Hvordan lage PCB hjemme

For enhver elektronisk entusiast å lage PCB for et elektronisk prosjekt kan være veldig gøy. Et kretskort eller kretskort hjelper ikke bare med å bygge kompakte kretsprosjekter, det garanterer også at kretsen fungerer feil og mer nøyaktig.

I dette innlegget lærer vi omfattende en trinnvis prosess for å lage små DIY PCB hjemme gjennom minimal innsats og maksimal presisjon.

DIY trinnvise prosedyrer

Det innebærer i utgangspunktet følgende viktige trinn:

1. Kutting av kobberbelagt laminat i riktig størrelse.
2. Stansing av fordypninger for å bore hull til komponentledningene, i henhold til skjematisk.
3. Tegn pads rundt fordypningene med etsemotstands maling, og lenke padsene gjennom spor ved hjelp av etsemotstandsmaling.
4. Senk det malte brettet i jernkloridoppløsning, til kjemikaliet spiser det eksponerte kobberet, og etterlater de malte layoutdelene intakte.
5. Tørking av brettet og skrubbing av etsen motstå maling fra sporene og putene.
6. Bor hull på fordypningene.
7. Polering av det ferdige brettet med fint smergepapir.
8. Bruk klar PCB for montering og lodding av delene.

La oss nå diskutere trinnene ovenfor i detaljer. Det første trinnet i PCB-produksjon ville være å skaffe seg viktige ressurser og gjenstander. Vi kommer til å fokusere på alle de tingene som er grunnleggende.

Materialer som trengs for å lage PCB

For å starte prosessen vil vi først samle alle viktige ingredienser eller materialer som kreves for PCB-fremstilling. Følgende grunnleggende ting vil være nødvendig for produksjonen

• Kobberbelagt laminat
• Ferrikloridløsning
• Etch Resist Chemical eller maling.
• Malebørste eller penn
• Beholder for etsing av PCB
• Drill Machine og Drill Bit.
• Etchant Remover
• Skurepute, kjøkkenpapir

Kobberkledd Laminat

Det mest grunnleggende elementet vil være kobberkledd for å lage kretskortet alene, og du finner en rekke av disse.

De grunnleggende (isolerende) tingene er vanligvis enten glassfiber eller SRBP (arkharpiksbundet papir), og sistnevnte er vanligvis det rimeligste alternativet.

Imidlertid har glassfiber blitt mye brukt både med kommersielle og fritidsbrukere, da det er utstyrt med et par positive aspekter.

Den første er i utgangspunktet at den er tøffere og av den grunn mindre utsatt for bøying og brudd enn SRBP. Den forbedrede holdbarheten er i tillegg veldig nyttig for brett som bærer tunge deler, for eksempel transformatorer.

En ekstra fordel er at glassfiber er gjennomsiktig og slik at vi vanligvis kan se kobberbanene gjennom toppområdet (komponent) på brettet, noe som ofte er verdt å undersøke og finne.

Når det er sagt, er standarden på SRBP-brett mer enn tilfredsstillende for mange krav. Markedsføringskampanjer refererer vanligvis til brett som 1 mm, 1,6 mm, etc., og dette refererer faktisk til tykkelsen på grunnmaterialet.

Bretttykkelse

Naturligvis har de tykkere (ca. 1,6 til 2 mm) platene en tendens til å være mer robuste sammenlignet med tynnere (ca. 1 mm) modeller, men tyngre kvalitetskort er bare avgjørende for store PCB-er, eller der det vil trolig installeres tunge deler på brettet.

For de fleste bruksområder har tykkelsen på tavlen faktisk liten betydning.

Noen ganger vil kobberlaminatplate sannsynligvis bli valgt som en unse kvalitet, eller muligens to unse kvalitet, som gjelder vekten av kobberet på en kvadratmeter brett.

