Как делают печатные платы: экскурсия на завод Технотех. Нож для печатных плат


Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Я уже когда-то рассказывал о способах изготовления трафаретов для нанесения паяльной пасты на печатные платы для единичного и мелкосерийного производства.

Способов довольно много, перечислю основные вкратце:

1)Вырезать вручную из пленки острым ножом.2)Изготовить трафарет из металла травлением, используя технологию аналогичную технологии изготовления печатных плат (ЛУТ, фоторезист).3)Заказать лазерную резку из полиамидной или другой пленки в специализированной или не очень фирме.4)Заказать лазерную резку из листа нержавеющей стали у нас или в Китае.5)Знаю прецеденты изготовления трафаретов на специализированном фрезере.

За последние годы я попробовал все эти способы до единого, кроме двух:-заказа резки из стали в РФ, т.к. у нас это стоит неадекватных денег для единичных изделий-изготовления трафарета на фрезере, т.к. это доступно только тем, у кого по работе/учебе есть соответствующее дорогущее оборудование(LPKF ProtoMat).

В последнее время я в основном заказывал стальные (кстати, весьма качественные) трафареты в Китае, а конкретнее вот тут. Вместе с доставкой, трафарет с полезной площадью около листа А4 выходит примерно в 2000-2500 рублей. И все бы хорошо, но есть две проблемы. Первая, очевидная - время доставки. От двух недель до двух месяцев. причем предсказать его невозможно. Вторая проблема - заказывать по одному трафарету на каждый тип платы может выйти накладно (у меня более 30 типов плат в производстве). Приходится на один трафарет собирать несколько плат. Но зачастую так получается, что какие-то платы еще не допроектированы, а какие-то уже надо бы побыстрее делать, в итоге одно тянет другое. В общем неудобно.

И тут один из читателей моего журнала мне рассказал, что режет трафареты на плоттере. Честно говоря, до этого момента я представлял себе все плоттеры как-то так:

Соответственно даже мысли обзавестись таким у меня не было. А оказалось, что существуют крайне компактные режущие настольные плоттеры, размером всего 40x14x11 см.

Конкретно речь идет о плоттерах производства фирмы Graphtec (оно же Silhouette). Самая простая и дешевая модель, актуальная на текущий день - Graphtec Silhouette Portrait. Стоимость - около 10 000 рублей. Совершенно неожиданно, выяснилось, что у моего хорошего знакомого есть одна из предыдущих, моделей - Graphtec Craft Robo, которую он мне готов дать попробовать, на что я конечно согласился.

Резать я решил из той же пленки, которую когда-то использовал при изготовлении трафаретов вручную и лазером. Это прозрачная пленка фирмы Lomond для лазерных принтеров. Толщина у нее 100 микрон. Чуть-чуть меньше нужного, но сойдет. Первые попытки прорезать трафарет, с использованием штатной утилиты оказались печальными. Нож просто не мог прорезать пленку, а точность рисунка была так себе, на мелких деталях.

Я уж было расстроился и отложил плоттер, но потом, совершенно случайно, на форуме OpenPnP (управляющей программы моего расстановщика). Наткнулся на упоминание утилиты под названием gerber2graphtec (GitHub, сохраненная копия). Сначала я подумал, что это просто конвертер форматов - из гербер файлов в формат для резки на плоттере. Но изучив описание, оказалось все интереснее - утилита напрямую управляет плоттером. Ради интереса я ее запустил (на одноплатном компьютере, валявшемся под рукой, с линуксом) и удивился еще больше - оказывается утилита управляет плоттером на весьма низком уровне, выдавая команды управления головке плоттера специальным способом, заточенным именно на изготовление трафаретов для печатных плат.

Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html

А именно:

-Нож в таких плоттерах флюгерного типа. Т.е. он вращается вокруг своей оси. Штатная программа ведет нож по контуру реза, таким образом на углах контура нож поворачивается будучи в материале. Gerber2graphtec разворачивает нож в нужном направлении сбоку, на неиспользуемой части листа, после чего не меняя направления режет все линии на трафарете. Т.е. сначала нож проходит и режет все горизонтальные линии, потом линии под углом 22.5 градуса, потом под 45 градусов и так далее. В итоге на специальном поле получается такой рисунок:

-Нож движется гораздо медленнее, чем в штатной утилите(даже на самой медленной настройке). В результате, вырезание трафарета может растянуться на пол часа и даже больше. Но это быстрее, чем ждать 2 месяца.

-Резка происходит в два прохода. Первый раз нож работает со средним давлением и не прорезает лист до конца, второй раз нож давит на полную и лист прорезается.

-Также в описании программы декларируется алгоритм компенсации люфта.

Увидев все это, я тут же сделал тестовый рисунок трафарета и отправил его на резку. Для резки на плоттере под разрезаемым материалом должна быть подложка. Вариантов может быть много разных, я же решил на лист пленки наклеить что-то толстое - около 0.2мм, так, чтобы нож (глубина реза которого регулируется с точностью 0.1мм) гарантированно мог прорезать пленку, но не мог прорезать подложку. Первое, что попалось под руку - двухсторонний скотч. Если не отдирать пленку со второй стороны - то он как раз нужной толщины. При этом во время резки скотч удерживает вырезанные кусочки пленки от вылетания, а при отдирании скотча от пленки - он с собой эти кусочки забирает (хотя некоторые все же приходится потом выковыривать вручную, что не сложно и быстро).

Результат резки превзошел все мои ожидания - трафарет получился почти идеальным (с поправкой на технологию).

Сверху - TQFP с шагом 0.8, по центру - с шагом 0.5, снизу - SOIC с шагом 1.27. Справа 0603, 0805 и 1206.

Как видно, даже на шаге 0.5 (ширина прорези 0.2мм) качество получилось вполне себе, на больших размерах все еще лучше.

Буквально через несколько дней я купил себе Graphtec Silhouette Portrait (на фото выше) и тем самым теперь у меня есть маленький заводик по производству печатных плат, с полным циклом. Я сам делаю трафареты, сам делаю принтеры для трафаретов, сам наношу пасту, расставляю компоненты в своем автоматическом расстановщике, после этого запекаю платы в самодельной печи. Даже платы я могу в теории сам делать, но это в большинстве случаев неоправданно.

