Jak zrobić płytki drukowane w domu

Każdy początkujący elektronik stwierdzi któregoś dnia, że płytka uniwersalna czy lutowanie “w pająku” jest niewystarczające, lub po prostu zajdzie potrzeba zbudowania fajnego układu, do którego nie można tanio kupić gotowej płytki a wykonanie na zamówienie będzie koszmarnie drogie. Czas wtedy na samodzielne wykonanie PCB, czyli płytki drukowanej. W internecie jest bardzo wiele różnych poradników, postanowiłem więc dołożyć i mój.

Dzisiaj najbardziej popularne sposoby samodzielnego wykonania obwodu drukowanego to metoda termotransferu i światłoczuła. Ta pierwsza jest szybka i tania i ją opiszę, druga wymaga nieco większych nakładów i jest bardziej profesjonalna.

Lista potrzebnych rzeczy

Przed przystąpieniem do wykonania płytki musimy zaopatrzyć się w kilka rzeczy. Mój zestaw do metody “żelazka i papieru kredowego” to:

• wydruk z drukarki laserowej lustrzanego odbicia ścieżek płytki na papierze kredowym (można wykorzystać kartki z kolorowych lepszych gazet);
• laminat – do kupienia w sklepie elektronicznym;
• brzeszczot do cięcia laminatu;
• mleczko do szorowania garnków lub bardzo drobny papier ścierny (powyżej 200);
• zwykłe żelazko do prasowania;
• wytrawiacz B327 i jakiś mały pojemnik;
• rozpuszczalnik nitro (te nowe ekologiczne nie nadają się);
• mała poręczna wiertarka i wiertła, przynajmniej 0,8 i 1,2mm;
• roztwór kalafonii z denaturatem.

Jak już mamy wszystko skompletowane, przechodzimy do produkcji :).

Po pierwsze: ścieżki na papierze kredowym

Nie ważne, czy posiadamy już przez kogoś zaprojektowaną płytkę, czy rysujemy ją sami – jej lustrzane odbicie należy wydrukować na papierze kredowym drukarką laserową. Jeśli takiej nie posiadacie (a warto sobie kupić), to można udać się do punktu ksero. Przy drukowaniu czy kserowaniu na papier kredowy, poproście by zrobiono to z wyłączoną opcją oszczędzania tonera oraz koniecznie z wyłączonym skalowaniem. Ja swoje płytki drukuję na wiekowej i chyba niezniszczalnej HP 1300.

Drukując w domu, zamiast używać kupnego papieru kredowego można posłużyć się “śliskimi” kartkami z gazet. Ja najczęściej projektuję płytki sam, poniżej zrzut ekranu z darmowego KiCAD’a.

Generuję sobie w programie pliki PostScript, które później otwieram w Inkscape i rozmieszczam płytki tak, by jak najwięcej papieru wykorzystać w przyszłości. Zwracam również uwagę, by po wycięciu pozostawało trochę papieru, który użyję jako zakładkę, dzięki czemu nie będzie się on przesuwał po laminacie podczas prasowania.

Następnie odmierzam i odrysowuję linie na laminacie – przyjmuję wymiary ok 5mm większe, niż rzeczywisty obrys płytki. Dzięki temu ścieżki blisko krawędzi nie będą podtrawione. Tu również staram się optymalnie wykorzystać laminat.

W piwnicy odcinam najzwyklejszym brzeszczotem niezbędny kawałek płytki. Ponieważ uwzględniłem zapas 5mm, cięcie przeprowadzam idealnie na narysowanej linii, bez stresu, że powierzchnia okaże się za mała. Laminat łatwo się tnie, powstaje przy tym sporo pyłu. Nie trzeba się martwić, jeśli wyszło nieco krzywo, po wytrawieniu można płytkę bardzo łatwo wyrównać papierem ściernym.

Po przycięciu, czas na bardzo ważną czynność – czyszczenie miedzianej powierzchni. Można do tego użyć drobnego, wodnego papieru ściernego, ale chyba wygodniejsze jest kuchenne mleczko do szorowania i szczoteczka. Trzeba to wykonać uważnie, inaczej do brudnej lub tłustej powierzchni nie przyklei się toner. Po umyciu staram się nie dotykać palcami wyczyszczonej powierzchni, by nie zostawić tłustych odcisków:

Krok drugi: prasowanie

Prasowanie ma na celu przyklejenie warstwy tonera do laminatu. Im dokładniej zostanie to zrobione, tym lepsza jakość płytki i ładniejsze ścieżki. Należy tu koniecznie pamiętać o wyłączeniu nawilżania parą, a żelazko powinno być ustawione na “trójkę”, czyli najwyższą temperaturę.

Wycięty rysunek ścieżek, z odpowiednim zapasem (ok 1,5cm) na równoległych krawędziach zakładam na laminat, zaginając zapas na jego górną część.

