Printed Circut Boards - Proses Lengkap: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Berikut ini menjelaskan proses di mana saya membuat papan sirkuit PC untuk penggunaan satu kali dan prototipe. Ini ditulis untuk seseorang yang telah membuat papan mereka sendiri di masa lalu dan akrab dengan proses umum.

Semua langkah saya mungkin tidak optimal untuk situasi Anda. Saya telah mengembangkan proses ini dengan mencoba-coba menggabungkan teknik dari berbagai sumber. Silakan ambil apa pun yang cocok untuk Anda dan buang yang tidak.

Catatan produksi: Saya sekolah lama dan belajar paling baik dari instruksi dan gambar tertulis, mereka membentuk sebagian besar instruksi ini, saya telah menyertakan beberapa video untuk beberapa langkah yang lebih kompleks.

Langkah 1: Bahan yang Dibutuhkan

Daftar berikut cukup panjang, tetapi jika Anda sudah membuat papan PC sendiri, Anda mungkin memiliki beberapa item ini. Sebagian besar sisanya, kecuali Kotak paparan UV, dapat dibeli secara online.

Anda akan perlu:

• Bahan PCB berlapis tembaga
• Perangkat lunak desain papan sirkuit (saya menggunakan freeware Eagle).
• Penerjemah file Gerber - mengonversi file Gerber ke format grafik Gerber2PDF
• Perangkat lunak pengedit grafis (PhotoShop)
• Printer Laser w toner cocok untuk teknik transfer toner.
• Kertas printer laser mengkilap (Staples #633215).
• Film transparansi untuk Printer Laser (C-Line no60837).
• Tongkat lem yang larut dalam air, lem cyanoacrylate, pita pelukis.
• Kawat bunga tipis (~ 26 pengukur) dan pin lurus.
• Perkakas tangan untuk memotong, membentuk dan mengebor papan PC.
• Setrika pakaian standar.
• Bahan pembersih papan sirkuit (handuk kertas, spons, deterjen, Bar Keepers Friend, pelarut).
• Cairan Ferric Chloride (40%).
• Asam Sitrat, bubuk (nuts.com).
• CrockPot tua dengan lapisan keramik atau kaca (bukan logam).
• Qt. ukuran tas Freezer plastik dengan penutupan zip.
• Cat topeng solder UV yang dapat disembuhkan (ebay atau amazon).
• Kotak paparan UV (Buatan Rumah?).

Langkah 2: Rancang Papan Sirkuit Anda

Saya menggunakan versi gratis Eagle karena ukuran papan cukup sederhana dan terbatas pada 2 sisi. Saya bermurah hati dengan ukuran jejak saya dan jarak di antara mereka (ukuran jejak 24 mil menit dan antara 15 mil).

Sebagian besar komponen saya melalui lubang tetapi saya menggunakan SMD atau kombinasi sesekali. Saya mencoba merutekan jejak ke header pin apa pun di bagian bawah papan. Saya tidak menggunakan lubang berlapis jadi saya menambahkan vias tambahan yang menghubungkan jejak atas ke bawah di mana komponen tidak dapat disolder di kedua sisi. Ini akan diisi dengan potongan pendek kawat tipis yang disolder di tempatnya.

Ketika saya selesai dengan tata letak dan perutean, saya menambahkan beberapa vias besar di dekat sudut papan untuk berfungsi sebagai lubang pemasangan dan indikator pendaftaran untuk papan 2 sisi.

Setelah selesai, saya sarankan Anda mencetak salinan besar papan untuk referensi dalam menempatkan komponen dan menandai lubang.

Saya menggunakan Prosesor CAM Eagles untuk membuat gambar papan yang akan dicetak di atas kertas untuk tembaga dan pada film transparansi laser untuk topeng solder.

Langkah 3: Keluarkan Gerber

Saya suka menggunakan poligon isi untuk membuat bidang Ground di bagian bawah dan V+ di atas, jadi saya tidak mencetak gambar papan secara langsung tetapi menggunakan output CAM Eagle. Saya belum pernah menggunakan stensil pasta solder sejak saya menyolder beberapa komponen SMD yang saya gunakan ke papan saya.

