Изготовление двухсторонней платы по методу лут

Сейчас я расскажу вам, как я делаю платы по технологии ЛУТ .
Для этого вам понадобится:

1. Принтер, не пробовал современный, я пользуюсь старичком samsung ML-1615.
2. Утюг, во многих аналогичных руководствах рекомендуют советский, я не достиг успеха с ним, пользуюсь современным.
3. Зубная щётка средней жесткости, без каких либо массажных элементов, только щетина.
4. Средство для чистки канализации «Крот» или другой насыщенный раствор щёлочи.
5. Хозяйственные перчатки(нужны при контакте с «кротом»).
6. Степлер канцелярский.
7. Холодно-белая энергосберегающая лампа на 15-30 ватт.
8. Фотобумага для струйника LOMOND плотностью 120 грамм на метр квадратный.
9. Обычная бумага для печати, можно использованная с одной стороны.
10. Лента ценников.
11. Желательно иметь ножницы по металлу, они отлично режут текстолит
12. Хлорное железо и кювета для травления.
13. Маркер для CD дисков.
14. Часы с секундной стрелкой.
15. Синтетическая нитка.
16. Наждачная бумага.
17. Растворитель, желательно нетоксичный, ацетон идеально подходит.
18. Хлопчато-бумажная ветошь. Можно использовать совковое бельё.
19. Сверлильный станок или ручная сверлилка.

Берем лист обычной бумаги, и помечаем один край ручкой или маркером. Это нужно для того, чтобы лист подавался в принтер одной стороной. Вставляем в принтер, и распечатываем одну любую сторону платы.

В случае со слоем TOP нужно печатать зеркально, BOT не нужно зеркалить. Вот что получится.

Теперь отрезаем от листа фотобумаги прямоугольник, который с запасом покроет плату. И приклеиваем его с помощью ценника на то место, где печатается плата, ценник должен быть «по шерсти».

И снова пропускаем лист через принтер, на этот раз плата отпечатается на фотобумаге. Повторяем процедуру со второй стороной, в итоге вот что получится.

Теперь совмещаем два отпечатка, используя энергосберегающую лампу, солнечный свет действует тоже хорошо, но сложно защитить глаза от света вокруг платы. Совмещать удобно ориентируясь на переходные отверстия и контур платы.

После совмещения фиксируем всё степлером.

Из текстолита вырезаем заготовку, на этот раз запас должен быть меньше, чтобы заготовка поместилась между скобками от степлера. Подготавливаем заготовку наждачной бумагой, сначала трем горизонтально, потом вертикально, потом снова горизонтально. Что до обезжиривания, я не делаю, субъективно мне показалось что результат с ним получается хуже, чем без него.

Вот как должна выглядеть заготовка.

Вкладываем заготовку в конверт, контролируя чтобы рисунок не вылез за пределы платы.

Теперь очень ответственный этап-утюжка, тут главное никуда не спешить. Температуру утюга возможно прийдётся подобрать экспериментально, свой я ставлю на максимум.

Накрываем заготовку в конверте бумагой, и начинаем гладить утюгом. При первом заходе давить не надо, старайтесь равномерно прогресть заготовку, каждые 15-20 секунд переворачивайте заготовку. Всего утюжить надо 90 секунд. Дайте остыть заготовке, повторите нагрев, на этот раз применяя давление, не бойтесь, дорожки не поплывут как бы вы не старались. Второй подход длится 60 секунд. Снова остудите плату. И третий подход, длительностью 30 секунд, тоже с давлением. После последнего нагрева накройте заготовку парой слоёв бумаги, чем медленнее будет остывать заготовка тем лучше. Отрезаем лишнюю бумагу, после утюжки края платы под бумагой будут отлично видны, вот по ним и режем.

