Κάνοντας PCD SMD στο σπίτι (μέθοδος Photoresist): 12 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Η κατασκευή PCB στο σπίτι είναι μάλλον μια τέχνη που πεθαίνει, καθώς όλο και περισσότερες εταιρείες κατασκευής PCB θα εκτυπώνουν την πλακέτα σας και θα τα παραδίδουν στο σπίτι σας σε λογική τιμή. Παρ 'όλα αυτά, το να γνωρίζετε πώς να φτιάχνετε PCB θα αποδειχθεί χρήσιμο όταν κατασκευάζετε πρωτότυπα ή αντικαθιστάτε το κατεστραμμένο κύκλωμα που θα χρειαστεί εβδομάδες για να αποσταλεί. Επίσης, οι δεξιότητες που απαιτούνται για την χάραξη ενός PCB μπορεί να είναι χρήσιμες για την χάραξη πολλών άλλων υλικών με δημιουργικά σχέδια.

Σε αυτό το διδακτικό θα σας δείξω πώς να χαράξετε έναν πίνακα μονής όψης, να εφαρμόσετε μια μάσκα συγκόλλησης και να κολλήσετε μερικά εξαρτήματα SMD για να δημιουργήσετε μια δοκιμαστική πλακέτα για ορισμένα LED WS2812B RGB.

Βήμα 1: Υλικά:

Ακολουθεί μια λίστα με όλα τα υλικά που θα χρειαστείτε για να χαράξετε και να γεμίσετε την πλακέτα κυκλώματος.

• Χαλκός επενδυμένος πίνακας*
• Αλκοόλ
• Ακετόνη
• Πλαστικός δίσκος
• Etchant **
• Συστατικά του σκάφους
• Φύλλα διαφάνειας Inkjet ή Laserjet
• Σετ τσιμπιδάκι
• Σταθμός συγκόλλησης με πιστόλι θερμού αέρα (για SMD)
• Φωτορεμιστής
• Ροή
• Πλέξη αποκόλλησης
• Πάστα συγκόλλησης
• Μάσκα ύλης συγκολλήσεως

*Οι γυάλινες ίνες από χαλκό ντυμένες σανίδες αποθαρρύνονται αφού μπορεί να είναι λίγο δύσκολο να κοπούν.

** Χρησιμοποίησα διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου 2: 1 και HCl, σε 3% και 30% αντίστοιχα.

Βήμα 2: Σχεδιάστε το κύκλωμά σας

Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα προγράμματα για να σχεδιάσετε το κύκλωμά σας. Αυτό που χρησιμοποιώ περισσότερο είναι το Eagle, το οποίο μπορεί να μην είναι τόσο προηγμένο όσο κάποιο άλλο διαθέσιμο λογισμικό PCB, αλλά είναι δωρεάν και εύκολο στη χρήση. Σας επιτρέπει να δημιουργήσετε πίνακες έως δύο επιπέδων. Το Eagle αγοράστηκε πρόσφατα από την Autodesk, οπότε ενδέχεται να αποκτήσει μεγαλύτερη σημασία στον επαγγελματικό τομέα στο μέλλον.

Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τον σχεδιασμό PCB, σας προτείνω να ρίξετε μια ματιά σε άλλα εκπαιδευτικά, υπάρχουν επίσης υπέροχα σεμινάρια στο youtube, όπως αυτό του Jeremy Blum.

Στην εικόνα μπορείτε να δείτε πώς μοιάζει ένα κύκλωμα μόλις τελειώσει. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτό το κύκλωμα θα χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο ορισμένων LED WS2812B.

Έχω επισυνάψει τα αρχεία Eagle σε περίπτωση που θέλετε να αποθηκεύσετε ή να τροποποιήσετε το κύκλωμα.

Βήμα 3: Εξαγάγετε έναν αρνητικό καθρέφτη PCB

Δυστυχώς, ο Eagle δεν έχει την επιλογή να αντιστρέψει τα χρώματα του κυκλώματος πριν από την εκτύπωση, επομένως απαιτούνται κάποια επιπλέον βήματα.

