Травление печатных плат — чистое и безопасное. Рецепт с лимонной кислотой и перекисью водорода

Монтаж накруткой. Самодельная макетная плата

В прошлой статье мы рассмотрели технологию монтажа накруткой. Но практика — критерий истины. К тому же DIHALT задал конкретный вопрос о том, как же быть с деталями? Ясно, что детали ставятся на плату с одной стороны, а все соединения происходят с другой стороны (вроде бы логично, но как?). Для монтажа накруткой есть готовые платы, но они очень дорогие. В этой статье я покажу свое решение, как макетировать накруткой, на плате, которую я сделал сам буквально за пару часов.

Первые трудные шаги

В конце первой части я рассказывал о практическом применении и проблемах, с которыми столкнулся. Сейчас я разрабатываю проект синтезатора на ПЛИС и нахожусь в процессе постоянных экспериментов, поэтому схемотехника меняется постоянно. Постоянно требуются перекоммутации. Если внутри ПЛИС достаточно перебросить сигналы на другие выводы, то на плате все происходит не так быстро. Именно для того, чтобы повысить скорость изменения схемы, ее надежность и устойчивость к многократным переделкам, я и взялся за монтаж накруткой. Но не все так гладко.
Мой проект состоит из двух плат: плата, на которой расположена микросхема ПЛИС и плата расширения для нее — синтезатор. Соединяются платы через 40 штырьковый разъем с помощью шлейфа. Дальше всю схему на плате расширения я делал поверхностным монтажом. То есть провода припаивались прямо к штырькам разъема. А для того, чтобы перейти на монтаж накруткой, мне нужно вывести эти 40 линий на сторону платы, где будут штыри. Туда же, для примера, я вывожу, допустим 8 резисторов по 10 КОм. Делаю так, как и решил ранее. Вставляю стойки в плату. Сверху к стойкам припаиваю радиоэлементы. В случае с разъемом пришлось паять провода. Получилось все очень плохо: долго, не надежно, не удобно, не красиво. К тому же стойки очень плохо лудились и паять к ним было очень сложно.

Сверху штырьки для перехода на Wire Wrap. Под ними разьем. И 20 бубликов — провод. Ниже 8 резисторов, припаяных к стойкам

То же — с другой стороны: верхний ряд — стойки разьема, ниже — два ряда стойки к которым припаяны резисторы

Потратив 3 часа и сделав только половину работы всего лишь по разьему, и кое как припаяв 8 резисторов, с грустными мыслями я пошел спать.

Мыслей было две: 1) я не правильно провожу монтаж элементов 2) нужно что-то решить с тем, что стойки плохо лудятся

И перед сном на меня снизошло озарение!

Концепт платы

Готовые платы Wire Wrap обычно сделаны по такому принципу.
С одной стороны устанавливаются элементы

А с другой стороны это все выходит штырьками

Длинными штырьками. И кроме штырьков на той стороне вообще ничего нет.

И почему же я так не делаю? Зачем я продеваю стойки, никак их не закрепляю, а радиоэлементы припаиваю на стойки?

Это же бред! Радиоэлементы надо паять как раз на макетную плату как обычно, а штыри выводить на другую сторону, где нет медных проводников!

Осталось только решить проблему с лужением. Вопрос решился с помощью флюса Ф38Н. Я вообще не понимаю, как я жил раньше без него!

Делаем!

Берем кривые китайские платы:

Стойки

Паяльник (у меня автомобильный 12 вольтовый с ЗУ от туда же), третья рука, мой любимый припой — ПОС-61 1.5мм метра два, и открытие этой осени — Ф38Н, еще там тонкая трубочка, в которую я набирал кислоту и наносил ее на стойки.

Отпиливаем с платы лишнее, шкурим, обезжириваем. Лудим стойки. Устанавливаем на плату и пропаиваем. Благодаря флюсу и ПОС-61 в катушке, паять было одно удовольствие! Быстро и красиво.

С торца платы я делаю из стоек две полосы по 20. Это разъем для соединения с платой ПЛИС. Там же два провода — питание.

Весь остальной монтаж на плате служит исключительно для прототипирования нужной мне схемы.

Со стороны печатного монтажа будем припаивать дискретные элементы: микросхемы, резисторы, конденсаторы и там же соединять их с одной из стоек. А еще лучше припаять панельки и все элемнты оперативно вставлять в них

А с другой стороны уже соединять элементы накруткой (справа две линии — это питание).

ВАЖНЫЙ МОМЕНТ!

При переходе на монтаж накруткой нужно немного переключить свое мышление и начать делать именно монтаж накруткой. Уходить от поверхностного монтажа и по возможности от пайки. Мне это сделать с первого раза не получилось. И сейчас, когда я сделал новую плату, я чуть опять не начал допускать те же ошибки. Вот пример: нужно из входа-разъема перенести все 40 линий на первую линию стоек. Что я собрался делать? Конечно! Припаять провод от разъема к первой линии. Но это ошибка. Так делать не нужно. Вообще не нужно перебрасывать все 40 линий. Нужно только те, что потребуются в данной схеме (1)
. И вместо пайки мы можем применить монтаж накруткой. Стойки большие, после установки шлейфа под ним достаточно место, чтобы накрутить провод(2).