Теперь отмачиваем плату, если вы имеете возможность периодически прочищать канализацию, тогда смело используем ванну, если нет, лучше в тазу или ведре. Я не замачиваю плату, на весь процесс уходит максимум 10 минут. Подушками больших пальцев скатываем бумагу, стараясь начать с центра, и очень аккуратно на краях, там самый большой риск оторвать бумагу, а это чревато оторванным тонером. Как только верхний слой бумаги удаляется, и становится виден рисунок платы, переходите к следующему участку. Продолжайте скатывать бумагу пока пальцы перестанут чувствовать бумагу под собой, тонер пальцами скатать не получится даже при желании, если тонер отходит, значит что-то было сделано не так: либо прижим слабый, либо температура неподходящая(причём перегрев так же плох как и недогрев) либо тонер в принтере не подходит для ЛУТ. Когда первый раз будете делать, просушите плату, и под правильным углом освещения вы увидите такую картину

Это глянцевый слой, механически убрать его почти нереально, так что одеваем хозяйственные перчатки, окунаем зубную щётку в «Крот», и начинаем тереть плату, так же как и ранее наждачкой, чередуя горизонтальные и вертикальные движения, периодически окуная щетку в «Крот». Время очистки подбираете экспериментально, в какой то момент тонер начнёт отставать, вот к этому моменту нужно подойти максимально близко. Я делаю 30-40 проходов щётки по одному месту. После этого просушите плату и проконтролируйте качество, при необходимости повторите. Я пробовал замачивать плату в кроте, результат не стоит времени, сам по себе глянец всё равно не сходит, нужно тереть, зато намного сложнее подобрать время, за которое тонер не отвалится. Ещё видел рекомендации использовать не щетку а губку и без «крота», можете попробовать.

Вот такую картину должны получить

Отправляем плату на травление. Для травильного раствора разведите одну часть хлорного железа в 2-3-х частях воды, особая точность не нужна, работать будет в любом случае, изменится только активность раствора. Раствор желательно подогреть и добавить аэрацию. В качестве грелки я использую медицинскую пробирку, в которую помещен мощный резистор, и засыпан песком. Снаружи есть термодатчик и ключевой элемент, который поддерживает температуру раствора 50 градусов. Также использую аквариумную помпу, она отлично перемешивает раствор. Можно налить раствор в неметаллическую посуду и подогреть на печке, а во время травления периодически помешивать неметаллической палкой. На крайний случай можно и без нагрева.

Перед погружением в раствор возьмите синтетическую нитку и привяжите плату, чтобы было удобно доставать из горячего раствора.

Время травления зависит от активности раствора, температуры, перемешивания, толщины фольги, и погоды на Марсе 🙂 его нужно постоянно контролировать, периодически доставая плату. На платах я специально размещаю контур платы толщиной 0,1 мм. Как только этот контур начинает пропадать, значит пора доставать, конечно нужно посмотреть, нет ли где непротравов.

Берем ветошь, смачиваем растворителем и снимаем тонер. Имейте ввиду, что даже нетоксичным растворителем лучше не дышать, работаем либо на балконе, либо под вытяжкой, либо на улице. Вот что должно получится.

Теперь сверлим. У меня самодельный станок из микроскопа, купил на местном базаре у «кулибина».

Лудим, для этого отлично подходит паяльник с широким жалом.

Все вышесказанное не претендует на оптимальность и может варьироваться в зависимости от условий, не бойтесь экспериментировать.

Ещё пару слов про тонер-оригинальный тонер отлично подходит, если картридж заправленный-то тонер нужно подбирать, например для Samsung 1615 срвсем не подходит тонер P8E от любой фирмы, и отлично подходит тонер TS-1510 от фирмы Color Way, для печати документов этот тонер так же отлично подходит.

Несомненно, на сегодняшний день самой популярной у радиолюбителей технологией изготовления печатных плат является лазерно-утюжная или сокращённо просто ЛУТ. И хотя в интернете эта технология достаточно хорошо описана, однако это не повод не иметь на сайте собственного описания ЛУТ.

Итак, в одной из популярных программ для проектирования печатных плат ( можно найти одну из таких) Вы сделали разводку своей печатной платы и хотите воплотить её в текстолите. Ниже по шагам и с картинками описан весь процесс этого воплощения:

1) Распечатываем нашу печатную плату на лазерном принтере.