Я попробовал натянуть пленочный трафарет в самодельном принтере для паяльной пасты, про который уже рассказывал:

Получилось! Конечно, с пленкой нужно быть осторожнее чем с пластиком и по краям ее все-таки немножко повело, что впрочем не отразилось на нанесении пасты на конкретную простую плату. С натягиванием пленки буду еще экспериментировать.

Итого, плюсы:+Возможность вырезать трафарет быстрее чем за час прямо на столе.+Стоимость трафарета почти нулевая (лист пленки стоит где-то 10 рублей).+Плоттер можно использовать и для других (стандартных) задач - вырезать наклейки, делать картинки/надписи из виниловой пленки, резать трафареты для нанесения рисунков на футболки, делать всякие декоративные бумажки и т.п.Минусы:-Нужно вложить 10 000 рублей в покупку плоттера.-Трафарет получается из пленки, а не из стали, что накладывает ограничения на ресурс и прочность.-Для компонентов с шагом 0.5 и менее апертуры могут получиться не достаточно качественными.

Лично я еще наверняка буду заказывать стальные трафареты, для сложных плат, либо для больших серий плат. Однако, большинство моих плат не содержат элементов с шагом менее 0.8мм и производятся в количестве не более десятков, так что для таких плат я теперь могу быстро и практически бесплатно делать трафареты сам.

Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html

alex-avr2.livejournal.com

Печатные платы – изготовление в домашних условиях

Технологии по изготовлению печатных плат в домашних условиях своими руками с помощью применения компьютера и лазерного принтера в Интернете посвящено много страниц. Перенесение с лощеной бумаги отпечатка изображения дорожек печатной платы на стеклотекстолит с помощью прогрева отличный способ, позволяющий получить высококачественную печатную плату с малыми затратами времени. Однако не все желающие изготовить печатную плату имеют в распоряжении компьютер, программное обеспечение и лазерный принтер. Если нужно изготовить одну простую печатную плату, то даже при наличии оргтехники, покупать и осваивать программу для разработки печатных плат редко кто себе позволит и зачастую старый, дедовский способ изготовления несложных печатных плат, при котором рисунок токоведущих дорожек на стеклотекстолит наносится вручную, для многих является единственно возможным. Поэтому начну с дедовского способа нанесения рисунка дорожек печатной платы.

Операции по вырезанию заготовки из стеклотекстолита, сверлению отверстий и травление печатной платы для получения токоведущих дорожек в независимости от способа нанесения рисунка на печатную плату выполняются по одинаковой технологии.

Технология ручного способа нанесения дорожек печатной платы

Подготовка шаблона

Бумага, на которой рисуется разводка печатной платы обычно тонкая и для более точного сверления отверстий, особенно в случае использования ручной самодельной дрели, чтобы сверло не вело в сторону, требуется сделать ее более плотной. Для этого нужно приклеить рисунок печатной платы на более плотную бумагу или тонкий плотный картон с помощь любого клея, например ПВА или Момент.

Приклейка рисунка печатной платы на плотную бумагу

Далее плотная бумага вырезается по контуру приклеенного рисунка и шаблон для сверления готов.

Вырезание заготовки

Подбирается заготовка фольгированного стеклотекстолита подходящего размера, шаблон печатной платы прикладывается к заготовке и обрисовывается по периметру маркером, мягким простым карандашом или нанесением риски острым предметом.

Разметка заготовки стеклотекстолита

Далее стеклотекстолит режется по нанесенным линиям с помощью ножниц по металлу или выпиливается ножовкой по металлу. Ножницами отрезать быстрее, и нет пыли. Но надо учесть, что при резке ножницами стеклотекстолит сильно изгибается, что несколько ухудшает прочность приклейки медной фольги и если потребуется перепайка элементов, то дорожки могут отслоиться. Поэтому если плата большая и с очень тонкими дорожками, то лучше отрезать с помощью ножовки по металлу.

Раскройка заготовки стеклотекстолита для печатной платы

Приклеивается шаблон рисунка печатной платы на вырезанную заготовку с помощью клея Момент, четыре капли которого наносятся по углам заготовки.

Приклейка шаблона к заготовке из стеклотекстолита

Так как клей схватывается всего за несколько минут, то сразу можно приступать к сверлению отверстий под радиодетали.

Сверление отверстий

Сверлить отверстия лучше всего с помощью специального мини сверлильного станка твердосплавным сверлом диаметром 0,7-0,8 мм. Если мини сверлильного станка в наличии нет, то можно просверлить отверстия маломощной дрелью простым сверлом. Но при работе универсальной ручной дрелью количество переломанных сверл будет зависеть от твердости Вашей руки. Одним сверлом точно не обойдетесь.

Сверление отверстий в заготовке печатной платы с помощью шаблона

Если сверло зажать не удается, то можно его хвостовик обернуть несколькими слоями бумаги или одним слоем наждачной шкурки. Можно на хвостовик намотать плотно виток к витку тонкой металлической проволочки.

Проверка качества сверления отверстий в печатной плате

После окончания сверления проверяется, все ли просверлены отверстия. Это хорошо видно, если посмотреть на печатную плату на просвет. Как видно, пропущенных отверстий нет.

Нанесение топографического рисунка

Для того, чтобы места фольги на стеклотекстолите, которые будут токопроводящими дорожками, защитить при травлении от разрушения, их необходимо покрыть маской, устойчивой к растворению в водном растворе. Для удобства рисования дорожек, их лучше предварительно наметить с помощью мягкого простого карандаша или маркера.

Перед нанесением разметки нужно обязательно удалить следы клея Момент, которым приклеивался шаблон печатной платы. Так как клей не сильно затвердел, то его легко можно удалить, скатав пальцем. Поверхность фольги так же нужно обязательно обезжирить с помощью ветоши любым средством, например ацетоном или уайт-спиртом (так называется очищенный бензин), можно и любым моющим средством для мытья посуды, например Ферри.

Разметка печатных проводников

После разметки дорожек печатной платы можно приступать к нанесению их рисунка. Для рисования дорожек хорошо подходит любая водостойкая эмаль, например алкидная эмаль серии ПФ, разведенная до подходящей консистенции растворителем уайт-спиртом. Рисовать дорожки можно разными инструментами – стеклянным или металлическим рейсфедером, медицинской иглой и даже зубочисткой. В этой статье я расскажу, как рисовать дорожки печатных плат с помощью чертежного рейсфедера и балеринки, которые предназначены для черчения на бумаге тушью.