(Несколько дней спустя).

Так сейчас выглядит плата. За эти дни она несколько раз поменялась, но все изменения давались легко и быстро. Вид со стороны монтажа накруткой:

Вид со стороны монтажа элементов (извините, что так пёстро):

Вывод.

Такой способ макетирования мне подходит и я буду использовать его в дальнейшем. Попробуйте!

Рецепт раствора для травления печатных плат

Итак, чтобы приготовить 0,3 литра раствора необходимо взять:

• 30 гр медного купороса;
• 60 гр обычной поваренной соли.

Очищать данные компоненты не нужно. Также для растворения соли и медного купороса потребуется вода. Для приготовления одного литра раствора понадобится взять по пять частей данных компонентов.

Прежде чем растворить медный купорос необходимо взять 150 мл кипятка и добавить в него соль. То же самое проделываем и с медным купоросом (разбавляем его в 150 мл кипятка).

После того, как соль полностью растворилась в кипятке, растворы нужно смешать и хорошенько перемешать. В результате получится раствор хлорида меди зеленоватого цвета в объёме 300 мл.

↑ Без единого гвоздя

1. Берётся подходящий по размерам кусок гетинакса или текстолита.

3. По разметке, на месте будущих контактных площадок сверлятся отверстия диаметром 2 — 3 мм (для площадок шириной 5 мм, как в моём случае).

4. А потом отверстиям на плате придаётся вот такая форма.

Для этой цели мне пришлось изготовить инструмент из обломка ножовочного полотна по металлу. Обломок был обточен на наждаке примерно так.

6 А потом из подходящей жести вырезаются полосы шириной 5 мм. В моём случае это была знаменитая жесть от банок из под сгущёнки.

7. Полосы режутся на куски длиной примерно 24 мм (для площадок 8×5 мм.). Заготовки сгибаются примерно так:

Полученные изделия вставляются в вышеописанные отверстия:

И фиксируются.

В результате получается что-то вот такое.

Теперь можно спокойно паять свою конструкцию (если она не превышает размеры платы или не собирается на сверхминиатюрных компонентах). Замерять и гонять режимы, вносить в схему изменения. А когда заработает как надо — разрабатывать печатку, корпус и т. д.

Из-за торчащих с обратной стороны платы жестянок работать нужно, естесственно на диэлектрической поверхности. Ну и не допускать попадания под плату металла. В этом смысле доска с жестянками выгодно отличается, если гвозди не слишком длинные: smile: Для большей гарантии можно прикрепить к плате снизу кусок текстолита (гетинакса) такого же размера. Или ножки приспособить как на картинке из «ЮТ», если плата достаточно большая.

Согласен, что всё можно сделать слегка проще. Например «конструкцию» контактных площадок. (Сам когда-то делал вариант где жестяная заготовка просто сгибалась пополам.) Да и саму плату можно делать хоть из картона, если что-то новое делается не так уж часто и нет риска перегреть его во время работы. В нём и пазы под площадки режутся куда легче. (Когда-то и его использовал, правда для несколько других целей.)

А можно и вообще не делать. Но, возможно пригодится кому-нибудь. Мало ли.

И в завершении — фото платы «в деле». То есть во время проверки блока для очередного изделия.

Дело было вдали от цивилизации, нормальных приборов инструментов и радиодеталей.

Так что сильно не удивляйтесь «музейным экспонатам» из которых всё собрано. Делалось всё только для подбора катушки, так что тип остальных элементов роли не играл. К тому же, поблизости у знакомых водился осциллограф, позволяющий контролировать сигнал на радиочастотах, который для меня до сих пор остаётся в планах и мечтах. Стоящий на заднем плане приёмник в данном случае выполняет роль частотомера.

На данный момент сделано две такие платы. Надеюсь, что пригодятся для подготовки следующих статей.

↑ P.S. Немного воспоминаний, не совсем в тему

В далёкие школьные и студенческие времена, «идея» заложенная в описанную в статье макетную плату сильно пригодилась в условиях недостатка фольгированных материалов. Изрядно подустав крутить проволочки, стал собирать не очень сложные схемы, припаивая детали на устаноленных в нужных местах платы жестяных площадках и дорожках, в общем делал нечто среднее между печатным и навесным монтажом. Конечно способ не без недостатков, но обслуживание изделия, замену неисправных деталей, и внесение изменений в схему делать быстрей и удобней чем на стандартной «печатке». До сих пор сохранилось несколько артефактов изготовленных этим экзотическим способом:

Одна из первых собственноручно спаянных удачных схем. Долгое время удивлял знакомых чувствительностью, позволяющей записывать тиканье часов из соседней комнаты:) До наших дней сохранился только чудом.

