Изготовление двухсторонней печатной платы расширения для CSRA64215. Часть 2.

 

Статьи связанные с этим модулем:

Обзор модуля Модуля Bluetooth BT625 CSRA64215.

Тест его функций и схемы подключения.

Разработка печатной платы. (Часть 1.)

 

В первой части я попытался максимально подробно описать процесс разработки, предшествующий изготовлению и пайке “живой” платы. Далее речь пойдет о изготовлении платы от начала до конца, со всеми подробностями.

 

Заготовка из фольгированного стеклотекстолита.

Разметив размер будущей платы на листе двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, с запасом примерно по 1 мм с каждой стороны, вырезал пластинку с помощью ножовки по металлу, зажав в тиски, так чтобы линия реза шла параллельно губкам, учитывая запас по размеру, который “съест” ножовочное полотно.

Медную поверхность нужно хорошенько зашлифовать мелкой наждачной шкуркой (зернистостью 600-800). Если поверхность покрылась патиной, то можно предварительно окунуть плату в раствор на несколько секунд, которым она будет травится, и промыть водой – это значительно облегчит процесс полировки поверхности. (о растворе далее в статье)

Далее, заготовку с уже зашлифованной поверхностью нужно снова окунуть в раствор для травления, на несколько секунд, промыть водой и просушить. Поверхность приобретет матовый, светло-розоватый цвет. Это делается для того, чтобы увеличить пористость поверхности и улучшить адгезию с тонером, при переводе рисунка дорожек.

 

Перевод рисунка дорожек на медную поверхность (ЛУТ).

ЛУТ – лазерно утюжная технология.

Сразу скажу, у меня получилось не идеально, но приемлемо, виной тому лазерный принтер – заправленный картридж дает слабое покрытие бумаги тонером, и мне пришлось наносить дорожки в два слоя, а по хорошему все должно делаться в один слой.

Теперь самое интересное! Чтобы нанести дорожки с двух сторон на плату, и при этом совместить их с большой точностью друг над другом, я использовал следующий метод:

1) Как видно на фото, на заготовке есть два отверстия, просверленные в максимально удаленных друг от друга контрольных точках – контактных площадках выводов элементов или как в моем случае, будущие крепежные отверстия. Они размечены там с помощью предварительно распечатанного примерочного листка. (смотрите фото)

2) Распечатанные на лазерном принтере на бумагу для последующего перенесения на плату изображения дорожек и выводов, нужно как можно точнее проколоть в соответствующих местах тонкой иглой, которая пролезет в просверленные в заготовке отверстия.

Изображение распечатываются так, чтобы одно получилось отзеркаленым, в моем случае это был верхний слой и располагаются на листе примерно по центру, чтобы по периметру платы остались свободные поля с хорошим запасом.

Так получилось, что термотрансферная бумага у меня уже есть, но из-за плохо печатающего принтера, пришлось оставить ее до лучших времен. Поэтому использовал рекламные листовки с “журнальной” глянцевой бумагой, которая за счет своей плотности и тонкости хорошо отдаёт тонер на медную поверхность.

3) Два листа с распечаткой совмещаются лицом друг к другу, между ними вкладывается заготовка для платы, и калибруются с помощью двух воткнутых в подготовленные в бумаге и стеклотекстолите отверстия.

4) Весь этот “бутерброд”, с иглам расположенными в отверстиях слегка придавливается, чтобы убрать “пузыри” и исключить люфты между всеми слоями, и для надежности бумага склеивается с помощью пары намазанных полосок канцелярского клея между собой по свободным полям.

5) Расположив конструкцию с иглами, до сих пор находящимися в отверстиях, на ровной твердой поверхности, например фанере или кусочке гипсокартона (под иглы нужно подготовить отверстия, чтобы они все еще могли удерживать все слои между собой), можно приступать к переводу тонера на медь, с помощью нагрева утюгом. Утюг разогревается примерно до 130-140 градусов (измерено с поверхности бумаги (поверхность утюга термометр меряет неадекватно) с помощью бесконтактного термометра GM320, если ему верить) и аккуратно прижимается к поверхности бумаги, немного разогрев, заготовку нужно перевернуть, и снова аккуратно прижать утюг. И вот только после этого, когда тонер прилипнет к медной поверхности иглы можно убрать.

Далее, описать то, как и сколь проглаживать бумагу, будет трудно, тут нужно действовать по ситуации и по интуиции. В моему случае было примерно так: после извлечения иголок, и положив поверх бумаги тонкую хлопковую ткань, я аккуратно приглаживал, а потом сильно придавливал не двигая утюг по поверхности, но с другой стороны не нужно переусердствовать, иначе слои может сорвать друг относительно друга. Времени на все ушло наверное не более 2-3 минут, честно говоря не знаю сколько. Пока бумага и плата горячая, и тонер еще не затвердел, лучше прижать “бутерброд” чем то ровным и твердым сверху, на несколько минут (2-3 мин.).

6) Итак, если все прошло успешно, размочив бумагу в теплой воде, можно смело убирать ее стирая пальцем или даже губкой для мытья посуды стороной с абразивном слоем, как сделал я, хорошо прилипший тонер не должен сойти с поверхности. Если же тонер не остался на медной поверхности, или слазит с нее с легкость, значит он плохо приплавился или не был достаточно сильно прижат, следовательно так он не защитит нужные медные участки, и результат будет отрицательным.

7) Возможно, всё же в каких то местах могут остаться не закрытые участки, это довольно просто подправить с помощью любого лака или эмали. Так было и у меня – это видно на фото (3 небольших блестящих точки).

 

Химическое травление.

 

Внимание!