Чертежный рейсфедер и балеринка

Раньше компьютеров не было и все чертежи чертили простыми карандашами на ватмане и затем переводили тушью на кальку, с которой с помощью копировальных аппаратов делали копии.

Нанесение рисунка начинают с контактных площадок, которые рисуют балеринкой. Для этого нужно отрегулировать зазор раздвижных губок рейсфедера балеринки до требуемой ширины линии и для установки диаметра круга выполнить регулировку вторым винтом отодвинув рейсфедер от оси вращения.

Далее рейсфедер балеринки на длину 5-10 мм наполняется с помощью кисточки краской. Для нанесения защитного слоя на печатную плату лучше всего подходит краска марки ПФ или ГФ, так как она медленно высыхает и позволяет спокойно работать. Краску марки НЦ тоже можно применять, но работать с ней сложно, так как она быстро сохнет. Краска должна хорошо ложиться и не растекаться. Перед рисованием красу нужно развести до жидкой консистенции, добавляя в нее понемногу при интенсивном перемешивании подходящий растворитель и пробуя рисовать на обрезках стеклотекстолита. Для работы с краской удобнее всего ее налить во флакон от маникюрного лака, в закрутке которого установлена кисточка, устойчивая к растворителям.

После регулировки рейсфедера балеринки и получения требуемых параметров линий можно приступить к нанесению контактных площадок. Для этого острая часть оси вставляется в отверстие и основание балеринки проворачивается по кругу.

Нанесение круглых контактных площадок на печатную плату

При правильной настройке рейсфедера и нужной консистенции краски вокруг отверстий на печатной плате получаются окружности идеально круглой формы. Когда балеринка начинает плохо рисовать, из зазора рейсфедера тканью удаляются остатки подсохшей краски и рейсфедер заполняется свежей. чтобы обрисовать все отверстия на этой печатной плате окружностями понадобилось всего две заправки рейсфедера и не более двух минут времени.

Когда круглые контактные площадки на плате нарисованы, можно приступать к рисованию токопроводящих дорожек с помощью ручного рейсфедера. Подготовка и регулировка ручного рейсфедера не отличается от подготовки балеринки.

Единственное, что дополнительно понадобится, так это плоская линейка, с приклеенными на одной из ее сторон по краям кусочками резины, толщиной 2,5-3 мм, чтобы линейка при работе не скользила и стеклотекстолит, не касаясь линейки, мог свободно проходить под ней. Лучше всего подходит в качестве линейки деревянный треугольник, он устойчив и одновременно может служить при рисовании печатной платы опорой для руки.

Линейка для нанесения прямых токопроводящих дорожек на печатную плату

Чтобы печатная плата при рисовании дорожек не скользила, желательно ее разместить на лист наждачной бумаги, представляющий собой два склепных между собой бумажными сторонами наждачных листа.

Нанесение токопроводящих дорожек на печатную плату ручным способом

Если при рисовании дорожек и окружностей они соприкоснулись, то не стоит принимать никаких мер. Нужно дать краске на печатной плате подсохнуть до состояния, когда она не будет пачкать при прикосновении и с помощью острия ножа удалить лишнюю часть рисунка. Чтобы краска быстрее высохла плату нужно расположить в теплом месте, например в зимнее время на батарею отопления. В летнее время года - под лучи солнца.

Исправление дефектов токопроводящих дорожек

Когда рисунок на печатной плате полностью нанесен и исправлены все дефекты можно переходить к ее травлению.

Технология нанесения рисунка печатной платыс помощью лазерного принтера

При печати на лазерном принтере происходит перенос за счет электростатики образованного тонером изображения с фото барабана, на котором лазерный луч нарисовал изображение, на бумажный носитель. Тонер удерживается на бумаге, сохраняя изображение, только за счет электростатики. Для закрепления тонера бумага прокатывается между валиками, один из которых является термопечкой, разогретой до температуры 180-220°C. Тонер расплавляется и проникает в текстуру бумаги. После остывания тонер отвердевает и прочно удерживается на бумаге. Если бумагу опять нагреть до 180-220°C, то тонер опять станет жидким. Это свойство тонера и используется для переноса изображения токоведущих дорожек на печатную плату в домашних условиях.

После того, как файл с рисуночком печатной платы готов, необходимо его распечатать с помощью лазерного принтера на бумажный носитель. Обратите внимание, изображение рисунка печатной платы для данной технологии должно иметь вид со стороны установки деталей! Струйный принтер для этих целей не подходит, так как работает на другом принципе.

Подготовка бумажного шаблона для переноса рисунка на печатную плату

Если напечатать рисунок печатной платы на обыкновенной бумаге для офисной техники, то из-за пористой ее структуры, тонер глубоко проникнет в тело бумаги и при переносе тонера на печатную плату, большая часть его останется в бумаге. В дополнение будут сложности с удалением бумаги с печатной платы. Придется ее долго размачивать в воде. Поэтому для подготовки фотошаблона необходима бумага, не имеющая пористую структуру, например фотобумага, подложка от самоклеящихся пленок и этикеток, калька, страницы от глянцевых журналов.

В качестве бумаги для печати рисунка печатной платы я использую кальку из старых запасов. Калька очень тонкая и печатать шаблон непосредственно на ней невозможно, она в принтере заминается. Для решения этой проблемы, нужно перед печатью на кусок кальки требуемого размера по углам нанести по капельке любого клея и приклеить на лист офисной бумаги А4.

Подготовка кальки для печати на ней рисунка

Такой прием позволяет распечатывать рисунок печатной платы даже на самой тонкой бумаге или пленке. Для того, чтобы толщина тонера рисунка была максимальной, перед печатью, нужно выполнить настройку «Свойств принтера», отключив режим экономной печати, а если такая функция не доступна, то выбрать самый грубый тип бумаги, например картон или что то подобное. Вполне возможно с первого раза хороший отпечаток не получится, и придется немного поэкспериментировать, подобрав наилучший режим печати лазерного принтера. В полученном отпечатке рисунка дорожки и контактные площадки печатной платы должны быть плотными без пропусков и смазывания, так как ретушь на данном технологическом этапе бесполезна.

Рисунок печатной платы распечатан на кальке

Осталось обрезать кальку по контуру и шаблон для изготовления печатной платы будет готов и можно приступать к следующему шагу, переносу изображения на стеклотекстолит.