Очень часто возникает вопрос — на какой бумаге распечатывать платы для ЛУТ? В ходе экспериментов с различными типами бумаги (меловой, лащёной…) я, честно говоря, не заметил между ними никакой разницы и остановился на самой обычной офисной бумаге («снежинка»).

Гораздо важнее обратить внимание вот на что: при переносе рисунка печатной платы на текстолит этот рисунок зеркально отображается (смотрим картинку ниже).

Причём, обратить внимание на этот факт следует ещё при проектировании платы. Если вы ещё при проектировании нарисовали DIP-компоненты с той же стороны, что и SMD, то в результате, как ни крути и зеркально не отображай плату, все компоненты так и придётся располагать с одной и той же стороны. Ну, это так, к слову.

2) Берём текстолит и вырезаем из него кусок по размерам нашей платы, после чего зачищаем вырезанный кусок шкуркой нулёвкой (я иногда ещё пастой Гойи слегка полирую). Усердствовать не надо, иначе можно всю медь счистить, но нужно обязательно очистить медную поверхность от грязи и окисла, иначе она не будет травиться.

3) Прижимаем бумагу с распечатанной платой к нашей загатовке. Чтобы бумага не сдвигалась, её края оборачиваем вокруг платы.

4) Кладём плату на гладильную доску (медной частью наверх), берём утюг, выставляем на нём температуру посередине между шерстью и хлопком (между двумя и тремя точками) и начинаем, сильно нажимая на утюг, нашу плату гладить. Если температура будет слишком высокой — рисунок может разъехаться, если слишком низкой — тонер будет плохо прилипать к меди. Гладить нужно минут пять, при этом сильно надавливая на утюг.

5) После этого нужно оторвать бумагу от платы. Делать это лучше всего под краном с холодной водой, — во-первых плата остынет, а во-вторых, бумага размокнет и в тех местах, где тонер прилип к бумаге сильнее, чем к плате, он не оторвётся вместе с бумагой. Вместо этого часть бумаги останется на плате. Оставшуюся на плате бумагу можно удалить потерев её стирательной резинкой, тряпочкой или просто пальцем. Далее нужно просверлить все необходимые отверстия и обвести все дорожки водостойким маркером. Сверлить лучше до травления и обводки, пока хорошо видно центры будущих отверстий. Для обводки я лично использую маркер «edding 140S», он не смывается хлорным железом и имеет очень тонкий стержень (так что им удобно обводить очень тонкие дорожки).

6) Далее нужно нашу плату поместить в хлорное железо (это, собственно, и есть процесс травления). Предварительно в одно из просверленных ранее отверстий нужно просунуть нитку или проволочку (только в изоляции), за которую позднее мы будем вытаскивать плату (всё же пальцами в хлорное железо лучше не лазить — дрянь ядовитая и едкая, даже если на одежду капля попадёт — дырка гарантирована). Кроме того, за эту же нитку плату можно покачивать во время травления (так процесс идёт быстрее). Процесс травления нужно контролировать, периодически осматривая плату, поскольку если передержать её в хлорном железе больше, чем нужно, оно всё равно постепенно проест и тонер и несмываемый маркер.

7) После того, как лишняя медь (не покрытая тонером) с платы вытравилась — вынимаем плату и тщательно промываем под краном. Потом берём тряпочку, мочим её ацетоном и этой тряпочкой удаляем с платы тонер и водостойкий маркер. В результате у нас получится красивая блестящая платка, такая, как на рисунке внизу, справа.

8) Ну и, наконец, последний штрих — плату надо облудить, причём как можно скорее, иначе она очень быстро покроется окислами и припаивать к ней различные компоненты станет значительно сложнее. Канифоль не жалеем, — кашу маслом не испортишь, в крайнем случае лишнюю можно удалить спиртом.