De fleste kretser har ganske lave strømmer, og vanlig ett unse brett er omtrent alt som trengs. I virkeligheten er ett unse brett ofte tilfredsstillende selv for kretsløp som involverer formidable strømmer.

The Etch Resist Paint

Den grunnleggende metoden som produseres av et kretskort er vanligvis å dekke de områdene av kobber som er nødvendige på det ferdige kortet gjennom et etsemotstand, og dypp deretter kortet i etsemiddel som tar bort de uønskede (avdekkede) kobberregionene .

Etsemotstanden blir deretter tatt av for å eksponere kobbersporene og putene.

Uansett hvilken maling som er i stand til å holde etsemiddelet unna kobberoppsettet under etsingsprosessen, kan det brukes som resist.

Jeg personlig foretrekker å bruke neglelakk eller neglelakk, ethvert billig merke kan brukes og vil fungere bra som etsemotstand.

Egenskaper for Etch Resist

Profesjonelt er sannsynligvis den mest brukte motstandsdyktigheten vanntett maling og blekk. Vannløselige varianter er definitivt ikke egnede til formål bare fordi disse blir oppløst og vasket av i etsingsløsningen.

En maling eller blekk som tørker raskt er mer fordelaktig fordi det eliminerer behovet for å vente lenge før brettet kan etses.

Selv de mer grunnleggende trykte kretsmønstrene ser ut til å ha en stor mengde tynne kobberspor innen et relativt kompakt område av kart i dag, og en pensel som er kompetent til å lage ekstremt fine linjer blir nødvendig.

Tegning av sporoppsettet

En enkel løsning ville være å bruke en utslitt fiberpenn på pensel, noe som kan bidra til å utvikle enestående endelige resultater, selv om det kanskje ikke ser ut som et utsøkt middel for å løse problemet. En enklere måte å implementere resist på er å bruke en av de kommersielt tilgjengelige etsemotstandspennene som lett kan kjøpes fra enhver elektronisk delforhandler.

Enhver penn som bruker spritbasert blekk og skarpe spisser, bør kunne brukes med dette programmet. I tilfelle du er usikker på egnetheten til en penn, kan du enkelt trekke ut noen spor over et kassert kobberlaminatbrett, og etse brettet for å kontrollere om blekket holder etsemiddel riktig.

En ekstra type motstand er gnid etsebestandige overføringer som er tilgjengelig fra flere komponenthandlere og som ofte kan gi virkelig fremragende og spesialiserte resultater som vist i følgende eksempel.

Faktisk kan det hende du finner ut at det er mange kjemikalier som kan brukes som etsemiddel, men de fleste av disse er farlige av en eller annen grunn og er sannsynligvis ikke egnet for hjemmetegnede brett.

Etchant

Etsemiddelet er et kjemikalie som reagerer med det eksponerte kobberområdet i kobberlaminatet og bryter det ned fra brettet. Den brukes til å ta av kobberregionene på brettet som ikke er malt av etsemotstanden, og områdene som ikke bidrar til sporoppsett og pads.

Etsemiddelet som vanligvis brukes til hjemmeutviklede plater er jernklorid, og selv om dette er mindre farlig sammenlignet med de fleste valg, er det likevel et kjemikalie som må implementeres med forsiktighet.

Dette bør derfor alltid skylles av raskt med rennende vann fra springen i tilfelle du søler noe på huden din. Forsikre deg om at du ikke lagrer jernklorid i metallbeholdere, siden dette kjemikaliet er reaktivt på metaller og gjør metallet porøst og forårsaker lekkasjer.

Ettersom jernklorid er giftig (og i løpet av mange bruksområder blir gradvis omdannet til kobberklorid som også er ekstremt giftig), må det åpenbart lagres langt fra matvarer og redskaper etc.

Typer av jernklorid

Ferriklorid kan fås i en rekke forskjellige former. Sannsynligvis den mest praktiske typen å ha, er en klar til bruk løsning av kjemikaliet. Mange komponentleverandører markedsfører det i slik flytende form, vanligvis i 250 ml beholdere og i konsentrert form.

