Jak wytrawić płytkę drukowaną/PCB jedno i dwustronną metodą termotransferu

Przy tworzeniu projektów elektronicznych często wykorzystujemy płytki prototypowe. Niemniej wielokrotnie chcielibyśmy by nas projekt przyjął bardziej stałą formę. W takim wypadku może ją przenieść na płytkę PCB. Najlepsze z tego wszystkiego jest to ze każdy może taką płytkę przygotować samemu w domowym zaciszu.

 
Materiały:

Drukarka laserowa
Papier kredowy
Laminat
Rozpuszczalnik
Żelazko
Wiertarka
Markerem do pcb (opcjonalnie)
 
Całość zaczynamy w komputerze gdzie przygotowujemy nasz projekt. Osobiście do tego celu wykorzystuje program eagle w wersji 6.6.0 https://www.cadsoftusa.com/download-eagle/ choć w internecie jest wiele rozwiązań tego typu. Po stworzeniu schematu takiego jak np. ten:
 

Przechodzimy do widoku płytki gdzie możemy rozmieścić nasze poszczególne komponenty. Gdy uznamy że wszystko jest jak powinno wybieramy Tools → Ratsnest aby wyliczyć najkrótsze drogi między komponentami. Następnie wybieramy Tools → Autoroute. Pojawi nam się panel z opcjami. Eagle pozwala zdefiniować 16 ścieżek dla płytek o wielu poziomach osobiście nigdy nie korzystałem z więcej niż dwóch czyli Top i Bottom. Dla płytki jednowarstwowej wybieramy jedynie top. Po kliknięciu ok eagle stworzy nam automatycznie takie oto ścieżki.
 



 
Jeśli chcemy zmniejszyć szerokość ścieżki lub odstępy między ścieżkami czy wielkość otworów możemy to ustawić w Edit→ Net calsses. Pamiętajmy że im mniejsza ścieżka tym łatwiej będzie nam ją uszkodzić nieuważnym ruchem podczas wiercenia czy lutowania. Osobiście mam ustawione ścieżki na width:25mil; drill:20mil; clerance: 20mil.
 

Tak przygotowany projekt jest gotowy do druku. Druk dokonujemy koniecznie na drukarce laserowej jeśli takiej nie mamy musimy skorzystać z pomocy kolegi bądź usług drukarni. W moim wypadku jest to HP LaserJest P1505. Korzystamy przy tym z papieru kredowego. Gramatura nie ma moim zdaniem dużego znaczenia osobiście biorę to co mają aktualnie w pobliskim papierniku. Ponoć papier z śliskich czasopism nadaje się równie dobrze lecz nigdy nie sprawdzałem tej teorii. Należy tu pamiętać że nałożony na laminat projekt będzie jego lustrzanym odbiciu. Eagle posiada opcje druku lustrzanego.
 
Następna sprawa to laminat. Niestety wielokrotnie zakupiony wymiar nie będzie nam odpowiadał przez co będziemy musieli ją skrócić. Jednym że sposobów jest dokonanie głębokiego nacięcia a potem przełamanie płytki tak jak tutaj: httpss://www.youtube.com/watch?v=wFGp2oWZBTM. Jednak według mnie najlepiej użyć do tego poniższego bohatera serii popularnych horrorów, całość idzie o wiele przyjemniej, szlifierka pewnie też byłaby ok.
 

Gdy mamy już odpowiedni kształt szlifujemy ucięte krańce i czyścimy naszą płytkę pod kranem. Bierzemy zwyczajnie gąbkę, płyn do naczyń i szorujemy delikatnie laminat. Przecieramy czystą szmatką i na koniec przecierami chusteczką nasączoną rozpuszczalnikiem. Później starajmy się by nasze paluch czy inny brud już nie pojawił się na laminacie.
 

Termotransfer z papieru na laminat. Osobiście uważam to za najtrudniejszy kawałek. Układamy nasz wydrukowany schemat na płytce odwróconą w jego kierunku. Samemu wykorzystuję dwie żabki do złapania kartki na rogach. Włączamy nasze żelazko i jeśli ma regulacje ciepła przekręcamy je na maksa. W wielu poradnikach czytałem że temperatura powinna być nie za duża ani nie za mała. Z moich doświadczenie wynika jednak że im większa temperatura tym lepiej wychodzi. Niemniej testowałem tylko dwa żelazka. Do tego zadania nadają się moim zdanie stare typy żelazek które umieją porządnie przygrzać. Przyciskamy żelazko do papieru i chodzimy żelazkiem po kartce aż nie osiągnie ciemno żółtawego koloru. Punkt ten może nam kilka razy nie wyjść dlatego nie poddawajmy się aż nie dojdziemy do wprawy.
 

Gdy uznamy że efekt jest zadowalający płytkę wkładamy do ciepłej wody i odczekujemy kilka minut. Następnie wyjmujemy płytkę i powoli oraz delikatnie zdejmujemy papierową warstwę. Cała ścieżka powinna zostać odbita na płytce. Jeśli gdzieś jest niewielki brak możemy go poprawić specjalnym markerem do pcb bądź później połączyć obydwie ciężki cyną (pisak według mnie działa dość słabo). Jeśli niestety znaczna część toneru się nie przylepiła do płytki musimy wziąć rozpuszczalnik i zetrzeć cały toner z laminatu i rozpocząć proces od nowa wykorzystując ten sam laminat.
 
