Искусство трассировки топологии

Хотя топология, как и принципиальная схема, является своего рода графическим представлением реального электронного устройства, т.е. его прототипом, между ними есть большая разница. На принципиальной схеме не только указаны сами компоненты схемы, но и электрические связи между вими. На топологии же указывается только соединения и места для посадки радиоэлементов, более конкретная информация о которых содержится в схеме принципиальной. В то же время, хотя на последней и указаны все элементы и связи между ними, принципиальная схема не несет никакой информации об их физическом расположении на плате. Именно точное физическое расположение всех элементов схемы и призвана отображать топология.

 

Для получения фотонегатива или позитива исходного изображения можно воспользоваться специальным принтером; часто такое оборудование можно встретить в копи-центрах. Фотографическая копия на пленке может обойтись в приличную сумму, но очень поможет, если нужно сделать несколько копий одной и той же печатной платы.

Чтобы удешевить процесс, можно попытаться сделать позитивную маску самостоятельно, используя прозрачную пленку. Конечно, копия из специализирующейся на этом деле фотолаборатории будет значительно лучше, чем сделанная дома — у них там всегда будут более темные, практически идеально темные участки черного, но и так вполне сойдет. При самостоятельном изготовлении фотокопии нужно следить за точным соблюдением всех размеров оригинала. Многие копировальные аппараты имеют особенность увеличивать исходное изображение на 1-2 %, а такое изменение может привести и приведет к изменению размеров контактных площадок и расстояний между переходными отверстиями и отверстиями под выводы навесных элементов. Поэтому будьте внимательны и всегда точно соблюдайте размеры в масштабе 1: 1.

Если вы все же подумали и решили отнести оригинал топологии в фотолабораторию, то можно сэкономить, если попросить сделать негатив— он будет стоить чуть дешевле за счет меньшего числа требуемых для его получения операций. При копировании изображения на прозрачную пленку вы всегда получите картинку с позитивной полярностью. Однако, независимо от того, какой метод используется — позитивный или негативный, обязательно нужно проследить, чтобы был выбран правильный сенсибилизатор и проявитель. Более подробно о критериях выбора будет рассказано в разделе " Позитивная и негативная сенсибилизация".

 

Получение пленки с изображением топологии будущей схемы предусматривает соблюдение двух важных правил: черные участки должны быть идеально темными и заполненными без промежутков, и ни одна, даже самая тонкая линия на рисунке, не должна прерываться. Поэтому тщательно изучите пленку под ярким и ровным освещением, чтобы сразу увидеть любые возможные отступления от этих правил. Иногда допускается зарисовать участки с пропущенным заполнением черным фломастером или маркером.

 

Позитивная и негативная сенсибилизация

Итак, парой абзацев выше вам уже все уши прожужжали о позитивном и негативном методах копирования топологии с оригинала. Вы также узнали, что необходимо уметь правильно выбрать тип сенсибилизатора (или фоторезиста), исходя из метода копирования. Сенсибилизатор, независимо от того, кто нанес его на слой меди — вы сами или производитель, служит средством переноса исходного изображения топологии на металлизированную основу.

Большинство рисунков топологии, которые можно приобрести в магазинах по электронике или встретить в книгах, сделаны по методу позитивного копирования, т.е. черные участки на них представляют места, содержащие фоторезист, а травитель вытравит светлые участки.

Если для изготовления маски будет решено использовать именно позитивный метод, то нужно обязательно взять позитивный же сенсибилизатор. Во время экспозиции платы под ультрафиолетом черный слой краски сохранит медь под собой от воздействия на нее света, и при погружении платы в проявитель такие участки потемнеют вследствие образования на них фоторезиста. При травлении участки под слоем фоторезиста останутся целыми, а остальные — растворятся, поскольку их ничто не защищает от воздействия травителя. Наоборот — негативный сенсибилизатор формирует слой резиста на светлых участках изображения. В любом случае при правильном выборе метода и шответствующих ему сенсибилизатора и проявителя будет получена печатная плата, в точности повторяющая исходную схему.