Untuk memfasilitasi pembuatan gambar CAM, saya membuat template khusus untuk keluaran CAM sisi tunggal dan ganda yang berisi file keluaran yang saya butuhkan. Saya selalu menambahkan bentuk papan ke Gerber tembaga tetapi tidak ke topeng.

Saya biasanya memasukkan file Gerber ke dalam folder Proyek saat memproses pekerjaan sehingga dapat diakses jika diperlukan di kemudian hari.

Langkah 4: Mengonversi Gambar CAM

Membuat output menggunakan prosesor CAM Eagle memperkenalkan beberapa hambatan dalam pembuatan topeng tembaga dan solder.

1. Anda perlu mengonversi file Gerber menjadi gambar yang dapat dicetak.
2. Prosesor Cam menghapus komponen dan melalui indikator lubang.

Langkah pertama adalah mengonversi file Gerber menjadi semacam file gambar yang kemudian dapat saya edit dan cetak. Saya menggunakan utilitas bernama Gerber2PDF tautan Gerber2PDF.

.exe yang diunduh ditempatkan di direktori Eagle CAM. Saya kemudian mentransfer file Gerber yang ingin saya konversi dari direktori Project ke direktori CAM sebelum menjalankan Gerber2PDF dari baris perintah Windows.

Lihat dokumentasi Gerber2pdf untuk sintaks untuk memilih dan mengonversi file tertentu.

Saya telah menyertakan file teks yang saya gunakan untuk menjalankan proses gerber2pdf yang harus Anda unduh.

Jangan ragu untuk mengedit file ini sesuai dengan kebutuhan Anda. Potong perintah dan tempel ke utilitas baris perintah DOS untuk mengonversi Gerbers.

Setelah saya memiliki satu PDF satu untuk setiap topeng tembaga dan solder yang saya butuhkan, saya mengatasi masalah lubang yang hilang pada komponen papan, vias dan lubang registrasi. Saya menggunakan PhotoShop untuk mengimpor PDF dan mengedit file tembaga untuk menambahkan lubang yang diperlukan sebagai lingkaran putih kecil yang diisi.

Langkah 5: Mengedit Gambar

Saya menggunakan PhotoShop untuk mengimpor PDF dan mengedit file tembaga untuk menambahkan lubang yang diperlukan sebagai lingkaran putih kecil yang diisi. Anda dapat menggunakan perangkat lunak konversi dan pengeditan grafis Anda sendiri dengan mengikuti petunjuk di bawah ini.

Edit PDF untuk menambahkan tanda lubang pendaftaran (lihat Panah) ke kedua sisi papan 2 sisi. Jauhkan lubang pendaftaran ekstra kecil untuk membuat pendaftaran lebih tepat tetapi cukup besar untuk dilihat saat Anda mencetak gambar tembaga. Saya hanya menambahkan lubang komponen ke atas karena saya akan mengebor terutama dari sisi ini. Perhatikan gambar tembaga atas harus dibalik horizontal (cermin) pada titik ini sehingga bantalan akan cocok setelah tergores. Anda juga dapat menambahkan teks tercetak pada saat ini. Pastikan bahwa setiap teks yang Anda tambahkan muncul dicerminkan pada tembaga atas dan bawah sehingga mereka akan ditransfer ke papan Anda dengan benar (lihat contoh di atas).

Salin dan tempel setiap gambar tembaga dan topeng ke dalam lembar master halaman penuh yang kosong (dengan resolusi yang sama dengan PDF) ini akan dicetak pada printer laser Anda. Anda mungkin juga ingin menambahkan teks identifikasi papan ke lembar master.

Menempatkan beberapa salinan gambar tembaga pada lembar master akan menghemat kertas dan memungkinkan kesalahan dalam proses transfer toner. Lakukan hal yang sama untuk file topeng solder menambahkan setidaknya 2 salinan dari setiap topeng, mereka akan digabungkan nanti.

