Как металлизировать отверстия в печатной плате

Металлизация отверстий печатных плат в домашних условиях — пошаговая инструкция

С необходимостью этого сталкиваются в основном те, кто использует в конструировании образцы гетинакса с двухсторонним фольгированием. Чтобы впоследствии на плате собрать рабочую схему, нужно добиться качественного эл/контакта между ее токопроводящими слоями. Судя по отзывам на соответствующих форумах, существует несколько апробированных и относительно несложных для исполнения в домашних условиях методик металлизации отверстий печатных плат.

Это можно сделать по-разному, используя те или иные реактивы и приемы. У каждого опытного мастера-любителя – своя излюбленная технология. Рассмотрим наиболее распространенные в домашних условиях способы серебрения и графитирования отверстий. Они привлекательны не только простотой исполнения, но и доступностью хим/препаратов.

Серебрение

Подготовительные мероприятия

Технология основана на том, что под воздействием ультрафиолета нитрат серебра (более известный как ляпис AgNO3) разлагается на компоненты, один из которых – чистый металл.

• Отверстия в плате зачищаются.
• Каждое из них обрабатывается раствором (25±5%) азотнокислого серебра.
• Далее – просушка печатной платы. Чтобы ускорить течение химической реакции, целесообразно для этих целей использовать УФ-лампу. В результате на гетинаксе (в районе отверстий) останутся лишь отдельные вкрапления серебра.

Получение токопроводящего слоя

Для этого понадобится медь. Ее получают из раствора. Металл осаждается на подготовленную «основу» из серебра, тем самым обеспечивая в дальнейшем надежный эл/контакт между всеми элементами схемы.

Данный раствор крайне неустойчив, и срок его пригодности ограничен. Поэтому препарат готовить про запас бессмысленно. Только в нужном количестве и перед непосредственным применением, когда первичная обработка отверстий (серебрение) уже выполнена. Процентное соотношение компонентов в зависимости от требуемого объема раствора несложно рассчитать по приведенному рецепту.

Усиление отверстий

Выполненной металлизации достаточно лишь в случае, если при монтаже электронной схемы предполагается работать с миниатюрными радиодеталями. Но, как показывает практика, слоя хватает на один раз. Следовательно, говорить о ремонтопригодности печатной платы уже не приходится. Именно поэтому толщина металлизированного слоя увеличивается гальваническим способом, как никелирование, например.

• «Минус» – на фольгированном покрытии платы, «плюс» – на пластинке из меди. Она располагается параллельно обрабатываемому образцу.
• Плотность тока (А/см2) выбирается в диапазоне 0,02 – 0,3.
• Напряжение (В): 3,5±0,5.
• Приемлемая температура (ºС) в гальванической ванне – от 20 до 28.

Более качественный, однородный слой получается при меньшем токе. Но это увеличивает время протекания процесса металлизации отверстий.

Графитирование

Еще один несложный в исполнении способ металлизации. Отличие в том, что для первичной обработки отверстий вместо серебрения делается графитирование. Чаще всего любители используют магазинный аэрозоль CRAMOLIN «GRAPHITE». Откладывающиеся на поверхности мелкодисперсионные фракции графита достаточно вдавить в подготовленные отверстия. Это несложно сделать небольшим шпателем, скребком. Как их изготовить своими руками, пояснять не нужно.

Для удаления излишков, пока паста еще влажная, плата встряхивается. Фракции, налипшие на ее поверхность, смываются растворителем или убираются мелкой (шлифовочной) наждачкой. Остается лишь тонкой иглой прочистить отверстие.

В результате в нем получается тончайший токопроводящий слой. Такой способ удаления пасты имеет минус – не все фракции выводятся из отверстия, что уменьшает его диаметр. Более качественный результат достигается методом продувки. В домашних условиях можно задействовать пылесос.

Описанные способы металлизации отверстий – не единственные. Но именно их в свое время апробировал автор, и они доказали свою эффективность и удобство в реализации.

Как сделать действительно хорошую плату в домашних условиях

Эта страница является руководством по производству высококачественных печатных плат (далее ПП) быстро и эффективно, особенно для профессионального макетирования производства ПП. В отличие от большинства других руководств, акцент делается на качестве, скорости и минимальной стоимости материалов.

С помощью описанных на этой странице методов вы сможете сделать одностороннюю и двухстороннюю плату достаточно хорошего качества, пригодную для поверхностного монтажа с шагом расположения элементов 40-50 элементов на дюйм и с шагом расположения отверстий 0.5 мм.

Методика, описанная здесь, является суммированным опытом, собранным в течение 20 лет экспериментов в этой области. Если вы будете точно следовать описанной здесь методике, то сможете каждый раз получать ПП отличного качества. Конечно, вы можете экспериментировать, но помните, что неосторожные действия могут привести к существенному снижению качества.

Здесь представлены только фотолитографические методы формирования топологии ПП — другие способы, такие как трансферт, печать на меди и т.п., которые не подходят для быстрого и эффективного использования, не рассматриваются.

Сверление

Если в качестве основного материала вы используете FR-4, то вам понадобятся сверла, покрытые карбидом вольфрама, сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), т.к. сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром меньше 1 мм, лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Движение сверху вниз самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким хвостовиком (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия), или с толстым (иногда называют «турбо») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно 3.5 мм).