Jeśli to nam się udało jesteśmy już na dobrej drodze. Możliwe ze gdzieniegdzie zostały kawałki papieru na płytce, usuńmy je. Musimy teraz wytrawić naszą płytkę. Jest do tego kilka specyfików najpopularniejsze to nadsiarczan sodu B327 i trójchlorek żelaza. Osobiście korzystałem z trójchlorek żelaza. Potrzebujemy plastikowy pojemnik który pomieści naszą płytkę np. takie pudełka po lodach są ok. Ważne żebyśmy nie korzystali z metalowych pojemników. Wsypujemy trójchlorek żelaza w stosunku takim jak jest opisanej na opakowaniu tak by po dolaniu wody zanurzyła się cała płytka. Nalewamy gorącej wody mieszamy ze sobą składniki niczym zupkę chińska po czym wkładamy naszą płytkę. Im większa temperatura tym szybciej nasza płytka zostanie wytrawiona, jeśli dodatkowo będziemy odrobinę trząść pojemnikiem to proces ten będzie jeszcze szybszy. Niemniej nic nie stoi na przeszkodzie by po prostu włożyć do tego płytkę i wrócić po dobrym filmie. Jeśli trójchlorek żelaza jest nowy a woda gorąca (nie używajmy wrzątku) to proces nie powinien zabrać więcej niż kilka minut. Jeśli jednak mamy wytrawiacz który leży na półce od kilku dni porządny film będzie zdecydowanie dobrym pomysłem.
 
Pamiętajmy tu o bezpieczeństwie trójchlorek żelaza jest bardzo żrąca substancją i należy być z nią ostrożny. Warto mieć jakieś gogle by substancja nie dostała nam się do oczu czy rękawiczki na ręce. Także gdy wkładamy płytkę do płynu używajmy obcęgi czy innych narzędzi. Nie wkładajmy naszej ręki do tego. Jeśli już gdzieś na nasz to kapnie wymyjmy miejsce dokładnie mydłem. Także nie wdychajmy oparów są one szkodliwe. Wietrzenie pokoju nie jest złym pomysłem.
 
Po skończonym procesie powinniśmy mieć piękną płytkę bez miedzi i z czarnymi liniami. Toner zabezpieczył przed wytrawieniem miedz, dzięki czego prąd będzie mógł płynąć tak jak byśmy tego chcieli. Pozostaje nam zmyć toner bierzemy chusteczkę z rozpuszczalnikiem i przecieramy płytkę. Mamy już płytkę PCB z pięknymi miedzianymi ścieżkami. Pozostało wywiercenie otworów.
 
Korzystam z takiego narzędzia:
 

Starajmy się wiercić ładne pionowe linie aby wszystkie układy dobrze wchodziły i uważajmy by nasza wiertarka nie uderzała w ścieżki. Jeśli mamy je niewielkie łatwo je uszkodzić. Osobiście gdy robiłem płytkę z małymi ścieżkami zakładałem kawałek gąbki na koniec wiertła. Ta gdy uderzała w płytkę chroniła ścieżki.
 

Na koniec pozostaje dodanie komponentów i lutowanie. Osobiście polecam przy US korzystać z takich podstawek. Łatwiej się je lutuje i nie trzeba się martwić ze spalimy US. Dobrze też pokryć płytkę kalafonią znacznie ułatwia to lutowanie i zabezpiecza cały układ na przyszłość:
 

Gotowy projekt może wyglądać tak:
 

 
Płytki dwustronne
 
Niewiele bardziej zaawansowaną wersją są płytki dwustronne. Płytka nie różni się niczym poza faktem iż laminat znajduję się po obydwu stronach dając nam więcej miejsca na ścieżki. Pewne dodatkowe trudności może przysparzać równe nałożenie nadruku po obydwu stronach płytki. Dobrym sposobem jest wydrukowanie obydwu schematów i pod światłem żarówki nałożenie ich na siebie. Następnie zszywaczem unieruchamiamy kartki. Do środka wkładamy płytkę.
 

Dodatkowy problem to fakt iż prąd musi przechodzić pomiędzy warstwami w takim wypadku wkładamy po prostu cienki drucik i lutujemy go do ścieżki z jednej i drugiej strony. Jeśli ścieżka znajduję się pod US i trzeba ją zalutować do nóżki nie wyobrażam sobie zrobienia tego bez przedstawionych poniżej podstawek precyzyjnych, posiadają one wyższe nóżki dzięki czego możemy do nich dotrzeć lutownicą. Reszta procesu jest identyczna co najwyżej kilka kroków musimy powtórzyć dwukrotnie
 

 
Najważniejsze żebyśmy się nie zrażali bowiem łatwo zrobić błąd czy to z braku wiedzy i doświadczenia czy zwykłej nie uwagi. Oto mała kolekcja płytek które już niczemu nie służą:)