Wykonywanie płytek SMD w domu (metoda fotorezystu): 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Wytwarzanie płytek PCB w domu jest prawdopodobnie umierającą sztuką, ponieważ coraz więcej firm produkujących PCB drukuje twoją płytkę drukowaną i dostarcza je do domu za rozsądną cenę. Niemniej jednak wiedza o tym, jak wykonać PCB, nadal będzie przydatna podczas tworzenia prototypów lub wymiany uszkodzonego obwodu, którego wysyłka zajmie tygodnie. Ponadto umiejętności wymagane do wytrawiania PCB mogą być przydatne do wytrawiania wielu innych materiałów o kreatywnych projektach.

W tej instrukcji pokażę, jak wytrawić jednostronną płytkę, nałożyć maskę lutowniczą i przylutować niektóre elementy SMD, aby wykonać płytkę testową dla niektórych diod LED WS2812B RGB.

Krok 1: Materiały:

Oto lista wszystkich materiałów potrzebnych do wytrawienia i wypełnienia płytki drukowanej.

• Płyta platerowana miedzią*
• Alkohol
• Aceton
• Taca z tworzywa sztucznego
• Wytrawiacz**
• Elementy płyty
• Arkusze folii do drukarek atramentowych lub laserowych
• Zestaw pęsety
• Stacja lutownicza z pistoletem na gorące powietrze (do SMD)
• Fotorezyst
• Strumień
• Oplot rozlutowujący
• Pasta lutownicza
• Maska lutownicza

*Odradza się stosowanie płyt platerowanych włóknem szklanym, ponieważ mogą być nieco trudne do przycięcia.

**Użyłem roztworu nadtlenku wodoru 2:1 i HCl, odpowiednio w stężeniu 3% i 30%.

Krok 2: Zaprojektuj swój obwód

Dostępnych jest wiele programów do projektowania obwodu. Ten, którego używam najczęściej, to Eagle, który może nie jest tak zaawansowany jak inne dostępne oprogramowanie PCB, ale jest darmowy i łatwy w użyciu. Pozwala tworzyć deski do dwóch warstw. Firma Eagle została niedawno kupiona przez Autodesk, więc w przyszłości może zyskać na znaczeniu w branży.

Jeśli nie jesteś zaznajomiony z projektowaniem PCB, sugeruję zapoznanie się z innymi instrukcjami, na youtube są też świetne samouczki, takie jak ten autorstwa Jeremy'ego Bluma.

Na zdjęciu widać, jak wygląda obwód po jego zakończeniu. W takim przypadku ten obwód zostanie użyty do testowania niektórych diod LED WS2812B.

Załączam pliki Eagle na wypadek, gdybyś chciał zapisać lub zmodyfikować obwód.

Krok 3: Eksportuj negatyw lustrzany PCB

Niestety, Eagle nie ma możliwości odwrócenia kolorów obwodu przed drukowaniem, dlatego wymagane są dodatkowe kroki.

Po zakończeniu obwodu wybierz ścieżki, podkładki i inne elementy, które chcesz wytrawić, a następnie wyeksportuj je w pliku PDF. Zrób to samo tylko dla padów, będzie to użyte do odsłonięcia maski lutowniczej.

Eagle drukuje plik PDF w rozdzielczości 600 dpi, która zwykle jest tą samą rozdzielczością, co twoja drukarka, więc nie są wymagane żadne korekty rozmiaru.

Do odwrócenia kolorów pliku PDF użyłem Gimpa. Otworzyłem plik w rozdzielczości 600 dpi* i zacząłem odwracać kolory, wybierając obwód i używając narzędzia odwracania. Wkleiłem też klocki obok, aby wydrukować to wszystko na raz.

Załączam plik PDF na wypadek, gdybyś chciał wydrukować ten obwód, zmiana rozmiaru nie powinna być wymagana.

* Ostrzeżenie: Ustawienie dowolnej rozdzielczości w oprogramowaniu do edycji innej niż 600 dpi spowoduje zmiany rozmiaru podczas drukowania, które będą trudne do skorygowania. Upewnij się również, że obwód jest zdublowany, aby można go było odwrócić, z tonerem lub atramentem dociśniętym do płytki.

Krok 4: Przygotuj folie

Po upewnieniu się, że wszystkie elementy dobrze pasują do obwodu na papierze, obwód i podkładki są drukowane na folii.

Dość często jedna przezroczystość nie wystarczy, mogą pojawić się dziury, które przepuszczają światło, pozostawiając odsłonięte obszary tam, gdzie ich nie chcemy. Może to być poważny problem, który można łatwo rozwiązać, układając na wierzchu kolejną folię.

Folie są sklejone żywicą epoksydową i wyrównane, a żywica pozostaje do utwardzenia. Dobrym pomysłem jest umieszczenie folii pod płaską powierzchnią, tak aby folia była całkowicie płaska po utwardzeniu żywicy epoksydowej. Nadmiar jest przycinany przed przejściem do następnego kroku.

Krok 5: Przygotuj tablicę

Płyta pokryta miedzią jest nacinana z obu stron i łamana na wymiar. Jest również czyszczony za pomocą karbowanej podkładki i odrobiny mydła, aby pozostawić błyszczącą i czystą powierzchnię. Alkoholu można również użyć do czyszczenia wszelkich pozostałych pozostałości.