При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, т.к. сверло может при движении вверх вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон различных размеров, либо в трех кулачковый патрон — иногда 3-х кулачковый патрон является оптимальным вариантом. Для точного фиксирования, однако, это закрепление не подходит, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, обеспечивающих хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами — выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, т.е., во-первых, обеспечить освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать 12 В галогеновую лампу (или 9В, чтобы уменьшить яркость) прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 6″ выше высоты стола, для лучшего визуального контроля процесса. Неплохо было бы удалить пыль (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно — случайное замыкание цепи пылевой частицей — это миф. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая, и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка, особенно при частой замене сверл.

Старайтесь избегать отверстия диаметром менее 0.8 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0.8 мм, т.к. они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат — отверстия, расположенные близко от центра. Итак, положите платы друг на друга и просверлите отверстия 0.8 мм в двух противоположных углах, затем, используя штифты как колышки, закрепите платы относительно друг друга.

Резка

Если вы производите ПП серийно, вам понадобится для резки гильотинные ножницы (стоят они около 150 у.е.). Обычные пилы быстро тупятся, за исключением пил с карбидовым покрытием, а пыль во время пилки может вызвать раздражение кожи. Пилой можно случайно повредить защитную пленку и разрушить проводники на готовой плате. Если вы хотите пользоваться гильотинными ножницами, то будьте очень осторожны при отрезании платы, помните, что лезвие очень острое.

Если вам надо отрезать плату по сложному контуру, то это можно сделать либо просверлив много маленький отверстий и отломав ПП по полученным перфорациям, либо с помощью лобзика или маленькой ножовки, но приготовьтесь часто менять лезвие. Практически можно сделать угловой срез и гильотинными ножницами, но будьте очень осторожны.

Сквозная металлизация

Когда вы делаете двухстороннюю плату, возникает проблема объединения элементов на верхней стороне платы. Некоторые компоненты (резистор, поверхностные интегральные схемы) намного легче припаять, чем другие (например конденсатор со штыревыми выводами), поэтому возникает мысль: сделать поверхностное соединение только «легких» компонентов. А для DIP-компонентов использовать штифты, причем предпочтительнее использовать модель с толстым штифтом, а не с разъемом.

Немного приподнимите DIP-компонент над поверхностью платы и спаяйте пару штырьков со стороны припоя, сделав на конце небольшую шляпку. Затем надо припаять требуемые компоненты к верхней стороне с помощью повторного нагрева, причем при пайке дождитесь, пока припой заполнит пространство вокруг штырька (см. рисунок). Для плат с очень плотным расположением элементов необходимо хорошо продумать компоновку, чтобы облегчить пайку DIP-компонентов. После того, как вы закончили сборку платы, необходимо произвести двухсторонний контроль качества монтажа.

Для переходных отверстий используют быстромонтируемые связующие штыри диаметром 0.8 мм (см. рисунок).

Это самый доступный способ электрического соединения. Вам потребуется всего лишь точно ввести конец прибора в отверстие на всю длину, повторить тоже с другими отверстиями.Если вам необходимо произвести сквозную металлизацию, например, чтобы соединить недоступные элементы, или для DIP- компонентов (связующих штырей), вам понадобится система «Copperset». Эта установка очень удобна, но дорогостоящая (350$). Она использует «пластинчатые бруски» (см. рисунок), которые состоят из бруска припоя с медной втулкой металлизированной с наружной стороны. На втулке нарезаны засечки с интервалом 1.6 мм, соответствующие толщине платы. Брусок вводится в отверстие с помощью специального аппликатора. Затем отверстие пробивают керном, который вызывает перекос металлизированной втулки, и также выталкивает втулку из отверстия. Контактные площадки напаиваются с каждой стороны платы для присоединения втулки к контактным площадкам, затем припой удаляется вместе с оплеткой.

К счастью, эту систему возможно использовать для металлизации стандартных отверстий 0.8 мм без приобретения полного комплекта. В качестве аппликатора можно использовать любой автоматический карандаш диаметром 0.8 мм, модель которого имеет наконечник похожий на изображенный на рисунке, работающий намного лучше, чем настоящий аппликатор.Металлизацию отверстий надо производить до начала монтажа, пока поверхность платы совершенно плоская. Отверстия должны быть просверлены диаметром 0.85 мм, т.к. после металлизации их диаметры уменьшаются.

Заметим, что если ваша программа чертила контактные площадки таким же размером, что и размер сверла, то отверстия могут выходить за их пределы, приводя к неисправностям платы. Идеально, чтобы контактная площадка выходила за пределы отверстия на 0.5 мм.

Металлизация отверстий на основе графита

Второй вариант получения проводимости через отверстия — металлизация графитом, с последующим гальваническим осаждением меди. После сверления поверхность платы покрывается аэрозольным раствором, содержащим мелкодисперсные частицы графита, который затем ракелем (скребком или шпателем) продавливается в отверстия. Можно использовать аэрозоль фирмы CRAMOLIN «GRAPHITE». Данный аэрозоль широко используется в гальванопластике и других гальванических процессах, а также при получении проводящих покрытий в радиоэлектронике. Если основу составляет легколетучее вещество, то необходимо сразу же встряхнуть плату в направлении перпендикулярном плоскости платы, так чтобы излишки пасты удалились из отверстий до испарения основы. Излишки графита с поверхности удаляются растворителем или механически — шлифованием. Необходимо отметить, что размер полученного отверстия может быть меньше на 0.2 мм исходного диаметра. Загрязненные отверстия можно прочистить с помощью иглы или иначе. Кроме аэрозолей можно использовать коллоидные растворы графита. Далее на проводящие цилиндрические поверхности отверстий осаждается медь.