 

Раствор сенсибилизатора в виде спрея, который наносится на слой меди, можно приобрести в магазине с химическими реактивами. Там же можно купить уже сенсибилизированные платы с медью, что значительно облегчает работу. Сенсибилизированные платы можно легко отличить, поскольку они продаются в светонепроницаемых упаковках. Конечно, они будут стоить несколько дороже, но это компенсируется удобством работы.

 

Вам также понадобится проявитель, который совместим с используемым типом сенсибилизатора. При покупке сенсибилизатора в виде спрея есть шанс купить в комплекте правильный проявитель. Нужно обязательно следить, чтобы не смешивать, например, позитивный сенсибилизатор с негативным проявителем, иначе на плате не получится рисунок исходной топологии.

 

Зеркальное отражение печатной платы

Еще одна вещь, которую нужно тщательно проверить: убедиться в том, что рисунок топологии на плате ориентирован в соответствии с исходным изображением. Если перепутать негатив с позитивом, можно в итоге получить зеркально отраженную топологию, и даром никому не нужную. В этом случае контактные площадки всех микросхем, к примеру, будут зеркально перевернуты. В лучшем случае схема просто не заработает, в худшем — " спалит" половину элементов на плате. Так что, право, стоит внимательно продумать все свои действия по переносу исходного изображения на слой меди, чтобы не испортить себе настроение.

 

Подготовка печатной платы к травлению

После подготовки маски и сенсибилизации медной подложки (либо сразу после покупки уже подготовленной к травлению платы с нанесенным сенсибилизированным слоем меди) все готово к завершающему этапу изготовления печатной платы.

Вот, что осталось сделать с платой.

 

1. В темном помещении (помните — сейчас вы имеете дело с фотографическим процессом, поэтому нельзя засветить пластину! ) нужно нанести или разбрызгать сенсибилизатор на поверхность меди.

 

2. Положите на плату свою прозрачную пленку с изображением и вставьте их вместе в держатель, как показано на рис. 12.4.

Для пущей важности можно достать настоящие фотографические держатели, но, честно говоря, обычные рамки для фотографий применяются с неменьшим успехом.

 

3. Внимательно проверьте ориентацию и положение пленки на пластине и при необходимости поправьте ее. Убедитесь, что пленка не перевернута, иначе в процессе травления будет вытравлена зеркальная топология. Такие вещи не сразу бросаются в глаза, поэтому не стоит чрезмерно спешить.

 

4. Положите негатив пленки так, чтобы фотографическая эмульсия с нее (тусклая сторона пленки) легла на слой меди. Это поможет добиться более четкой картинки на плате. Обратите внимание, однако, на то, что может понадобиться перевернуть пленку (чтобы слой с эмульсией лег на медную подложку) в том случае, если исходное изображение из фотолаборатории или сделанное вашими руками было перевернуто. В некоторых случаях копии делают зеркально отраженными, чтобы изображение было легче перенести, используя метод переноса изображения с помощью сухого тонера, который будет описан в подразделе " Изготовление печатных плат по методу переноса с пленки" чуть ниже.

 

Да будет свет: экспозиция и проявка печатной платы

Сенсибилизированную плату можно подвергнуть экспозиции одним из нескольких способов. Если на дворе яркое солнце, то можно положить плату под его ультрафиолетовое излучение. Время экспозиции под солнечным светом займет от нескольких минут до четверти часа, конкретно же оно зависит от типа маски и фоторезиста. Именно поэтому сперва нужно ознакомиться с инструкцией, которая идет с используемым фоторезистом.

Время выдержки можно сократить, используя ультрафиолетовую лампу накаливания. Ее следует расположить в сорока-пятидесяти сантиметрах от поверхности печатной платы таким образом, чтобы свет попадал прямо на плату. Не следует придвигать лампу к плате настолько близко, чтобы края платы оказались в тени.

 

 

Помните, что ультрафиолетовое излучение вредно, поэтому не подвергайтесь его облучению на протяжении длительного времени (разве что вы окажетесь фанатом летнего загара: и зимой, и летом). Не мешает также надеть специальные темные очки, которые бы защитили глаза от воздействия ультрафиолета, иначе можно серьезно повредить сетчатку. А еще лучше — вообще не использовать ультрафиолетовую лампу! Наберитесь терпения и подождите солнечных деньков, чтобы можно было положить плату под солнцем на свежем воздухе.

