Перестаньте травить печатные платы дома — заказывайте их на производстве / Хабр

В последней своей статье про Домофон с MQTT я проводил опрос на тему того, какую статью написать следующей. Выбор пал на заказ производства печатных плат, вот собственно немного расскажу об этом. Если статья зайдет, напишу по следующей теме из голосовалки.

Я ни в коем разе не принуждаю сразу выливать ваше хлорное железо / перекись водорода, оставьте их для макетирования. Я лишь хочу показать, что заказать платы на производстве в наше время совсем не сложно, как может показаться начинающему радиолюбителю. Есть в этом что-то магическое — подержать в руках красивую плату собственного изготовления.

Для меня электроника выступает в качестве хобби, и я, разводя очередную плату, просто отсылаю ее на производство и возвращаюсь к ней только после получения готовых плат. Таким образом, у меня может крутиться несколько проектов одновременно. Я не травлю платы сам и макетирую на проводах только в крайнем случае.

В статье затрону минимальную подготовку к производству плат в программе Eagle CAD. Другими программами не пользуюсь, но думаю смысл будет примерно таким.

Ну, начнем с того, что Eagle CAD (далее буду иногда называть его Орлом) — сама по себе программа платная, но есть бесплатная версия с ограничениями. На один проект допускается рисовать не более 2х листов схемы и разводить не более 2х слоев платы площадью до 80 см2. Мне пока что хватает. Зато всегда пользуюсь актуальной версией с сайта производителя, а не каким-то ломаным старьем.

Учить работать с программой я не буду, для этого есть хорошие статьи от DiHalt’а (ссылка будет в конце статьи), а лишь быстро пробегусь по тому, что нужно сделать для заказа плат.

Разводка платы и DRC контроль

Перед началом разводки необходимо ознакомиться с нормами, которые допускает производитель при изготовлении — это минимально допустимые размеры и зазоры. От них зависит, насколько корректную плату вы получите. Для начала разводки главное среди них это минимальный размер дорожки и переходного отверстия. Производители всегда указывают свои технологические возможности на сайте и почти все сейчас делают дорожки от 6 mil (0,150 мм). Конечно возможно и меньше, но чаще это будет дороже. Советую не мельчить и разводить покрупнее — вам же будет потом удобнее.

Допустим, вы худо-бедно развели печатную плату. Теперь необходимо проверить зазоры в автоматическом режиме по всей плате. Производители иногда прикладывают файлы для их контроля в разных программах. Вот, например, OSH Park подготовил свои нормы в файлах для скачивания. В принципе, по этим нормам можно заказывать и у других производителей, везде технологические возможности примерно одинаковые.

*Открываем в пункте DRC скаченный файл или настраиваем зазоры сами

Жмем Проверить и получаем кучу ошибок. По каждой ошибке можно посмотреть место, где она вызвана, и принять решение: либо исправлять, либо забить и ничего не делать. Заказ плат процедура простая: что нарисуешь, то и получишь, задача программы лишь подсказать тебе слабые места.

Выгрузка на сайт производителя

Все производители принимают платы в виде gerber файлов, но бывают приятные исключения. Например, тот же OSH Park позволяет загружать прямо *.brd файл из Орла или *.kicad_pcb из программы KiCAD с последующим просмотром получившегося результата.

CAM processor

Вернемся к gerber файлам. Для генерации этих файлов из Орла, необходим так называемый CAM процессор. Это файл, в котором настраивается какие слои в какой файл выводить.

Вы конечно можете настроить вывод сами по тем же требованиям с сайта производителя, а можете воспользоваться готовым, если найдете.

*Eagle выведет слои top, pads, vias в файл *.toplayer.ger

Но тут надо быть внимательным, т.к этот CAM процессор выведет файлы с названиями, которые будут понятны одному производителю, а другой в них запутается. Так что смотрим требования к именам gerber файлов на сайте производителя и называем их соответственно.

*требования с сайта одного из производителей

Предварительный просмотр gerber файлов

Прежде чем оплачивать заказ не будет лишним посмотреть, как сгенерировались ваши файлы.

Возможно, там съехал слой шелкографии или поехали шрифты (самая частая проблемы, всегда пишите векторными шрифтами).

Для этого есть разные бесплатные online сервисы или программы. Файлы загружаются в zip архиве. Иногда функция просмотра встроена прямо в форму заказа платы. Так, например, EaseEDA имеет свой просмоторщик.

Ну а как оплатить заказ, я уж думаю, сами разберетесь. Благодарю за внимание.