Гальванический процесс осаждения хорошо отработан и широко описан в литературе. Установка для проведения данной операции представляет собой ёмкость, заполненную раствором электролита (насыщенный раствор Cu₂SO₄+10% раствор H₂SO₄), в которую опущены медные электроды и заготовка. Между электродами и заготовкой создается разность потенциалов, которая должна обеспечить плотность тока не более 3-х ампер на квадратный дециметр поверхности заготовки. Большая плотность тока позволяет достигать больших скоростей осаждения меди. Так для осаждения на заготовку толщиной 1.5 мм необходимо осадить до 25 мкм меди, при такой плотности этот процесс идет чуть более получаса. Для интенсификации процесса в раствор электролита могут добавляться различные присадки, а жидкость может подвергаться механическому перемешиванию, борбатажу и др. При неравномерном нанесении меди на поверхность заготовка может быть отшлифована. Процесс металлизации графитом, как правило, использует в субтрактивной технологии, т.е. перед нанесением фоторезиста.

Вся паста, оставшаяся перед нанесением меди, уменьшает свободный объем отверстия и придает отверстию неправильную форму, что осложняет дальнейший монтаж компонентов. Более надежным методом удаления остатков токопроводящей пасты является вакуумирование или продувка избыточным давлением.

Формирование фотошаблона

Вам необходимо произвести позитивную (т.е. черный = медь) полупрозрачную пленку фотошаблона. Вы никогда не сделаете действительно хорошую ПП без качественного фотошаблона, поэтому эта операция имеет большое значение. Очень важно получить четкое и предельно непрозрачное изображение топологии ПП.

На сегодняшний день и в будущем фотошаблон будут формировать с помощью компьютерных программ семейства P-CAD или пригодных для этой цели графических пакетов. В данной работе мы не будем обсуждать достоинства программного обеспечения, скажем только, что вы можете использовать любые программные продукты, но совершенно необходимо, чтобы программа выводила на печать отверстия, расположенные в центре контактной площадки, используемые при последующей операции сверления как маркеры. Практически невозможно вручную просверлить отверстия без этих ориентиров. Если вы хотите использовать CAD общего назначения или графические пакеты, то в установках программы задайте контактные площадки либо как объект, содержащий черную залитую область с белой концентрической окружностью меньшего диаметра на ее поверхности, или как незаполненную окружность, установив предварительно большую толщину линии (т.е. черное кольцо).

Необходимо заботиться о правильном диагональном соединении треков на срезах углов (сетка — 25 мил, ширина дорожки — 12.5 мил).

Фотошаблон должен быть распечатан таким образом, чтобы при экспонировании сторона, на которую наносятся чернила, была повернута к поверхности ПП, для обеспечения минимального зазора между изображением и ПП. Практически это означает, что верхняя сторона двухсторонней ПП должна быть напечатана зеркально.

Качество фотошаблона очень зависит как от устройства вывода и материала фотошаблона, так и от факторов, которые мы обсудим далее.

Материал фотошаблона

Речь идет не об использовании фотошаблона средней прозрачности — поскольку для ультрафиолетового излучения достаточно будет полупрозрачного, это не существенно, т.к. для менее прозрачного материала время экспонирования увеличивается совсем немного. Разборчивость линий, непрозрачность черных областей и скорость высыхание тонера/чернил являются намного важнее. Возможные альтернативы при печати фотошаблона: Прозрачная ацетатная пленка (OHP)— может показаться, что это наиболее очевидная альтернатива, но эта замена может дорого обойтись. Материал имеет свойство изгибаться или искажаться от нагрева лазерным принтером, и тонер/чернила могут потрескаться и легко осыпаться. НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ Полиэфирная чертежная пленка — хорошая, но дорогая, прекрасная размерная стабильность. Шершавая поверхность хорошо удерживает чернила или тонер. При использовании лазерного принтера необходимо брать толстую пленку, т.к. при нагревании тонкая пленка подвержена короблению. Но даже толстая пленка может деформироваться под действием некоторых принтеров. Не рекомендуется, но применение возможно. Калька. Берите максимальную толщину, какую сможете найти — не менее 90 грамм на кв. метр (если возьмете тоньше, то она может покоробиться), 120 грамм на кв. метр будет даже лучше, но её труднее найти. Это недорого, и без особого труда можно достать в офисах. Калька обладает хорошей проницаемостью для ультрафиолетового излучения и по способности удерживать чернила близка к чертежной пленке, а по свойствам не искажаться при нагреве даже превосходит.

Устройство вывода

Pen plotters — кропотливый и медленный. Вы должны будете использовать дорогостоящую полиэфирную чертежную пленку (калька не годится, т.к. чернила наносятся одиночными линиями) и специальные чернила. Перо придется периодически чистить, т.к. оно легко засоряется. НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ. Струйные принтеры — главная проблема при использовании — добиться необходимой непрозрачности. Эти принтеры настолько дешевы, что, конечно, их стоит попробовать, но качество их печати не сравнить с качеством лазерных принтеров. Также можно попробовать напечатать сначала на бумаге, а потом с помощью хорошего ксерокса перевести изображение на кальку. Наборщики — для лучшего качества фотошаблона создают Postscript или PDF файл и пересылают на DTP или наборщик. Фотошаблон, изготовленный таким образом, будет иметь разрешение не менее 2400DPI, абсолютную непрозрачность черных областей и совершенную резкость изображения. Стоимость обычно приводится для одной страницы, не считая использованной области, т.е. если вы сможете мультиплицировать копии ПП или разместить на одной странице изображение обоих сторон ПП, то вы сэкономите деньги. На таких устройствах также можно сделать большую плату, формат которой не обеспечивается вашим принтером. Лазерные принтеры — легко обеспечивают наилучшее разрешение, доступны и быстры. Используемый принтер должен иметь разрешение не менее 600dpi для всех ПП, т.к. нам необходимо сделать 40 полос на дюйм. 300DPI не сможет разделить дюйм на 40 в отличие от 600DPI.