Upewnij się, że na płycie nie ma kurzu ani odcisków palców, ponieważ wszelkie pozostałości będą decydować o powodzeniu następnego kroku.

Krok 6: Przyklej folię fotolitograficzną

Wytnij mały kawałek folii fotolitograficznej. Film składa się z trzech warstw, tworzywa sztucznego na górze i na dole oraz fotomaski chemicznej umieszczonej pośrodku. Aby oddzielić folię kładę dwa kawałki taśmy klejącej na krawędzi, a następnie odrywam, przezroczysty film odpadnie i zostanie wyrzucony, lepka strona (ta z naświetloną fotorezystem) łatwo przykleja się do płyty bez pęcherzyków powietrza.

Aby w pełni przykleić folię do płyty, należy nagrzać ją. Zmodyfikowany laminator jest często preferowaną metodą, ale może również działać żelazko lub kuchenka elektryczna. W moim przypadku używam w kuchni kuchenki elektrycznej. W międzyczasie używa się kawałka papieru, aby zapobiec nadmiernemu nagrzewaniu się folii z tworzywa sztucznego.

Krok 7: Odsłoń fotorezyst

Przezroczystość przykleja się do fotomaski za pomocą kropli wody. Następnie jest wystawiony na działanie światła UV.

Ważne jest, aby tusz lub toner na folii stykał się z tekturą, w przeciwnym razie światło może przedostać się między folię a tekturę i spowodować pewne defekty.

Czas ekspozycji będzie zależał od siły źródła UV. W moim przypadku wystarczy 30 sekund w moim domowej roboty eksporażarce PCB. Pod normalną żarówką CFL może być wymagane kilka minut.

Krok 8: Usuń nienaświetloną fotorezyst

Po odsłonięciu PCB przezroczystość jest usuwana, a plastikowa folia, która trzymała fotorezyst, jest odrywana. Fotomaska stwardnieje i przyklei się do deski.

Nienaświetlony fotorezyst jest usuwany w roztworze 1% węglanu sodu*. Do szybkiego rozpuszczenia nienaświetlonych obszarów potrzebny jest pędzel. Po wykonaniu tej czynności miedziana tablica powinna być widoczna.

Po wykonaniu tej czynności, deskę ponownie wystawia się na działanie światła UV, aby w pełni utwardzić fotomaskę i przygotować ją do wytrawiania.

*Węglan sodu jest również znany jako soda do prania. Jeśli nie masz dostępu do węglanu sodu, możesz go przygotować, podgrzewając wodorowęglan sodu (sodę oczyszczoną) w piekarniku w temperaturze 200ºC przez kilka godzin.

Krok 9: Trawienie tablicy

Deska jest wytrawiana w roztworze 2:1 nadtlenku wodoru i HCl (kwasu muratycznego), trwa to zwykle około 10 minut. Następnie fotorezyst jest usuwany poprzez zanurzenie płytki w acetonie, aż się odklei.

Krawędzie deski są ostatecznie przycinane i szlifowane. Po wytrawieniu płytki przeprowadzane są kontrole ciągłości, aby upewnić się, że nie ma zwarć.

Krok 10: Nałożenie maski lutowniczej

Na środku płytki nakładana jest duża plama soldermaski. Przezroczystość jest przyklejona na wierzchu, a kropla maski lutowniczej jest równomiernie ściśnięta. Ten sam proces, jak poprzednio, jest używany do naświetlania PCB. Nienaświetloną maskę lutowniczą usuwa się wodą z kranu i pędzlem.

W niektórych przypadkach maska lutownicza może przykleić się do przezroczystości, dlatego włożony jest kawałek folii polipropylenowej. Oczyszczenie deski alkoholem i papierowym ręcznikiem sprawi, że będzie ona dość błyszcząca.

Nałożenie soldermaski może być nieco trudne, jak widać, niektóre plamy się odkleiły, ale to jest do przyjęcia.

Krok 11: Lutowanie komponentów

Na każdy pad nakładana jest odrobina pasty lutowniczej. Elementy SMD są umieszczone na podkładkach. Nie martw się, jeśli wygląda to na bałagan, po przyłożeniu ciepła napięcie powierzchniowe roztopionej cyny pociągnie elementy prosto. Maska lutownicza zapobiegnie przywieraniu lutowia w innym miejscu niż pady.

Elementy są nagrzewane opalarką w temperaturze 300ºC przez kilka sekund do momentu stopienia pasty lutowniczej. Następnie pozostawia się do powolnego ostygnięcia przez kilka minut. Można zastosować inne metody (reflow, płyta grzejna…).

Niektóre nagłówki pinów są lutowane do obwodu przed testowaniem go na płytce stykowej.

Krok 12: Testowanie diod LED

Do sterowania diodami LED służy prosty program Arduino z biblioteką FastLED. Dobrą rzeczą w diodach WS2812B jest to, że nie potrzebują rezystorów, ponieważ istnieje wewnętrzny układ scalony, który reguluje prąd. Za pomocą jednego wejścia można również sterować całą macierzą.

Ta mała tablica testowa została pomyślnie ukończona i nadszedł czas, aby przejść do większych projektów.

Jeśli podobał Ci się ten projekt i chcesz zobaczyć bardziej szczegółowe instrukcje dotyczące niektórych z omawianych tutaj tematów, polub tę instrukcję i rozważ oddanie głosu w konkursie LED.

Dzięki za oglądanie!