Ссылки:

1. Работа в Eagle Cad — цикл статей от DiHalt’a
2. Долой Sprint Layout, да здравствует Eagle Cad — а тут я когда-то писал про работу с Орлом
3. Проверенные производители печатных плат (всегда сравнивайте цены): OSH Park, EasyEDA, iTead, Seeed Studio

4. Онлайн просмоторщики gerber файлов: EasyEDA, Gerber-Viewer

Изготовление печатных плат

Радиолюбительская технология изготовления печатных плат в домашних условиях состоит из нескольких этапов.

1. Подготовка чертежей печатной платы.

2. Подготовка стеклотекстолита и сверление.

3. Нанесение рисунка.

4. Раствор для травления.

5. Травление.

6. Лужение.

7. Нанесение рисунка при помощи лазерного принтера.

8. Еще один способ нанесения рисунка на п/п при помощи лазерного принтера.

Подготовка чертежей печатной платы.

Вручную удобнее всего выполнять чертеж печатной платы в масштабе 1:1 на бумаге от самописцев ( имеет клетку со стороной 2.5 мм, в «шаге» микросхем), если таковой нет, то можно «отксерить» школьную бумагу «в клеточку» с уменьшением в 2 раза, в самом крайнем случае можно использовать обычную миллиметровку. Дорожки со стороны пайки нужно рисовать сплошными линиями, а дорожки со стороны деталей ( в случае двухстороннего монтажа) рисовать пунктирными линиями. Необходимо отметить, что располагаемые элементы должны быть в зеркальном отражении. Центры ножек элементов отмечаются точками, вокруг которых необходимо нарисовать паечную площадку. Для последующих действий, очень важно, какого размера Вы выбираете установочные площадки для элементов (обидно, когда при рисовании платы «в живую» или дорожка между площадками не проходит, или после пайки элементы выпадают вместе с площадками). Ширину дорожек следует выбирать исходя из того, чем вы будете рисовать плату, при использовании стеклянных рейсфедеров примерно 1.5 мм. После того как рисунок готов, нужно приложить чертеж к светящейся поверхости ( например стекло окна) обратной стороной к себе и обвести пунктирные линии. Так Вы получите рисунок со стороны установки деталей. Далее необходимо вырезать чертеж листа бумаги, но с учетом «крылышек» для крепежа с каждой стороны (около 15 мм).

Подготовка стеклотекстолита и сверление.

Вырезать по размеру чертежа кусок стеклотекстолита. Снять заусеницы напильником. Наложите чертеж на плату, загните края бумаги и закрепите их на обратной стороне скотчем или ( предпочтительнее) изоляционной лентой. Далее производится процесс сверления. Да-да, прямо по чертежу и без кернения. Важным условием того, чтобы сверло не повело, является его «свежесть». Впрочем чего ждать от конкретного сверла, можно понять, просверлив пробное отверстие на каком-нибудь обрезке стеклотекстолита. Лучшее решение этой проблемы — наличие соответствующего сверлильного станка, пусть даже и самодельного. Если применяется «моторчик со сверлом», как правило, лучше будущие отверстия «накернить». Все отверстия, включая и крепежные, сверлятся одним (наименьшим) диаметром. Далее необходимо проверить сверление на «просвет» так как обязательно найдутся непросверленные отверстия. Досверлить. После этого со стеклотекстолита очень аккуратно снимается чертеж платы (опасность представляют заусеницы от сверления). Далее производится рассверливание крепежных и остальных, больших по диаметру, отверстий.

После произведенных операций, производится зачистка поверхности платы мелкой шкуркой. Этот процесс необходим для удаления заусениц от сверления и для лучшего сцепления краски рисунка с поверхностью. По возможности не касайтесь зачищенной поверхности пальцами, чтобы не оставались жировые отпечатки. После зачистки необходимо произвести обезжиривание платы при помощи спирта ( в крайнем случае ацетоном, но следить за тем чтобы не оставались белые порошкообразные разводы). После этого касаться пальцами можно только торцевых поверхностей.

Нанесение рисунка.

По поводу применяемой краски и технологии нанесения дорожек в своих кругах мы, конечно, немало спорили, но остановился я на описанном ниже. Вычерчивание производится нитрокраской, с растворенным в ней порошком канифоли ( обеспечавает на какое-то время после высыхания пластичность для корректировки и не дает краске «отстать» в случае травления горячими растворами). Рисование производится стеклянными рейсфедерами ( которые в наше время найти весьма проблематично). Кроме того, возможно применение в качестве краски, асфальтобитумного лака, растворенного до нужной кондиции ксилолом. Бутылки хватит очень надолго. Возможно изготовление рейсфедеров самому, при соответствующей тренировке, конечно. Для этого можно взять тонкостенную стеклянную трубку и растянув на пламени ( над газовой плитой) сломать её посередине. Затем обломанный кончик «довести» на мелкой шлифовальной шкурке. Далее, разогрев над тем же пламенем, согнуть кончик до нужного угла. Сложно!? На самом деле не более 5 минут. Так же можно использовать для рисования и одноразовые шприцы. Лак набирается в одноразовый шприц (1-2 мл) и ставится тонкая игла. Иглу перед установкой необходимо обработать надфилем, так, чтобы края были ровные (убрать острый конец). Со стороны поршня можно вставить еще одну иглу для прохода воздуха внутрь шприца.