Также важно отметить, что принтер производит хорошие черные отпечатки без вкраплений тонера. Если вы планируете купить принтер для изготовления ПП, то первоначально необходимо протестировать данную модель на обычном листе бумаги. Даже лучшие лазерные принтеры могут не покрывать полностью большие области, но это не является проблемой, если пропечатываются тонкие линии.

При использовании кальки или чертежной пленки необходимо иметь руководство по заправке бумаги в принтер и правильно осуществлять смену пленки, чтобы избежать заклинивания аппаратуры. Помните, что при производстве маленьких ПП, для экономии пленки или кальки, можно разрезать листы пополам или до нужного формата (например, разрезать А4, чтобы получить А5).

Некоторые лазерные принтеры печатают с плохой точностью, но поскольку любая ошибка линейна, то ее можно компенсировать масштабированием данных при выводе на печать.

Фоторезист

Лучше всего использовать стеклотекстолит FR4,уже с нанесенным пленочным резистом. В противном случае вам придется самостоятельно покрывать заготовку. Вам не понадобится темная комната или приглушенное освещение, просто избегайте попадания прямых солнечных лучей, минимизируя избыточное освещение, и производите проявку непосредственно после облучения ультрафиолетом.

Редко применяются жидкие фоторезисты, которые наносятся распылением и покрывают медь тонкой пленкой. Я не рекомендовал бы их использование, если вы не имеете условий для получения очень чистой поверхности или хотите получить ПП с низким разрешением.

Экспонирование

Плату, покрытую фоторезистом, необходимо подвергнуть облучению ультрафиолетовым излучением через фотошаблон, используя УФ-установку.

При экспонировании можно использовать стандартные флуоресцентные лампы и УФ камеры. Для маленькой ПП — две или четыре 8-ваттных 12″ ламп будет достаточно, для больших (А3) идеально использовать четыре 15″ 15 ваттных ламп. Чтобы определить расстояние от стекла до лампы при экспонировании, поместите лист кальки на стекле и отрегулируйте расстояние, чтобы получить необходимый уровень освещения поверхности бумаги. Необходимые вам УФ лампы продают или как сменная деталь для установки, применяемой в медицине, или лампы «черного света» для освещения дискотек. Они окрашены в белый или иногда в черный/синий цвет и светятся фиолетовым светом, который делает бумагу флуоресцентной (она начинает ярко светиться). НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ коротковолновые УФ лампы, похожие на стираемые программируемые ПЗУ или бактерицидные лампы, которые имеют чистые стекла. Они испускают коротковолновое УФ излучение, которое может вызвать повреждение кожи и глаз, и не подходит для производства ПП.

Установку экспонирования можно оборудовать таймером, высвечивающим длительность воздействия излучения на ПП, предел его измерения должен быть от 2 до 10 минут с шагом 30 с. Неплохо было бы снабдить таймер звуковым сигналом, сообщающим об окончании времени экспонирования. Идеально было бы использовать механический или электронный таймер для микроволновой печи.

Вам придется экспериментировать, чтобы подобрать требуемое время экспонирования. Попробуйте провести экспонирование через каждые 30с, начиная с 20 секунд и заканчивая 10 минутами. Проявите ПП и сравните полученные разрешения. Заметьте, что при передержке изображение получается лучше, чем при недостаточном облучении.

Итак, для проведения экспонирования односторонней ПП поверните фотошаблон печатной стороной вверх на стекле установки, удалите защитную пленку и положите ПП чувствительной стороной вниз поверх фотошаблона. ПП должна быть прижата к стеклу, чтобы получить минимальный зазор для лучшего разрешения. Этого можно достичь либо положив на поверхность ПП какой-нибудь груз, либо присоединив к УФ-установки навесную крышку с каучуковым уплотнением, которая прижимает ПП к стеклу. В некоторых установках для лучшего контакта ПП фиксируют созданием вакуума под крышкой с помощью маленького вакуумного насоса.

При экспонировании двухсторонней платы сторона фотошаблона с тонером (более шершавая) прикладывается к стороне припоя ПП нормально, а к противоположной стороне (где будут размещаться компоненты) — зеркально. Приложив фотошаблоны печатной стороной друг к другу и совместив их, проверьте, чтобы все области пленки совпадали. Для этого удобно использовать столик с подсветкой, но он может быть заменен обычным дневным светом, если совмещать фотошаблоны на поверхности окна. Если при печати была потеряна координатная точность, это может привести к рассовмещению изображения с отверстиями; постарайтесь совместить пленки по среднему значению ошибки, следя за тем, чтобы переходные отверстия не выходили за края контактных площадок. После того как фотошаблоны соединены и правильно выровнены, прикрепите их к поверхности ПП скотчем в двух местах на противоположных сторонах листа (если плата большая — то по 3-м сторонам) на расстоянии 10 мм от края пластины. Оставлять промежуток между скрепками и краем ПП важно, т.к. это предотвратит повреждение кромки изображения. Используйте скрепки самого маленького размера, который сможете отыскать, чтобы толщина скрепки была не намного толще ПП.