Langkah 6: Cetak Master Sheet

Gambar tembaga Master Sheet yang dicetak akan ditransfer ke PCB yang telah disiapkan menggunakan transfer panas toner. Saya menggunakan Kertas Gloss Laser Warna Premium dari Staples (#633215) untuk proses transfer. Hal ini dapat diandalkan, biaya rendah dan terlihat jelas (tidak seperti halaman majalah). Ia menerima toner Laser dengan sedikit atau tanpa kesalahan, mentransfer toner ke tembaga dengan cepat dan melepaskannya dengan bersih hanya dengan beberapa menit berendam dalam air hangat. Jika topeng solder akan dibuat setidaknya dua salinan dari setiap topeng dicetak pada Film Transparansi Printer Laser (C-Line no60837).

Sebelum Anda mencetak pada kertas mengkilap atau transparansi, cetak salinan gambar pada kertas biasa. Salinan ini akan digunakan untuk ukuran papan dan penjajaran tembaga 2 sisi. Sebaiknya periksa jarak yang benar antara bantalan untuk SMD dan komponen lainnya (lihat foto di atas). Lakukan ini untuk gambar tembaga dan topeng. Saya telah membuat kesalahan dalam proses salin dan tempel lebih dari sekali dan, setelah mengetsa, menutupi dan mengebor PCB, tidak dapat mengisi papan yang sudah jadi.

Langkah 7: Siapkan Papan Dilapisi Tembaga

Papan tembaga (sisi tunggal atau ganda) dipotong menjadi bentuk kasar (~ setengah inci di sekelilingnya) menggunakan gambar dari cetakan kertas biasa sebagai panduan (saya menggunakan alat Dremel dengan roda pemotong).

Ujung-ujungnya dibuat halus untuk meratakannya dan sudut-sudutnya dibulatkan. Saya kemudian mengarsipkan tepi atas dan bawah pada sudut 45 derajat untuk menghilangkan gerinda atau ketajaman (periksa dengan jari Anda setelah pengarsipan).

Langkah selanjutnya adalah membersihkan papan untuk menghilangkan minyak atau lemak. Deterjen dan air hangat akan membantu. Akhirnya untuk menghilangkan oksidasi dan menciptakan permukaan yang akan menerima transfer dan mudah untuk disolder, saya taburi tembaga dengan sedikit senyawa "Bar Keepers Friend" dan gosok perlahan dengan spons basah, lalu bilas sebelum dikeringkan dengan handuk kertas.

Jika papan memiliki 2 sisi, gambar harus didaftarkan dengan tepat. Saya menemukan cara terbaik bagi saya adalah dengan menempelkan salinan kertas biasa dari gambar tembaga bawah ke satu sisi papan (secara paradoks ini akan menjadi bagian atas) dan dengan hati-hati mengebor pusat vias pendaftaran dengan bor # 70. Mesin bor dengan alat bor untuk menahan mata bor bekerja dengan baik.

Langkah 8: Daftarkan Gambar Tembaga

Untuk papan satu sisi prosesnya cukup sederhana. Potong saja salinan gambar tembaga dari kertas mengkilap dan rekatkan dengan lembut ke sisi gambar papan di bawah menggunakan selotip pelukis (pita biru). Saya kemudian meletakkan papan di atas selembar kayu lapis yang dilapisi dengan 2 lapis kertas tisu dan menutupi papan dengan dua lapis lainnya.

Untuk papan dua sisi prosesnya lebih rumit. Saya pertama-tama membersihkan lubang registrasi di papan dengan pin lurus. Langkah selanjutnya adalah memotong satu bagian atas tembaga dan satu gambar bagian bawah dari kertas glossy dan dengan tepat menembus bagian tengah semua lubang registrasi dengan peniti lurus.

Selanjutnya saya memotong potongan tipis (~ 26 gage) florist atau kawat kerajinan yang cukup kecil untuk melewati lubang registrasi (panjangnya sekitar 3/4 inci). Saya melewati kawat ini terlebih dahulu melalui bagian belakang salah satu lubang pendaftaran di kertas atas, lalu melalui papan. Pada titik ini saya menekuk kawat dan menggunakan sepotong kecil selotip pelukis untuk mencegah kawat jatuh ketika saya membalik papan. Terakhir, dorong melalui bagian depan lubang kertas bagian bawah sehingga gambar menghadap ke tembaga.