Перед тем как начать рисовать дорожки печатного монтажа, необходимо вычертить монтажные площадки для пайки элементов. Наносятся они при помощи стеклянного рейсфедера или остро заточенной спички вокруг каждого отверстия, диаметром примерно 3 мм. Далее необходимо дать им высохнуть. После этого нужно обрезать их при помощи циркуля до нужного диаметра ( я применяю маленький циркуль-измеритель с резьбовым фиксатором расстояния (да простят мне это выражения чертежники-профессианалы, никогда не знал его настоящее название), одна из иголок которого обточена под плоский резец). Далее обрезанные излишки подчищаются шилом или скальпелем. На самом деле, я использую для этих процедур переработанную школьную готовальню. В результате получаются ровные круглые площадки одного диаметра, которые остается только соединить дорожками, согласно начерченному ранее чертежу печатной платы. Далее, после просушивания, рисуется вторая сторона. После чего производится корректировка дорожек и ошибок при помощи скальпеля. Причем следует отметить, чтобы выровнять край дорожки, нужно сначала обрезать кромку по линейке (лучше металлической), а затем удалить излишки выцарапыванием. Если подчищать дорожку сразу, то в зависимости от степени пересушенности краски, можно получить «сколы» еще хуже первоначальных. Проверьте соответствие рисунка на плате с рисунком на чертеже.

Изготовление травящего вещества.

Существуют различные составы для травления, фольгированного материала при изготовлении печатных плат.

Рецепт №1.

Для форсированного (в течение 4—6 мин) травления можно использовать следующий состав (в массовых частях): 38 %-ная соляная кислота плотностью 1,19 г/см³, 30 %-ный пероксид (перекись) водорода—пергидроль. Если перекись водорода будет иметь концентрацию 16—18%, то на 20 массовых частей кислоты берут 40 частей пер оксида и столько же воды. Сначала смешивают с водой перекись, а затем добавляют кислоту. Печатные проводники и контактные площадки следует защищать кислотостойкой краской, например нитроэмалью НЦ-11.

Рецепт №2.

В стакане холодной воды растворяют 4—6 таблеток перекиси водорода и осторожно добавляют 15—25 мл концентрированной серной кислоты. Для нанесения рисунка печатной платы на фольгированный материал можно пользоваться клеем БФ-2. Время травления в данном растворе приблизительно 1 ч.

Рецепт №3.

В 500 мл горячей (примерно 80 °С) воды растворяют четыре столовые ложки поваренной соли к две ложки растолченного в порошок медного купороса. Раствор приобретает темно-зеленую окраску. Готов к применению сразу после остывания (при термостойкой краске, см. выше, необязательно). Раствора хватает для снятия 200 см³ фольги. Время травления около 8 ч. Если рисунок печатной платы выполнен достаточно теплостойкой краской или лаком, температуру раствора можно довести примерно до 50 °С, и тогда интенсивность травления увеличится.

Рецепт №4.

Растворяют 350 г хромового ангидрида в 1л горячей воды (60—70 °С), затем добавляют 50 г поваренной соли *. После того как раствор остынет, приступают к травлению. Время травления 20—60 мин. Если в раствор добавить 50 г концентрированной серной кислоты, то травление будет более интенсивным.

Рецепт №5.

В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке.

Приготовление хлорного железа.

Если нет хлорного железа в готовом виде (в порошке), то его можно приготовить самому. Для этого необходимо иметь 9%-ную соляную кислоту и мелкие железные опилки. На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. По окончании реакции раствор становится светло-зеленого цвета, а через 5—6 дней Окраска меняется на желто-бурую—раствор хлорного железа готов к применению. Для приготовления хлорного железа можно использовать порошкообразный железный сурик. При этом на одну объемную часть концентрированной соляной кислоты требуется 1,5—2 части сурика. Компоненты смешивают в стеклянной посуде, добавляя сурик небольшими порциями. После прекращения химической реакции на дно выпадает осадок и раствор хлорного железа. Готов к применению

Травление и обработка платы.