Проэкспонируйте каждую сторону ПП по очереди. После облучения ПП вы сможете увидеть изображение топологии на пленке фоторезиста.

Наконец можно отметить, что короткое воздействие излучения на глаза не приносит вреда, но человек может почувствовать дискомфорт, особенно при использовании мощных ламп. Для рамы установки лучше использовать стекло, а не пластик, т.к. оно более жесткое и в меньшей степени подвержено появлению трещин при контакте.

Можно комбинировать УФ лампы и трубки белого света. Если у вас бывает много заказов на производство двухсторонних плат, то дешевле было бы приобрести установку двухстороннего экспонирования, где ПП помещаются между двумя световыми источниками, и излучению подвергаются обе стороны ПП одновременно.

Проявление

Главное, что нужно сказать про эту операцию, — НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ГИДРООКИСЬ НАТРИЯ при проявке фоторезиста. Это вещество совершенно не подходит для проявления ПП — помимо едкости раствора, к его недостаткам можно отнести сильную чувствительность к перемене температуры и концентрации, а также нестойкость. Это вещество слишком слабое, чтобы проявить все изображение и слишком сильное, чтобы растворить фоторезист. Т.е. с помощью этого раствора невозможно получить приемлемый результат, особенно если вы устроили свою лабораторию в помещении с частой сменой температуры (гараж, навес и т.п.).

Намного лучше в качестве проявителя раствор, произведенный на основе эфира кремневой кислоты, который продается в виде жидкого концентрата. Его химический состав — Na₂SiO₃*5H₂O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП. Вы можете оставить ПП на точно не фиксированное время. Это также означает, что он почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры — нет риска распада при увеличении температуры. Этот раствор также имеет очень большой срок хранения, и его концентрация сохраняется постоянной не менее пары лет.

Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит вам увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуется смешивать 1 часть концентрата со 180 частями воды, т.е. в 200 мл воды содержится чуть более 1,7 гр. силиката, но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 с без риска разрушения поверхности при передержке, при невозможности приобретения силиката натрия, можно использовать углекислый натрий или калий (Na₂СO₃).

Вы можете контролировать процесс проявки погружением ПП в хлорид железа на очень короткое время — медь тотчас же потускнеет, при этом можно различить форму линий изображения. Если остаются блестящие участки или промежутки между линиями расплывчаты, промойте плату и подержите в проявочном растворе еще несколько секунд. На поверхности недодержанной ПП может остаться тонкий слой резиста, не удаленный растворителем. Чтобы удалить остатки пленки нужно мягко протереть ПП бумажным полотенцем, шероховатость которого достаточна, чтобы удалить фоторезист без повреждения проводников.

Вы можете использовать либо фотолитографическую проявочную ванну, либо вертикальный бак для проявки — ванна удобна тем, что она позволяет контролировать процесс проявки, не вынимая ПП из раствора. Вам не понадобятся нагреваемые ванны или баки, если температура раствора будет поддерживаться не меньше 15 градусов.

Еще один рецепт проявочного раствора: Взять 200 мл «жидкого стекла», добавить 800 мл дистиллированной воды и размешайте. Затем к этой смеси добавьте 400 г гидроксида натрия.

Меры предосторожности: Никогда не берите твердый гидроксид натрия руками, используйте перчатки. При растворении гидроксида натрия в воде выделяется большое количество тепла, поэтому растворять его надо небольшими порциями. Если раствор стал слишком горячим, то прежде чем добавить очередную порцию порошка, дайте ему остыть. Раствор очень едкий, и поэтому при работе с ним необходимо надеть защитные очки. Жидкое стекло также известно как » раствор силиката натрия» и » яичный консерватор». Оно используется для чистки водосточных труб и продается в любом хозяйственном магазине. Этот раствор нельзя сделать простым растворением твердого силиката натрия. Описанный выше проявочный раствор имеет такую же интенсивность, как и концентрат, и поэтому его необходимо разбавлять — на 1 часть концентрата 4-8 частей воды в зависимости от используемого резиста и температуры.

Травление

Обычно в качестве травителя используют хлорид железа. Это очень вредное вещество, но его легко получать и оно намного дешевле, чем большинство аналогов. Хлорид железа травит любой металл, включая нержавеющие стали, поэтому при установке оборудования для травления используйте пластический или керамический водослив, с пластиковыми винтами и шурупами, и при присоединении любых материалов болтами, их головки должны иметь кремнево-каучуковое уплотнение. Если же у вас металлические трубы, то защитите их пластиком (при установке нового слив идеально было бы использовать термостойкий пластик). Испарение раствора обычно происходит не очень интенсивно, но когда ванны или бак не используются, их лучше накрывать.

Рекомендуется использовать гексагидрат хлорида железа, который имеет желтую окраску, и продается в виде порошка или гранул. Для получения раствора их необходимо залить теплой водой и размешать до полного растворения. Производство можно существенно улучшить с точки зрения экологии, добавив в раствор чайную ложку столовой соли. Иногда встречается обезвоженный хлорид железа, который имеет вид коричнево-зеленых гранул. По возможности избегайте использования этого вещества. Его можно применять только в крайнем случае, т.к. при растворении в воде он выделяет большое количество тепла. Если вы все-таки решили сделать из него травильный раствор, то ни в коем случае не заливайте порошок водой. Гранулы нужно очень осторожно и постепенно добавлять к воде. Если получившийся раствор хлорного железа не вытравливает до конца резист, то попробуйте добавить небольшое количество соляной кислоты и оставить его на 1-2 дня.

