Návrh desky plošného spoje fotocestou Lukáš Vrba Učo: 176388 Obor: ASAK/TE3 Předmět: Cvičení z techniky a technického vzdělávání

Každý kdo se jen trochu zabývá elektronikou se občas neobejde bez desky plošného spoje. Je možné používat univerzální desky plošných spojů, ale proč si nevyrobit vlastní, když je to jednoduché. Povedu vás krok po kroku na názorném příkladu. Pro domácí výrobu v podstatě připadají v úvahu dva způsoby výroby: fotocestou - vyžaduje přece jenom nějakou praxi ruční kresba fotocesta: domácí výroba desek plošných spojů (DPS)

1. NÁVRH OBRAZCE PLOŠNÉHO SPOJE Kresbu je v dnešní době nejjednodušší navrhnout pomocí nějakého programu pro návrh plošného spoje. Jako příklady návrhového programu uvedu například Eagle, Pads, Formica, Ferda mravenec a další Já uvedu krok po kroku kreslení schématu a návrh obrazce v programu Eagle verze 4.01 Výhoda většiny návrhových programů je, že se dají stáhnout na internetu jejich verze s částečným případně žádným omezením V Eaglu je omezen rozměr navrhované desky na velikost 160x160mm.

založení nového projektu a schématu Nejprve je třeba překreslit elektrické schéma do editoru schémat současně s výběrem pouzdra jednotlivých součástek. Takže založíme si nový projekt například Blikac zvolením v hlavním menu položku FILE - NEW - PROJECT. Obdobným způsobem vložíme do projektu nové schéma FILE - NEW - SCHEMATIK. Otevře se editor schémat. založení nového projektu a schématu

Ikonou ADD vložíme požadované součástky z již připravených knihoven na kreslící plochu. Otevře se nám okno ADD, kde v levém rámci vybíráme knihovnu součástek, v dolním informace o součástce a v horních elektrická značka a vzhled pouzdra. V tab.1. jsou uvedeny názvy knihoven, součástek a pouzder, které v konstrukci budeme potřebovat. výběr knihovny a následné vložení součástky do schématu

Po vložení a vhodném rozmístění součástek je třeba je propojit kliknutím na ikonu WIRE a tažením od vývodu k vývodu propojit součástky. Ještě nesmíme zapomenout z knihovny SUPPLY1 vložit a připojit do schématu značky GND, VSS a VDD (tyto značky jsou automaticky propojeny s napájením integrovaných obvodů, které nejsou ve schématu vyznačeny). Pro úplnost doplnit uzly tečkami JUNCTION. Změnit hodnotu součástek lze příkazem VALUE. hotové schéma

A nyní můžeme přistoupit k navrhnutí obrazce plošného spoje A nyní můžeme přistoupit k navrhnutí obrazce plošného spoje. Velikosti pouzder součástek již máme zvoleny a zbývá už jen součástky na desce rozmístit a natáhnout cesty. Přepnutí z editoru schémat do editoru plošných spojů se provede příkazem BOARD. Změnit hodnotu součástek lze příkazem VALUE. Hláška na obr se nás ptá jestli chceme převzít součástky ze schématu do návrhu plošného spoje. upozornění

okno návrhu plošného spoje s náhodně rozmístěnými součástkami Po volbě YES se nám otevře nové okno s náhodně rozmístěnými součástkami a bílým rámečkem. okno návrhu plošného spoje s náhodně rozmístěnými součástkami

Příkazem MOVE přesuneme součástky na potřebné místo do rámečku, který následně zmenšíme na potřebnou velikost. Cesty natáhneme místo tmavožlutých vzdušných spojů příkazem ROUTE. Pokud již není na desce žádný vzdušný spoj a návrh je k naší spokojenosti, můžeme přistoupit k tisku předlohy. hotový návrh desky plošného spoje

2. TISK PŘEDLOHY Z celého návrhu potřebujeme vytisknout jen hranice plošného spoje, cesty a pájecí plošky. K tomuto účelu použijeme příkaz DISPLAY. Objeví se okno s nabídkou hladin. výběr zobrazované hladiny

Pro tisk potřebujeme vybrat pouze BOTTOM, PADS a DIMENSION Pro tisk potřebujeme vybrat pouze BOTTOM, PADS a DIMENSION. Výsledný obrazec vytiskneme na pauzovací papír zrcadlově. Zaškrtáme políčka MIRROR, SOLID a BLACK. možnosti pro tisk Tisknout zrcadlově na pauzovací papír je vhodné, aby natisknutý povrch při osvitu přiléhal přímo na fotocitlivý lak a nedopadal paprsek světla pod černé plochy. Nyní se však již neobejdeme bez potřebných přípravků. obrazec připravený pro tisk

3. OSTŘIHNUTÍ Desku cuprextitu ostřihneme na požadovaný tvar (o malinko větší než bude velikost hotové desky) nejlépe nůžkami na plech. nůžky na plech