Травление надо производить в пластмассовой (фото кювета) или фарфоровой (тарелка) посуде. Если плата небольших размеров, её удобно травить в тарелке. Глубокая тарелка выбирается так, чтобы плата не ложилась полностью на дно, а углами опиралась на стенки тарелки. Тогда между платой и дном будет пространство, заполненное раствором. Во время травления плату необходимо переворачивать и помешивать раствор. Если вам надо быстро протравить плату, подогрейте раствор до 50-70 градусов. Если плата больших размеров, то в крепёжные отверстия (по углам) вставьте спички так, чтобы они выступали на 5-10 мм с обеих сторон. Можно вставлять медную проволоку, но тогда будет большее насыщение раствора медью. Травите в фото кювете, помешивая и переворачивая плату. Работая с раствором хлорного железа необходимо соблюдать осторожность. Раствор практически невозможно смыть с одежды и предметов. При попадании на кожу, промойте содовым раствором. Фарфоровая тарелка легко отмывается от раствора и может применяться в дальнейшем по прямому назначению. По окончании травления слейте раствор в пластмассовую бутылку, он вам еще пригодится. Плату промойте в холодной проточной воде. Под тонкой струей воды снимите лак при помощи безопасного лезвия (счищать). Высушенную плату необходимо подчистить скальпелем от лишних соединений и расплывшегося лака. Если дорожки близко друг к другу, то можно расширить просвет скальпелем. После этого плата еще раз обрабатывается мелкой шкуркой.

Лужение платы.

О полезности данной процедуры можно и не писать. В противном случае можно остановиться и на предыдущей. Далее поверхности платы покрываются кисточкой жидким канифольным флюсом. Лужение производится очищенной от проводов луженой экранной оплеткой (белого цвета). Предварительно оплетка пропитывается канифолью и в небольшом количестве припоем ( можно конечно и сплавом Розе, но это уже экзотика). Далее оплетка прижимается к поверхности дорожки паяльником и медленно равномерно (подбирается экспериментально) проводится по длине дорожки. Если все условия выполнены правильно, то в результате Вы получите ровную белую луженую дорожку. После того как все дорожки на всех сторонах обработаны, производится промывка платы спиртом. Промывка ацетоном нежелательна, так как припой с ацетоном дает со временем токопроводящее химическое соединение в виде белого налета по краям площадок и дорожек, а при достаточной плотности монтажа есть опасность ненужных гальванических связей. После промывки проводится сверление (очистка) отверстий для установки р/компонентов.

Плата готова к монтажу.

Печатные платы при помощи лазерного принтера.

Всё большую популярность у радиолюбителей приобретает способ изготовления единичных печатных плат с переносом рисунка с распечатки на лазерном принтере. Печатать лучше всего на тонкую мелованную бумагу — в ней меньше ворс, хороший результат получается на листах журнала «Стерео&Video», а также подложках «самоклеек» и термобумаге для факсов (сторону подобрать экспериментально). В лазерных принтерах следует включить режим максимальной подачи тонера (отключить «экономичный» режим, если он был включен, контраст — на максимум и т.д.), а также использовать тракт с минимальным изгибом бумаги (такая опция есть в старых моделях HP LJ 2, LJ4 и др.). Рисунок платы должен быть «отзеркален», такая опция имеется в меню печати многих графических программ, например Corel Draw, Corel Photo Paint, а при печати из программ, не умеющих «зеркалить», необходимо применять вывод на Postscript принтеры, опция отзеркаливания у которых имеется в драйвере. Вместо вывода на лазерном принтере можно использовать ксерокопирование, но также в режиме с максимальной контрастностью и на термобумагу от факсов. При изготовлении двухслойных печатных плат для уменьшения термоусадки бумаги последнюю рекомендуется перед печатью изображения «прогнать» через принтер вхолостую (без печати рисунка). Кроме того, обе стороны должны быть на одном листе во избежание сильного рассогласования из-за разной термоусадки бумаги. Обезжиренная плата ложится медью вверх на ровную поверхность, сверху полученный отпечаток тонером вниз. Этот «бутерброд» со стороны бумаги прижимается утюгом (секунд на 20 — 30), разогретым до температуры глажения крепдешина (спросите у дам). Утюг должен расплавлять изображение, сделанное лазерным принтером, не сразу. То есть тонер при такой температуре должен стать из твердого вязким, но не жидким. Когда плата остынет, её нужно опустить в теплую воду, подержать там несколько минут. Как бумага раскиснет (будет видно), всё легко сдерется, остальное просто скатать пальцем. Вместо воды удалить бумагу можно серной кислотой. Если дорожки смазанные, вы неаккуратно снимали утюг или ставили холодный груз. Если дорожки где-то отсутствуют, утюг слишком холодный. Если дорожки стали широкими, утюг слишком горячий, или слишком долго грели плату. Если плата двухсторонняя, то сначала на просвет совмещаются бумажные распечатки обеих сторон, в любых свободных противоположных местах иголкой прокалываются два технологических отверстия, первая сторона платы «гладится» как обычно, потом сверлится по технологическим отверстиям тонким сверлом, а с другой стороны по ним же на просвет совмещается с бумажной распечаткой другой стороны. Травить можно и хлорным железом (для ускорения немного подогреть), и солянкой с гидропиритом. Всё это применялось даже на гетинаксе, никаких отслоений дорожек нет, нормально выполняются дорожки шириной до 0,8 мм, а при некотором опыте и до 0,5 мм. После травления тонер удаляется ацетоном, смывкой лака для ногтей или аэрозолем Flux Off. Сверлится, обрезается и так далее, как обычно…