Du må fortynne den litt før bruk, i henhold til den gitte retningslinjen på flasken. Det krever kanskje ikke mye fortynning, og en 250 ml flaske tillater normalt bare 500 ml eller en liter etter fortynning med vann.

Noen selskaper kan tilveiebringe jernklorid som krystaller, også kjent som 'Ferric Chloride Rock' noen ganger. Denne etiketten er veldig passende, siden den i denne formen absolutt ser ut som biter av gul stein heller enn små fine krystaller, som er ganske mye bunnsolid.

I denne typen er jernklorid vanligvis tilgjengelig i 500 g pakninger, som er nok til å generere en liter etsingsløsning.

Du kan like godt få dette i større pakker, men siden 500gm er nok til å etse et seriøst stort antall vanlige størrelseskort og kan lett overleve til og med en flittig konstruktør veldig lenge, er det mest sannsynlig ikke givende å bli større enn 500gm-pakken helt.

Hvordan lage ferrikloridløsning

I krystallinsk tilstand vil ikke jernklorid oppløses lett, spesielt når det omrøres jevnt, kan det før eller senere brytes ned helt, og ved konstant blanding kan det smelte ganske raskt.

Sist men ikke minst kan jernklorid anskaffes i vannfri form, noe som i utgangspunktet betyr at det er ekte jernklorid med praktisk talt ikke noe vannmateriale. Den vil ha en liten grad av vann i sin krystallinske form som en side.

Det som faktisk forårsaker denne typen jernklorid så vanskelig å jobbe med er oppvarmingseffekten som genereres når den blandes med vann. Selv om du begynner med avkjølt vann, kan det fort bli ganske varmt til et nivå der beholderen blir veldig varm å berøre, og utgjør en fare for smelting for plastbeholdere.

En annen bekymring er å ha kjemikaliet til å oppløses tilstrekkelig og skape en anstendig etseformulering. Uansett årsak kan det hende du ender opp med en stor mengde kjemikalier som aldri vil brytes ned, og også en løsning som ser ut som jernklorid, men som har veldig lite etsepotensial.

Derfor må det brukes kaldt vann (ideelt sett nedkjølt eller med is). Det er i tillegg mulig at det kan være en liten mengde kjemikalie som ikke vil smelte, som enten kan bli silet fra væsken, eller da det ikke ser ut til å hindre etsning, kan det ganske enkelt bli igjen i løsningen.

Borrstørrelse

Den neste viktige ingrediensen for fremstilling av PCB hjemme er borekronen, som er nødvendig for å bore hull på PCB for komponentkablene.

Den typiske diameteren for ledningshull for komponenter er 1 mm, selv om en rekke komponenter som forhåndsinnstilte motstander, store elektrolytkondensatorer osv. Krever litt større diameter. En hulldiameter på ca. 1,4 mm er passende for denne typen komponenter.

Det anbefales vanligvis å bruke en diameter på under 1 mm for halvledere og en rekke andre komponenter som har tynnere ledninger. 0,7 mm eller 0,8 mm ser ut til å være akseptabel diameter for disse komponentene.

I tilfelle du har tilgang til bor av høy kvalitet, må de være ganske tøffe.

Imidlertid kan bor på rundt 0,7 mm til 1,4 mm i diameter være ganske svake og bør håndteres relativt forsiktig.

Hvis de opprettholdes med nedover rett vertikalt trykk, kan det være greit, men hvis orienteringen ikke opprettholdes i rett vinkel mot brettet, vil det ikke opprettes et skikkelig hull som er fullt mulig at borekronen vil bryte i to.

Du må derfor være realistisk når du borer hull med slike bor, og helst bør maskinen brukes med et justerbart stativ som vist nedenfor.