Upewniamy się, że wszystko jest równo i zaczynamy prasować, przesuwając żelazko powoli, we wszystkich kierunkach z lekkim dociskiem. Ja prasuję około 4 minuty, na koniec płytka wygląda tak:

Pozostawiam laminat na 10-15 minut do ostygnięcia, po czym wrzucam go do letniej wody z dodatkiem odrobiny płynu do naczyń. Po 10 minutach, delikatnie odrywam zmiękczony papier:

Resztki usuwam pocierając palcem. Toner trzyma się bardzo mocno, ale trzeba to robić z wyczuciem. Można sobie pomóc ostrymi narzędziami typu szpikulec czy skalpel, do usunięcia papieru między ścieżkami znajdującymi się blisko siebie. Na poniższym zdjęciu płytki są już przygotowane do trawienia:

Trawienie

Kiedyś do trawienia używałem chlorku żelaza. Dziś jest do dyspozycji znacznie wygodniejszy nadsiarczan sodu B327. Najlepsze efekty  uzyskuje się przy ruchu kąpieli i temperaturze 40ºC. Dlatego wiele osób buduje wytrawiarki – wąskie akwaria mieszczące w pionie laminat o rozmiarach ~A4, z grzałką i napowietrzaczem, który zapewnia ruch cieczy. W takich warunkach cały proces trwa do 15 minut. Im więcej razy wykorzystany środek, tym bardziej niebieski jest jego kolor, a czas trawienia wydłuża się.

Nie mam wytrawiarki, więc środek podgrzewam wcześniej, wkładając butelkę do miski z gorącą wodą.

Później przelewam go do pojemnika po koreczkach śledziowych :). Może to być też odcięte dno bańki po płynie do spryskiwaczy. Taki pojemnik z wytrawiaczem również wkładam do miski z gorącą wodą, by jak najdłużej utrzymać temperaturę:

Od czasu do czasu poruszam delikatnie pojemnikiem, by zapewnić ruch kąpieli, znacznie przyspieszający trawienie. Po 15-20 minutach nieosłonięte pola miedzi zaczynają znikać:

Mój wytrawiacz rozrobiłem z wodą ponad pół roku wcześniej i użyłem go do zrobienia kilku płytek, mimo to cały proces, bardzo chałupniczy, trwał około 45 minut.

Teraz należy usunąć toner. Najlepszy do tego jest najzwyklejszy, śmierdzący rozpuszczalnik nitro. Kiedyś jeszcze sprawdzał się tani zmywacz do paznokci, te dzisiejsze z odżywkami już nie.

Wystarczy nasączyć nieco papierowy ręcznik rozcieńczalnikiem i wytrzeć laminat – toner rozpuści się i odsłoni miedziane ścieżki:

Prace końcowe – wiercenie i malowanie

Teraz najmniej wdzięczna praca, czyli wiercenie otworów w laminacie. Ja używam do tego multiszlifierki, którą kupiłem za kilkadziesiąt złotych w Netto. Miałem kiedyś wiertarkę na 18V, ale po dwóch latach i pewnie kilkunastu tysiącach otworów odmówiła posłuszeństwa.

Ważne są również wiertła. Ja mam mały zestaw z rozmiarami 0,6 0,8 1 1,2 1,5 2,5 i 3mm. Robiąc zakupy, zaopatrujcie się w 2 sztuki, gdyż łatwo się łamią. Jeśli wiertło jest na tyle małe, że nie mogę go zblokować w uchwycie, zakładam na niego kawałek izolacji z przewodu:

Polecam wiertła dentystyczne, jeśli macie do nich dostęp, są naprawdę trwałe.

Moje punkty lutownicze posiadają małe otworki bez miedzi, dzięki czemu łatwo wcelować wiertłem w środek. Jeśli wasze pady ich nie posiadają, warto użyć młoteczka i punktaka inaczej wiertło będzie się ślizgać i dziurki będą krzywo. Wiercenie zaczynam od średnicy 0,8mm – robię nim wszystkie otwory, a później powiększam te niezbędne od gniazd, tranzystorów mocy itp.

Po wierceniu maluję płytkę kalafonią rozpuszczoną w denaturacie. Roztwór powinien być dość rzadki, by warstwa nie była za gruba. Zabieg ten ma na celu ułatwić lutowanie – cyna bardzo ładnie łączy się ze ścieżkami, oraz zabezpieczenie warstwy miedzi przed utlenianiem. Finalnie wygląda to tak:

Jak widać, otwory u mnie nie wszędzie są równo. Jest to spowodowane pośpiechem i użyciem tępego wiertła.

Jeśli po malowaniu kalafonią, jej część spłynie przez otwory i pobrudzi górną warstwę, łatwo ją zmyć za pomocą denaturatu.

Sporo osób robi również warstwę opisową od strony elementów – też metodą termotransferu z wykorzystaniem papieru kredowego i żelazka. Mi trochę szkoda na to czasu i nakładu pracy.

Tak wygląda warstwa górna zrobionych przeze mnie płytek:

Teraz wytarczy tylko przylutować uważnie wszystkie elementy i można się cieszyć działającym, własnoręcznie zbudowanym urządzeniem :).