Печатные платы при помощи лазерного принтера. Как самостоятельно изготовить печатную плату в домашних условиях

Вот периодически мне бывает нужно сделать печатные платы для моих поделок. ЛУТ для меня чрезвычайно капризный метод - то тонер переплавится и растечется, то качество бумаги не сгодится, то еще какой- нибудь геморрой - нервы нужны стальные-железные. Для фоторезиста реактивы специфические и ламинатор.

«А если для этого станочек специальный соорудить? Чтоб сразу краской печатать?», - подумалось мне. «Принтер переделай!», - резонно заметила лень. Поиск в интернете выявил, что люди успешно переделывают для печати на текстолите струйники, однако это довольно трудоемкий процесс (нужно допиливать и поднимать рамку с печатающей головкой и т. п.), к тому же, своим струйным принтером я дорожу, как мадам Грицацуева ситечком (МФУ, все-таки). А вот ненужный лазерный HP lj 6L у меня валялся без дела - в общем, довалялся. Полез смотреть характеристики и случайно наткнулся на (кэш статьи , на всякий пожарный) по переделке именно этого принтера под текстолит. Но тема в статье так и не раскрылась до конца - в частности, там не рассказывается, как сделать так, чтобы тонер прилипал к фольге текстолита, чем потом этот тонер запекать и, главное, - нет видеодемонстрации работающего образца, поэтому я довел это дело до ума самостоятельно. Я настоятельно рекомендую ознакомиться с вышеупомянутой статьей, потому что повторять описанное там во всех деталях не буду - нечего плодить копипаст. Под катом много фотографий.

Итак, сама переделка заключается в мелочах - сделать пропил в задней стенке, убрать отбойную площадку и печку (чтобы напечатанный рисунок не смазывался). Термодатчик печки нужно заменить резистором с сопротивлением 8,2 кОм. Я рекомендую сделать это так (просто закоротить термодатчик резистором, чтобы не возиться с его закреплением):

С разъемом, подающим напряжение нагрева, ничего делать не надо. Отключить от него печку и все.

Далее нужно поработать с отбойной площадкой - это то, что находилось за роликом захвата бумаги - ее нужно спилить, оставив только бока. Прощу прощения, но фотографии с неотпиленной задней частью нет - забыл сфотографировать, а когда опомнился и пришел в себя, то все уже было отпилено. Сам не знаю, как так вышло. Кошмар.

Вот так все должно выглядеть:

Да, чуть не забыл: аккуратнее с датчиком прохождения бумаги (он, вернее, верхнее плечо его заслонки, находится вон в той щели слева от ролика захвата бумаги) - не спилите случайно его крепления, иначе принтер не сможет контролировать конец листа в подающем тракте.

А вот у датчика наличия бумаги наоборот удалите заслонку, и принтеру будет казаться, что «бумага» есть всегда.

Вид сзади:

Это все, что я хотел прояснить по поводу переделки. А теперь не менее важные моменты - прилипание тонера к фольге и закрепление его с помощью нагревания.


Ну и, конечно, то, ради чего мы все тут собрались - видеодемонстрация работы девайса:

Вот и все. Мне этот «станочек» существенно облегчил жизнь. Не одну плату уже с его помощью удачно напечатал, тьфу-тьфу. Если кому-то это все пригодится - буду очень рад. Спасибо за внимание.

На плату перенесено изображение деталей, очень упрощает сборку

Как-то наткнулся в интернете на видео по нанесению надписей на разные поверхности с помощью акрилового лака. Суть там простая, печатаете на лазерном принтере надпись, промазываете её с лицевой стороны лаком, ждете высыхания лака, затем размочив бумагу в теплой воде осторожно скатываете её в комочки и удаляете с засохшего лака, когда вся бумага будет удалена, то останется только прозрачный слой лака с прилипшим к нему тонером в виде вашей надписи.

Но лак очень хрупкий и с него сложно снять бумагу не повредив его. И тут пришла идея вместо лака использовать обычный скотч!

Методика

Печатаем надпись, наклеиваем на лицевую сторону прозрачный скотч, хорошенько проглаживаем, обрезаем ножницами лишнее, и под кран с теплой водой. Бумага снимается очень легко, но сильно тереть не стоит, чтобы не повредить слой тонера, и когда будет казаться что скотч идеально очищен от бумаги, то еще разок внимательно просмотрите на наличие остатков бумаги, т.к. маленькие остатки бумаги в воде практически прозрачны и незаметны.

После снятия бумаги есть 2 варианта приклеивания скотча:

1. Сразу клеим, не дожидаясь высыхания воды. Это дает возможность несколько раз отклеить скотч для корректировки положения надписи.