Vi har så langt diskutert de viktigste tingene som er nødvendige når du lager et kretskort, og det kan være noen andre sannsynligheter og ender som kan være essensielle.

Dette er vanligvis grunnleggende huslige gjenstander, og disse vil bli avduket når vi går videre med etsingen. Du finner mange forskjellige metoder for å produsere et kretskort.

Til tross for at alle av dem i utgangspunktet er identiske, og de største ulikhetene er bare sekvensen som de forskjellige målene underveis utføres.

Vi skal derfor begynne med å ta i betraktning en tilnærming for å produsere et tavle, hvoretter et par alternative teknikker vil bli forklart.

Komme i gang med PCB Making

Det aller første trinnet ville være å sjekke med boken eller magasinet hvor den trykte kretsen presenteres for å få de riktige dimensjonene på tavlen.

Du kan vanligvis ha en kretsskjema, et komponentoverleggsdiagram og det trykte kretsspormønsteret gjengitt i faktisk størrelse, som gitt i henholdsvis de følgende 3 figurene.

Størrelsen på den trykte kretsen skal være tilgjengelig i teksten eller skjematisk, men i mange tilfeller vil det være nødvendig å vurdere proporsjonene gjennom kobberbanemønsteret i ekte størrelse.

Merk grensen til det ferdige kortet på kobbersiden av laminatplaten, og trekk deretter et ekstra sett med linjer ca. 2 mm på yttersiden av forrige merking.

Ved å kutte forsiktig mellom disse omrissene, bør du kunne generere en del av brettet med anstendig presisjon og rette kanter med minimale problemer.

Sidene på brettet kan glattes ut med en liten flat fil og med glassfiberplate som eliminerer de slipende ender som kan være uønskede.

Vær oppmerksom på at merkingen skal gjøres på kobbersiden av brettet og sages fra samme side for å forhindre at kobber skreller mens du skjærer brettet. Sørg derfor for å kutte eller bor bordet alltid fra kobbersiden, og ikke fra laminatsiden

Det neste trinnet vil være å tegne hullene til komponentene, og hvor det passer, monteringshullene for brettmontering.

Den raske metoden for å få dette gjort er å klemme skjematisk tegning over brettet på kobbersporet, ved å justere tegningen og brettkanten nøyaktig.

Deretter, med et bradawl eller lignende spiss verktøy, markerer du nøyaktig og nøyaktig gjennom skjemaet på brettet ved å stanse små fordypninger i kobberet.

Det er ikke nødvendigvis viktig å merke tavlen ved å slå med et spiss verktøy, og en alternativ måte er å rett og slett justere og feste tegningen til tavlen ved hjelp av cellobånd, og deretter bore ned gjennom tegningen som nå i seg selv fungerer som boremarkører.

Maling av spor med etsemotstand

Etter at brettet er trimmet til størrelse og alle hull boret, er neste oppgave å male brettet med etsemotstanden. Dette innebærer i utgangspunktet å rense brettet så omfattende som mulig.

Spesielle rengjøringsblokker kan fås fra markedet, og disse virker tilsynelatende ganske bra. Kobberlaminatplater kan generelt vise noe oksid og korrosjon på toppen av kobberoverflaten, og det er veldig viktig å fjerne dette, ellers kan dette forhindre at platen blir ordentlig etset.

Derfor anbefales det å bruke et rimelig kraftig rengjøringsmiddel som perfekt vil eliminere alt oksid, smuss og korrosjon fra kobberoverflaten.

Etter at brettet har blitt grundig vasket og kobberlaget ser ut som et skinnende lys, skyll brettet under varmt vann for å kvitte deg med rester av rengjøringsmiddel eller oljeaktig ingrediens. På dette tidspunktet må du ikke berøre kobberoverflaten, som ellers kan forårsake fettete fingermerker og redusere etseprosessen.

Deretter tar du etsemotstanden for å trekke kobberputer rundt hullene som er boret for ledningene til komponentene.