Перенос рисунка с бумаги на стеклотекстолит

Перенос рисунка печатной платы является самым ответственным этапом. Суть технологии проста, бумага, стороной напечатанного рисунка дорожек печатной платы прикладывается к медной фольге стеклотекстолита и с большим усилием прижимается. Далее этот бутерброд разогревается до температуры 180-220°C и затем охлаждается до комнатной. Бумага отдирается, а рисунок остается на печатной плате.

Некоторые умельцы предлагают переносить рисунок с бумаги на печатную плату, используя электроутюг. Я пробовал такой способ, но результат получался нестабильным. Сложно обеспечить одновременно нагрев тонера до нужной температуры и равномерный прижим бумаги ко всей поверхности печатной платы при затвердевании тонера. В результате рисунок переносится не полностью и остаются пробелы в рисунке дорожек печатной платы. Возможно, утюг не достаточно нагревался, хотя регулятор был выставлен на максимальный нагрев утюга. Вскрывать утюг и перенастраивать терморегулятор не хотелось. Поэтому я воспользовался другой технологией, менее трудоемкой и обеспечивающей сто процентный результат.

На вырезанную в размер печатной платы и обезжиренную ацетоном заготовку фольгированного стеклотекстолита приклеил по углам кальку с напечатанным на ней рисунком. На кальку сверху положил, для более равномерного прижима, пяток листиков офисной бумаги. Полученный пакет положил на лист фанеры и сверху накрыл листом такого же размера. Весь этот бутерброд зажал с максимальной силой в струбцинах.

Печатная плата зажата в струбцинах

Осталось нагреть сделанный бутерброд до температуры 200°C и остудить. Для нагрева идеально подходит электродуховка с регулятором температуры. Достаточно поместить сотворенную конструкцию в шкаф, дождаться набора заданной температуры и через полчаса извлечь плату для остывания.

Нагрев печатной платы в электродуховке

Если электродуховки в распоряжении нет, то можно воспользоваться и газовой духовкой, отрегулировав температуру ручкой подачи газа по встроенному термометру. Если термометра нет или он неисправен, то могут помочь женщины, подойдет положение ручки регулятора, при котором пекут пироги.

Печатная плата остывает в струбцинах

Так как концы фанеры покоробило, на всякий случай зажал их дополнительными струбцинами. чтобы избежать подобного явления, лучше печатную плату зажимать между металлическими листами толщиной 5-6 мм. Можно просверлить в их углах отверстия и зажимать печатные платы, стягивать пластины с помощью винтов с гайками. М10 будет достаточно.

Через полчаса конструкция остыла достаточно, чтобы тонер затвердел, плату можно извлекать. При первом же взгляде на извлеченную печатную плату становится понятно, что тонер перешел с кальки на плату отлично. Калька плотно и равномерно прилегала по линиям печатных дорожек, кольцам контактных площадок и буквам маркировки.

Тонер перенесен на стеклотекстолит

Калька легко оторвалась практически от всех дорожек печатной платы, остатки кальки были удалены с помощью влажной ткани. Но все, же не обошлось без пробелов в нескольких местах на печатных дорожках. Такое может случиться в результате неравномерности печати принтера или оставшейся грязи или коррозии на фольге стеклотекстолита. Пробелы можно закрасить любой водостойкой краской, маникюрным лаком или заретушировать маркером.

Удаление кальки с печатной платы

Для проверки пригодности маркера для ретуши печатной платы, нужно нарисовать ним на бумаге линии и бумагу смочить водой. Если линии не расплывутся, значит, маркер для ретуши подходит.

Удаление тонера

Травить печатную плату в домашних условиях лучше всего в растворе хлорного железа или перекиси водорода с лимонной кислотой. После травления тонер с печатных дорожек легко удаляется тампоном, смоченным в ацетоне.

Затем сверлятся отверстия, лудятся токопроводящие дорожки и контактные площадки, запаиваются радиоэлементы.

Печатная плата с радиодеталями

Такой вид приняла печатная плата с установленными на ней радиодеталями. Получился блок питания и коммутации для электронной системы, дополняющий обыкновенный унитаз функцией биде.

ydoma.info

экскурсия на завод Технотех / Блог компании Madrobots / Хабр

Сегодня мы выступим в немного непривычном для себя амплуа, будем рассказывать не о гаджетах, а о технологиях, которые стоят за ними. Месяц назад мы были в Казани, где познакомились с ребятами из Навигатор-кампуса. Заодно побывали на расположенном близко (ну, относительно близко) заводе по производству печатных плат — Технотех. Этот пост — попытка разобраться в том, как же все-таки производят те самые печатные платы.image Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?

На заводе умеют делать платы от начала и до конца — проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат. Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.

О методах изготовления плат
Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio -прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio—отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе. В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом. Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными. ) — нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению — тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения. Я покажу именно комбинированный метод.
Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)
Изготовление стеклотекстолита
Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит — это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист. Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты — это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:image Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:image В центре платы, светлые участки — это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее — параллельно. Или например на микрофотографии tiberius, насколько я помню из этой статьи:image

Итак, начнем. Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах: image Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой — такой материал называется препрегом, от английского pre-impregnated — предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии — листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно. Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:image А вот сам рулон фольги.image Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:image На фото Владимир Потапенко, начальник производства. Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолитаimage При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист. Вот такой:image Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:image Технотех использует два вида заготовок: 305х450 — маленькая групповая заготовка, 457х610 — большая заготовка После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…image Маршрутная карта — это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.

Сверловка заготовок
Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат — сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:image Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки — так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.image После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:image Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому. Он ест трехразовое трехфазное питание напряжением 400В, и потребляет при работе 20 КВт. Вес станка около 8 тонн. Он может одновременно обрабатывать четыре пакета по разным программам, что в сумме дает 12 плат за цикл(естественно, что все заготовки в одном пакете будут просверлены одинаково). Цикл сверления — от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и количества отверстий. Среднее время — около 20 минут. Всего таких станков у технотеха три штуки.image Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору — отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.image Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его — станок все время знает степень износа сверл — записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.image Вот так выглядят внутренности станка:image После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляется по этапу на следующий этап.image
Очистка, активация заготовок и химическое меднение.
Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивамиimage Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона». Плата становится чистой и блестящей:image После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности. Для каждой поверхности вводится серийный номер Активация поверхности — это подготовка к осаждению меди на внутреннюю поверхность отверстий для создания переходных отверстий между слоями платы. Медь не может осесть на неподготовленную поверхность, поэтому плату обрабатывают специальными катализаторами на основе палладия. Палладий, в отличии от меди, легко осаждается на любую поверхность, и в дальнейшем служит центрами кристаллизации для меди. Установка активации:image

После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях. image Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон — это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.

Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.
Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):image Собственно вот зеленая пленка на барабане — это и есть фоторезист. image Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше — установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного — примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами. А на переднем плане — огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:image Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:image Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди — маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.image Это тоже позитивная маска:image Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении. Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:image
Гальваническая металлизация
Теперь настал через ее величества — гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше — с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:image В которых циркулируют сложные составы электролитов:image А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:image Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.
Осаждение металлорезиста
Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС — припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:image Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:image И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:image
Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста
image Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:image Дорожки на плате — это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция — слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.image Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) — когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:image И устанавливается вот в такой автомат:image Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:image Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные — при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных. Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот тут очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно. Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине — он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.
Электротест
Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест — это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно — станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме(кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:image Та большая машина слева — и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:image На видео, правда, была другая машинка — с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.
Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок
Следующий технологический процесс — нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:image Закладываются вот в такой автомат:image Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:image Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме(и подписаться тоже:) После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:image Потом их покрывают финишным покрытием — горячим лужением или иммерсионным нанесением:image И наносят маркировку — шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит. Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:image Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.
Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:
Все, что я описал выше — касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.
Изготовление ядер
Ядро — это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны — трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым — это означает, что оно используется в качестве реперного — того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:image Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала — обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии — нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:image После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный — сидят люди и смотрят в заготовки:image Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):image Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.
Сборка ядер в пакет и прессование
Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:image Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:image А рядом кладется карта расположения слоев:image После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.image Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:image А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:image А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.image Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев — в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у него доброе сердце несколько ядер со сформированными дорожками, которые, правда, еще никак не связаны между собой и разделены изолирующими слоями полимеризированного препрега. Дальше процесс проходит те же стадии, что я уже описывал ранее. Правда, за небольшим различием.
Сверловка заготовок
При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском — все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям — при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их в экстазе при металлизации. Поэтому пакет собирается вот на такой машинке:image Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.image
Металлизация
Дальше все просто — заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:image Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.
Проверка и шлифы
Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально. image Эти кусочки называются шлифы — поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:image
Фрезеровка или скрайбирование
Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:image Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант — скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:image А вот фрезерованная:image Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается — платы складывают в стопочку:image Оборачивается все тем же маршрутным листом:image И ждет отправки. А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.
Сборка
image Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке — то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):image И собирают, собирают:image А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все — от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям. image Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:image Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.image Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:image Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:image Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:image И он начинает расставлять компоненты на плате.image Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно: Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды). Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная — это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:image Запаянный лист плат выглядит вот так:image Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:image
Примеры
Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:image C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления — этого требуют военные):image Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:image И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению). Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления — они очень хотят работать с гражданскими заказами.

И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.

Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб:image

Что почитать?
Субтрактивный комбинированный позитивный метод в домашних условиях ДПП в картинкахНесколько разных технологий изготовления ДПП и МПППроизводство в фотографиях(правда, без описания)

habr.com

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ БЕЗ ТРАВЛЕНИЯ

   Примерно лет 10 назад, когда я только начинал заниматься электроникой, мне приходилось собирать макет схемы на картоне, цанговой макетной платы тогда у меня еще не было. После того как макет на картоне заработал, его надо было перенести на печатную плату, нужно было травить плату в хлорном железе. Процесс этот для начинающих не совсем простой, имеет свои тонкости, мне тогда хотелось изготавливать устройства на платах без травления. И я нашёл способ изготовления простых плат путем прорезания канавок.

   Имеются две разновидности этого способа: 

 - удаление фольги с пробельных мест путем фрезеровки.

 - срезание и соскабливание фольги ножом или резаком.

   Способ фрезерования. На фольгированный гетинакс наносят рисунок печатного монтажа, причем печатный монтаж должен быть спроектирован с узкими пробельными участками (ширина их должна равняться диаметру бора). Металлическую фольгу с пробельных мест удаляют фрезой (зубным бором), закрепленным в патроне, сидящем на оси электромоторчика. После фрезерования плату шлифуют мелкой шкуркой, сверлят в ней отверстия и обрезают.

   Срезание фольги. Таким способом изготовил тогда, помимо прочего, одно устройство на DIP микросхеме:

Изготовление плат методом прорезания канавок

   Тогда делал следующее: допустим, мы имеем рисунок разведенной печатной платы, даже если размеры не указаны, обрезаем его, если требуется в графическом редакторе. Копируем в microsoft word, подгоняем размер рисунка платы так, чтобы детали на плате соответствовали своим реальным размерам, для этого нажимаем в word иконку "Предварительный просмотр”, прикладываем лист и подгоняем масштабом размер реального листа А4. 

   Итак, мы добились что детали на рисунке у нас в натуральную величину (и плата, разумеется тоже), распечатываем на принтере. Удобно при подготовке к печати помещать на одном листе принципиальную схему, печатную плату в увеличенном размере и несколько заготовок – копий платы в натуральную величину.

на одном листе принципиальную схему, печатную плату в увеличенном размере и несколько заготовок

   Надеюсь все не слишком сложно. После мы вырезаем ножницами рисунок платы в реальном размере, отпиливаем ножовкой по металлу или отрезаем ножницами по металлу кусок текстолита соответствующий размерам платы. Приклеиваем кусочками изоленты вырезанный рисунок на плату так, чтобы медная фольга была сверху. После можно сразу по бумажке, правда точность отверстий при этом пострадает, кернить керном либо наметить места будущих отверстий под детали шилом. Сразу рекомендую намечать и сверлить крепежные отверстия платы к корпусу устройства, после того как припаяете детали на плату, сверлить будет не так удобно. Значит отверстия все у нас накернены, хотя в принципе их можно на этом этапе сразу и просверлить. Дальше, для чего мы распечатывали плату в увеличенном размере, мы берем карандаш и "обрисовываем” отделяем чертой на рисунке все пятачки, соединённые дорожкой от других дорожек, причем линии должны быть прямыми. 

