(NE)Amatérská výroba plošných spojů

Tento článek je věnovan především 'bastlířům, kutilům', ale také lidem, kteří se zabývají tvorbou a výrobou plošných spojů.
Konkrétním případem bude deska (obrázek nahoře) simulátoru EPROM do 256kByte, který najdete jako hotový výrobek na stránkách společnosti v sekci PRODUKTY.
Pravděpodobně zde nenajdete pro Vás nic nového, ale pokusím se zde popsat problematiku amatérské výroby DPS od A po Z. A to s povrchovou úpravou přes vrtání a dokonce prokovení desky. To vše takřka v amatérských podmínkách.
Vlastním návrhem desky se zde zabývat nebudu, vzhledem k faktu, že návrh desky je kapitola specifická sama pro sebe.Navíc problematika návrhu desky by zabrala daleko více stránek textu, než vlastní výroba. Každopádně právě od návrhu desky začneme.
Předpokládejme tedy, že jsme ve fázi, kdy máme hotov vlastní návrh desky, tedy máme připravena data z nějakého Layout editoru, např. data z GerbToolu v Orcadu. A předpokládejme, že navrhujeme tzv.dvojplát, tedy dvostrannou desku. Jednostranná deska je postupem výroby analogicky stejná, přičemž dvoustranná je v amatérských podmínkách limitem možností. Toto já osobně řeším tak, že v GerbToolu vyexportuju data jednotlivých vrstev TOB a BOTTOM jako postskriptové soubory do aplikace Corel. Dále budou jednotlivé kroky výroby desky rozděleny do jednotlivých témat a dále popsány samostatně tak jak je realizuji já sám. Samozřejmě toto neznamená, že je to jedinný způsob a nepochybuji o tom, že někdo z Vás má 'svoji technologii' a dokonce možná jednodušší, dokonalejší a rychlejší.
V tom případě uvítám jakoukoli radu popř. zkušenost na: fispol@razdva.cz

Úprava návrhu desky

Úpravou návrhu desky myslím zpracování dat z Layout editoru do vhodné podoby pro výrobu filmu pro technologii výroby desky fotocestou. Dále pak případné úpravy, vedoucí k zjednodušení výroby, popř usnadnění problému s tím souvisejících. Samozřejmě tento krok není nezbytně nutný a můžete jej případně přeskočit. Tuto čínnost provádím z několika důvodů. Po exportování do Corelu si nejprve zruším všechny skupiny. Postskript Orcadu totiž vytvoří dokument z velkého množství malých úseček, kružnic a oblouků. Často je třeba (v případě, že je na desce tzv.'rozlévaná měď') upravit její kontury nebo se mi prostě
nelíbí rozlitá měď mezi některými cestami. Zrušením všech skupin v Corelu se celá strana TOP nebo BOTTTOM rozdělí na jednotlivé prvky a lze je možné s každým zvlášť pracovat. Pro úplnost uvádím, že tvoříme dvoustrannou desku, tedy máme dva postskriptové soubory, dva filmy, popř.editujeme dva soubory.
Na tohle je ovšem třeba vcelku výkonný počítač, jelikož, pokud máte v návrhu více rozlévané mědi, nebo opravdu hustou síť cest, není problém, aby měl postskriptový soubor třeba 40000 objektů. S Celeronem 566 jsem se nedočkal, na Athlonu 2,4GHz mi takovýto soubor čeká na rozložení cca 5minut.

• Dalším krokem je ve filmu vytvořit bílé kružnice bez obrysového pera v místech jednotlivých děr vrtání desky.
  
  Tato práce se zdá být zbytečná (je to totiž docela otrava), ale pokud se dočtete až k vlastnímu vrtání desky, zjistíte, že opak je pravdou a věřím tomu, že i za cenu 'otravování se s tím' to začnete realizovat. Nejdříve si zvolím, kde budu kružnice dělat  TOP, nebo Bottom. Tím strávíme u průměrně velké desky tak tři hodinky času, ale vyplatí se to. Poté, co takto upravíme jednu z vstev, už daleko jednodušším způsobem zkopírujte vytvořené kružnice do druhé vrstvy (filmu).Teď můžete vrstvu TOP a BOTTOM zpětně 'sloučit všechny objeky', aby se s nimi dalo pohodlně přemístňovat.

