СМ

Предлагаемый способ формирования маски, защищающей будущие проводники на заготовке печатной платы при ее травлении, может найти широкое применение у радиолюбителей и специалистов, занимающихся проектированием и изготовлением опытных образцов приборов и аппаратуры, ремонтом вышедших из строя узлов. Он дешев, удобен, легко воспроизводим, не требует применения вредных, агрессивных или дефицитных реактивов, дорогостоящего оборудования и оснастки.

В подавляющем большинстве случаев печатные платы изготовляют методом травления незащищенных маской участков фольги на заготовке платы. Для формирования защитной маски используют фоторезист, краски и лаки , специальные чернила, принтерный тонер и другие вещества и смеси, стойкие к травящему раствору.

Определяющим фактором в процессе подготовки заготовки платы к травлению является выбор способа нанесения на нее защитной маски. В последнее время популярными стали лазерно-утюж-ный и фоторезистивный способы, но для получения маски приемлемого качества они требуют довольно длительной отработки процесса.

Предлагаемый мною способ нанесения защитной маски отличается тем, что принтер печатает ее непосредственно на специально подготовленную поверхность фольги заготовки платы. При этом не нужны вспомогательные и промежуточные носители изображения маски и операции, связанные с ними . Для печати использован струйный принтер с обычными водорастворимыми чернилами на основе красителя или пигмента.

Так как медная фольга плохо смачивается чернилами, необходимо на ее поверхность нанести тонкий слой раствора пищевого желатина, который предотвращает растекание чернил на фольге, сбивания их в капли и обеспечивает равномерное распределение по поверхности без разрывов, которые в дальнейшем могут при вести к браку.

Идея печати на заготовку платы в лотке для компакт-дисков на принтере, имеющем такую функцию, возникла давно. Так как чаще приходится иметь дело с маломерными платами, их в лотке можно разместить от двух до шести, даже если оставить нетронутым центральное отверстие для фиксации диска. Необходимо было только подобрать подходящий недорогой принтер и убедиться, что его программа позволяет переносить рисунок проводников печатной платы без искажений.

Выбор пал на три струйных принтера, имеющих одинаковую стоимость и технические возможности, - CANON PIXMA iP 4500, EPSON Stylus Photo R270 и HP Photosmaгt 05463. Программы печати на диск у последних двух из них оказались слишком примитивными – неудобный интерфейс и минимум функций.

Наиболее серьезной оказалась программа CD - Label Ргiпt из комплекта CANON PIXMA iP 4500 - нормальная панель управления, возможность масштабирования. Предусмотрена линейка, что очень важно при работе с платами. Из программы Autodesk Actrix 2000 рисунок (через функцию в меню "специальная вставка") можно было переносить без преобразования, а вот из программы Sprint Layout 5.0 этого сделать не удалось.

Смущало только центральное отверстие для фиксации диска в лотке, оно отнимало слишком много места и не позволяло обрабатывать печатные платы большего размера. Решено было попробовать печатать не в про грамме CD-Label Print, а использовать основной драйвер печати, и все прекрасно получилось. Теперь максимальные размеры платы без переделки выдвижного лотка увеличились до 85х85 мм, с переделкой - 120х120 мм.

Почему выбрана программа Autodesk Actrix 2000? Во-первых, она очень универсальна, позволяет рисовать принципиальные схемы, чертежи, печатные платы. Во-вторых, имеет большую информационную базу электрических и электронных компонентов. Но самое главное, их легко создать, элементы выглядят натурально, свободно переносятся на рабочее поле. Предусмотрены автоматическая привязка к сетке, концам линий, центрам отверстий, удобное масштабирование при рисовании и при печати, выбор толщины линий , цвета, шрифта, фона и т. д.

Сначала в программе Autodesk Actrix 2000 проектируют чертеж будущей печатной платы (рассмотрим односторонний вариант). Сохраняют его в своем рабочем каталоге на случай нечаянного изменения или удаления.

Далее в меню ( File-Page Setup . . .) устанавливают размеры страницы (131х242,5 мм ), они полностью повторяют размеры выдвижного лотка для печати на CD-дисках - создают шаблон маски (рис.1). Окружность рисуют в том месте, где она фактически размещается (проверяют линейкой). Сохраняют шаблон в виде объекта под именем, чтобы его можно было открыть.

Если плата небольшая, заготовку (ее толщина - не более 1 мм) приклеивают с помощью отрезка двусторонней липкой ленты на свободное место. Она не должна выступать над поверхностью дна лотка. Затем печатают контур платы (прямо на пластмассу). На это место устанавливают следующую заготовку. Ее размеры лучше выбирать с небольшим припуском, а потом довести до нужных напильником или наждачной бумагой.

Если же плата большая, придется срезать выступ для крепления диска в центре лотка.

При размерах платы 120х120 мм придется доработать лоток - удалить (срезать) пластик на глубину 1,5 мм в четырех углах, показанных на рис. 1 голубым цветом. Проще всего это сделать на фрезерном станке, но возможно и вручную, поскольку пластик довольно мягок. Можно воспользоваться простым резаком, таким же, как для резки органического стекла, но с более широкой - 3...4 мм - режущей кромкой, или электродрелью с набором крупнозернистых абразивных насадок. Внутренний блестящий квадрат в углублении предназначен для распознавания наличия диска, поэтому при печати платы он ею должен быть закрыт, иначе принтер лоток выдвинет.

Двусторонние платы изготавливают в два прохода. Сначала печатают один слой и запекают (подробнее об этом см. ниже), затем другой и тоже запекают. Для более точного совмещения сторон следует предусмотреть фиксаторы.