Робототехника ,

Социальные сети и сообщества ,

DIY или Сделай сам

В США и Южной Америке уже много лет работают целые технопарки-лоукостеры с элементами социальности. В СНГ такое тоже встречается, но чаще это закрытые сообщества, как, например, Сколково . В этой мини-статье я расскажу, что это за явление на примере производителя печатных плат OSH Park , расположенном в штате Орегон. Это не единственный производитель такого типа, они есть и в Китае, и в Европе, что для российского заказчика может быть выгодней. Но во-первых я давно с ними работаю, во-вторых я не работал с другими, в-третьих они шлют заказы по всему миру бесплатно (ага, Free Shipping!).

Суть явления.

Как гласит первая строчка на сайте, «OSH Park is a community printed circuit board (PCB) order». Это значит, что сделав заказ, вы можете расшарить его для всенародного обозрения в соответствующем разделе и дать на него ссылку желающим. Интересующиеся могут заказать ваши платы одним кликом, при этом им не нужно ничего знать о правилах подготовки к производству – платы хранятся на сервере в формате, уже прошедшем все необходимые проверки и отформатированном под стандарт OSH Park-а. Ну и предполагается, что вы уже получили и проверили свои платы в реале, прежде чем шарить. Таким образом, заказ плат становится не сложнее покупки на ибее, что ценно для области DIY, где много любителей. Например, я расшарил платы для ключей из статьи "Кнопка раздолбая и педалирование Vim ". Они обошлись мне в $7.50 за 6 штук с доставкой.

Разумеется, файлы проекта можно просто скачать. Таким образом, это ещё и файлообменник с предпросмотром.

Лоукостерство достигается тремя факторами.

1. Принцип агрегатора. Компания не начинает производство, пока не заполнит панель. На заре работы, в 2011 году, ждать приходилось до двух недель. Сейчас проблема обратная – панели переполнены и заказ уходит на панели, что будут запущены в производство через 2-4 дня. Общее время, от заказа до выхода плат, сегодня, около 10 дней. На сайте нормировано до 12 дней, с запасом. О всех действиях с платами вас известят автоматическими письмами.

2. Вы сами готовите файл к производству. Основные проблемы при производстве плат возникают от ошибок в подготовке шаблона. Нарушении совмещения слоёв, их лишнего отзеркаливания или вовсе перепутывания. Несоответствие норм трассировки реальному технологическому процессу также дают сбои. Для проверки всего этого в штате производителей плат есть технологи, которые проверяют, не нарушили ли вы допуск на минимальную ширину и зазор, минимальное отверстие для этой толщины и марки материала и т.д. Это т.н. DRC контроль. Иногда, они же делают корректный экспорт в формат «gerber rs-274x» из вашего оригинального формата. Их работа стоит денег и не малых, и что самое обидное для любителя – стоимость их работы, как правило, не зависит от стоимости заказа. У OSH Park-а всё иначе – вы экспортируете в гербер сами. Сами распределяете слои (сменой расширений файлов, об этом ниже). После загрузки zip-архива с проектом на сайт, он выдаёт вам в графической форме все слои по отдельности и их сборку, тем самым вы проверяете схождение слоёв и их корректность. DRC контроль делается автоматически – если где-то будет ошибка, система вам скажет. Это экономит время, деньги, но и сваливает на вас всю ответственность за подготовку файлов.
Скачайте любой проект из их шары и попробуйте загрузить в систему, ради эксперимента.

3. Стандартность. Тут вам не предложат 100500 текстолитов, масок и покрытий. Текстолит один – FR4 толщиной 1,6 мм для двухслоек (FR408 для четырёхслоек). Цвет маски только фиолетовый. Покрытие только золотом. Эти условия подходят для 95% заказов и упрощают их агрегацию, а так же DRC контроль, правила которого уже не надо адаптировать под каждый материал и технологию.

Процесс заказа.