Setiap kawat kemudian ditekuk untuk menyatukan kertas dan papan. Setelah semua lubang selesai, ikuti prosedur untuk papan satu sisi di atas.

Langkah 9: Transfer Toner

Sekarang papan sudah siap untuk transfer toner. Video proses transfer ini dapat memperjelas petunjuk berikut.

Saya menggunakan set setrika pakaian kering tepat di bawah suhu tertinggi untuk menempelkan kertas ke papan menggunakan ujung setrika yang runcing. Berhati-hatilah untuk menempatkan ujung di antara kabel pada papan dua sisi dan rekatkan kedua sisinya agar kertas tidak terpisah dari papan saat ditangani. Peringatan papan menjadi panas. Pada dua sisi papan saya memotong kabel rata di satu sisi kemudian menarik ujung lainnya melalui kertas dan papan sebelum langkah berikutnya.

Lepaskan selotip apa pun sebelum menerapkan setrika dengan tekanan di setiap sisi selama sekitar 1 menit tanpa gerakan kecuali papan terlalu besar untuk menutupi setrika penuh. Ini akan merendam papan dan menempelkan pada toner. Untuk memastikan transfer toner saya menghapus handuk kertas di sisi atas dan memegang tepi setrika pada sudut 45 derajat ke papan kemudian menerapkan tekanan saat bergerak melintasi papan. Saya melakukan ini di setiap sisi setidaknya beberapa kali. Pada titik ini Anda akan melihat sedikit gambar toner di bagian belakang kertas.

Langkah selanjutnya adalah merendam papan dan kertas dalam air sampai kertas mengapung. Saya biasanya menggosok bagian belakang kertas dengan lembut untuk menghilangkan lapisan tanah liat untuk memudahkan proses dan dengan lembut mengupas kertas setelah beberapa menit, Menyikat ringan di bawah air dengan sikat bulu lembut atau jari-jari Anda akan memastikan lapisan tanah liat dari glossy kertas dihapus dari tembaga sebelum etsa. Air akan berawan dengan partikel tanah liat mikroskopis.

Keringkan, periksa dan sentuh dengan Spidol Sharpee dan pisau jika diperlukan. Jika perbaikan ekstensif diperlukan pada tahap ini, Anda mungkin ingin menghapus toner dan mengoleskannya kembali sebelum mengetsa (pastikan untuk membersihkan papan lagi).

Langkah 10: Etsa Papan Anda

Proses etsa saya mungkin yang paling tidak konvensional. Ini membutuhkan panci tempayan yang diisi 1/2 cara dengan air diatur pada pengaturan tinggi dan dipanaskan (minimal 1 Jam) sampai panas. Langkah tidak biasa berikutnya adalah mengetsa papan di dalam tas freezer berkualitas baik dengan kunci zip. Akhirnya saya menggunakan Etch Edinburgh berbasis Ferric Chloride yang disiapkan sebagai berikut: Dapatkan beberapa Asam Sitrat kering (juga dikenal sebagai Garam Asam yang sering digunakan sebagai pengawet makanan} dari sumber online (NUTS.com) atau lokal. Siapkan solusi asam sitrat dengan melarutkan 1/4 cangkir bubuk dalam 3/4 cangkir air hangat, sisihkan hingga dingin. Untuk membuat etsa tambahkan 1/2 cangkir larutan ini ke dalam 2 cangkir larutan besi klorida 40%. Tambahkan asam untuk klorida. Ini adalah etsa Edinburgh. Larutan etsa dua kali lebih cepat dari etsa Ferric Chloride biasa dan tidak akan menyumbat sendiri atau membentuk lumpur.

PERINGATAN: JANGAN gunakan etsa berbasis Hidrogen Peroksida dengan metode ini. Ini menghasilkan gas Hidrogen yang mudah terbakar dan akan meledak kantong terbuka.