2. Положить скотч липкой стороной вверх и подождать, пока высохнет вода. Для ускорения высыхания хорошо подходит змеевик в ванной или батарея зимой. Как ни странно, липкость восстанавливается полностью. Приклеивать нужно сразу правильно, т.к. просохший скотч сложно отклеить без повреждения надписи.

Скотч остается липким только там, где нет тонера! Бумага - обычная офисная.

Вот несколько примеров того, что получается:

В амперметр печатал шкалу, надпись под вольтметром, и + -, это первая проба на старом добром экспериментальном БП.

3D-принтеры открыли безграничные возможности для домашнего или быстрого прототипирования. Теперь можно легко создать в 3D-программе практически любую модель и напечатать на 3D-принтере. Но до настоящего момента мало кто задумывался о том, что с помощью 3D-принтера можно еще изготовить электронику для того или иного решения (модели).

До сегодняшнего дня, если нужно было изготовить печатную плату для прототипа, приходилось корпеть над ней с паяльником, либо заказывать небольшую партию на производстве. Правда, многие из нас могут еще сделать это с помощью обычного утюга и лазерного принтера.

Хотя этот процесс не очень эстетичный и технологичный. В данной статье я хотел бы рассказать еще об одном способе. Для этого подойдет не только 3D-принтер, но и любой DIY гравер:

Или конструктор типа makeblock plotter xy.

Кстати, практически на любой 3D-принтер можно поставить диодный лазер, установив его в качестве дополнения или на место экструдера. Диодные лазеры отличаются малыми размерами и компактностью. Их сравнительно небольшая мощность по сравнению с СО2 лазерами в данном процессе не помеха.

Итак, как же выглядит процесс изготовления печатной платы в офисе или дома? Для этого нам понадобится омедненный стеклотекстолит, любая темная виниловая пленка (подойдет любая, прожигаемая лазером насквозь), хлорид железа (продается открыто в любых магазинах химических реактивов) и, конечно же, диодный лазер, установленный на 3D-принтер. Мощность здесь не столь важна, но мы рекомендуем использовать лазер с выходной мощностью более 2Вт (2000 мВт).

Установить лазер на любой 3D-принтер довольно легко: пример установки на Ultimaker и WanHao DuPlicator .

Итак, начнем:

1. Создайте модель платы в любой программе типа inkscape (инверсионная картинка. Позже объясним, почему инверсия).
2. Переведите ее в gcode.
3. Наклейте на пластинку омедненного стелкотекстолита виниловую пленку.
4. Положите стеклотекстолит, покрытый пленкой, на 3D-принтер и включите 3D-принтер в режиме лазерной резки/гравировки.
5. Лазер выжжет на пленке инверсионную картинку того, что должно получиться в итоге.
6. Разведите порошок хлорида железа в воде (не волнуйтесь, никакой химической реакции не будет)
7. Стелкотекстолит поместите на 45-60 минут в водный раствор хлорида железа.

В водном растворе хлорида железа медь на поверхности стеклотекстолита, свободной от пленки после работы лазера, вступит в реакцию с хлоридом железа (химическая реакции травления меди) и перейдет в раствор, оставив чистый стеклотекстолит в контурах инверсионной картинки.
Дальше с помощью маленького сверла сделайте отверстия под необходимые разъемы или оставьте, как есть, и напаивайте разъемы на плату сверху.

Вот мы и рассказали вкратце о том, как с помощью обычного 3D-принтера и лазера можно создать небольшую фабрику – лабораторию по изготовлению печатных плат.

Данная технология, безусловно, неидеальна и имеет ряд недостатков, но вполне работоспособна и может найти применение в домашних условиях и небольших лабораториях.

Очень часто в процессе технического творчества необходимо изготавливать печатные платы для монтажа электронных схем. И сейчас я расскажу об одном из самых, на мой взгляд, продвинутых способов изготовления печатных плат с помощью лазерного принтера и утюга. Живем мы в 21 веке, поэтому будем облегчать себе работу, используя компьютер.

Шаг 1. Проект платы

Проектировать печатную плату мы будем в специализированной программе. Например в программе sprint Layout 4.

Шаг 2. Печать рисунка платы

После этого нам нужно напечатать рисунок платы. Для этого сделаем следующее:

1. В настройках принтера отключим всяческие опции экономии тонера, и если есть соответствующий регулятор – выставим максимальную насыщенность.
2. Возьмем лист формата А4 из какого-нибудь ненужного журнальчика. Бумага должна быть мелованной и желательно минимум рисунка на ней.
3. Напечатаем рисунок печатной платы на мелованной бумаге в зеркальном отображении. Лучше сразу в нескольких экземплярах.

