, der perfekt fjerner al oxid, snavs og korrosion fra kobberoverfladen.

Efter at brættet er blevet grundigt vasket, og kobberlaget ser ud til at glitre overalt, skal du skylle brættet under varmt vand for at slippe af med rester af rensemidlet eller den olieagtige ingrediens. På dette tidspunkt skal du sørge for ikke at røre ved kobberoverfladen, hvilket ellers kan forårsage fedtede fingermærker og bremse ætsningsprocessen.

Tag derefter ætsningsmodstanden mod maling for at trække kobberpuder rundt om hullerne, der er boret til komponentledningerne.

Når puderne er trukket med etsemodstand, er det tid til at male kobbersporene, så de forbinder puderne i henhold til kredsløbsdesignet. Sørg altid for at holde dine hænder væk fra kobberoverfladen, mens du gør dette. Begynd fra tavlen den ene kant og fortsæt systematisk mod den anden kant i stedet for at gøre det tilfældigt (hvilket sandsynligvis kan resultere i fejl)

Til komplekse printkortdesign

Flere moderne trykte kredsløbsdesign kan være ekstremt sofistikerede og udfordrende at replikere.

Mens du designer en tavle af denne art, anbefales det at arbejde med en trykt kredsløbsmodstandspen (eller et passende alternativ) med en endnu finere spids. På steder, der kan have mange snævre, tæt pakket parallelle spor, skal du tage hjælp fra en lineal for at tillade, at fine lige linjer tegnes.

Hvis du ser sporene eller puderne smelter sammen, skal du vente på, at modstanden tørrer op og derefter bruge et kompasspunkt eller en anden skarp spids til at ridse den overskydende overlappende modstand væk.

Så snart modstanden er tørret ud, og printkortet er inspiceret, er den næste opgave at nedsænke brættet i ætseløsningen, indtil alt det eksponerede kobber til sidst er taget af.

Hvordan PCB-ætsning sker

I det væsentlige foregår det under ætsningen, at kobberet tager jernets plads i jernchloridet til dannelse af kobberchlorid, mens jernet udfældes.

I begyndelsen sker ætsningsprocessen ret hurtigt og kan kun tage et par minutter, men efterhånden som jernchloridet gradvist bliver omdannet til kobberchlorid, bliver ætsningshandlingen langsomt, og efter at flere plader er ætset, kan det observeres, at ætsningstiden er temmelig langvarig eller slet ikke opnås.

I så fald skal ætsemidlet udskiftes med en ny batch af jernchloridopløsning. Som du vil bemærke, at jernchlorid har en rød-gul farve, mens kobberchlorid er blå i farve, så når du finder, at ætseløsningen langsomt kommer mod mere grønlig, vil det indikere, at kemikaliet nærmer sig slutningen af ​​dets levetid.

Mens ætsning tavlen derhjemme i en lille skål skal du sørge for, at tavlens kobberside vender opad, og processen udføres i en ikke-metallisk skål med tilstrækkelig størrelse.

Det kan være en god idé at tilføje et anstændigt dæksel ovenpå og regelmæssigt fjerne dækslet for at kontrollere resultatet, indtil ætsningen er slut. Et hovedproblem med denne metode er, at et jern- og kobberchloridlag har tendens til at udvikle sig oven på brættet, hvilket kan forlænge ætsningstiden betydeligt. Dette kan imødegås ved omhyggeligt at vippe skålen fra tid til anden for at fortrænge dette lag, så ætsningen bliver hurtigere.

Brug af specielle beholdere til ætsning

Det kan faktisk være, at det er ret nemt at oprette en container for at aktivere printkortet tæt på en lodret position med kobbersiden af ​​tavlen nedad.

I denne situation sker ætsningsprocessen rigtig hurtigt, da jernudfældning ikke er i stand til at udvikle et lag og har tendens til at falde nedad fra brættet. Dette sikrer, at ætsningen ikke hindres. Stadig periodisk omrøring af pladen og ætsemidlet kan hjælpe med at slå enhver lille undertrykkende belægning, der måtte udvikle sig, af, hvilket muliggør endnu hurtigere ætsning.

Figuren ovenfor viser et par enkle muligheder for at opnå dette. I figur (a) anvendes en buet skål, der sikrer, at pladen holdes på plads gennem de fire hjørner og ikke kommer i kontakt med skålen på andre steder.

