Μέθοδοι Κατασκευής τυπωμένων κυκλωμάτων

source: Elektor

  Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε το πως σχηματίζονται οι απαραίτητοι χαλκοδιαδρόμοι μέσω των οποίων πραγματοποιούνται οι ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των εξαρτημάτων. Θα αναφερθούμε εκτενώς στα στάδια που πρέπει να ακολουθήσει ο ερασιτέχνης αλλά και επαγγελματίας ηλεκτρονικός, ώστε ξεκινώντας από το θεωρητικό διάγραμμα που έχει σχεδιάσει σε ένα χαρτί να καταλήξει σε αυτό που είναι γνωστό ως τυπωμένο κύκλωμα. Θα μάθετε ακόμη πως να κατασκευάζεται οποιαδήποτε πλακέτα μονής ή διπλής όψης με απλό και εύκολο τρόπο. Και όλα αυτά ακολουθώντας τις οδηγίες που σας δίνουμε παρακάτω.

Για να υλοποιηθεί ένα οποιοδήποτε τυπωμένο κύκλωμα θα πρέπει να ξεκινήσουμε από την σχεδίαση των γραμμών διασύνδεσης των εξαρτημάτων, να  προχωρήσουμε στην μεταφορά τους σε φιλμ και να τελειώσουμε με την αποχάλκωση και το τρύπημα της πλακέτας. Καταρχήν θα μιλήσουμε συνοπτικά για τα στάδια κατασκευής της πλακέτας. Στην συνέχεια θα αναλύσουμε το κάθε ένα από αυτά εκτενέστερα χρησιμοποιώντας φωτογραφίες και σχέδια.

 

Η ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος μπορεί να γίνει με έναν από τους παρακάτω τρόπους: Με ειδικό λεπτό μαρκαδόρο ή ραπιδογράφο επάνω σε ριζόχαρτο ή απλό λευκό χαρτί. Με ειδικά σχεδιαστικά εργαλεία (στένσιλ) που περιέχουν νησίδες και γραμμές επάνω σε ριζόχαρτο η από λευκό χαρτί. Με ειδικά σχεδιαστικά αυτομεταφερόμενα αυτοκόλλητα (letraset, magictype κλπ) σε ριζόχαρτο, λευκό χαρτί, και σε ειδική διαφανή ζελατίνα. Με την βοήθεια σχεδιαστικών προγραμμάτων που τρέχουν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, τα γνωστά προγράμματα CAD, τα οποία προσφέρουν συμαντικές ευκολίες και πλήθος δυνατοτήτων.

Τα προγράμματα αυτά εκτός από την δυνατότητα απλής (πρόχειρης) μεταφοράς σε εκτυπωτή ακίδων, έχουν την δυνατότητα να εκτυπώνουν τέλεια σε εκτυπωτές inject και laser. Μερικά από αυτά έχουν την δυνατότητα μετατροπής του τυπωμένου σε μορφή postscript. Με χρήση μορφής postscript υπάρχει η δυνατότητα να στείλετε το σχέδιο σας σε ειδικές μηχανές φωτοσύνθεσης που είναι δυνατόν να το εκτυπώσουν σε πολύ υψηλή ανάλυση σε ειδικό φιλμ. Με αυτόν τον τρόπο το τελικό αποτέλεσμα δεν έχει να ζηλέψει σε τίποτα από μια επαγγελματική δουλειά. Η μέθοδος που έχει επικρατήσει σήμερα γιατί έχει απλοποιήσει όλα τα στάδια είναι η τελευταία. Σε περίπτωση που το σχέδιο του τυπωμένου κυκλώματος είναι ήδη έτοιμο (π.χ έχει δημοσιευθεί σε κάποιο περιοδικό) τότε προφανώς παραλείπουμε το στάδιο της σχεδίασης και απλά ετοιμάζουμε το σχέδιο για την τελική μεταφορά στην πλακέτα. Έτσι μπορούμε να φωτοτυπήσουμε το σχέδιο σε αδιασταλτό ριζόχαρτο ή να το αναπαράγουμε σε φιλμ σε κάποιο κατάστημα που έχει την δυνατότητα παραγωγής ειδικών φωτοτυπιών. Το ίδιο θα πρέπει να κάνουμε και στις άλλες περιπτώσεις που το σχέδιο έχει φτιαχτεί σε χαρτί.