 

Где же верх?

Если нужно убедиться в правильной ориентации пленки, можно попробовать применить следующий подход. Взгляните на исходную топологию и монтажный чертеж, который часто публикуется вместе с самой принципиальной схемой. На нем показано расположение каждого элемента схемы на печатной плате. Так, на нем или на топологии обязательно указываются контактные площадки и дорожки, даже те, которые располагаются на нижней части платы.

Теперь взгляните на пленку и установите ее правильно — так, чтобы ее ориентация соответствовала и оборотной стороне платы. Поскольку редко какая плата имеет симметричное расположение элементов, можно достаточно легко определить, где находятся ее правая и левая стороны. Затем расположите сенсибилизированную плату в держателе, переверните пленку слева направо (для окончательной ориентации) и закрепите ее на плате.

 

После экспозиции платы ее нужно погрузить в соответствующий раствор с проявителем. Для этого нужно приготовить его в полном соответствии с инструкцией производителя, которая должна прилагаться. После приготовления раствор следует вылить в пластиковый поддон — такой же, как используется для проявки фотографий. Затем погрузите плату в поддон с жидкостью. Время проявки варьируется в зависимости от химического состава проявителя, поэтому лучше всего придерживаться инструкции, прилагающейся к упаковке.

После проявки все готово к травлению, процесс которого мы опишем в разделе " Мои гравюры: вытравливаем печатные платы сами".

 

Изготовление печатных плат по методу переноса с пленки

Фотографический метод, описанный в предыдущем разделе, требует наличия сенсибилизированного слоя меди, негатива (или позитива) и ультрафиолетовой лампы или другого источника освещения. Короче говоря, при изготовлении значительного числа печатных плат он становится довольно трудоемким.

Если планируется сделать всего лишь пару-тройку печатных плат с одного и того же исходного изображения, возможно, следует обратить внимание на метод переноса изображения с пленки. Для его осуществления не требуется других материалов, кроме ацетатной пленки (такой, как используется для прозрачной наружной рекламы) и копировального аппарата или лазерного принтера.

При копировании изображения на прозрачную пленку черный тонер вплавляется в слой ацетата. Для переноса этого тонера с пленки на лист меди можно использовать обычный бытовой утюг. Сам тонер представляет собой весьма эффективный фоторезист, который не дает травящему раствору удалить те участки меди, которые должны остаться на плате. Хотя на первый взгляд может показаться, что этот метод довольно сложен, на самом деле он прекрасно работает в домашних условиях

Несмотря на то что накладная прозрачная пленка служит неплохим средством для переноса изображения на плату, наилучшие результаты все же получаются при использовании специально предназначенных пленок. В приложении приводится список Интернет-ресурсов, содержащих информацию о продаже пленок, разработанных и предназначенных для изготовления печатных плат.

 

Для изготовления плат по методу переноса изображения с пленки понадобится принтер или копировальный аппарат в отличном состоянии, иначе изображение, которое нужно распечатать на пленке, получится серым или зернистым. Если под рукой нет качественного нового принтера, то лучше обратиться в ближайший копи-центр или фотолабораторию. В таких центрах, наверняка, найдется высокоскоростной принтер или ксерокс последней модели, который способен распечатать качественное черно-белое изображение, в том числе и на ацетатной пленке. Стоимость услуг в профессиональной лаборатории с лихвой окупится высоким качеством.

 

Кстати, о печати: в некоторых копировальных аппаратах требуется, чтобы с краю на листах ацетатной пленки обязательно присутствовала белая полоска. Она используется для того, чтобы аппарат " увидел", когда прозрачная пленка проходит внутри машины через датчики, иначе пленка может смяться и образовать " пробку". Поэтому перед покупкой пачки ацетатной пленки сначала неплохо бы поинтересоваться, какую именно пленку поддерживает имеющийся под рукой копировальный аппарат: чаще всего вскрытую пачку уже не удастся возвратить в магазин.

 

Туда-сюда-обратно

Как и при использовании фотографического метода, речь о котором шла в соответствующем разделе в начале этой главы, здесь также нужно убедиться в правильной ориентации пленки на макете печатной платы. Изображение должно лежать таким образом, чтобы в итоге не получить зеркально отраженную плату. Если исходное изображение в журнале или книге было перевернуто изначально (так иногда делают, как мы говорили ранее), то нужно еще раз перевернуть оригинал, перенесенный на пленку.