• Nyní budeme mirrorovat vrstvu TOP.
  
  Důvodem mirroru vrstvy TOP je potřeba otočení filmu k desce směrem toneru k fotocitlivému laku.Pokud vytisknete obě vrstvy stejně, budete mít stranu BOTTOM dobře, ale u TOP budete mít potisk nahoře. Není to na závadu, ale při osvitu přece jen může dojít k podsvícení. Ale o tomto se dočtete až dále.
  
  Zde ovšem musím upozornit na jeden nepříjemný fakt ohledně tisku. Více se dočtete dále, kde píši o tisku filmu.

• Nyní máte tak říkajíc připraven dokument k tisku na transparentní folii.
  
  Je pouze za potřebí celý dokument patřičně rozmístnit, popř. pokud nemáte vytvořené sesazovací značky, dodělat je, ale ty nejsou v tomto případě postupu výroby třeba - sesazení lze docela dobře udělat i bez nich. Pamatujte pouze na to, že pokud budete tisknout obě strany na jeden film (A4), je třeba mezi nimi nechat dostatečně velké okraje, protože později při sesazování je budeme po okrajích slepovat. Optimální okraj po celém obvodě každé vrstvy je cca 25-30mm.

Výroba filmu a jeho příprava

Zde pro úplnost uvedu, že vyrábíme DPS pozitivní metodou fotocesty, tedy bílé místa na filmu budou odleptaná měď a u černých míst (čar), tedy natisknutý toner bude na finální desce měď zůstávat. Máme tedy připravena data na tisk a je třeba zvolit vhodný typ průhledného média s ohledem na tisk a jeho kvalitu. Pro amatérské podmínky je snad jedinnou možností laserová tiskárna.

• Volba průhledného média na výrobu filmu.
  
  Kvalita výsledného plošného spoje je závislá na celé řadě faktorů. Právě volba média filmu a typu tiskárny je úskalním bodem vlastní výroby DPS.
  Nejprve tedy k médiu filmu.Folie, kterou použijete musí splňovat tyto následující vlastnosti:
  1) Nesmí být příliš silná - její síla by neměla překročit 0,15mm. Z vlastní zkušenosti vím, že 0,15mm je již dost silná,
  2) Nesmí se trhat, krabatět, přitom musí být dost pevná,
  3) Nesmí mít vlastnosti UV filtru, musí tedy propouštět dostatečné množství UV záření,
  4) Musí být odolná teplotám až 250 stupňů Celsia, aniž by došlo k její deformaci, hlavně rozměrové. Teplota při tisku laserovou tiskárnou totiž dosahuje kolem 200 stupňů.
  5) Musí být odolná vůči chemikáliím, především proti acetonu - viz.postup dále.
  Z výše uvedených požadavků je patrné, že nebude až tak široký výběr. Zcela zapomeňte na folie, které jsou na bázi PVC a jiných podobných hmot. V tom lepším případě se vám v tiskárně pěkně 'rozjedou' teplem. Máme v podstatě pouze možnost použít folií vyrobených speciálně pro laserové tiskárny. Jejich tloušťka nepřekračuje 0.11mm a ve většině případů splňují výše uvedené požadavky. Z počátku jsem používal originální folie HP. Folie Canon jsem zamítl hned při prvním nákupu, jejich cena byla téměř 2x vyšší, než HP. Přitom balení 30ks folií HP stojí cca 650,- Kč. Takže to není zrovna nejlevnější záležitost. Dobrou zprávu pro Vás mám, že ve slušném papírnictví seženete několik typů transparentních folií pro zpětné projektory s cenou kolem 7,-Kč za kus, které po patřičném vyzkoušení(ne všechny) mají docela slušné parametry. Bohužel si nevzpomenu kde, ale někde na netu jsem vyčetl fígl s Prontem proti prachu. Stačí folii před tiskem Prontem nastříkat a vyleštit (přitom si dávejte pozor na mastné ruce a otisknutí prstů nafolii), Pronto na folii vytvoří velice tenký atistatický film přes který se velice dobře nanáší toner. Výsledek je opravdu velice dobrý.