OSH Park принимает два формата – «Eagle» и «gerber rs-274x». Иглом не пользуюсь, поэтому расскажу про гербер. Это универсальный формат, в который могут экспортировать все известные мне программы трассировки. Формат подразумевает, что на каждый слой платы будет создан отдельный файл. Никаких сложностей быть не должно, следите только за файлом контура. Некоторые программы экспортируют его не в rs-274x, а в формате фрезеровки. Сайт OSH Park-а сообщит вам о несовпадении формата, если вы попытаетесь скормить ему такой файл. Файл с отверстиями экспортируется отдельно, в формате *.drl. Никакие слои при экспорте не нужно зеркалить! Ищите в сети мануал для своей программы и следуйте ему. Также в сети есть онлайн ресурсы и бесплатные программы для просмотра герберов. Я предпочитаю GC-Prevue .
Полученные файлы формата gerber rs-274x хоть и будут обрабатываться автоматом, рекомендуется переименовать по-человечески, вроде «Copper_top», «Bottom_Soldermask», и т.п. Можно добавить имя проекта в название. Имя файла системой не проверяется, но отображается при проверке слоёв. И в переписке с администрацией, если вдруг что не так, будет проще ориентироваться.
Основное внимание следует уделить расширениям файлов. Именно по расширению система OSH Park-а определит соответствие слоя. Список расширений доступен в разделе Design Rules .

Для не владеющих языком вероятного противника переведу:
boardname.GTL Top Layer (верхний слой меди)
boardname.GBL Bottom Layer (нижний слой меди)
boardname.GTS Top Soldermask (верхний слой маски {лак, обычно зелёный, которым покрывают плату, у нас он будет фиолетовым })
boardname.GBS Bottom Soldermask (нижний слой маски)
boardname.GTO Top Silkscreen (верхний слой маркировки {надписи, нумеровка компонентов, копирайты})
boardname.GBO Bottom Silkscreen (нижний слой маркировки)
boardname.GKO Board Outline (контур)
boardname.G2L only if you"re uploading a four layer board (первый внутренний слой меди, только если вы заказываете четырёхслойку)
boardname.G3L only if you"re uploading a four layer board (второй внутренний слой меди, только если вы заказываете четырёхслойку)
boardname.XLN Drills (отверстия).

Технологические нормы

вполне приемлемы:
Двуслойки 6 mil (0.15 mm) ширина дорожки и 6 mil (0.15 mm) зазор, 13 mil (0.33 mm) отверстия с 7 mil (0.18 mm) колечком (падом). Здесь имеется в виду, что к диаметру отверстия нужно добавить 0,18 мм и получить минимальный диаметр пада.
Четырёхслойки 5 mil (0.13 mm) ширина дорожки и 5 mil (0.13 mm) зазор, 10 mil (0.25 mm) отверстия с 4 mil (0.1 mm) колечком.

Не менее 15 mil (0,4 мм) от края платы до ближайшего проводника для обоих типов.
Отверстия экспортируются в дюймах без удаления незначащих нулей.
Приятно, что OSH Park не берёт дополнительных денег за фрезеровку наружных контуров, что позволяет делать платы сложной формы.

Файлы пакуете в zip архив и отдаёте системе:

Она минут 5 думает, и, если всё верно, выдаёт предпросмотр платы в сборе и каждого слоя в отдельности, как она это поняла. Проверяете совпадение ваших мнений.

Сроки.

Дня 3 ждёте очереди своей панели, дней 7 её делают, остальное время – доставка. Цена сейчас , для мелких заказов, 5 долларов за квадратный дюйм для двухслоек, включая доставку по миру обычной почтой без трека (как документы). Причём, количество плат у OSH Park-а заказывается сетами кратно трём – 3, 6, 9, 12 штук и т.д.
Прямо скажем, не рекорд дешевизны. В Китае можно найти предложения и дешевле, но с бОльшими минимальными количествами. Таким образом, OSH Park по-настоящему выгоден при заказе только малых серий (единиц) мелких платок людьми с небольшим опытом, а также расшарки своих публичных проектов в интернете.
Справедливости ради, для больших заказов стоимость падает до 1 доллара за дюйм, но большие заказы, это другая, тонкая тема, к DIY отношения не имеющая.