Pastikan untuk menggunakan sarung tangan dan pelindung pakaian (celemek tahan air) sebelum mencampur atau menggunakan etsa. Itu masih akan menodai dan memakan kain dan kulit! Buka tas dengan papan sirkuit, saya biasanya menambahkan air ke tas terlebih dahulu untuk menguji kebocoran kemudian membuang air itu. Tambahkan etsa secukupnya untuk mengetsa sirkuit Anda, jangan terlalu penuh, Anda selalu dapat menambahkan lebih banyak lagi nanti, tetapi bisa jadi berantakan. Anda akan menemukan bahwa Anda akan menggunakan lebih sedikit etsa dibandingkan dengan metode lain dan karena akan dibuang setelah digunakan, etsa selalu segar. Peras udara sebanyak mungkin keluar dari tas tanpa tumpahan lalu tutup rapat dengan rapat sehingga kedap udara.

Matikan panci tempayan. Sekarang tempatkan tas di air panas sampai papan terendam dan rata. Periksa kemajuan etsa setidaknya setiap 5 menit sampai semua tembaga yang terbuka benar-benar bersih (kantong bening memungkinkan pemeriksaan). Tidak perlu agitasi konstan karena Edinburgh Etch tidak menyumbat. Setelah selesai (tembaga tidak terlihat), keluarkan kantong dan buka dengan hati-hati, buang etsa ke dalam wadah limbah, jangan dibuang ke saluran pembuangan! Saya menggunakan wadah plastik besar dengan mulut lebar yang saya bawa ke tempat pengumpulan limbah berbahaya komunitas saya untuk dibuang.

Bilas tas dengan air, buang juga ke wadah limbah Anda dan lepaskan papan sebelum membuang tas. Bilas papan di bawah air mengalir untuk membersihkan sebelum melepas alat pelindung Anda.

Menghapus toner seperti biasa dengan menyeka dengan handuk kertas yang dicelupkan ke dalam aseton atau pengencer pernis.

Langkah 11: Terapkan Solder Mask

Setelah papan kering, sekarang saatnya untuk menerapkan masker Solder. Ini adalah langkah opsional tetapi akan membantu melindungi tembaga dari oksidasi, terlihat lebih profesional dan meningkatkan penempatan komponen SMD.

Sekali lagi karena deskripsi proses ini tidak menyampaikan semua nuansa yang diperlukan untuk sukses, saya telah menyertakan sebuah video.

Masker film sulit ditemukan dan sangat mahal jadi saya menggunakan tabung masker solder UV curable yang diperoleh dari berbagai sumber di internet. Tidak masalah jika Anda menggunakan film atau cat, Anda akan membutuhkan sumber sinar UV. Saya membuat Unit Paparan UV menggunakan gulungan strip LED Ungu/UV.:

Penting untuk melindungi penglihatan Anda bahwa sumber UV ditutup di dalam kotak kedap cahaya. Ada banyak petunjuk untuk konstruksi perangkat paparan UV lainnya di instrucables.com, buat yang cocok untuk Anda. Saya menggunakan pengatur waktu elektronik yang mampu mengukur detik dan mengaktifkan relai untuk menghidupkan dan mematikan arus DC ke sumber UV.

Karena printer Laser tidak mencetak gambar dengan kepadatan yang cukup, Anda harus menggabungkan 2 gambar. Potong dua salinan dari setiap topeng solder dari film dan sejajarkan dengan hati-hati untuk membentuk topeng untuk setiap sisi. Saya merekatkannya secara permanen dengan titik kecil "Lem Super" di sudut yang berlawanan dari gambar yang dicetak.

Langkah selanjutnya adalah yang paling heuristik dan akan memerlukan pengujian pengaturan eksposur Anda (lihat petunjuk di bawah) serta beberapa eksperimen dengan aplikasi cat Anda.