Μόλις τελειώσετε το κύκλωμά σας, επιλέξτε τα ίχνη, τα μαξιλάρια και άλλα πράγματα που θέλετε να χαραχτούν και, στη συνέχεια, εξάγετε τα σε ένα αρχείο PDF. Κάντε το ίδιο πράγμα μόνο για τα τακάκια, αυτό θα χρησιμοποιηθεί για να εκτεθεί για τη μάσκα συγκόλλησης.

Ο Eagle εξάγει το PDF σε ανάλυση 600dpi, η οποία είναι συνήθως η ίδια ανάλυση με τον εκτυπωτή σας, επομένως δεν απαιτούνται προσαρμογές στο μέγεθος.

Για να αντιστρέψω τα χρώματα του αρχείου PDF χρησιμοποίησα το Gimp. Άνοιξα το αρχείο με ανάλυση 600dpi* και προχώρησα στην αναστροφή των χρωμάτων επιλέγοντας το κύκλωμα και χρησιμοποιώντας το εργαλείο αντιστροφής. Επικόλλησα επίσης τα μαξιλάρια για να τα εκτυπώσω όλα ταυτόχρονα.

Έχω επισυνάψει το αρχείο PDF σε περίπτωση που θέλετε να εκτυπώσετε αυτό το κύκλωμα, δεν πρέπει να απαιτείται αλλαγή μεγέθους.

* Προειδοποίηση: Η ρύθμιση οποιασδήποτε ανάλυσης στο λογισμικό επεξεργασίας εκτός από 600dpi θα έχει ως αποτέλεσμα αλλαγές μεγέθους κατά την εκτύπωση που θα είναι δύσκολο να διορθωθούν. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμά σας είναι καθρεφτισμένο έτσι ώστε να μπορεί να αναποδογυριστεί, με το γραφίτη ή το μελάνι να πιέζουν την πλακέτα.

Βήμα 4: Προετοιμάστε τις διαφάνειες

Αφού βεβαιωθείτε ότι όλα τα εξαρτήματα ταιριάζουν όμορφα στο κύκλωμα σε χαρτί, το κύκλωμα και τα τακάκια εκτυπώνονται σε μια διαφάνεια.

Πολύ συχνά, μια διαφάνεια δεν είναι αρκετή, μπορεί να εμφανιστούν κάποιες τρύπες που θα αφήσουν το φως να περάσει, αφήνοντας εκτεθειμένες περιοχές όπου δεν τις θέλουμε. Μπορεί να είναι ένα σημαντικό πρόβλημα που διορθώνεται εύκολα στοιβάζοντας μια άλλη διαφάνεια στην κορυφή.

Οι διαφάνειες είναι κολλημένες με εποξειδική και παρατάσσονται σε σειρά και η εποξική αφήνεται να σκληρύνει. Η τοποθέτηση της διαφάνειας κάτω από μια επίπεδη επιφάνεια είναι μια καλή ιδέα, έτσι ώστε η διαφάνεια να είναι εντελώς επίπεδη μόλις το εποξειδικό στεγνώσει. Η περίσσεια περικόπτεται πριν προχωρήσετε στο επόμενο βήμα.

Βήμα 5: Προετοιμάστε τον πίνακα

Ο πίνακας με επένδυση χαλκού βαθμολογείται και στις δύο πλευρές και σπάει σε μέγεθος. Καθαρίζεται επίσης με ένα μαξιλάρι βαθμολόγησης και λίγο σαπούνι για να αφήσει μια λαμπερή και καθαρή επιφάνεια. Το αλκοόλ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό τυχόν υπολειμμάτων.

Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει σκόνη ή δακτυλικά αποτυπώματα στον πίνακα, καθώς τυχόν υπολείμματα θα καθορίσουν την επιτυχία του επόμενου βήματος.