Все манипуляции с растворами необходимо проводить очень аккуратно. Нельзя допускать разбрызгивания травителей обоих типов, т.к. при их смешении может произойти небольшой взрыв, из-за которого жидкость выплеснется из контейнера и может попасть в глаза или на одежду, что опасно. Поэтому во время работы надевайте перчатки и защитные очки и сразу же смывайте любые капли, попавшие на кожу.

Если вы производите ПП на профессиональной основе, где время — деньги, вы можете использовать нагреваемые емкости для травления, чтобы увеличить скорость процесса. Со свежим горячим FeCl ПП будут полностью вытравливаться за 5 минут при температуре раствора 30-50 градусов. При этом получается лучшее качество края и более равномерная ширина линий изображения. Вместо использования ванн с подогревом можно поместить травильный поддон в емкость большего размера, наполненную горячей водой.

Если вы не используете емкость с подведенным воздухом для бурления раствора, то вам необходимо периодически передвигать плату, чтобы обеспечить равномерное травление.

Лужение

Нанесения олова на поверхность ПП проводят для облегчения пайки. Операция металлизации состоит в осаждении тонкого слоя олова(не более 2 мкм)на поверхности меди.

Подготовка поверхности ПП является очень важной стадией перед началом металлизации. Прежде всего, вам необходимо снять остатки фоторезиста, для чего можно использовать специальные очищающие растворы. Наиболее распространённый раствор для снятия резиста — трёхпроцентный раствор KOH или NaOH, нагретый до 40 — 50 градусов. Плату погружают в этот раствор, и фоторезист через некоторое время отслаивается от медной поверхности. Процедив, раствор можно использовать повторно. Другой рецепт — с помощью метанола (метиловый спирт). Очищение производят следующим образом: удерживая ПП (промытую и высушенную) горизонтально, капните несколько капель метанола на поверхность, затем, немного наклоняя плату, постарайтесь, чтобы капли спирта растеклись по всей поверхности. Подождите около 10 секунд и протрите плату салфеткой, если резист остался, повторите операцию еще раз. Затем протрите поверхность ПП проволочной мочалкой (которая дает намного лучший результат, чем наждачная бумага или абразивные ролики), пока не добьетесь блестящей поверхности, протрите салфеткой, чтобы убрать частички, оставшиеся после мочалки, и немедленно поместите плату в раствор для лужения. Не касайтесь поверхности платы пальцами после очистки. В процессе пайки олово может смачиваться расплавом припоя. Паять лучше мягкими припоями с бескислотными флюсами. Следует обратить внимание, что если между технологическими операциями существует некоторый промежуток времени, то плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3с в 5% растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде. Достаточно просто осуществлять химическое лужение, для этого плату опускают в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такое раствор соли олова, в которой потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразуещей добавки — тиокарбамида (тиомочевины), цианида щелочного металла. Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

1	2	3	4	5
Двухлористое олово SnCl2*2H2O	5.5	5-8	4	20	10
Тиокарбомид CS(NH2)2	50	35-50	—	—	—
Серная кислота H2SO4	—	30-40	—	—	—
KCN	—	—	50	—	—
Винная кислота C4H6O6	35	—	—	—	—
NaOH	—	6	—	—	—
Молочнокислый натрий	—	—	—	200	—
Сернокислый алюминий-аммоний (алюмоаммонийные квасцы)	—	—	—	—	300
Температура, С o	60-70	50-60	18-25	18-25	18-25

Среди выше перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Внимание! Раствор на основе цианистого калия чрезвычайно ядовит!

Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1 раствора предлагается использование моющего средство «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2 раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия и сохраняет ее в течение нескольких месяцев. Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных таких веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проходит прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас не регулярно бывают большие заказы, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количество ПП, остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально использовать одну из бутылок, использующуюся в фотографии, не пропускающую воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнений, которые могут очень ухудшить качество вещества. Тщательно очищайте и высушивайте заготовку перед каждой технологической операцией. У вас должен быть специальный поднос и щипцы для этих целей. После использования инструменты также необходимо хорошо очистить.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав — «Розе» (олово — 25%, свинец — 25%, висмут — 50%), температура плавления которого 130 С o . Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 с, и вынув проверяют все ли медные поверхности равномерно покрыты. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении перпендикулярном плоскости платы, удерживая ее в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является ее нагрев в термошкафу и встряхивание. Операция может проводится повторно для достижения монотолщинного покрытия. Для предотвращения окисления горячего расплава в раствор добавляют нитроглицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После операции плата отмывается от глицерина в проточной воде.

Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожега необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками. Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Рекомендуемое оборудование

Если вы не можете достать промывочную ванну, то для промывки плат можно использовать ручной разбрызгиватель (например, для поливки цветов).

Ну, вот и все. Желаем вам успешно освоить данную методику и получать каждый раз прекрасные результаты.

Андрющенко М.В. Опубликована: 1999 г. Вознаградить Я собрал 0 0

Металлизация переходных отверстий печатной платы кабельными наконечниками

Помню, в детстве, когда фольгированный гетинакс делался самостоятельно, с помощью клея «БФ» и утюга, у нас была мечта – пустотелые заклёпки.