Η ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΧΕΔΙΟΥ

Η μεταφορά του σχεδίου του τυπωμένου κυκλώματος επάνω στην πλακέτα μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους οι κυριότεροι από τους οποίους είναι:

Με απευθείας σχεδίαση των γραμμών με ειδικό μαρκαδόρο ανεξίτηλης μελάνης πάνω στην χαλκωμένη επιφάνεια της πλακέτας. Ο τρόπος αυτός κρίνεται ιδανικός για απλές και μικρών διαστάσεων πλακέτες ή πρόχειρα δοκίμια που πρέπει να εκτυπωθούν αμέσως. Με ειδικά αυτομεταφερόμενα αυτοκόλλητα στοιχεία όπως ταινίες και νησίδες που κολλιούνται πάνω στην χαλικωμένη επιφάνεια. Με ειδικές αυτοκόλλητες μακέτες τυπωμένων που προσφέρονται από ορισμένα περιοδικά. Με την μέθοδο που προβλέπει χρήση φωτοευαίσθητου ειδικού σπρέι επικάλυψης της πλακέτας (όπως το γνωστό Positiv 20 της γερμανικής εταιρίας Kodakt Chemie ή το Photoresist της αγγλικής εταιρίας Electrolube) και φιλμ. Με ειδικές έτοιμες φωτοευαίσθητες πλακέτες όπως π.χ της γερμανικής εταιρίας Bungard. Οι πλακέτες αυτές αν και είναι ακριβότερες από τις απλές πλακέτες έχουν το πλεονέκτημα της τέλειας και ομοιόμορφης επικάλυψης της πλακέτας με φωτοευαίσθητο υλικό, πράγμα που εγγυάται την τέλεια μεταφορά του σχεδίου.

Οι δύο τελευταίες μέθοδοι σε συνδυασμό με την σχεδίαση σε ηλεκτρονικό υπολογιστή δίνουν πλακέτες υψηλών τεχνικών προδιαγραφών.

ΕΚΘΕΣΗ ΤΗΣ ΠΛΑΚΕΤΑΣ ΣΤΟ ΦΩΣ

Η έκθεση της πλακέτας σε υπεριώδες φως γίνεται για να καούν τα σημεία εκείνα που αποτελούν το τελικό σχέδιο του τυπωμένου κυκλώματος και θα πρέπει να αποτυπωθούν στην πλακέτα. Πρόκειται για μια διαδικασία παραπλήσια με εκείνη της εμφάνισης φωτογραφικού φιλμ. Η έκθεση της πλακέτας στο υπεριώδες φως γίνεται στο εσωτερικό ενός ειδικά διαμορφωμένου κουτιού όπου μια ειδική λυχνία ατμών υδραργύρου ισχύος 125 W αναλαμβάνει να μεταφέρει το σχέδιο του τυπωμένου στην επιφάνεια της πλακέτας. Για να γίνει δυνατό αυτό θα πρέπει η φωτοευαίσθητη πλακέτα που επάνω της εφάπτεται το φιλμ με την βοήθεια ενός κομματιού τζαμιού να τοποθετηθεί σε απόσταση 30 εκατοστών από την λάμπα υπεριωδών.

Στην συνέχεια θα πρέπει να εκτεθεί για 4 έως 10 λεπτά ανάλογα με το είδος του φιλμ (ζελατίνα, ριζόχαρτο ή άλλο διαφανές χαρτί) και ανάλογα την φωτοευαίσθητη επιφάνεια της πλακέτας. Τονίζουμε ότι η λάμπα αυτή για να λειτουργήσει χρειάζεται σε σειρά με την τροφοδοσία της ένα ειδικό στραγγαλιστικό πηνίο (τσοκ) παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιούμε στους σωλήνες φθορισμού. Αν το ξεχάσετε υπάρχει κίνδυνος να καεί. Σημειώστε ότι η υπεριώδης ακτινοβολία είναι ΠΟΛΥ ΒΛΑΒΕΡΗ για τα μάτια και δεν πρέπει ποτέ να την κοιτάτε.