Еще один способ нанесения рисунка на п/п при помощи лазерного принтера.

Изготовление п/п с помощью лазерного принтера и утюга процесс довольно утомительный, но даёт довольно хороший результат если немного потренироваться.

1. Аккуратно клеим лист факсовой бумаги (глянцевой стороной вверх) на лист обычной (для компенсации недостатка жесткости факсовки). Зачем? Необходимо предварительно прогнать бумагу ч/з печку принтера/лазера — для усадки. Для спокойного протаскивания ч/з тракт достаточно термобумагу просто прогладить утюгом с чувствительной стороны.
2. Бумага — взять основу от самоклейки, или термобумагу для факса однозначно термобумагу, причем подготовленную — сперва листы выгладить горячим утюгом до плоского состояния (при этом они станут тёмно-коричневым, затем синевато-серым), в таком виде сложить их для будущего употребления. перед выводом платы прогнать лист ч/з принтер — н-р, отпечатав пустую страницу. минимальный размер листа — ~6*12 см для HP 5/6L.
3. Печатать — на максимуме жирности, зеркально. печать и перевод на заготовку могут быть с разницей до недели, больше не пробовал (это для тех у кого дома лазера нет).
4. Заготовку взять с запасом по 3-5 мм с каждой стороны. фольгу — слегка зашкурить нулевкой и протереть. не должно быть всяких вредных налётов типа белого осадка от денатурата. Использую изопропиловый спирт или бензин «калоша» (aka «для зажигалок»).
5. Утюг — с нормальной, гладкой поверхностью. разогреть заранее. Температуру — для восковки надо тщательнее подбирать (у меня показометр на «иск. шелк»), иначе начнёт пропитка переноситься. для термобумаги — можно и выше.
6. Пыли и всякой мелочи — быть не должно, ни на фольге, ни на бумаге.
7. Сделать бутерброд — на ровную толстую фанеру (правда, у меня 3-х миллиметровка) положить кусок плотного картона, заготовку платы, сдуть пыль, рисунок, для термобумаги (она ж тонкая) — ещё и кусок в меру плотной бумаги, горячий утюг.
8. Начинаешь елозить утюгом, прижимая с силой ~5..10 кг/кв.дм. елозижь минуты две, чтобы прихватилось.
9. Очень слегка наклонив утюг, пару минут прикатываешь отдельные дорожки. Тут очень важно и не раздавить дорожки, и при том приварить их. Время от времени надо опускать утюг на всю плоскость, чтобы остальная часть не остывала. На термобумаге отчётливо видно разницу в приваренных и дефектных кусках.
10. Ну ещё минуту гладишь для очистки совести и убираешь утюг. Бутерброд остывает и вспучиваются участки бумаги между дорожками. Остывания не дожидаемся, плату сразу под струю крутого кипятка.
11. Теперь плату — под струю воды и кусочком мокрого поролона начинаешь стирать бумагу. Большими кусками или с сухой фольги сдирать её нельзя. С поролона надо почаще убирать комки бумаги. Берём бумагу за уголок и срываем. Уж затем пальцем / тряпкой / поролоном снимаем остатки.
12. Новым кусочком губки стираешь ворс (насколько получится), смотришь влажный рисунок под лупой. если дефектов много, или они расположены в неудобных местах — см п.1, с вариацией параметров.
13. Обратную сторону заклеить полосами широкого скотча, травим. Можно даже в кипящем FeCl3