Βήμα 6: Κολλήστε το Photoresist Film

Κόψτε ένα μικρό κομμάτι φιλμ φωτοανθεκτικό. Το φιλμ αποτελείται από τρία στρώματα, ένα πλαστικό πάνω και κάτω και το φωτοανθεκτικό χημικό σάντουιτς στη μέση. Για να διαχωρίσω το φιλμ, έβαλα δύο κομμάτια πωλήσεων σε μια άκρη και έπειτα τα χώρισα, μια καθαρή μεμβράνη θα ξεκολλήσει και θα απορριφθεί, η κολλώδης πλευρά (αυτή με εκτεθειμένο φωτοανθεκτικό) κολλάει εύκολα στον πίνακα χωρίς φυσαλίδες αέρα.

Για να κολλήσει πλήρως η μεμβράνη στον πίνακα χρειάζεται κάποια θερμότητα. Ένας τροποποιημένος πλαστικοποιητής είναι συχνά η προτιμώμενη μέθοδος, αλλά μπορεί επίσης να λειτουργήσει ένα σίδερο ή μια ηλεκτρική σόμπα. Στην περίπτωσή μου, χρησιμοποιώ την ηλεκτρική κουζίνα στην κουζίνα μου. Ένα κομμάτι χαρτί χρησιμοποιείται ενδιάμεσα για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση της πλαστικής μεμβράνης.

Βήμα 7: Εκθέστε τον φωτογράφο

Η διαφάνεια κολλάει στο φωτοανθεκτικό με τη βοήθεια μιας σταγόνας νερού. Στη συνέχεια εκτίθεται σε υπεριώδες φως.

Είναι σημαντικό το μελάνι ή το γραφίτη στη διαφάνεια να είναι σε επαφή με την πλακέτα, διαφορετικά το φως μπορεί να είναι σε θέση να ρουφήξει μεταξύ της μεμβράνης και της σανίδας και να προκαλέσει κάποια ελαττώματα.

Ο χρόνος έκθεσης θα εξαρτηθεί από τη δύναμη της πηγής υπεριώδους ακτινοβολίας. Στην περίπτωσή μου, 30 δευτερόλεπτα στο σπιτικό μου εκθετήριο PCB είναι αρκετά. Κάτω από έναν κανονικό λαμπτήρα CFL μπορεί να απαιτούνται αρκετά λεπτά.

Βήμα 8: Αφαιρέστε το μη εκτεθειμένο φωτογράφο

Μόλις εκτεθεί το PCB, η διαφάνεια αφαιρείται και η πλαστική μεμβράνη που συγκρατούσε τη φωτοαντίσταση ξεφλουδίζεται. Το φωτοανθεκτικό θα έχει σκληρύνει και θα κολλήσει στον πίνακα.

Το μη εκτεθειμένο φωτοανθεκτικό αφαιρείται σε διάλυμα ανθρακικού νατρίου 1%*. Απαιτείται βούρτσα για τη γρήγορη διάλυση των μη εκτεθειμένων περιοχών. Ο πίνακας χαλκού πρέπει να είναι ορατός μετά από αυτό.

Μόλις γίνει αυτό, η σανίδα εκτίθεται ξανά στην υπεριώδη ακτινοβολία για να σκληρύνει πλήρως το φωτοανθεκτικό και να το προετοιμάσει για τη χάραξη.

*Το ανθρακικό νάτριο είναι επίσης γνωστό ως σόδα πλύσης. Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε ανθρακικό νάτριο, μπορείτε να φτιάξετε μερικά θερμαίνοντας το διττανθρακικό νάτριο (μαγειρική σόδα) σε φούρνο στους 200 ° C για μερικές ώρες.