Убедиться, что все правильно, можно следующим образом.

 

> При необходимости использовать принтер или копировальный аппарат, которые могут отразить изображение слева направо. Некоторые модели (в основном, правда, дорогие) имеют такую функцию.

 

> Сделать на пленке одну копию изображения, а затем перевернуть ее и сделать вторую копию. Прикрепите к пленке белый лист бумаги, чтобы улучшить качество фотокопии; этот способ тоже не идеален, но работает неплохо.

 

Окончательно удостовериться, что ориентация рисунка на печатной плате соответствует запланированной, можно, убедившись в том, что текст, нанесенный на топологии, нормально читается. Если обозначения элементов или номера выводов можно прочесть, изображение является правосторонним, если же текст отражен зеркально, то рисунок — левосторонний.

 

Получение качественного отпечатка

После копирования на пленку исходного изображения следует убедиться, что копия не имеет участков со стертым или плохо вплавленным тонером. Для этого можно осторожно провести по пленке мягкой тканью, чтобы проверить, не остался ли тонер на ней. Некоторые принтеры или копировальные аппараты не могут как следует вплавить тонер в прозрачную пленку, и, если вам не удалось добиться успеха с вашим принтером, лучше попытать счастья на другом аппарате.

Если полученный отпечаток выглядит нормально, его следует накрыть чистым листом бумаги, чтобы защитить от повреждений слоя с тонером. Если кто-то случайно коснется пленки рукой и сотрет часть тонера, это может иметь самые неприятные последствия для будущей печатной платы.

Перенос топологии на слой меди

Наконец, изучив в двух предыдущих разделах все тонкости получения топологии, вы готовы для переноса тонера с прозрачного листа на слой меди на заготовке печатной платы. Для этого воспользуйтесь следующей процедурой.

 

1. Во-первых, тщательно очистите поверхность платы от жира и загрязнений; для этого можно использовать любой бытовой очиститель. И будьте внимательны — ни в коем случае не нужно прикасаться к плате после очистки. Держите ее за края.

Следует стопроцентно гарантировать, что на поверхности платы не осталось жира — медь должна отблескивать на свету и сиять чистотой.

 

2. Положите печатную плату слоем меди вверх на верстаке или гладильной доске.

 

3. Обрежьте пленку с отпечатком таким образом, чтобы ее размеры не превышали размеров платы.

 

4. Наложите пленку на плату — так, чтобы тонер с пленки прилегал к слою меди.

 

5. Закрепите пленку на поверхности печатной платы липкой лентой, но только на тех участках, где нет тонера.

 

6. Накройте плату с пленкой чистой хлопковой тканью или несколькими слоями бумажных полотенец. Проследите, чтобы на этих полотенцах не было никаких рисунков — они должны быть идеально белыми.

 

Теперь все готово непосредственно к переносу рисунка на плату. Если топология была нанесена на специальную пленку или покрытие, то лучше ознакомиться с соответствующей инструкцией. Мы же расскажем, как перенести топологию в том случае, если она отпечатана на самой обычной ацетатной пленке.

 

1. Установите регулятор нагрева утюга на среднюю температуру или в положение " Хлопок".

 

2. Дайте утюгу разогреться, а затем поставьте его на плату. Осторожно подвигайте им туда-сюда — как можно более плавно и без резких движений, как будто вы гладите свою лучшую выходную рубашку.

Внимательно следите, чтобы ткань все время оставалась ровной, без складок.

 

3. Можно слегка надавить на утюг и подержать его в течение 15-20 секунд

 

4. Подождите 10-15 секунд и поднимите ткань.

 

5. Осторожно отогните уголок или край пленки и проверьте, перешел ли тонер на поверхность платы и насколько хорошо.

 

6. Если тонер не полностью перенесся на слой меди, снова аккуратно накройте плату тканью и повторите описанную выше процедуру в течение еще 15-20 секунд.