Шаг 3. Зачистка платы

Напечатанный лист отложим пока в сторону и займемся подготовкой платы. В качестве исходного материала для платы может служить фольгированный гетинакс, фольгированный текстолит. При длительном хранении медная фольга покрывается плёнкой окислов, которая может помешать травлению. Поэтому начнем подготовку платы. Мелкой наждачной бумагой сдираем плёнку окислов с платы. Особо не усердствуйте, фольга тонкая. В идеале плата после зачистки должна блестеть.

Шаг 4. Обезжиривание платы

После зачистки плату промываем проточной водой. После этого нужно плату обезжирить, для того чтобы тонер прилип лучше. Обезжирить можно каким либо бытовым моющим средством, либо промыв органическим растворителем (например, бензином или ацетоном)

Шаг 5. Перевод рисунка на плату

После этого при помощи утюга переведем рисунок с листа на плату. Наложим распечатку рисунком на плату и начнем гладить горячим утюгом, равномерно прогревая всё плату. Тонер начнет плавится и прилипать к плате. Время и усилие прогрева подбирается экспериментально. Нужно что бы тонер не растекся, но и нужно что бы он весь приварился.

Шаг 6. Очистка платы от бумаги

После того, как плата с прилипшей к ней бумажкой остынет – намочим ее и под потоком воды будем скатывать ее пальцами. Мокрая бумага будет собираться в катышки, а прилипший тонер останется на месте. Тонер достаточно прочен и с трудом соскабливается ногтем.

Шаг 7. Травление платы

Травление печатных плат лучше всего производить в хлорном железе (III) Fe Cl 3. Этот реактив продается в любом магазине радиодеталей и стоит недорого. Погружаем плату в раствор и ждем. Процесс травления зависит от свежести раствора, его концентрации и т.п. Может занимать от 10 минут до часа и более. Процесс можно ускорить покачивая ванночку с раствором.

Конец процесса определяется визуально – когда стравится вся незащищенная медь.

Тонер смывается ацетоном.

Шаг 8. Сверление отверстий

Когда в распоряжении есть лазерный принтер, радиолюбителями применяется технология изготовления печатных плат, которая называется ЛУТ. Однако такой прибор имеется далеко не в каждом доме, поскольку даже в наше время стоит он достаточно дорого. Еще есть технология изготовления с применением фоторезистивной пленки. Однако для работы с ней тоже нужен принтер, но уже струйный. Уже проще, но сама пленка стоит достаточно дорого, а начинающему радиолюбителю на первых порах лучше потратить имеющиеся средства на хорошую паяльную станцию и прочие принадлежности.
Можно ли изготовить печатную плату приемлемого качества в домашних условиях, не имея принтера? Да. Можно. Причем, если все сделать, как описано в материале, понадобится совсем немного денег и времени, а качество будет на очень высоком уровне. Во всяком случае электрический ток «побежит» по таким дорожкам с большим удовольствием.

Перечень необходимых инструментов и расходников

Начать стоит с подготовки инструментов, приспособлений и расходных материалов, без которых просто нельзя обойтись. Для реализации самого бюджетного способа изготовления печатных плат в домашних условиях понадобится следующее:

1. Программное обеспечение для разработки рисунка.
2. Прозрачная полиэтиленовая пленка.
3. Узкий скотч.
4. Маркер.
5. Фольгированный стеклотекстолит.
6. Наждачная бумага.
7. Спирт.
8. Ненужная зубная щетка.
9. Инструмент для сверления отверстий диаметром от 0,7 до 1,2 мм.
10. Хлорное железо.
11. Пластиковая емкость для травления.
12. Кисточка для рисования красками.
13. Паяльник.
14. Припой.
15. Жидкий флюс.

Пройдемся кратенько по каждому пункту, так как есть некоторые нюансы, дойти до которых возможно только опытным путем.
Программ для разработки печатных плат существует сегодня огромное количество, но для начинающего радиолюбителя самым простым вариантом будет Sprint Layout. Несложно освоить интерфейс, пользоваться можно бесплатно, присутствует огромная библиотека, включающая распространенные радиокомпоненты.
Полиэтилен нужен для переноса рисунка с монитора. Лучше взять пленку пожестче, например, от старых обложек для школьных книг. Для ее крепления к монитору подойдет любой скотч. Лучше взять узкий – проще будет отклеивать (монитору эта процедура не вредит).
На маркерах стоит остановиться более подробно, так как это больная тема. Для переноса рисунка на полиэтилен, в принципе, подойдет любой вариант. А вот для рисования по фольгированному стеклотекстолиту нужен специальный маркер. Но тут есть маленькая хитрость, как сэкономить, и не покупать достаточно дорогие «специальные» маркеры для рисования печатных плат. Дело в том, что эти изделия по своим свойствам абсолютно ни чем не отличаются от обычных перманентных маркеров, которые продаются в 5-6 раз дешевле в любом канцелярском магазине. Но маркер должен обязательно иметь надпись «Permanent». Иначе ничего не получится.