плата под вырезание

   Причем начинать надо с самых маленьких дорожек, потом средние, в итоге когда мы отделим их у нас самая большая дорожка, которую пришлось бы "обрисовывать” дольше всех окажется сама собой "обрисована”. Крепежные отверстия также нужно "обрисовать”. С какой целью мы это делаем? По этим черточкам в дальнейшем пройдут бороздки, которые проделаем, после того как снимем рисунок с кусочка текстолита, вот таким резаком: 

чертёж резака

   Он изготавливается из ножовочного полотна на наждаке. Фольга должна прорезаться до конца, насквозь, чтобы был виден текстолит. Итак, мы прорезали канавки, все дорожки у нас получилось, отделены друг от друга и от крепежных отверстий бороздой. Смысл всех этих действий заключается в том, чтобы между разными дорожками не было контакта, это важно!

резак изготавливается из ножовочного полотна

   После этого мы берем тестер, переводим его в режим звуковой прозвонки, и поочередно касаясь всех получившихся соседних участков, проверяем их на замыкание, если раздается звуковой сигнал, значит фольга либо прорезана не до конца, либо кусочек стружки замкнул соседние участки. Пока в этом не убедимся паять начинать нельзя! После этого берем спирт, протираем те места около отверстий, где будут припаяны контакты и паяем. Таким способом при наличии опыта можно изготавливать и устройства на SMD деталях, фото не совсем удачное, плата залужена, сильные блики. И еще фото платы одного устройства изготовленного таким методом:

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ БЕЗ ТРАВЛЕНИЯ

   Удачной вам пайки! Материал подготовил: AKV.

   Форум по различным методам изготовления ПП

   Обсудить статью ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ БЕЗ ТРАВЛЕНИЯ

radioskot.ru

Cовтест АТЕ — Скрайбирование и разделение ПП

Следующим этапом после завершения операций сборки групповых печатных плат является скрайбирование или разделение заготовки на отдельные платы. 

Способы разделения печатных плат

Групповые печатные платы могут иметь разные конструктивные особенности. Исходя из этих особенностей подбирается и способ разделения плат. Наиболее распространенные способы: 

Ручное разделение - в местах разлома высверливаются перемычки, а затем вручную производится разламывание. 

Плюсы: гибкость процесса, не требует дополнительной оснастки, только профессионализм мастера.

Минусы: прилагаемая нагрузка может нарушить паяльные соединения и повредить компоненты, смонтированные на ПП.

Резка на гильотине – лезвием гильотины вручную или автоматически разделяются печатные платы.

Плюсы: обладает высокой производительностью, подходит для мелких серий или экспериментальных  образцов.

Минусы: может резать только по прямой линии, длина линии ограничена длиной лезвия гильотины, большой риск повреждения компонентов, установленных на ПП.

Разделение фрезой – удаление перемычек концевой фрезой или фрезерование ПП по контуру.

Плюсы: высокая точность и скорость обработки, возможность работы с нелинейными контурами, идеальная кромка.

Минусы: высокая стоимость оборудования, необходимость дополнительного оборудования для эффективного удаления пыли, возможно потребуются специальные системы крепления.

Разделение с предварительным скрайбированием – на поверхности заготовки с двух сторон симметрично делаются линейные надрезы V-образной формы и заданной глубины, по которым впоследствии происходит разделение. Эти надрезы, выполненные специальным станком с алмазной фрезой или с помощью лазера, и есть скрайбирование печатных плат.

Рис.1. Скрайбирование  пластин под разным углом

Плюсы: алмазное скрайбирование обеспечивает малую ширину надреза, а следовательно, позволяет снизить потери полупроводникового материала; лазерное скрайбирование позволяет добиться ровных краев, без сколов и микротрещин, обеспечивает высокую производительность и точность работы.

Минусы: позволяет разделять печатные платы только по прямым линиям, при скрайбировании пластин необходимо защищать их поверхность от частиц распыляемого материала. 

sovtest-ate.com

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

топ 100 блогов alex_avr2 — 17.04.2017 Я уже когда-то рассказывал о способах изготовления трафаретов для нанесения паяльной пасты на печатные платы для единичного и мелкосерийного производства.

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Способов довольно много, перечислю основные вкратце:

1)Вырезать вручную из пленки острым ножом.2)Изготовить трафарет из металла травлением, используя технологию аналогичную технологии изготовления печатных плат (ЛУТ, фоторезист).3)Заказать лазерную резку из полиамидной или другой пленки в специализированной или не очень фирме.4)Заказать лазерную резку из листа нержавеющей стали у нас или в Китае.5)Знаю прецеденты изготовления трафаретов на специализированном фрезере.

За последние годы я попробовал все эти способы до единого, кроме двух:-заказа резки из стали в РФ, т.к. у нас это стоит неадекватных денег для единичных изделий-изготовления трафарета на фрезере, т.к. это доступно только тем, у кого по работе/учебе есть соответствующее дорогущее оборудование(LPKF ProtoMat).

В последнее время я в основном заказывал стальные (кстати, весьма качественные) трафареты в Китае, а конкретнее вот тут. Вместе с доставкой, трафарет с полезной площадью около листа А4 выходит примерно в 2000-2500 рублей. И все бы хорошо, но есть две проблемы. Первая, очевидная - время доставки. От двух недель до двух месяцев. причем предсказать его невозможно. Вторая проблема - заказывать по одному трафарету на каждый тип платы может выйти накладно (у меня более 30 типов плат в производстве). Приходится на один трафарет собирать несколько плат. Но зачастую так получается, что какие-то платы еще не допроектированы, а какие-то уже надо бы побыстрее делать, в итоге одно тянет другое. В общем неудобно.

И тут один из читателей моего журнала мне рассказал, что режет трафареты на плоттере. Честно говоря, до этого момента я представлял себе все плоттеры как-то так:

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Соответственно даже мысли обзавестись таким у меня не было. А оказалось, что существуют крайне компактные режущие настольные плоттеры, размером всего 40x14x11 см.

Конкретно речь идет о плоттерах производства фирмы Graphtec (оно же Silhouette). Самая простая и дешевая модель, актуальная на текущий день - Graphtec Silhouette Portrait. Стоимость - около 10 000 рублей. Совершенно неожиданно, выяснилось, что у моего хорошего знакомого есть одна из предыдущих, моделей - Graphtec Craft Robo, которую он мне готов дать попробовать, на что я конечно согласился.