Для получения стабильных результатов, возможно, понадобится потренироваться. В зависимости от свойств тонера, может понадобиться от 15 секунд до 1 минуты на его перенос. Однако не нужно пробовать ускорить процесс переноса изображения, повышая температуру, — это может привести к деформациям пленки и, соответственно, рисунка топологии на плате.

 

Работа ОТК

После переноса тонера на поверхность меди необходимо дать пленке как следует охладиться. Если при прикосновении явно ощущается, что она очень горячая, лучше оставить ее на минуту или две. Затем следует аккуратно снять пленку и выбросить ее — она непригодна к использованию во второй раз.

Внимательно осмотрите рисунок на медной подложке. Тонер должен иметь хорошую адгезию (хорошо приклеиться) и как можно меньше (или не иметь вообще) незаполненных участков. Используя увеличительное стекло (3- или 4-кратное), можно неплохо оценить качество переноса изображения. Если видны пробелы или незаполненные участки, то их следует аккуратно зарисовать тонким маркером с резистивными чернилами. Такие маркеры иногда можно найти в магазинах электроники; в них используются специальные чернила, которые, как и фоторезист, не растворяются в процессе травления.

Может оказаться полезным использовать для переноса тонера на медь деревянный или резиновый валик. Давление валика помогает эффективнее нанести тонер на гладкую металлическую подложку. Хороших результатов можно добиться при помощи валика для обоев, такого, как изображен на рис. 12.6. Однако нужно быть внимательным, чтобы вдавить тонер в поверхность платы исключительно вращательным движением валика, а не его проскальзыванием, иначе рисунок на поверхности платы может повредиться.

 

 

Итак, наконец-то печатная плата готова к травлению. Вскоре мы рассмотрим этот процесс в разделе " Мои гравюры: вытравливаем печатные платы сами".

 

Выбор метода получения собственной топологии

Не можете найти подходящей топологии печатной платы для вашей схемы? Тогда вы, наверное, с облегчением воспримете тот факт, что рисунок печатной платы вполне можно сделать самостоятельно от начала и до конца.

Для этого можно испробовать два следующих метода.

 

> Метод прямого травления: фоторезист можно нанести и прямо на медь без всяких фотолабораторий и ацетатных пленок. Для этого достаточно купить специальный набор для так называемого прямого травления (direct etch), затем разметить на нем контактные площадки для ИС и других компонентов и при помощи тонкой клейкой ленты наметить будущие дорожки. Где именно можно купить такие наборы, можно узнать из списка Web-сайтов, приведенного в приложении. Рисунок топологии переносится на плату точно так же, как и при " перебивании" наклеек на футболку. Метод прямого травления практичен для изготовления печатных плат, которые будут изготовлены в одном экземпляре.

 

> Самостоятельная разработка топологии: для того, чтобы нарисовать топологию самому, можно использовать свой домашний компьютер и принтер или даже обычный карандаш или маркер, а затем применить полученный рисунок в качестве исходного изображения для изготовления печатной платы. Такое изображение иногда называют мастер-копией {master), оно представляет собой негатив или позитив на прозрачной пленке, который можно использовать для экспозиции сенсибилизированной платы под ультрафиолетом. Плату можно сенсибилизировать самому при помощи кисточки или спрея, а можно и купить ее, уже покрытую необходимыми химическими веществами. А экспозиция, как вам уже известно, должна осуществляться под жестким ультрафиолетовым излучением, например, под специальной медицинской лампой.

 

Мои гравюры: вытравливаем печатные платы сами

Создание шаблона из фоторезиста на поверхности меди печатной платы, описанное выше в разделе " Выбор метода получения собственной топологии", на самом деле составляет не более одной трети всей работы. Следующий шаг заключается в стравливании нежелательной меди. Та же медь, которая останется на поверхности, и будет формировать рисунок топологии на поверхности платы.

Для удаления лишней меди используется специальный раствор, который называется травителем. Травителъ представляет собой каустическое вещество (помните, что оно может обжечь кожу), которое растворяет медь. Справедливости ради следует сказать, что это никакая не страшная кислота из фильма про чужого, яд которого растворяет все на своем пути, и медь не растворится с шипением при малейшем контакте с ним. Процесс травления обычно занимает несколько минут. Сперва растворяется медь на тех участках, которые не защищены резистом. Главное — вовремя остановить травление, когда медь на всех открытых от резиста участках полностью растворится.