Βήμα 9: Χάραξη του πίνακα

Η σανίδα είναι χαραγμένη σε διάλυμα 2: 1 υπεροξειδίου του υδρογόνου και HCl (Μουριατικό οξύ), συνήθως διαρκεί περίπου 10 λεπτά. Στη συνέχεια, το φωτοανθεκτικό αφαιρείται βυθίζοντας την σανίδα σε ακετόνη μέχρι να ξεφλουδίσει.

Οι άκρες του σκάφους τελικά κόβονται και τρίβονται. Αφού χαραχθεί ο πίνακας, γίνονται έλεγχοι συνέχειας για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν βραχυκυκλώματα.

Βήμα 10: Εφαρμογή της μάσκας συγκολλήσεων

Μια μεγάλη κηλίδα μάσκας συγκόλλησης εφαρμόζεται στο κέντρο της σανίδας. Η διαφάνεια έχει κολλήσει από πάνω και η κόλλα συγκολλητικής μάσκας πιέζεται ομοιόμορφα. Η ίδια διαδικασία όπως πριν χρησιμοποιείται για την έκθεση του PCB. Η μη εκτεθειμένη μάσκα συγκόλλησης αφαιρείται με νερό βρύσης και βούρτσα.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η μάσκα συγκόλλησης μπορεί να κολλήσει στη διαφάνεια, οπότε ένα κομμάτι μεμβράνης πολυπροπυλενίου τοποθετείται ενδιάμεσα. Ο καθαρισμός της σανίδας με οινόπνευμα και χαρτοπετσέτα θα την κάνει αρκετά λαμπερή.

Η εφαρμογή μάσκας συγκόλλησης μπορεί να είναι λίγο δύσκολη, όπως μπορείτε να δείτε, ορισμένα σημεία έχουν ξεφλουδίσει, αλλά αυτό είναι αποδεκτό.

Βήμα 11: Συγκόλληση των εξαρτημάτων

Σε κάθε μαξιλάρι εφαρμόζεται λίγη κόλλα συγκόλλησης. Τα εξαρτήματα SMD τοποθετούνται στα τακάκια. Μην ανησυχείτε αν μοιάζει με χάος, αφού εφαρμοστεί θερμότητα, η επιφανειακή τάση του τηγμένου κασσίτερου θα τραβήξει τα εξαρτήματα ευθεία. Η μάσκα συγκόλλησης θα αποτρέψει τη συγκόλληση να κολλήσει οπουδήποτε αλλού εκτός από τα τακάκια.

Τα συστατικά θερμαίνονται με πιστόλι θερμότητας σε θερμοκρασία 300 ° C για μερικά δευτερόλεπτα μέχρι να λιώσει η πάστα κόλλησης. Στη συνέχεια αφήνεται να κρυώσει αργά για αρκετά λεπτά. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν και άλλες μέθοδοι (ανανέωση, εστία…).

Ορισμένες επικεφαλίδες καρφιτσών συγκολλούνται στο κύκλωμα πριν το δοκιμάσουν σε μια σανίδα ψωμιού.

Βήμα 12: Δοκιμή των LED

Ένα απλό πρόγραμμα Arduino με τη βιβλιοθήκη FastLED χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των LED. Το καλό με τις λυχνίες LED WS2812B είναι ότι δεν χρειάζονται αντιστάσεις, καθώς υπάρχει ένα εσωτερικό IC που ρυθμίζει το ρεύμα. Ένας ολόκληρος πίνακας μπορεί επίσης να οδηγηθεί με μία μόνο είσοδο.

Αυτός ο μικρός πίνακας δοκιμών ολοκληρώθηκε με επιτυχία και ήρθε η ώρα να προχωρήσουμε σε μεγαλύτερα έργα.

Αν σας άρεσε αυτό το έργο και θέλετε να δείτε πιο εμπεριστατωμένα μαθήματα σχετικά με ορισμένα από τα θέματα που συζητούνται εδώ, κάντε αυτό το διδακτικό και σκεφτείτε να του δώσετε ψήφο για τον διαγωνισμό LED.

Ευχαριστώ που παρακολουθήσατε!