Фольгированный стеклотекстолит можно брать любой. Лучше, если он будет потолще. Начинающим с таким материалом работать куда проще. Для его очистки понадобится наждачная бумага зернистостью около 1000 единиц, а также спирт (есть в любой аптеке). Последний расходник можно заменить жидкостью для сведения лака для ногтей, которая есть в любом доме, где живет женщина. Однако это средство довольно противно пахнет и долго выветривается.
Для сверления платы лучше иметь специальную мини-дрель или гравер. Однако можно пойти и более дешевым путем. Достаточно купить цанговый или кулачковый патрон под маленькие сверла и приспособить его к обычной бытовой дрели.
Хлорное железо можно заменить другими химическими средствами, включая те, которые уже наверняка есть в вашем доме. Например, подойдет раствор лимонной кислоты в перекиси водорода. Информацию о том, как готовятся альтернативные хлорному железу составы для травления плат, без проблем можно найти в Сети. Единственное, на что стоит обратить внимание, это на емкость для такой химии – она должна быть пластиковой, акриловой, стеклянной, но никак не металлической.
Про паяльник, припой и жидкий флюс подробнее говорить не стоит. Если радиолюбитель дошел до вопроса изготовления печатной платы, то с этими вещами он уже наверняка знаком.

Разработка и перенос рисунка платы на шаблон

Когда все вышеперечисленные инструменты, приспособления и расходные материалы подготовлены, можно браться за разработку платы. Если изготавливаемое устройство не уникальное, то гораздо проще будет скачать его проект из Сети. Подойдет даже обычный рисунок в формате JPEG.

Хотите пойти более сложным путем – рисуйте плату самостоятельно. Этот вариант часто бывает неизбежным, например, в ситуациях, когда у вас нет в наличии точно таких же радиодеталей, которые нужны для сборки оригинальной платы. Соответственно, заменяя компоненты аналогами, под них приходится выделять место на стеклотекстолите, подгонять отверстия и дорожки. Если проект уникальный, то плату придется разрабатывать с нуля. Для этого и нужно вышеупомянутое программное обеспечение.
Когда макет платы готов, его остается только перенести на прозрачный шаблон. Полиэтилен фиксируется прямо на мониторе при помощи скотча. Далее просто переводим имеющийся рисунок – дорожки, контактные пятачки и так далее. Для этих целей лучше всего использовать все тот же перманентный маркер. Он не стирается, не размазывается, и его хорошо видно.

Подготовка фольгированного стеклотекстолита

Следующим этапом идет подготовка стеклотекстолита. Для начала нужно отрезать его по размерам будущей платы. Делать это лучше с небольшим запасом. Для раскройки фольгированного стеклотекстолита можно использовать одни из нескольких способов.
Во-первых, материал отлично режется при помощи ножовки по металлу. Во-вторых, если у вас есть гравер с отрезными кругами, то удобно будет использовать его. В-третьих, стеклотекстолит можно отрезать по размеру канцелярским ножом. Принцип раскройки такой же, как и при работе со стеклорезом – в несколько проходов наносится линия отреза, затем материал просто отламывается.

Теперь обязательно нужно очистить медный слой стеклотекстолита от защитного покрытия и окисла. Лучшего способа, чем обработка наждачной бумагой, для решения этой задачи нет. Зернистость берется от 1000 до 1500 единиц. Цель – получить чистую блестящую поверхность. До зеркального блеска зачищать медный слой не стоит, так как мелкие царапины от наждачной бумаги увеличивают адгезию поверхности, что понадобится дальше.
В завершение остается только очистить фольгу от пыли и следов ваших пальцев. Для этого используется спирт или ацетон (жидкость для снятия лака). После обработки к медной поверхности руками не прикасаемся. Для последующих манипуляций захватываем стеклотекстолит за грани.

Совмещение шаблона и стеклотекстолита

Теперь нашей задачей является совмещения полученного на полиэтилене рисунка с подготовленным стеклотекстолитом. Для этого пленка накладывается на нужное место и позиционируется. Остатки заворачиваются на обратную сторону и крепятся при помощи все того же скотча.