Способ нанесения рисунка на п/п с помощью лазерного принтера

Я все делаю намного проще:
Беру заготовку и простую советскую стерку. Стеркой тщательно протираю всю плату. Снимаются все окисления. Можно на всякий случай и бензином протереть (но я этого не делаю, стеркой вполне достаточно). Потом беру термобумагу от факса и глажу ее утюгом. Она становится серо-фиолетовой. Вставляю эту бумагу в принтер (у меня HP 6L и никаких бумажек для жесткости я не клею, еще не разу не зажевал) и зеркально печатаю рисунок платы. Накладываю бумагу на п/п и начинаю елозить утюгом. У меня мощность стоит на 3/4 от максимальной мощности. Глажу минуты 3-4. Потом кидаю заготовку в горячую-теплую воду и жду минут 5, чтобы раскисла бумага. Потом губкой или пальцами скатываю бумагу с платы. Не берите за край бумаги и не сдирайте ее, дорожки могут оторваться вместе с бумагой! Просто скатывайте ее с платы. Далее — керню, сверлю, обрезаю и травлю. И плата готова.

Высококачественные методы травления печатных плат

Высококачественные методы травления печатных плат

Rush PCB уделяет большое внимание правильным методам травления печатных плат, поскольку травление является одним из наиболее важных процессов в производстве печатных плат.

Производители печатных плат используют травление, чтобы определить количество меди, оставшейся на ламинате. Травление определяет медные площадки и дорожки, образующие схему на ламинате.

Производители печатных плат используют ламинаты с медным покрытием для изготовления печатных плат. Они переносят изображение схемы на медь и используют химические вещества для удаления или травления медной части, не покрытой изображением. Это процесс химического травления. Хотя можно использовать нехимический процесс, такой как фрезерование, для удаления нежелательной меди с ламината, он не подходит для формирования тонких линий и промежутков.

Различные типы методов травления

В общей практике используются три типа методов травления:

• Метод вычитания
• Аддитивный метод
• Метод реактивного ионного травления

Хотя метод вычитания более распространен, он подходит только для печатных плат общего назначения. Методы аддитивного и реактивного ионного травления необходимы для межсоединений высокой плотности (HDI) и гибких плат.

Метод вычитания

Этот метод травления удаляет нежелательную медь из ламината, плакированного медью, путем химического растворения меди. Изготовитель наносит светочувствительный резист в виде сухой пленки на медную фольгу. Они помещают на пленку рисунок отрицательной цепи и подвергают комбинацию воздействию УФ-излучения. Ультрафиолетовый свет проходит через прозрачные части рисунка и взаимодействует с резистивным материалом, фиксируя его. При проявлении с помощью необходимых химикатов неэкспонированный материал резиста смывается, оставляя рисунок схемы на медной фольге, защищающей дорожки, контактные площадки и переходные отверстия.

Затем производитель помещает плату в травильный раствор, чтобы растворить открытую медь, не покрытую резистом. Наконец, производитель удаляет засохшую пленку с платы, оставляя медные следы на поверхности.

Преимущества метода вычитания

• Подходит для изготовления медных площадок вокруг сквозных отверстий без покрытия, которые соединяются с большими площадями меди, такими как земля.
• Подходит для производства плат с большим содержанием остаточной меди.
• Низкие производственные затраты и короткое время технологического процесса.

Недостатки метода вычитания

• Невозможность изготовления металлизированных сквозных отверстий с очень маленькими медными площадками или вообще без них.
• Невозможно получить очень тонкие линии, расположенные близко друг к другу.
• Невозможно создать дорожки и пробелы с жесткими допусками.
• Трудно контролировать прямолинейность кромок дорожек
• Сложно контролировать уровень подреза травления.
• Не подходит для печатных плат с толстой медью.

Аддитивная технология

В аддитивной технологии производства печатных плат используются две распространенные технологии:

SAP — используется тонкий слой меди (от 0,1 мкм до 1,0 мкм) на подложке

mSAP — используется тонкий слой ламинированной меди (от 0,1 мкм до 1,0 мкм) на подложке

Процессы SAP и mSAP следуют аналогичному процессу, когда производитель печатных плат наносит на подложку тонкий слой меди. Затем с помощью фотолитографической техники на медь наносят фоторезист негативного рисунка рисунка и гальванизируют непокрытую медь до нужной толщины. Затем они удаляют отложение рисунка и затравочную медь.

Каталитические фоторезистивные чернила для нанесения рисунка регулируют горизонтальные размеры ширины линий и расстояния между ними. Аддитивный процесс, который наносит гальваническую медь по желаемому рисунку, контролирует вертикальный размер толщины меди.