(Заключительная, третья, часть процесса изготовления печатной платы состоит в сверлении отверстий под элементы, и мы опишем ее в разделе " Последние приготовления и сверление".)

 

Шаг первый: осмотр платы

Травление — необратимый процесс, и об этом нельзя забывать. Если на всех предшествующих этапах любую сделанную работу можно как-то скорректировать или даже переделать, то после вытравливания меди пути назад нет. Если была совершена хоть небольшая ошибка, чаще всего придется начать все сначала.

Вот почему действительно важно тщательно и неспешно осмотреть плату на наличие дефектов, ошибок в рисунке топологии, пропущенных дорожек или контактов, а также любых других возможных проделок тех самых домовых и гремлинов, которые так и норовят что-то испортить.

 

> Если рисунок топологии копировался с готового исходного изображения где-нибудь в книге или журнале, то следует сравнить между собой результат и оригинал. Для этого необходимо пройти все соединения схемы от контакта до контакта и убедиться, что отсутствуют даже малейшие несовпадения. Если же таковые будут обнаружены, то придется переработать топологию и исправить все ошибки до начала процесса травления.

 

> Если рисунок топологии создавался от начала и до конца вами или делался по методу прямого травления, тщательно перепроверьте свою работу и сравните ее с принципиальной схемой. (При разработке топологии печатной платы на компьютере в специализированных программах (P-CAD, OrCAD и т.д.) есть возможность автоматической проверки всех соединений и целостности цепей. Однако это не снижает риска испортить плату вследствие дефектов переноса изображения с пленки на медь или, к примеру, отслаивания тонера. — Примеч. ред.) Убедитесь, что контактные площадки электрически не связанных цепей не лежат слишком близко друг к другу. В качестве минимального расстояния между цепями обычно принимают величину 1/32 дюйма, но в этом деле, чем больше — тем, как правило, лучше.

 

Приведение платы к рабочему виду после неудачного травления обычно занимает весьма длительное время, если возможно вообще.

 

Чистка платы. Внимание, пожалуйста!

После визуального осмотра платы можно взять тряпку из хлопка, намочить ее в изопропиловом спирте и аккуратно протереть поверхность платы. Не следует допускать, чтобы спирт капал с ткани, поскольку многие виды резиста могут растворяться тем же спиртом. Ну, и, конечно, дайте поверхности платы полностью высохнуть перед погружением в травитель.

 

Используйте изопропиловый спирт с минимальным содержанием воды. Обычный спирт, который продается в аптеке, содержит от 30 до 40 процентов воды. Чем больше ее в спирте, тем выше вероятность повреждения резиста при промывке. Поэтому лучше поискать где-нибудь технический спирт — например, в магазине бытовой химии или школьной лаборатории.

 

С волнением о травлении

Процесс травления может быть опасен не только для здоровья человека, но и для одежды и окружающих предметов. Большинство травящих веществ (независимо от того, в форме порошка или жидкости они продаются) высокотоксичны и относятся к каустическим химическим веществам. Не допускайте попадания травителя на кожу или на одежду. Если же химикалии все же попали на руки или лицо, немедленно промойте кожу.

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Cмыкание с декоративно-прикладным искусством
2. III. Искусство Древнего Рима.
3. XIV. ПСИХИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ И ИСКУССТВО
4. А. Искусство Железной Рубашки в общей системе даосского интегрального тренинга.
5. АБСТРАКТНОЕ ИСКУССТВО (беспредметное, нефигуративное)
6. Архитектура и изобразительное искусство
7. БОДИ-АРТ (body art — англ.: телесное искусство)
8. Вовремя разглядеть зерна нового и понять, что именно из них растет, принять это новое — искусство, на освоение которого не стоит жалеть время и силы.
9. Военное искусство в войнах государства Великих Моголов в Индии (XVI — XVII вв.)
10. Военное искусство в войнах индейских народов Америки с европейскими колонизаторами в XVI — XVII вв.
11. Военное искусство в войнах монголов-завоевателей
12. Военное искусство в войнах народов Азии и Америки за свою независимость