В таблице и на рис. 2 представлены основные операции формирования защитной маски струйно-диффузионным способом для односторонних печатных плат. Легко видеть, что струйно - диффузионный способ формирования защитной маски не требует предварительной прессовки и прогревания; допускает использование фольгированных материалов с явно выраженной структурой диэлектрика (крупная сетка стеклоткани, значительная толщина волокон и т. д.) и мелкими дефектами, микроцарапинами на фольге; не вносит растровых, дифракционных, геометрических искажений (в отличие от применения фотошаблона). При изготовлении двухсторонних печатных плат позиционирование слоёв легко обеспечить по установленным реперным точкам непосредственно в компьютерной программе, в которой произведена разводка проводников, без механического совмещения и использования микроскопов и специального оборудования. Временные затраты на подготовку платы к травлению минимальны.

Чернила маски в отличие от печати на бумаге, удерживаются на поверхности заготовки благодаря специальному покрытию. Изображение остаётся сырым довольно долго(несколько часов), по этому руками трогать поверхность нельзя. В качестве закрепителя используется мелкодисперсионный стиролакриловый полимер (тонер). Он имеет способность интенсивно диффундировать в чернила, пока происходит обволакивание его частиц. Чернила не растекаются за счёт поверхностного натяжения и высокой вязкости в местах контакта с покрытием. Оно размокает под действием чернил, в него так же диффундирует(впитывается) полимер.

Тонер касательными движениями (беличьей кистью) во всех направлениях наносят на сырую, только что напечатанную маску. Перед этим желательно, не касаясь ее, слегка припудрить тонером и аккуратно стряхнуть излишки.

В результате на заготовке образуется пастообразный коллоидный раствор (суспензия), в необходимой мере стойкий к разрушению, полностью повторяющий напечатанный рисунок. На пробельные участки чернила никакого существенного влияния не оказывают, так как полимер сразу же фиксирует кромку всех будущих проводников и предохраняет их от растекания, придавая изображению четко очерченный вид.

Излишки полимера тщательно удаляют, например, беличьей кистью или вращающимся валиком (дополнительно можно воспользоваться вакуумным отсосом). Небольшие участки можно соскрести деревянной зубочисткой под увеличительным стеклом. Плохо убранные остатки могут запечься и не смыться водой.

Затем термофеном (или над пламенем газовой горелки, соблюдая осторожность) выполняют запекание при температуре 180…200 градусов, входящие в состав чернил жидкие компоненты при этом испаряются. Запекать необходимо до появления характерного запаха плавленой пластмассы.

Промывка водой должна удалить излишки полимера, не попавшего в чернила. Одновременно смывается и желатиновое покрытие. Защитная маска представляет собой запекшуюся массу, стойкую к травящему раствору.

Оборудование:

Струйный принтер CANON PIXMA 4500.

Программное обеспечение:

ОС - Windows Vista, разводка проводников – Autodesk Actrix 2000, драйвер печати - CANON PIXMA 4500.

Режим печати: интенсивность цвета – вручную, интенсивность +50, контрастность+50, яркость – обычная, качество печати высокое, тип носителя – CD.

Минимальная ширина проводников и зазоров - 200 мкм .

Печать производится на то место, куда перенесен рисунок будущей платы . Цвет следует выбирать любой, кроме черного, так как на черном фоне сложно контролировать степень нанесения черного полимера. Двусторонние печатные платы необходимо жестко фиксировать в лотке принтера, чтобы они точно попадали при переворачивании на то же место. Совмещение изображений проводников на первом и втором слоях осуществляется в самой программе Autodesk Actrix 2000 по установленным на координатной сетке реперным точкам. Точность совмещения определяет выбранное значение размера ячейки координатной сетки.

На изготовление высококачественной печатной платы размерами 85х85 мм уходит не более 10...15 мин (плюс время подготовки рисунка будущих проводников и время травления).

Для описанного выше способа изготовления плат пригоден стиролакриловый полимер (тонер) с размером частиц 3...4 мкм, используемый в лазерных принтерах и ксерокопировальных аппаратах большинства зарубежных фирм - XEROX, HP, CANON, SAMSUNG и др. Следует отметить, что тонеры разных производителей имеют несколько отличающиеся значения температуры плавления.

Специальное покрытие представляет собой водный раствор пищевого желатина, причем не разбавляют уже набухший желатин, а берут именно не доведенный до полного набухания, т. е. используют наиболее активные перешедшие в раствор компоненты, входящие в состав желатина.

Лучше использовать пищевой желатин, продаваемый в виде кристаллов или гранул. На одну часть желатина потребуется пять частей кипяченой холодной воды (по объему).

Желатин набухает 5...10 мин (зависит от его качества). Раствор периодически помешивают. Он должен приобрести такую вязкость, чтобы при нанесении на заготовку он не оставлял пробелов, но в то же время и не тянулся за кистью, а после нанесения еще немного растекался. Не перешедшие в раствор кристаллы желатина с кисти снимают о край посуды и удаляют.

Оставленный на длительное время раствор превращается в желе (желатин полностью набухает) и становится непригодным к использованию.

Покрытие должно быть равномерным (не иметь полос), а после высыхания приобрести слегка радужный оттенок. Сохнет оно быстро, но можно ускорить с помощью фена. Если при просмотре под лупой будут обнаружены какие-либо дефекты, покрытие лучше смыть и нанести новое. Смыть можно и уже напечатанный рисунок.

При травлении не следует передерживать платы в растворе и применять слишком интенсивные методы его перемешивания, чтобы исключить отслаивание защитной маски.

Следует отметить, что в программе Sprint Layout 5.0 нет жесткой привязки созданного проекта к размеру выбранной страницы , поэтому потребуется пробная печать.

Журнал Радио №2.2011г.

А. ВОВК, г. Ангарск, Иркутской обл.