Etter at putene er tegnet med etsemotstand, er det på tide å male kobbersporene slik at de kobler sammen putene i henhold til kretsdesignet. Sørg alltid for å holde hendene borte fra kobberoverflaten mens du gjør dette. Begynn fra brettet den ene kanten og fortsett systematisk mot den andre kanten, i stedet for å gjøre det tilfeldig (noe som sannsynligvis kan føre til feil)

For komplekse PCB-design

Flere moderne kretskonstruksjoner kan være ekstremt sofistikerte og utfordrende å replikere.

Mens du designer et tavle av denne typen, anbefales det å jobbe med en kretsmotstandspenn (eller et passende alternativ) med en enda finere spiss. På steder som kan ha mange smale, tett pakket parallelle spor, må du ta hjelp av en linjal for å la skisse fine rette linjer.

Hvis du ser at sporene eller putene smelter sammen, vent på motstanden å tørke opp og bruk deretter et kompasspunkt eller en annen skarp spiss for å skrape bort overflødig overlappende motstand.

Så snart resisten har tørket ut og PCB er inspisert, er neste oppgave å senke brettet i etserløsningen til til slutt alt eksponert kobber er tatt av.

Hvordan PCB-etsning skjer

I hovedsak skjer det i løpet av etsingen at kobberet tar plassen til jernet i jernkloridet for å danne kobberklorid, mens jernet blir utfelt.

I begynnelsen skjer etsingsprosessen ganske raskt og kan ta bare noen få minutter, men etter hvert som jernklorid blir gradvis transformert til kobberklorid, blir etsehandlingen stadig treg, og etter at flere plater er etset, kan det observeres at etsetiden er ganske langvarig, eller ikke blir fullført i det hele tatt.

I så fall må etsemidlet byttes ut med en ny serie jernkloridoppløsning. Som du vil merke at jernklorid har en rød-gul farge mens kobberklorid er blå i fargen, så når du finner at etsingsløsningen sakte blir mer grønnaktig, vil det indikere at kjemikaliet nærmer seg slutten av sin levetid.

Mens du etser brettet hjemme i en liten tallerken, må du forsikre deg om at kobbersiden av brettet vender oppover og at prosessen utføres i en ikke-metallisk tallerken med tilstrekkelig størrelse.

Det kan være lurt å legge til et anstendig deksel på toppen og regelmessig fjerne dekselet for å kontrollere utfallet til etsingen er over. Et hovedproblem med denne metoden er at et jern- og kobberkloridlag har en tendens til å utvikle seg på toppen av brettet, noe som kan forlenge etsetiden betydelig. Dette kan motvirkes ved forsiktig å vippe fatet fra tid til annen for å forskyve dette laget slik at etsingen øker.

Bruke spesielle beholdere til etsning

Du kan faktisk synes det er ganske enkelt å sette opp en container for å aktivere PCB nær en vertikal posisjon med kobbersiden av brettet vendt nedover.

I denne situasjonen skjer etsingsprosessen veldig raskt siden jernutfelling ikke klarer å utvikle et lag og har en tendens til å falle nedover fra brettet. Dette sikrer at etsingen ikke hindres. Likevel kan periodisk uro fra brettet og etsemiddel bidra til å slå av et lite undertrykkende belegg som kan utvikle seg, noe som muliggjør enda raskere etsing.

Figuren over viser noen enkle alternativer for å oppnå dette. I figur (a) benyttes en buet tallerken som sørger for at tavlen holdes på plass gjennom de fire hjørnene, og ikke kommer i kontakt med tallerkenen på andre steder.

Teknikken vist i (b) et godt valg for større PCB som kan kreve en ganske stor tallerken for å muliggjøre prosedyren. Beholderen må være ganske stor, alt som ligner på en klassisk pulverkaffe burde fungere.