Резать я решил из той же пленки, которую когда-то использовал при изготовлении трафаретов вручную и лазером. Это прозрачная пленка фирмы Lomond для лазерных принтеров. Толщина у нее 100 микрон. Чуть-чуть меньше нужного, но сойдет. Первые попытки прорезать трафарет, с использованием штатной утилиты оказались печальными. Нож просто не мог прорезать пленку, а точность рисунка была так себе, на мелких деталях.

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Я уж было расстроился и отложил плоттер, но потом, совершенно случайно, на форуме OpenPnP (управляющей программы моего расстановщика). Наткнулся на упоминание утилиты под названием gerber2graphtec (GitHub, сохраненная копия). Сначала я подумал, что это просто конвертер форматов - из гербер файлов в формат для резки на плоттере. Но изучив описание, оказалось все интереснее - утилита напрямую управляет плоттером. Ради интереса я ее запустил (на одноплатном компьютере, валявшемся под рукой, с линуксом) и удивился еще больше - оказывается утилита управляет плоттером на весьма низком уровне, выдавая команды управления головке плоттера специальным способом, заточенным именно на изготовление трафаретов для печатных плат.

А именно:

-Нож в таких плоттерах флюгерного типа. Т.е. он вращается вокруг своей оси. Штатная программа ведет нож по контуру реза, таким образом на углах контура нож поворачивается будучи в материале. Gerber2graphtec разворачивает нож в нужном направлении сбоку, на неиспользуемой части листа, после чего не меняя направления режет все линии на трафарете. Т.е. сначала нож проходит и режет все горизонтальные линии, потом линии под углом 22.5 градуса, потом под 45 градусов и так далее. В итоге на специальном поле получается такой рисунок:

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

-Нож движется гораздо медленнее, чем в штатной утилите(даже на самой медленной настройке). В результате, вырезание трафарета может растянуться на пол часа и даже больше. Но это быстрее, чем ждать 2 месяца.

-Резка происходит в два прохода. Первый раз нож работает со средним давлением и не прорезает лист до конца, второй раз нож давит на полную и лист прорезается.

-Также в описании программы декларируется алгоритм компенсации люфта.

Увидев все это, я тут же сделал тестовый рисунок трафарета и отправил его на резку. Для резки на плоттере под разрезаемым материалом должна быть подложка. Вариантов может быть много разных, я же решил на лист пленки наклеить что-то толстое - около 0.2мм, так, чтобы нож (глубина реза которого регулируется с точностью 0.1мм) гарантированно мог прорезать пленку, но не мог прорезать подложку. Первое, что попалось под руку - двухсторонний скотч. Если не отдирать пленку со второй стороны - то он как раз нужной толщины. При этом во время резки скотч удерживает вырезанные кусочки пленки от вылетания, а при отдирании скотча от пленки - он с собой эти кусочки забирает (хотя некоторые все же приходится потом выковыривать вручную, что не сложно и быстро).

Результат резки превзошел все мои ожидания - трафарет получился почти идеальным (с поправкой на технологию).

Сверху - TQFP с шагом 0.8, по центру - с шагом 0.5, снизу - SOIC с шагом 1.27. Справа 0603, 0805 и 1206.

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Как видно, даже на шаге 0.5 (ширина прорези 0.2мм) качество получилось вполне себе, на больших размерах все еще лучше.

Буквально через несколько дней я купил себе Graphtec Silhouette Portrait (на фото выше) и тем самым теперь у меня есть маленький заводик по производству печатных плат, с полным циклом. Я сам делаю трафареты, сам делаю принтеры для трафаретов, сам наношу пасту, расставляю компоненты в своем автоматическом расстановщике, после этого запекаю платы в самодельной печи. Даже платы я могу в теории сам делать, но это в большинстве случаев неоправданно.

Я попробовал натянуть пленочный трафарет в самодельном принтере для паяльной пасты, про который уже рассказывал:

Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере

Получилось! Конечно, с пленкой нужно быть осторожнее чем с пластиком и по краям ее все-таки немножко повело, что впрочем не отразилось на нанесении пасты на конкретную простую плату. С натягиванием пленки буду еще экспериментировать.

Итого, плюсы:+Возможность вырезать трафарет быстрее чем за час прямо на столе.+Стоимость трафарета почти нулевая (лист пленки стоит где-то 10 рублей).+Плоттер можно использовать и для других (стандартных) задач - вырезать наклейки, делать картинки/надписи из виниловой пленки, резать трафареты для нанесения рисунков на футболки, делать всякие декоративные бумажки и т.п.Минусы:-Нужно вложить 10 000 рублей в покупку плоттера.-Трафарет получается из пленки, а не из стали, что накладывает ограничения на ресурс и прочность.-Для компонентов с шагом 0.5 и менее апертуры могут получиться не достаточно качественными.

Лично я еще наверняка буду заказывать стальные трафареты, для сложных плат, либо для больших серий плат. Однако, большинство моих плат не содержат элементов с шагом менее 0.8мм и производятся в количестве не более десятков, так что для таких плат я теперь могу быстро и практически бесплатно делать трафареты сам.

yablor.ru

Делаем настольное устройство для изготовления печатных плат в один клик / Хабр

В очередной раз отмывая раковину от рыжих пятен хлорного железа, после травления платы, я подумал, что пришло время автоматизировать этот процесс. Так я начал делать устройство для изготовления плат, которое уже сейчас можно использовать для создания простейшей электроники.

image

Ниже я расскажу о том, как делал этот девайс. Базовый процесс изготовления печатной платы субтрактивным методом заключается в том, что на фольгированном материале удаляются ненужные участки фольги.

Сегодня большинство электронщиков используют технологии типа лазерно-утюжной для домашнего производства плат. Этот метод предполагает удаление ненужных участков фольги с использованием химического раствора, который разъедает фольгу в ненужных местах. Первые эксперименты с ЛУТом несколько лет назад показали мне, что в этой технологии полно мелочей, порой напрочь мешающих достижению приемлемого результата. Тут и подготовка поверхности платы, и выбор бумаги или иного материала для печати, и температура в совокупности со временем нагрева, а также особенности смывки остатков глянцевого слоя. Также приходится работать с химией, а это не всегда удобно и полезно в домашних условиях.