Menguji perangkat paparan UV Anda - Saya tidak tahu tingkat UV seperti apa yang akan dihasilkan perangkat Anda atau ketebalan cat Anda, ada terlalu banyak variabel. Anda perlu menetapkan waktu pencahayaan yang sesuai dengan pengaturan khusus dan kepadatan cat Anda. Untuk melakukan ini, siapkan panduan paparan sampel dan tutupi papan PCB kosong dengan cat mengikuti petunjuk di bawah ini (saya telah melampirkan gambar paparan bergaris yang dapat Anda cetak pada asetat dan gunakan sebagai masker uji Anda, jangan lupa menggandakan dan merekatkannya).

Mulailah dengan total waktu 10 menit, bagi menjadi empat periode 2 1/2 menit dan paparkan papan sampel yang menggerakkan sepotong carboard setiap 2 1/2 menit sehingga satu segmen terbuka selama 2 1/2 menit berikutnya untuk 5 menit, lalu 7 1/2 dan akhirnya 10 menit penuh. Lepaskan dan bersihkan papan menggunakan tisu dan pengencer cat untuk melihat bagian mana yang menjadi keras dan mana yang tidak. Jika hampir semuanya keras atau semuanya terlepas, gandakan atau setengah kali dan coba lagi dengan papan PC yang bersih. Gunakan pengaturan waktu ini untuk menentukan waktu pemaparan yang disarankan untuk papan pertama Anda.

Peringatan! Setelah topeng mengeras hampir tidak mungkin untuk dilepas, tentukan waktu pemaparan Anda dengan hati-hati sebelum memasukkan papan sirkuit Anda ke proses ini. Jika Anda konsisten dalam mempersiapkan papan Anda, Anda tidak perlu mengubah waktu pemaparan.

Menggunakan pengaturan waktu yang Anda peroleh dari tes, buka topeng Anda. Setelah papan selesai dibuka, lepaskan dari kotak UV, lepaskan masker solder dan kupas kembali lembar penutup asetat. Anda akan melihat cat menempel pada lembaran ini di mana bantalan muncul di topeng Anda tetapi tidak di tempat lain di papan tulis. Sekarang gunakan handuk kertas dan hilangkan cat yang tidak terpapar dengan pengencer cat. Semua cat harus dihilangkan dari bantalan dan vias tembaga tetapi bukan bekasnya, bersihkan papan di belakang dan depan dan keringkan dengan handuk kertas. Untuk menyelesaikan pengerasan topeng Anda, pertama-tama periksa area yang tidak terpapar dan gunakan alat tajam untuk menghilangkan cat dari area yang tidak diinginkan. Kemudian letakkan papan di kotak paparan UV Anda dan paparkan setidaknya dua kali hingga 3 kali waktu paparan asli. Proses sisi kedua, jika perlu, dengan cara yang sama.

Langkah 12: Bor Papan Anda

Bor lubang untuk vias, komponen melalui lubang dan lubang pemasangan. Saya menggunakan bor tekan dengan bor wakil untuk bit ukuran kawat. Saya menemukan bahwa papan lebih mudah ditangani jika dibor sebelum dipotong ke ukuran akhir.

Langkah 13: Potong ke Ukuran Akhir

Dengan menggunakan garis profil papan sebagai panduan, potong papan menggunakan alat putar dan roda pemotong, Tepi file dan sudut bundar

Langkah 14: Isi Papan Anda

Saya biasanya menyolder bagian SMD terlebih dahulu, lalu vias dan akhirnya komponen melalui lubang.

Saya membuat perangkat ini untuk menahan komponen SMD saat menyolder dari beberapa pasak, beberapa baut dan mur ring. Saya menerapkan sedikit fluks cair ke bantalan SMD, tahan komponen, lalu solder di tempatnya.

Trik untuk vias adalah dengan meratakan sedikit ujung kawat dengan sepasang tang sehingga tidak jatuh melalui lubang via. Solder di sisi depan kemudian tekuk kawat dan solder di bagian belakang.

Papan Anda selesai dan siap untuk diuji.

Saya harap instruksi ini meskipun panjang bermanfaat. Jangan ragu untuk memberikan komentar atau ide yang membangun.

Terima kasih telah meluangkan waktu untuk melihat proses saya dan bersenang-senang membangun proyek elektronik Anda.