Использование кислотных растворов – может быть ОПАСНЫМ для жизни и здоровья занятием.

Будьте аккуратны и внимательны, администрация сайта, ни за какие ваши действия ответственности  НЕ НЕСЕТ!

 

Приготовление раствора для травления платы.

На просторах интернета мне попался очень заманчивый способ приготовления раствора для удаления меди с поверхности стеклотекстолита. Его состав необычен, но довольно прост – это электролит, который используется в свинцовых аккумуляторах, продается в большинстве автомагазинов, и аммиачная селитра которая используется в качестве удобрения для растений, и продается в различных садоводческих магазинах.

Аммиачную селитру необходимо растворить в электролите, я сделал это так – в пластиковую бутылку от газировки, налил 0.5 литра электролита и высыпал в нее примерно 1/3 200 мл стаканчика гранул аммиачной селитры. Ни какой бурной реакции не происходит, и гранулы спокойно и не спеша, примерно за 1 час растворяются в бутылке с электролитом, поставленной в тазик с теплой водой для подогрева.

Преимущества – не высокая цена, около 100 руб за литр, многоразового и эффективного раствора. Использованный раствор можно применить еще несколько раз, но следует хранить его с осторожностью, так как жидкость выделяет газ, и образует давление в емкости.

 

Травление платы.

Подготовленная плата опускается в небольшое количество раствора – в моем случае хватило примерно 100 мл. Удобнее всего это делать прицепив плату за отверстие проволочкой, так чтобы она не лежала на дне, а занимала более вертикальное положение, для хорошей омываемости поверхностей.

Реакция проходит довольно бурно, примерно за 10-15 мин, особенно в слегка подогретом растворе, с выделение газа с кислотным запахом, поэтому операцию необходимо проводить в помещении с хорошей вентиляцией, иначе можно очень быстро задохнуться. Раствор меняет цвет с прозрачного на светло-голубой.

Процесс нужно постоянно контролировать, в первые минуты необходимо извлечь плату, промыть водой, и проверить целостность покрытия дорожек тонером, чтобы пока не поздно, была возможность защитить необходимые участки от кислоты лаком.

Еще получилось так, что нижняя сторона вытравилась быстрее, поэтому есть необходимость плату вовремя перевернуть, чтобы дорожки не подтравило лишнего по ширине.

После смывки тонера 646 растворителем, я увидел результат, для первого изготовления столь миниатюрной платы – я почти доволен. В следующий раз, учитывая полученный опыт и зная разные нюансы в изготовлении должно получится лучше.

 

Лужение дорожек и сверление отверстий.

 

Не имея сверлильного станка и большого опыта по сверлению двухсторонних миниатюрных плат тонким 0.8 мм сверлом столкнулся в проблемой – перекосом отверстий, и как следствие потери его центра на выходной стороне. Пришлось сверлить следующим образом, с одной стороны контактной площадки на половину толщины платы, не до конца, затем перевернув досверливать уже на сквозь, так стало получать довольно неплохо.

После сверления на краях отверстий остались заусенцы – слегка зашкурил их все той же шкуркой.

Лудил плату уже после сверления, обычным мощным паяльником (100 Вт с регулировкой температуры димером) с 3 мм Г-образным жалом, предварительно смазав дорожки самодельным флюсом из канифоли растворенной в спирте. Залудил полностью, чтобы сделать дорожки ровнее на вид, и законсервировать их от дальнейшего окисления.

После лужения промыл плату в 646 растворителе.

 

Пайка элементов.

Первым делом запаял схему старта с SMD элементами, и так как не был уверен, что транзистор походящий, да и вообще, все ли я верно спроектировал, установив несколько хеадеров, выводы которых отвечают за межслойный переход, подпаял модули тонкими проводками к плате, и протестировал – всё отлично заработало, и далее я уже с большей уверенностью, что плата не отправится в брак приступил к окончательной сборке.

Для пайки тоже использовался самодельный канифольно-спиртовый флюс, с ним довольно легко паять. На фото видны его остатки, но в целом плата остается чистой.

Чтобы запаять выводы хеадеров с двух сторон, изоляторы просто-напросто были подняты “вверх”, а после сдвинуты “вниз”.

Под модуль питания DSN MINI 360 подложил изолятор из обычной бумаги, так как под ним проходят несколько дорожек с плюсовым напряжением.

Для удобства во время пайки, сразу же смонтировал на плату крепежные стойки.

На данный момент оставил не распаянным к хеадеру шлейф от SPI флешки – это уже будет следующий эксперимент.

Окончив пайку, промыл плату техническим спиртом.

 

Допущенные ошибки.

1) Основной ошибкой было то, что я поленился прозвонить на замыкание соседние выводы у хеадеров, и хотя на вид ни каких замыканий не было, видимо какой то тончайщий “волосок” меди не вытравился вежду площадками GND и USB_DP, и я ни как не мог понять причину отсутствия USB подключения.

2) Увлекшись уплотнением элементов на площади платы, я слишком близко расположил одно крепежное отверстие к контактной площадке.

3) С пропайкой хеадеров с двух сторон в местах установки их в несколько рядов возникли некоторые сложности, этого я как то не учел, но если применять хороший припой и флюс, то 100% пропайка вокруг ножек не должна вызвать проблем даже в таком случае.

4) Использовать выводы электролитических конденсаторов, для межслойного перехода тоже было не лучшей идеей.

5) Остальные ошибки можно сказать носят “перфекционистический” характер. Во время сборки я разглядел чуть-чуть немного более оптимальные траектории прокладки дорожек, но совсем не значительные, и ни как не влияющие на работу.

 

 

5 Августа 2017.

GXTpert.