В каком-то журнале публиковалась технология их изготовления. Предлагалось протянуть полоску фольги через коническое отверстие (подобие фильерной доски), чтобы получилась трубочка. Потом нужно нарезать трубочку и расклепать с двух сторон в плате.

Похоже, статья была неполная, потому что я до сих пор с трудом представляю, как можно реализовать её на практике в домашних условиях, начиная с изготовления фильеры.

Трудов было затрачено немало, но ничего путного так и не получилось. Конфигурация фильеры должна быть непростой, рабочая поверхность — отполированной, заготовка для неё — калёной, а самое главное – ширина полоски должна быть выдержана с довольно высокой точностью. Разрезать получающуюся трубку – ещё одна задача, да и расклепать тоже весьма непросто.

Содержание статьи / Table Of Contents

Недавно понадобилось мне сделать двустороннюю печатную плату. И не просто двустороннюю, а обязательно с переходами между слоями, так как при пайке доступа к противоположной стороне не будет. И не просто с переходами, а с достаточно мощными переходами, потому что по этим переходам предполагается протекание сравнительно больших токов.

Первой мыслью было сделать дополнительные площадки и соединить слои медными заклёпками из подходящего провода, но подсознание протестовало – решение-то неуклюжее…

но как-то не ассоциировались они у меня с заклёпками, пока у одного наконечника не свалился изолятор…

Вот тут-то всё и встало на свои места. В первый момент в голову стали приходить всякого рода развальцовки с фигурной формой рабочей части, весьма желательно, из подзакалённой стали, с отполированной поверхностью. Но, в конечном итоге, решил не заморачиваться и работать подручным инструментом.

↑ Инструмент

Кусачки, пассатижики, керн по диаметру отверстий и молоток. Конусное шило – важный инструмент в этом деле. У меня было заточенное в незапамятные времена (сейчас даже не представляю для чего), сверло – как раз впору пришлось. Ну и самое главное – многофункциональный инструмент, в домашнем обиходе именуемый «консервная банка», играющий роль наковальни.

Эксперименты показали, что получается вполне функционально, не по заводскому, конечно, но это не важно — неровные края заклёпок скрываются под припоем.

↑ Реализация

Итак, берём наконечник. Удаляем изолятор. Получается вот такая штука.

Вставляем развальцованную трубку в плату. Лучше, если отверстие в ПП будет максимально соответствовать наружному диаметру трубки наконечника, трубка должна входить плотно, с трудом. Максимально осаживаем пальцами. Специальную трубчатую осадку с молотком применять не стал. Получающийся в результате неполного прилегания развальцовки к плате запас, как раз и идёт на развальцовку заклёпки с другой стороны платы.

Обкусываем заклёпку заподлицо с фольгой. Как показала практика, обкусывать лучше всего бокорезами с плоскими (без фаски) режущими поверхностями.

Трубка, естественно, сжимается на резе, я пробовал, перед обкусыванием, вставлять внутрь трубки кусок обмоточного провода, но результат получился не шибко складным. Оказалось, что гораздо проще вставить со стороны развальцовки подходящее конусное шило и расправить этот сжим.

Дальше совсем просто. Осталось взять керн и развальцевать получившуюся заклёпку.

Пара лёгких ударов по выступающим краям и новенькая заклёпка стоит на своём месте. Иногда, по ситуации, бывает нужно слегка расширить отверстие конусным шилом.

Обрезок наконечника — сплющенную трубку слегка сжимаем пассатижами,

Расправляем шилом, вставляем в плату и развальцовываем расправленный конец

Получаем новую заготовку для пустотелой заклёпки

А дальше – всё по кругу… Вот результат – плата односторонняя

С другой стороны

С другой стороны.

↑ Итого

В плату вставлены как раз те детали, из за которых всё и затевалось.

Металлизация отверстий в картинках (часть ІІ, подготовка к гальванике)

Продолжение описания процесса металлизации отверстий в домашних условиях начатое в первой части.

Напоминаю: РАБОТАЕМ В ПЕРЧАТКАХ! Применительно к данному этапу

2. Медицинский зажим (лучше длинный). Кто не в курсе, эта штука выглядит вот так:

2. Моющее средство без абразива.

Вот тот комплект моющих средств, которым я сейчас пользуюсь:

3. Две мягких губки, одна используется с первым моющим средством, другая — со вторым. И путать их не желательно.

4. Самая мелкозернистая шкурка, какую удастся найти или абразивный брусок (твердый поролон с нанесенным абразивом) с наибольшим номером (то есть наименьшим размером зерна).

Подготовка платы к процессу активации делается так:

2. Тщательно проверяем все отверстия на предмет попавшей стружки, завернувшихся заусенцев и прочего.

3. Зачищаем заготовку шкуркой или абразивным бруском. Особых усилий прикладывать не нужно, достаточно довести поверность меди непосредственно вокруг отверстий до уровня остальной меди (на ощупь отверстия перестают ощущаться как выступающие).

4. Тшательно промываем заготовку и проверяем чистоту отверстий. При необходимости отверстия нужно тщательно прочистить и еще раз промыть. На вид все отверстия одного диаметра должны выглядеть одинаково.

5. Моем заготовку губкой с абразивным моющим средством. Тщательно проходимся по всей поверхности заготовки, включая углы и края.