 

ΕΜΦΑΝΙΣΗ

Η εμφάνιση είναι η πιο λεπτή διαδικασία γιατί απαιτεί πείρα και υπομονή. Γίνεται με την βοήθεια ειδικού διαλύματος 7-10 gr καυστικής σόδας (NaOH) σε ένα λίτρο νερού. Μέσα σε αυτό εμβαπτίζεται η προς εμφάνιση πλακέτα για 1-2 λεπτά της ώρας. Μετά από αυτόν τον χρόνο γίνεται ορατό το σχέδιο που θα αποτελέσει το τελικό ηλεκτρονικό διάγραμμα των συνδέσεων. Το διάλυμα αυτό γίνεται πυκνότερο αν προστεθεί παραπάνω καυστική σόδα. Φυσικά αυτό θα το κάνετε εφόσον το πάχος της φωτοευαίσθητης επιφάνειας είναι μεγαλύτερο από το συνηθισμένο. Προσοχή: η εργασία αυτή επιβάλλεται να γίνεται με πλαστικά γάντια και μεγάλη προσοχή. Η καυστική σόδα είναι επικίνδυνη όταν έρχεται σε επαφή με το δέρμα.

Η ΑΠΟΧΑΛΚΩΣΗ

Η ώρα της αποχάλκωσης είναι η πιο ιερή για το ερασιτέχνη που φτιάχνει την πρώτη του πλακέτα, αφού αυτήν την στιγμή βλέπει τους κόπους του να ανταμείβονται. Σίγουρα δεν είναι λίγο το να βλέπεις την πλακέτα να δημιουργείται μπροστά στα μάτια σου. Η αποχάλκωση μπορεί να γίνει με τέσσερις τρόπους:

1. Με διάλυμα άνυδρου χλωριούχου σιδήρου σε αναλογία 1:2 σε νερό

2. Με διάλυμα ένυδρου χλωριούχου σιδήρου σε αναλογία 1:1 σε νερό

3. Με διάλυμα υπερθειϊκού άλατος αμμωνίας σε αναλογία 4:10 σε νερό σε θερμοκρασία 40ºC

4. Με διάλυμα υδροχλωρικού οξέως (2 μέρη) υπεροξειδίου του υδρογόνου (περιντρόλ 1 μέρος) και νερό (4 μέρη)

Προσοχή: το διάλυμα εκλύει επικίνδυνους ατμούς για τα μάτια αλλά και για την αναπνοή. Για αυτόν τον λόγο η αποχάλκωση είναι απαραίτητη να γίνεται σε ανοικτό χώρο (αυλή, ταράτσα κλπ.) και ποτέ σε υπόγειο ή σε χώρο χωρίς καλό εξαερισμό. Η πιο ασφαλής αν και αργή μέθοδος είναι η δεύτερη. Παρουσιάζει το μειονέκτημα όμως ότι όπου πέσει αυτό το διάλυμα λερώνει και δεν φεύγει με τίποτα ή μάλλον μέχρι πρόσφατα δεν καθάριζε με τίποτα διότι πλέον υπάρχει στην αγορά μια σκόνη της εταιρία Bungard που θα σώσει το αγαπημένο σας πουκάμισο από την μετατροπή του σε ξεσκονόπανο. Ανεξάρτητα από αυτό είναι καλό να φοράτε παλιά ρούχα και να αποφύγετε να χυθεί το διάλυμα στο πάτωμα ή στο δέρμα σας. Όλα τα παραπάνω υλικά μπορείτε να τα βρείτε σε οποιοδήποτε κατάστημα χημικών προϊόντων. Μερικά ίσως τα βρείτε και σε καταστήματα ηλεκτρονικών.

ΤΟ ΤΡΥΠΗΜΑ

Γίνεται με ειδικά μικροδράπανα που δέχονται μικρά τρυπανάκια 0,5 - 3mm. Στην πράξη χρησιμοποιούνται τρυπανάκια 0,8 mm για τα IC ολοκληρωμένα και τους αγωγούς των εξαρτημάτων, τρυπανάκια 1mm για ακροδέκτες μεγάλων εξαρτημάτων, 1,2 -1,3 για τα pins, 1,5 για ρελέ, διακόπτες κλπ και 3mm για τρύπες στήριξης της πλακέτας. Για καλύτερα αποτελέσματα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε  ειδική βάση στήριξης για να κεντράρεται καλύτερα τις οπές. Επίσης μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ειδικό τροφοδοτικό που έχει την δυνατότητα ρύθμισης των στοφών του δραπάνου αλλά και της ισχύς του.

  Electronics-lab.com (C) 2002-2009
Any logo, trademark and project represented here are property of their respective owner - [Privacy Policy]