Мне хотелось поставить на стол некоторое устройство, в которое как в принтер можно отправить исходник платы, нажать кнопку и через какое-то время получить готовую плату.

Немного погуглив можно узнать, что люди, начиная с 70х годов прошлого века, начали разрабатывать настольные устройства для изготовления печатных плат. Первым делом появились фрезерные станки для печатных плат, которые вырезали дорожки на фольгированном текстолите специальной фрезой. Суть технологии заключается в том, что на высоких оборотах фреза, закрепленная на жёстком и точном координатном столе с ЧПУ срезает слой фольги в нужных местах.

Желание немедленно купить специализированный станок прошло после изучения цен от поставщика. Выкладывать такие деньги за устройство я, как и большинство хоббийщиков, не готов. Поэтому решено было сделать станок самостоятельно.

Понятно, что устройство должно состоять из координатного стола, перемещающего режущий инструмент в нужную точку и самого режущего устройства.

В интернете достаточно примеров того, как сделать координатный стол на любой вкус. Например те же RepRap справляются с этой задачей (с поправками на точность).

С одного из моих предыдущих хобби-проектов по созданию плоттера у меня остался самодельный координатный стол. Поэтому основная задача заключалась в создании режущего инструмента.

Вполне логичным шагом могло стать оснащение плоттера миниатюрным гравером вроде Dremel. Но проблема в том, что плоттер, который можно дешево собрать в домашних условиях сложно сделать с необходимой жесткостью, параллельностью его плоскости к плоскости текстолита (при этом даже текстолит сам по себе может быть изогнутым). В итоге вырезать на нём платы более менее хорошего качества не представлялось бы возможным. К тому же не в пользу использования фрезерной обработки говорил тот факт, что фреза тупится со временем и утрачивает свои режущие свойства. Вот было бы здорово, если бы медь с поверхности текстолита можно было удалять бесконтактным способом.

Уже существуют лазерные станки немецкого производителя LPKF, в которых фольга просто испаряется мощным полупроводниковым лазером инфракрасного диапазона. Станки отличаются точностью и скоростью обработки, но их цена ещё выше чем у фрезерных, а собрать из доступных всем материалов такую вещь и как-то её удешевить пока не представляется простой задачей.

Из всего вышесказанного я сформировал некоторые требования к желаемому устройству:

  • Цена сопоставимая со стоимостью среднего домашнего 3д-принтера
  • Бесконтактное удаление меди
  • Возможность собрать устройство из доступных компонентов самостоятельно в домашних условиях

Так я начал размышлять о возможной альтернативе лазеру в области бесконтактного удаления меди с текстолита. И наткнулся на метод электроискровой обработки, который давно применяется в металлообработке для изготовления точных металлических деталей.

При таком методе металл удаляется электрическими разрядами, которые испаряют и разбрызгивают его с поверхности заготовки. Таким образом образуются кратеры, размер которых зависит от энергии разряда, его длительности и, конечно же, типа материала заготовки. В простейшем виде электрическую эрозию стали использовать в 40-х года XX века для пробивания отверстий в металлических деталях. В отличие от традиционной механической обработки отверстия можно было получить практически любой формы. В настоящее время данный метод активно применяется в металлообработке и породил целую серию видов станков.

Обязательной частью таких станков является генератор импульсов тока, система подачи и перемещения электрода — именно электрод (обычно медный, латунный или графитовый) является рабочим инструментом такого станка. Простейший генератор импульсов тока представляет собой простой конденсатор нужного номинала, подключенный к источнику постоянного напряжения через токоограничивающий резистор. При этом емкость и напряжение определяют энергию разряда, которая в свою очередь определяет размеры кратеров, а значит и чистоту обработки. Правда есть один существенный нюанс — напряжение на конденсаторе в рабочем режиме определяется напряжением пробоя. Последнее же практически линейно зависит от зазора между электродом и заготовкой.

За вечер был изготовлен прототип эрозионного инструмента, представляющий собой соленоид, к якорю которого прикреплена медная проволочка. Соленоид обеспечивал вибрацию проволоки и прерывание контакта. В качестве источника питания был использован ЛАТР: выпрямленный ток заряжал конденсатор, а переменный питал соленоид. Эта конструкция была также закреплена в держателе ручки плоттера. В целом, результат оправдал ожидания, и головка оставляла на фольге сплошные полосы со рваными краями.

Способ явно имел право на жизнь, но требовалось решить одну задачу — компенсировать расход проволоки, которая расходуется при работе. Для этого требовалось создать механизм подачи и блок управления для него.

После этого, всё свободное время я начал проводить в одном из хакспейсов нашего города, где есть станки для металлообработки. Начались продолжительные попытки сделать приемлемое режущее устройство. Эрозионная головка состояла из пары шток-втулка, обеспечивающих вертикальную вибрацию, возвратной пружины и протяжного механизма. Для управления соленоидом потребовалось изготовить несложную схему состоящую из генератора импульса заданной длины на NE555, MOSFET-транзистора и индуктивного датчика тока. Первоначально предполагалось использовать режим автоколебаний, то есть подавать импульс на ключ сразу после импульса тока. При этом частота колебаний зависит от величины зазора и управление приводом производится согласно измерению периода автоколебаний. Однако стабильный автоколебательный режим оказался возможен в диапазоне амплитуд колебания головки, который составлял меньше половины максимального. Поэтому я принял решение использовать фиксированную частоту колебаний, генерируемых аппаратным ШИМом. При этом о состоянии зазора между проволокой и платой можно судить по времени между окончанием открывающего импульса и первым импульсом тока. Для большей стабильности при работе и улучшении частотных характеристик соленоид был закреплен над механизмом протяжки проволоки, а якорь размещен на дюралевой скобе. После этих доработок удалось добиться устойчивой работы на частотах до 35 Гц.

Закрепив режущую головку на плоттере, я начал опыты по прорезанию изолирующих дорожек на печатных платах. Первый результат достигнут и головка более-менее устойчиво обеспечивает непрерывный рез. Вот видео, демонстрирующее что получилось:

Принципиальная возможность изготавливать платы при помощи электроискровой обработки подтверждена. В ближайших планах повысить точность, увеличить скорость обработки и чистоту реза, а также выложить часть наработок в открытый доступ. Также планирую адаптировать модуль под использование с RepRap. Буду рад идеям и замечаниям в комментариях.

habr.com


Смотрите также