Сверление отверстий

Перед сверлением рекомендуется каким-либо способом закрепить стеклотекстолит с шаблоном на поверхности. Это позволит добиться большей точности, а также исключит внезапное проворачивание материала во время прохода сверла насквозь. Если у вас есть сверлильный станок для такой работы, то описанная проблема вообще не возникнет.

Сверлить отверстия в стеклотекстолите можно на любой скорости. Кто-то работает на малых оборотах, кто-то на больших. Опыт показывает, что сами сверла служат намного дольше, если их эксплуатировать на низких скоростях. Так их сложнее сломать, погнуть и повредить заточку.
Отверстия сверлятся прямо через полиэтилен. Ориентирами будут служить будущие контактные пятачки, нарисованные на шаблоне. Если того требует проект, то своевременно меняем сверла под нужный диаметр.

Рисование дорожек

Далее шаблон снимается, но не выбрасывается. К медному покрытию по-прежнему стараемся не прикасаться руками. Для рисования дорожек используем маркер, обязательно перманентный. Его хорошо видно по следу, который он оставляет. Рисовать лучше за один проход, так как после застывания лака, который есть в составе перманентного маркера, правки делать будет весьма затруднительно.

В качестве ориентира используем все тот же шаблон из полиэтилена. Можно рисовать также перед компьютером, сверяясь с оригинальным макетом, где есть маркировка и прочие пометки. Если есть возможность, то лучше использовать несколько маркеров с наконечниками разной толщины. Это позволит более качественно прорисовать и тонкие дорожки, и обширные полигоны.

После нанесения рисунка обязательно ждем некоторое время, необходимое для окончательного отвердевания лака. Можно даже подсушить феном. От этого будет зависеть качество будущих дорожек.

Травление и очистка дорожек от маркера

Теперь самое интересное – травление платы. Тут есть несколько нюансов, о которых мало кто упоминает, но они существенно влияют на качество результата. В первую очередь готовим раствор хлорного железа согласно рекомендациям на упаковке. Обычно порошок разбавляется водой в соотношении 1:3. И тут первый совет. Сделайте раствор более насыщенным. Это поможет ускорить процесс, и нарисованные дорожки не отвалятся прежде, чем вытравится все необходимое.

Сразу же совет второй. Ванночку с раствором рекомендуется погрузить в горячую воду. Можно нагреть ее в металлической посуде. Повышение температуры, как известно еще со школьной программы, значительно ускоряет химическую реакцию, которой травление нашей платы и является. Сокращение времени процедуры нам на руку. Нанесенные маркером дорожки достаточно нестабильны, и чем меньше они будут киснуть в жидкости, тем лучше. Если при комнатной температуре плата в хлорном железе травится около часа, то в теплой воде этот процесс сокращается до 10 минут.
В завершение еще один совет. В процессе травления, хоть он и так ускорен за счет подогрева, рекомендуется постоянно двигать плату, а также счищать продукты реакции щеточкой для рисования. Совмещая все вышеописанные манипуляции вполне возможно вытравить лишнюю медь всего за 5-7 минут, что является просто отличным результатом для этой технологии.

В конце процедуры плату нужно тщательно промыть под проточной водой. Затем просушиваем ее. Остается только смыть следы от маркера, все еще закрывающие наши дорожки и пятачки. Делается это все тем же спиртом или ацетоном.

Лужение печатных плат

Перед лужением еще раз обязательно проходимся по медному слою наждачной бумагой. Но теперь делаем это предельно осторожно, чтобы не повредить дорожки. Самый простой и доступный способ лужения – традиционный, с помощью паяльника, флюса и припоя. Можно также использовать сплавы Розе или Вуда. Также существует на рынке так называемое жидкое олово, которое значительно может упростить задачу.
Но все эти новые технологии требуют дополнительных затрат и некоторого опыта, потому для первого раза подойдет и классический метод лужения. На очищенные дорожки наносится жидкий флюс. Далее набирается припой на жало паяльника и распределяется по оставшейся после травления меди. Здесь важно прогреть дорожки, иначе припой может не «приклеиться».

Если у вас все же есть сплавы Розе или Вуда, то их можно использовать и не по технологии. Они просто замечательно плавятся паяльником, легко распределяются по дорожкам, не сбиваются в комки, что для начинающего радиолюбителя будет только плюсом.

Заключение

Как видно из вышеописанного, бюджетная технология изготовления печатных плат в домашних условиях действительно доступная и недорогая. Не нужен ни принтер, ни утюг, ни дорогущая фоторезистивная пленка. Используя все вышеописанные советы вы легко сможете изготавливать простейшие электронные , не вкладывая в это больших денег, что очень важно на первых этапах занятия радиолюбительством.