Teknikken demonstreret i (b) et godt valg til større PCB'er, hvilket kan kræve en ret stor skål for at muliggøre proceduren. Beholderen skal være ret stor, alt hvad der ligner en klassisk instant kaffekrukke, fungerer.

En hel del ætsemiddel vil sandsynligvis være påkrævet for praktisk talt at fylde krukken op. Dette kan se lidt dyrt ud i starten, men ætsemidlet vil bestemt vare forholdsmæssigt mere tid sammenlignet med en mindre mængde.

Alternativt kan en mindre mængde ætsemiddel fortyndes med en højere mængde vand, men dette kan væsentligt bremse ætsningen og anbefales ikke.

For i det væsentlige store plader kunne den eneste funktionelle metode til ætsning af pladen være at anvende en stor flad skål (som en fotografisk skål) med kobbersiden opad. Hyppig agitation kan være vant til at fremskynde ætsetiden.

Ætsning ses hurtigere i områder, hvor der er mindre regioner med åbent kobber, og det vil tage meget længere tid på områder af tavlen, hvor der er relativt bredere områder med åbent kobber. Ætsning finder også sted hurtigere rundt om bordets omkreds.

En metode, der normalt fungerer mere effektivt og typisk er langt lettere i praksis, vises ovenfor. Her sættes et par træ- eller plaststænger ned i hele skålens længde på modsatte sider. Disse er relativt længere end skålen for at lade dem hvile på toppen. Brættet hænges derefter op af stængerne, der er understøttet på et par trådstykker, en i hver ende af brættet.

Bare en enkelt ledning er demonstreret i figur for bedre forståelse. Hvis der anvendes kobbertråd, skal du sørge for, at det er en superemaleret kobbertråd med en tykkelse på 18 SWG. Ledningerne er fastgjort til stængerne ved blot at dreje enderne rundt om stangens diameter en eller to gange.

Efter ætsning er forbi

Når ætsningen ser ud til at være fuldstændig, skal du undersøge pladen grundigt for at sikre, at der ikke er nogen lommer med åbent kobber tilbage, og se efter dele af pladen, hvor kobbersporene og puderne er tæt trukket (for eksempel grupperinger af IC-puder) .

Når du har bekræftet, at ætsningen er fuldført, skal du holde tavlen lodret over ætseløsningen i nogle øjeblikke for at tillade, at den drypende ætsningsmiddel løber brættet, og tør derefter tavlen af ​​med et stykke silkepapir eller klud.

Som en sidebemærkning er dette en klog beslutning at vedligeholde et stykke køkkenpapir i nærheden af ​​hele ætsningsprocessen for at sikre, at resterne af ætseløsning kunne tørres af en pincet eller handsker, når det er nødvendigt. Brættet skal derefter vaskes omhyggeligt i vand for at vaske eventuelle sidste rester af ætseløsning væk.

Fjernelse af modstanden

Endelig i slutningen skal modstanden, der klæber til kobberet, elimineres, hvilket ellers alvorligt kan hindre loddeprocessen på kobberpuderne. Du kan erhverve enhver standard modstandsfjerner, og det kan være i form af en let ånd, der vil nedbryde størstedelen af ​​maling og blæk.

Det kan også være muligt at opnå poleringsblokke med trykte kredsløb, der tilfældigvis også er velegnet til skrubning af resisten. En anden teknik er at prøve at bruge en skurepude eller et pulver, og dette er dybest set blandt de mest ligefremme aktiviteter inden for produktion af trykte kredsløb, som bestemt ikke burde give nogen form for udfordringer.

For at muliggøre den endelige samling af komponenterne på det færdige printkort med perfekt lodning og absolut ingen 'tørre' samlinger, skal kobberskinner og -puder poleres til en blank finish, før lodning af komponenterne faktisk kan påbegyndes.

Over til dig

Som forklaret ovenfor ser det tilsyneladende ud til at gøre pcb derhjemme ret simpelt, og det er bare et par timer at skabe fremragende professionelle PCB'er med færdige DIY-materialer fra markedet. Når det er sagt, kan processen kræve en vis forsigtighed og præcision for at opnå de ønskede resultater, så det tilsigtede kredsløbsprojekt gennemføres med succes.

Hvis du er i tvivl om emnet, så lad os nu gennem kommentarerne nedenfor, vi hjælper meget gerne!