6. Тщательно промываем плату под струей воды. Когда моющее средство смыто с обеих сторон, еще раз проходимся струей воды по отверстиям, удерживая плату перпендикулярно струе, таким образом давая ей возможность промыть отверстия. По окончании промывки вода должна «липнуть» к заготовке, стекая с нее крайне неохотно. Если это не так, повторяем пункти #5 и #6 до получения нужного результата. На выходе этого шага заготовка выглядит примерно так: Самый правый ряд отверстий (увы, его плохо видно даже на полноразмерной фотке) имеет диаметр 0.3.

7. Тщательно стряхиваем воду с заготовки и начинаем обрабатывать активатором. Для этого емкость с активатором открываем и удерживая заготовку за края или за углы не торопясь опускаем ее в активатор, но ни в коем случае не касаемся дна (там есть нерастворенный гипофосфит, который может вступать в реакцию с незащищенной медью). Через 2-3 секунды так же не торопясь приподнимаем заготовку так, что бы ее поверхность оказалась чуть выше поверхности активатора. При этом вокруг отверстий слой активатора быстро светлеет, поскольку активатора протекает в отверстия и слой тановится тоньше. Необходимо убедиться, что это произошло вокруг всех отверстий. Вокруг совсем мелких отверстий, типа 0.2-0.3-0.4, это происходит с некоторой задержкой, все-таки жидкости требуется некоторое время, что бы протечь через такое маленькое отверстие. Если этого не произошло, так же плавно опускаем заготовку в активатор на 2-3 секунды и так же плавно приподнимаем. Таких повторов имеет смысл делать 3-4, не больше и как только все отверстия смочились активатором, обработку следует закончить (см. следующий шаг). Если этого не произошло, то имеет место проблема с отверстиями, следует смыть активатор под струей воды и вернуться к шагу #4.

8. Как только все отверстия смочены активатором, поднимаем заготовку над активатором и поворачиваем одним углом вниз и даем возможность излишкам активатора стечь обратно в емкость. Касаясь углом заготовки стенки емкости с активатором (обеими сторонами) снимаем излишки жидкости. Особо усердствовать тут не надо, достаточно будет если активатор не будет капать сам с горизонтально расположенной заготовки. Отверстия продувать тоже не нужно. Если в каком-то из отверстий пленка активатора лопнула, ничего страшного, но самому что-либо делать для очистки отверстий не нужно.

9. Как только излишки активатора стекли в емкость, закрываем емкость с активатором, а заготовку наклоняем под разными углами, стараясь дать возможность активатору растечься как можно равномернее. В процессе заготовка потихоньку подсыхает и активатор перетекает все менее охотно. Как только активатор более-менее ровно распределен по поверхности можно переходить к термообработке. На выходе этого шага заготовка должна выглядеть примерно так:

10. Кладем плату в печь на подставки (я использую маленькие обрезки 2-мм стеклотекстолита), которые касаются заготовки только на самых краях (и ни в коем случае не на отверстиях). Сверху, при необходимости, устанавливаем спай термопары. Его нужно установить подальше от отверстий, но так, что бы он непосредственно касался платы.

11. Включаем нагрев и доводим температуру до 125 (+-5) градусов. При этой температуре заготовку нужно выдержать не менее 10 минут, лучше 12-15. К концу этого интервала плата приобретает следующий вид: (сорри, из-за засветки от лампы аэрогриля сделать снимок получше не удается, а когда лампа гаснет, то тоже слишком темно, что бы увидеть цвет заготовки).

12. Доводим температуру до 175 (+-5) градусов и выдерживаем при такой температуре 5 минут, лучше 7-8.

13. По истечении времени выключаем печь и открываем крышку (но заготовку не трогаем) давая заготовке остыть. Заготовка при этом выглядит примерно так: Как только ее температура опустится ниже 100 градусов, заготовку можна доставать. Для этого удобно пользоваться зажимом. Желательно не сильно усердствовать (зажимом довольно легко повредить фольгу на плате) и брать плату за самый край.

14. Слегка ополаскиваем плату в горячей, а затем в теплой воде. После этого снимаем зажим приступаем к отмывке.

15. На плату наливаем много моющего средства без абразива и мягкой губкой легонько начинаем отмывать (пока без воды). Затем переворачиваем плату и повторяем с другой стороны. Затем смываем пену полностью, ополаскиваем мочалку и снова наливаем моющее средство. Теперь мочалкой продавливаем моющее средство сквозь все отверстия, стараясь ничего не пропустить. Наконец смываем всю пену и промываем еще раз заготовку струей воды, стараясь промыть все отверстия. На выходе плата должна выглядеть примерно так: Во время отмывки усилий прикладывать не нужно, так же не нужно отмывать все до единого пятна. Что смылось, то смылось, что нет, то нет. Попытка отмыть все вероятнее всего приведет к обрыву электрического контакта с медью в отверстиях и к браку. На простоту отмывки и качество заготовки на выходе напрямую влияет равномерность исходного слоя активатора. Применение абразивов на этом этапе также не желательно по той же причине.

Вот, собственно, и все, плата готова к гальванике.

P.S. Заготовка, на которой делались фотки, после 5 минут гальваники (3А/дм2): Если присмотреться, можно заметить, что отверстия в плате имеют ровный слой меди. Крошечные участки не закрытые медью в самых больших отверстиях затянутся еще за 3-4 минуты.

Update Крупным планом: До гальваники: После гальваники:

Платы снимались еще мокрые, так что в отверстиях есть вода, она несколько мешает разглядеть подробности.