Из косяков, выявленных в процессе работы с ресурсом, могу упомянуть следующие:
1. Если ваше ПО позволяет экспортировать контур в каждом слое, экспортируйте. Даже если он не совпадает с фигурным контуром – фреза пойдёт согласно единственному файлу *.GKO. А вот когда они сделают удаление элементов за пределами рабочего поля, у вас слетят все земляные полигоны, если в слое нет контура.
2. У ребят проблемы с центровкой дрели, поэтому я стараюсь делать кольцо вокруг пада на 0,1 мм больше допуска, когда это возможно.
3. Диаметры свёрел округляются вниз. Если не хотите забивать разъёмы молотком, делайте отверстия с запасом. Или изначально работайте в дюймах.

Итак, социальная истерия докатилась и до таких чисто гиковских сфер.
На самом деле, таких социальных производителей много, и не только плат – 3D печать, художественная печать, даже слесарные услуги встречаются в таком формате. И у этого направления есть своя ниша. Если бы 10 лет назад я мог сделать двуслойную плату за полтора доллара, включая доставку, пусть даже с двухмесячным ожиданием заказа, а не за $200, как у некоторых Зеленоградских производителей, множество проектов было бы реализовано, а не почило бы в недрах сознания до полного устаревания. Да и продвигать свои разработки в опенсорсе становится проще.

Зеркальное отображение и редактирование платы

Теперь вы можете работать на нижнем слое платы также легко, как и на верхнем. Используйте команду Vie\v>Flip Board для переключения между этими слоями, и это происходит так, будто вы поворачиваете плату в руках. При этом поддерживаются все стандартные действия по редактированию, такие как прокладка трасс, размещение компонентов и позиционирование текстов. Для возврата на другой слой просто выберите указанную выше команду.

Координатное пространство логически не меняется, за исключением того, что начало координат платы перемещается из левого нижнего угла в правый нижний, и поэтому текущая позиция курсора увеличивается при перемещении мышки справа налево, в отличие от стандартного варианта слева направо. Любые генерируемые выходные данные, генерируемые при флиппировании (зеркальном преобразовании) платы, будут установлены как корректные, просматриваемые координаты при их просмотре со стороны верхнего слоя.

Последовательность вывода слоя также изменено, используя процесс сваппирования логических пар. Это означает, что TopOverlay будет заменён на позиции текущего слоя BottomOverlay, Слой Тор на слой Bottom, внутренний слой 1 на внутренний слой 30, внутренняя панель 1 на внутреннюю панель 16 и т.д. Последовательность вывода механических слоев не изменяется.

Состояние просмотра автоматически восстанавливается для стандартного восходящего просмотра, если файл закрывается или переоткрывается.
Любому инженеру хорошо известно, что обычно на плате или схеме имеется большое число однотипных или одноименных объектов, которые должны быть размещены и взаимосвязаны при реализации проекта. Общим способом ускорения этого процесса является копирование наборов подобных объектов, которые уже были созданы, помещение их в нужное место и последующая модификация их набора при необходимости.

Схемный редактор с новым свойством Smart Paste выводит этот подход на совершенно новый уровень – используя “интелсктуальную вставку” вы можете действительно трансформировать копии выбранных объектов в другие объекты, как будто вы соединяете их. Например, выбранные Метки Цепей (Smart paste) могут стать портами, когда они соединены, или выбранные входные элементы Листа Схемы (Sheet Entries) могут становиться Метками Порта+Проводник+Цепь, с помощью единой операции вставки из буфера.

Рис. 11. Элементы листа схемы преобразованы в группу Метки Порта+Проводник+Цепь, при использовании интеллектуальной вставки.

Разработчик имеет полный контроль над объектами в выбранной группе, которую необходимо вставить – но необходимо более тщательно обходить тс провода, которые были указаны как порт, просто очистив флажок состояния для исключения проводов, которые были выбраны для интеллектуальной вставки.

Другое удобное свойство – это допущение соединять выбранные цепи как графику. Такое использование позволяет легко включать графические секции цепи в другой лист схемы и изменять его размер при необходимости. Укажите Edit>Smart Paste для трансформации объектов в буфере обмена при их вставке.