Преимущества Аддитивная техника

• Подходит для очень тонких линий (около 5 мкм) и пробелов.
• Подходит как для жестких, так и для гибких оснований.
• Цены очень конкурентоспособны.
• И отверстия, и дорожки можно покрывать вместе.
• Переход от дорожки к отверстию плавный и бесшовный.
• Медная поверхность высокого качества, гладкая и закругленная, что облегчает передачу высокочастотных и высокоскоростных сигналов.
• Преодолевает все недостатки метода вычитания.

Метод реактивного ионного травления

Это процесс направленного травления печатных плат, в котором используется ионная бомбардировка для удаления нежелательной меди с платы. Производители печатных плат используют этот микротехнологический процесс для изготовления очень тонких линий и пробелов на печатных платах. Они используют химически реактивную плазму в вакуумной камере для агрессивного травления в вертикальном направлении вниз. Минимальное горизонтальное травление оставляет чистые и точные углы.

Для обеспечения равномерного травления необходимо контролировать плотность ионов, температуру электронов и потенциал плазмы. Изготовители обычно используют четырехфтористый углерод и газообразный кислород для травления.

Преимущества реактивного ионного травления те же, что и у аддитивного метода. Можно добиться более высокой скорости травления за счет повышения температуры и давления в камере во время процесса травления.

Использование высококачественного травления печатных плат

Наиболее заметными рынками, использующими методы травления печатных плат с добавками и реактивными ионами, являются рынки смартфонов и материнских плат компьютеров. Apple начала эту тенденцию, и другие производители быстро переняли эту технологию. Текущие конструкции сочетают в себе комбинацию слоев, использующих субтрактивное травление, со слоями, использующими технологию высококачественного травления.

Использование технологии mSAP позволяет производителям делать более тонкие и компактные материнские платы для смартфонов. Это позволяет разработчикам добавлять батареи большего размера, продлевая срок службы батарей для потребителей. Хотя текущая конструкция позволяет использовать дорожку и пространство размером 30 микрон, будущие конструкции нацелены на 10 микрон.

После того, как смартфоны доказали концепцию смешивания слоев с использованием процесса вычитания с теми, которые используют процесс высококачественного травления, производители также распространяют эту концепцию на другие рынки, такие как носимые устройства, медицинские устройства, медицинские имплантаты, автомобильный, аэрокосмический и оборонный рынки. . Например, производители могут перейти от 10-слойной конструкции HDI с четырьмя циклами ламинирования к конструкции, использующей 6-слойную конструкцию с одинарным или двойным ламинированием.

Применение с высококачественным травлением печатных плат

Приложения для печатных плат, в которых требуется очень тонкая медь, те, которые связаны с пространством и весом, а также приложения, в которых используется сложная разводка контактов, — это те, которые используют высококачественные методы травления печатных плат, такие как аддитивное и реактивное ионное травление.

Например, многие медицинские имплантаты используют 20-микронные дорожки и пространство на своих печатных платах, а также двухстороннюю конструкцию и золотые проводники на полиимидных подложках. Наличие золота обеспечивает биосовместимость.

Военные и аэрокосмические приложения обычно требуют межсоединений с высокой плотностью размещения контактов, более тонкими линиями и очень маленькими переходными отверстиями. В большинстве проектов в этих областях используются стеки, аналогичные тем, которые используются в дизайне смартфонов. Производители печатных плат сокращают дорогостоящие циклы ламинирования и количество слоев за счет разумной интеграции слоев с использованием технологий SAP и mSAP со слоями, использующими более простую технологию субтрактивного травления.

Носимые устройства — это еще один набор устройств, в которых часто используются высококачественные методы травления печатных плат. Использование новейших технологий гарантирует, что носимые устройства успешно отвечают требованиям более тонких форм, меньшего веса и высокой гибкости.

Заключение

Rush PCB считает, что традиционная технология субтрактивного травления не способна удовлетворить расширенные требования к электронным устройствам с их меньшими и тонкими форм-факторами и более высокими функциональными требованиями. Нынешним требованием к новейшему оборудованию и процессам, особенно в сложных конструкциях печатных плат HDI, являются новые технологии для достижения размера линии и пространства менее 25 микрон. В производстве печатных плат современная тенденция заключается в переходе от традиционного субтрактивного процесса к высококачественным методам травления печатных плат, таким как аддитивные и реактивно-ионные технологии.

Советы по травлению печатной платы

Когда вы решите подготовить печатную плату дома, вы должны поддерживать ее точность с помощью правильной схемы. Это очень важно, поскольку печатная плата содержит несколько электрических компонентов, связанных с долговечностью электричества. Любые огрехи в конструкции печатной платы приведут к преждевременной смерти устройства.