Det vil trolig være nødvendig med mye etsemiddel for å fylle krukken praktisk talt. Dette kan se litt dyrt ut først, men etsemiddelet vil sikkert vare proporsjonalt mer tid sammenlignet med en mindre mengde.

Alternativt kan en mindre mengde etsemiddel fortynnes med høyere vannmengde, men dette kan redusere etsingen betydelig og er ikke tilrådelig.

For vesentlig store plater kan den eneste funksjonelle metoden for å etse platen være å bruke en stor flat tallerken (som en fotografisk tallerken) med kobbersiden vendt oppover. Hyppig uro kan være vant til å øke hastigheten på etsetiden.

Etsing vil sees raskere på områder der det er mindre regioner med åpent kobber, og vil ta mye lengre tid på områder av brettet der det er relativt bredere områder med åpent kobber. Etsing foregår også raskere rundt brettets omkrets.

En metode som vanligvis fungerer mer effektivt og vanligvis er langt enklere i praksis, vises ovenfor. Her settes et par tre- eller plaststenger ned i hele fatets lengde, på motsatte sider. Disse er relativt lengre enn retten for å la dem hvile på toppen. Brettet henges deretter opp fra stengene som støttes på et par trådstykker, en i hver ende av brettet.

Bare en enkelt ledning er demonstrert i figur for bedre forståelse. Hvis du bruker kobbertråd, må du sørge for at det er en superemalert kobbertråd med en tykkelse på 18 SWG. Ledningene festes til stengene ganske enkelt ved å vri endene rundt stangens diameter en eller to ganger.

Etter at etsingen er over

Når etsing ser ut til å være fullstendig, må du undersøke brettet grundig for å forsikre deg om at det ikke er noen lommer med åpent kobber igjen, og se etter deler av brettet der kobbersporene og putene er nøye tegnet (for eksempel grupperinger av IC-pads) .

Etter at du har bekreftet at etsingen er fullført, må du holde brettet loddrett over etseløsningen i noen øyeblikk for å tillate at den dryppende etseren løper brettet, og tørk deretter av brettet med et stykke silkepapir eller fille.

Til side er dette en klok beslutning om å opprettholde et stykke kjøkkenpapir i nærheten gjennom etsingsprosessen for å sikre at rester av etseløsning kan tørkes fra pinsetten eller hanskene når det er nødvendig. Brettet må deretter vaskes forsiktig i vann for å vaske bort eventuelle rester av etseløsning.

Fjerne motstanden

Endelig på slutten må motstanden som stikker på kobberet elimineres, som ellers kan hindre loddeprosessen på kobberputene alvorlig. Du kan skaffe deg en hvilken som helst standard motstandsfjerner, og dette kan være i form av en lett ånd som vil bryte ned flertallet av maling og blekk.

Det kan også være mulig å oppnå poleringsblokker med trykte kretser som tilfeldigvis er godt egnet for skrubbing av resisten. En annen teknikk er å prøve å bruke en skurepute eller et pulver, og dette er i utgangspunktet blant de mest enkle aktivitetene med produksjon av kretsløp, som absolutt ikke burde by på noen utfordringer.

For å muliggjøre den endelige monteringen av komponentene på den ferdige kretskortet med perfekt lodding og absolutt ingen 'tørre' skjøter, må kobbersporene og putene poleres til en blank overflate før loddingen av komponentene faktisk kan påbegynnes.

Over til deg

Som forklart ovenfor, ser det tilsynelatende ganske enkelt ut å lage PCB hjemme, og det er bare noen få timer å lage fremragende profesjonelle PCB-er med ferdige DIY-materialer fra markedet. Når det er sagt, kan prosessen kreve en viss forsiktighet og presisjon for å oppnå de ønskede resultatene, slik at det tiltenkte kretsprosjektet blir fullført.

Hvis du er i tvil om emnet, vennligst la oss nå gjennom kommentarene nedenfor, vi hjelper deg gjerne!