4. OSVIT (EXPOZICE) Pro osvit budeme potřebovat zdroj UV záření (UV lampa, horské slunce). V nouzi lze použít i žárovku nebo sluneční paprsky, ale doba osvitu se podstatně zvětší Předlohu přiložte stranou s potiskem na DPS na stranu s lakem Předlohu je potřeba dostatečně přimáčknout k DPS. K tomu lze použít jednoduchou pomůcku s kusem plexiskla. Obyčejné sklo částečně filtruje UV záření, takže není příliš vhodné, ale použít lze také Dobu osvitu je potřeba zjistit experimentálně, protože záleží na mnoha faktorech, především na výkonu a vzdálenosti UV zářivek Pokud je osvit příliš krátký, nebude se měď odleptávat tam kde má a když je moc dlouhý naopak se odleptá i tam, kde nemá, protože se předloha prosvítí skrz. zdroje UV záření skleněné rámy pro přimáčknutí DPS

5. VYVOLÁNÍ PŘEDLOHY Budeme potřebovat vývojku, misku na vývojku a na vodu a plastovou pinzetu Vývojka je 1,5% roztok hydroxidu sodného NaOH, ten lze koupit v obchodě s elektrosoučástkami Do jedné misky nalijeme dostatečné množství vývojky a do druhé vodu Osvícenou desku ponoříme do vývojky a mícháme s ní dokud se neobjeví obrazec Okolo obrazce nesmí zůstat žádná vrstva fotocitlivého laku, aby se podařilo leptání Na druhou stranu nesmíme nechat rozpustit obrazec, aby se neodleptala celá plocha mědi Doba vyvolání závisí na koncentraci a teplotě roztoku a době osvitu. Pohybuje se v řádů desítek sekund a dá se urychlit ohřevem vývojky na teplotu kolem 50°C. Vyvolanou a osušenou desku můžeme vyleptat. vyvolávání osvícené desky vyvolaná deska

6. LEPTÁNÍ Pro leptání potřebujeme chlorid železitý FeCl3, který se dá koupit v obchodě s elektrosoučástkami a další misku Pro leptání už potřebujeme jen plastovou pinzetu Stejně jako při vyvolávání je lepší ohřát roztok na teplotu kolem 50°C. Tímto se celý proces zkrátí Vyvolanou a osušenou desku vložíme do misky s kyselinou a necháme leptat Desku položíme na dno stranou spojů nahoru a neustále s ní pohybujeme, případně potíráme nějakým odolným štětečkem Leptání je hotovo po 15 - 30-ti minutách po úplném rozpuštění osvícených ploch Pokud leptáme desku na hladině, tak obrazec je vidět skrz desku (viz. Obr.) jinak se deska musí kontrolovat průběžně vytahováním z roztoku Po vyleptání je třeba desku omýt a osušit Osušenou desku zbavíme fotoemulze omytím lihem případně jiným rozpouštědlem (aceton, ředidlo) a zkontrolujeme zda nedošlo k naleptání cest Zbylá měď musí být lesklá a neporušená Nyní můžeme přistoupit k závěrečnému opracování. obrazec viditelný při leptání na hladině vyleptaná deska bez fotolaku

7. MECHANICKÉ OPRACOVÁNÍ Měděný povrch je třeba ošetřit ochranným lakem. Vhodná je například rozpuštěná kalafuna v lihu nebo nějaký ochranný pájitelný lak, který se dá zakoupit Vytvoříme celistvou vrstvu laku na straně spojů a necháme zaschnout. Takto musíme učinit okamžitě po odstranění fotoemulze, protože měď velmi rychle oxiduje. Pokud je lak tvrdý vyvrtáme všechny pájecí plošky příslušným vrtákem. Vrtat lze na stojanové vrtačce nebo malé ruční Po vyvrtání všech děr je vhodné srazit otřepy ze strany součástek větším vrtákem Nyní stačí desku ostřihnout na správný rozměr a případně opilovat Výsledný vzhled hotové desky plošného spoje by měl vypadat jako na obrázku vrtání pomocí ruční vrtačky hotová DPS - strana součástek hotová DPS - strana spojů

8. OSAZENÍ A PÁJENÍ Podle osazovacího plánu (v programu Eagle stačí zapnout hladinu tPlace) zapájíme nejprve pasivní součástky (rezistory, diody a kondenzátory) Pájet doporučuji pájkou Sn60Pb o průměru 1mm mikropájkou na teplotu asi 240°C Hrot přiložíme k pájecí plošce tak, aby se teplo přenášelo na pájecí plošku i vývod pájené součástky. Po přiložení pájky se rozlije po celém ostrůvku. Spoj musí být lesklý a po celé plošce. Nakonec připájíme nějaké napájecí vodiče.

ZÁVĚR Touto metodou lze vyrábět bez problémů desky v páté třídě přesnosti Výroba jedné desky je s trochou praxe velmi jednoduchá Celkové variabilní náklady se pohybují mezi 50 a 60,-Kč na 1dm2.

POUŽITÁ LITERATURA http://www.elektronika.estranky.cz/clanky/vyroba-plosnych-spoju/dps http://www.elektroworld.info/modules.php?name=News&file=article&sid=195 http://www.elweb.cz/clanky.php?clanek=101 http://www.georgeb.wz.cz/dps.htm http://maczaka.webz.cz/vyroba_dps.htm

Děkuji za pozornost