Процесс травления включает следующие этапы:

Шаг 1: Обеспечение безопасности

Поскольку вы будете работать с электричеством и очень сложными компонентами в сложных условиях, вы никогда не должны игнорировать безопасность. Поэтому мы рекомендуем вам носить защитные очки и перчатки. Он убережет ваши руки от лишних порезов, а глаза от любых летящих предметов. Кроме того, травильный раствор вызывает раздражение кожи, что делает использование перчаток еще более важным.

Также используйте хирургические перчатки для работы с медным основанием печатной платы. Это позволит вам работать с улучшенной доступностью и комфортом с медной подложкой.

Шаг 2: Работайте в вентилируемом помещении

Химикаты и растворы для смешивания, используемые при травлении печатной платы, часто имеют высокое содержание дыма и дыма. Это может задушить вас, особенно если вы работаете в людном месте. Следовательно, убедитесь, что вы работаете в хорошо проветриваемом помещении с надлежащим освещением.

Шаг 3: Подготовьте и распечатайте дизайн

Чтобы выгравировать дизайн на медной пластине для подготовки печатной платы, вам нужно будет распечатать его на бумаге. Вы можете получить дизайн от следующих поставщиков-

1. Eagle
2. Fritzing

Эти производители предлагают бесплатный дизайн. Или, если у вас есть время и навыки, вы всегда можете поработать в Adobe Illustrator, чтобы подготовить свой дизайн. Но это может быть утомительно, так как вы должны точно знать, куда поместить какой компонент.

Кроме того, вам потребуется копировальная бумага для печати схемы печатной платы. Перед тем, как распечатать схему печатной платы, не забудьте ее перевернуть. В противном случае вы получите неправильное направление диаграммы.

Шаг 4: Шлифовка и промывка медной основы

С этого момента вы будете работать с травильным раствором и медной пластиной. Итак, начните предлагаемые хирургические перчатки отсюда. С одной стороны, он защищает ваши руки от вредного химического травления и защищает медную пластину от любого смазывания.

Используйте мелкозернистую наждачную бумагу, чтобы отшлифовать медную пластину. Кроме того, отшлифуйте края с большей точностью. Он удаляет любой мусор и обеспечивает более гладкую поверхность, более подходящую для травления. Наконец, используйте медицинский спирт и воду, чтобы смыть пластину. Вы даже можете использовать жидкость для снятия лака вместо спирта.

Шаг 5. Перенос рисунка на медную пластину

В ходе этого процесса вам потребуется ламинатор. Положите дизайн лицом к медной пластине. Вам нужно будет пропустить его через ламинатор не менее пяти-семи раз. Вы должны продолжать пропускать дизайн и медную пластину через ламинатор, пока он не станет горячим.

Можно даже использовать утюг вместо ламинатора. Использование утюга предпочтительнее для домашнего использования, так как в большинстве домов может не быть ламинатора.

Шаг 6: Приготовьте раствор

Теперь вам нужно приготовить раствор для травления. Цель состоит в том, чтобы смыть остатки меди с пластины и оставить только рисунок. Вам понадобится:

1. Одна часть соляной кислоты
2. Две части перекиси водорода

Вам нужно приготовить достаточно раствора, чтобы погрузить в него многослойную медную пластину. Также помните, что смешанный раствор будет выделять газообразный хлор. Таким образом, он токсичен и сильно раздражает кожу. Кроме того, лучше всего приготовить раствор в пластиковой таре, чтобы избежать опечаток и повреждений.

Шаг 7: Начните встряхивать печатную плату

Теперь погрузите медную пластину печатной платы в раствор. Аккуратно встряхивайте печатную плату в течение следующих 1–15 минут.

Держите лицо подальше, так как раствор будет выделять дым, поскольку он нагревается в процессе перемешивания. Или это может обжечь ваше лицо. Следовательно, будьте осторожны.

Шаг 8: Продолжайте связывать раствор.

Вам нужно будет продолжить раствор перекиси водорода и соляной кислоты еще несколько минут. Вы должны помешивать его, пока медь на печатной плате полностью не растворится. Это необходимо для безупречного дизайна.

Раствор приобретет более зеленый оттенок, если его размешать, чтобы растворить медь. Никогда не снимайте защитные очки и перчатки в течение всего процесса.

Шаг 9: Очистите печатную плату

Пропустите холодную воду из водоразборного устройства. Поместите доску под проточную воду, так как вы надели перчатки. Убедитесь, что вы удалили весь травильный раствор с медной платы. Теперь используйте чистую тряпку, чтобы вымыть и высушить доску.

В отдельной посуде смешайте одну часть ацетона с одной частью медицинского спирта. Используйте полотенце, чтобы смыть чистящий раствор с доски. Окуните полотенце в раствор и осторожно протрите им доску.