Как видите пара плат сделана из картона. Давно уже, лет двадцать назад. Видать торопился тогда. Подумываю заменить их на печатные да и схему изрядно перелопатить, только всё руки не доходят. Тем более в уличных концертах этому изделию уже вряд-ли предстоит участвовать.

Когда-то в докомпьютерные времена служила ритм-боксом и обеспечивала моё гитарное брыньканье ударным сопровождением бумканьем и дыцканьем :russian: Несмотря на опять же картонные платы, криво сделанную, не вполне законченную схему и общую неактуальность, работает до сих пор.

Ну, для изготовления рабочих плат я этот способ уж точно никому рекомендовать не буду. Так, для смеха вспомнил. Хотя, думаю, вполне можно использовать для быстрой сборки и настройки чего-нибудь не очень сложного, когда нет времени или настроения делать макетку описанную в статье.

Одна такая плата, сделанная под одну из первых гитарных примочек, впоследствии разобранную, в разное время «носила на себе» предусилитель, генератор, и ещё несколько похожих по смыслу и топологии платы схем. Некоторые из этих блоков после доведения до ума работают на других платах, сделанных уже специально под них.

Где взять соляную кислоту для травления плат

Также необходимым компонентом самодельного раствора для травления печатных плат является соляная кислота. Можно купить соляную кислоту уже в готовом виде, ну а можно приготовить собственноручно, так сказать, своими руками.

Для приготовления понадобится поваренная соль и жидкость, слитая с аккумулятора. Берем 150 гр поваренной соли, после чего растворяем её в 500 мл электролита. Обязательно перемешиваем раствор и оставляем на 2-3 суток.

После нужно будет добавить соляную кислоту в раствор для травления печатных плат. На 300 мл раствора вполне достаточно будет добавить 50 мл кислоты. После добавления цвет раствора не изменится, а только усилится и останется зелёным.

Как изготовить заклёпку?

Итак, чтобы из медной или алюминиевой проволоки изготовить заклёпку с потайной шляпкой, нам понадобятся два стальных бруска подходящего размера.

По-хорошему, прежде чем высверливать гнездо для заклёпки, хорошо бы зафиксировать положение этих брусков штифтами. Но, если нужно изготовить всего несколько специфических заклёпок или развальцевать единственную металлическую трубку, то штифтами можно пренебречь. Если Вы всё же захотите собрать половинки штампа на штифтах, то их можно изготовить, например, из пружинной стали или из хвостовиков поломанных свёрл.

Стальные бруски нужно плотно сжать в тисках или струбцине и накернить будущее отверстие.

Для получения более точной формы отверстия, лучше его сверлить в два этапа. Сначала следует просверлить центрирующее отверстие сверлом, имеющим диаметр в полтора-два раза меньше, чем диаметр проволоки.

А затем подобрать второе сверло с таким расчётом, чтобы его диаметр был меньше диаметра проволоки на 0,1мм или более, если проволока очень толстая. Другими словами, нужно обеспечить натяг между отверстием и проволокой.

В заключение, нужно в штампе высверлить полость для формирования потайной головки заклёпки.

Чтобы форма шляпки потайной головки имела правильную форму, режущие кромки используемого сверла должны быть расположены под углом 90 градусов.

Если теперь вставить между половинками нашего штампа конец проволоки и плотно зажать штамп в тисках, то проволока надёжно зафиксируется в матрице. При использовании струбцины вместо тисков, штамп нужно водрузить на какую-нибудь массивную стальную плиту.

Чтобы при обрезании конца проволоки, получить аккуратный плоский срез, операцию эту нужно делать «правильными» бокорезами.

Сформовать плоскую поверхность шляпки можно с помощью любой плоской оправки и молотка.

Чтобы сформировать полусферическую шляпку заклёпки, штамп нужно перевернуть, а выступающую часть проволоки развальцевать с помощью специальной оправки.

Оправку с выемкой в виде полусферы можно приобрести в магазине инструментов, или изготовить самому. Для изготовления углубления полусферической формы, в оправке сначала сверлится отверстие, сверлом, заточенным по лекалу, а затем в полученное углубление запрессовывается стальной шарик от шарикоподшипника.

Как травить печатные платы раствором купороса

Для травления данным раствором подходят самодельные печатные платы, которые были сделаны на основе фольгированного текстолита и нанесённого на него фоторезистора. Для этого подогреваем раствор до 50 градусов, после чего подвешиваем в него печатную плату.

Во время травления платы нужно все время помешивать раствор. Если этого не делать, то плата может так и не протравится. При постоянном же помешивании, слой меди в 18 мкм стравиться не более чем за 15-20 минут.

Важно знать, что в одном и том же растворе можно травить несколько печатных плат. По мере накопления меди осадок из раствора придётся убирать. К тому же, часть компонентов данного раствора для травления печатных плат испаряется, поэтому в него приходится через время добавлять порцию нового раствора.

Чтобы нахимичить травильный раствор нам потребуются безопасные и доступные зелья

☂️ Обратите внимание, воды в рецепте нет! ⚖️ Этого количества раствора хватает на вытравливание ≈100 см² медной фольги стандартной толщины 35 мкм.