• Volba tiskárny na výrobu filmu.
  
  Zde není o čem diskutovat. Je nutné použít opravdu kvalitní laserovou tiskárnu. Sice moje první pokusy byly s bublinkovou Canonkou BJC 4300, ale na takových tiskárnách to raději vůbec nezkoušejte i přes to, že i na inkoustový tisk jsou k dostání transparentní folie. Ovšem výsledná kvalita je vhodná opravdu jen pro zpětný projektor. Momentálně filmy tisknu na laserové tiskárně HP LaserJet 1200 s nastaveným maximálním množstvím toneru. Laserové tiskárny Minolta jsem také zkoušel, ale vůbec se pro tento tisk 'nechytaly'. Zrovna tak to dopadne s takzvanými LED tiskárnami, např. OKI. Jednoduše je zde třeba kvalitní tiskárna a v tomto případě doporučím HP.

• Konečná úprava filmu (předlohy).
  
  Připravte si krabici s poměrně malou výškou, těsným víkem a na délku a šířku takovou, aby se tam pohodlně vlezl formát A4.
  Budeme dokončovat film. I přes maximální nastavení množství tomeru a pseudorozlišení tiskárny 1200 dpi není vrstva toneru dostatečně sytá a kontrast bílá/černá není dostatečný. Proveďte tedy starý známý, ale dobrý fígl. Natištěný film položte na dno krabice tomerem směrem nahoru. Víko krabice polijte trochou acetonu a nechte jej rozlít. Poté, co se aceton vsákne natolik, že nehrozí nebezpečí jeho odkápnutí, přiklopte víko na krabici. Pa asi 7-mi minutách film vyjměte z krabice a po cca15 minutách, až se odpaří všechen aceton z filmu je film dokonale černý a kontrastní. Problém nastává s cestami širšími více než 2mm a u rozlévané mědi, kdy vznikají drobné staženiny toneru. Tohle opraví pouze vhodný lihový fix typu Permanent.
  Nyní přistoupíme ke složení vrstev TOP a BOTTOM. Pokud jste pracovali podle tohoto návodu a při ůpravě dat jednotlivých vrstev před tiskem, jste správně mirrorovali stranu TOP, měli by jste dosáhnout toho, že když položíte oba filmy na sebe zprávnými stranami, měl by být vždy tomerový potisk směrem dovnitř, tedy na vrstvě fotocitlivého laku. Je to z důvodu toho, aby nedošlo, nebo bylo pokud možno co nejvíc omezeno podsvícení jednotlivých spojů při osvitu desky. Nyní je třeba obě strany filmu správně sesadit a obvodově slepit tak, aby se mezi oba slepené filmy dala volně zasunout vlastní deska. Vlastní sesazení můžeme provést pomocí sesazovacích značek, ale většinou postačí orientace podle výše zmiňovaných kružnic, které jsme vytvářeli v jednotlivých
  místech vrtání desky.
  
  Zde musím trochu odbočit a vrátit se k výše uvedenému upozornění na jeden velice nepříjemný fakt, na který jsem přišel teprve až při vlastní praxi. Nepříjemnost spočívá v tom, že dokud tisknu na HP1200 film nemirrorovaný, je vytištěn správně. V okamžiku, kdy stranu TOP zmirroruji a vytisnu film, dojde k jejich zkosení - a to dost rapidnímu, které narůstá společně s velikostí filmu. Takže u filmu o velikosti desky 120x150mm došlo ke zkosení 2mm, čož způsobí, že nemáte nárok oba filmy sesadit. Zajímavé je, že dokud jsem používal tiskárnu HP1100, tento problém jsem neznal. Je tedy možné, že to dělají pouze určité typy, nebo série tiskárem. Zatím jsem nepřišel na opravu tohoto problému, takže jej řeším tak, že stranu TOP nemirroruju. Je zde jistá možnost podsvícení desky, ale prozatím se mi to nestalo i při síle cest 0,25mm.
  
  Takže máme připraven film a můžeme se pustit do shánění a tvorbě vhodné desky plošného spoje.

Pokračování příště...
Originál článek najdete na http://www.volny.cz/fispol/Zajimavosti.html