Продолжение описания процесса металлизации отверстий в домашних условиях начатое в первой части.
Напоминаю: РАБОТАЕМ В ПЕРЧАТКАХ! Применительно к данному этапу ВАЖНО ПОМНИТЬ СЛЕДУЮЩЕЕ: 1. ЗАГОТОВКИ РУКАМИ КАСАТЬСЯ НЕЛЬЗЯ, ДАЖЕ В ПЕРЧАТКАХ! 2. ОТКРЫТАЯ ЕМКОСТЬ С АКТИВАТОРОМ ЯВЛЯЕТСЯ ИСТОЧНИКОМ АММИАКА! ДЕРЖИТЕ ГОЛОВУ ПОДАЛЬШЕ ОТ НЕЕ!
Приборы и инструменты: 1. Электропечь или аэрогриль. От них требуется возможность оперативно регулировать температуру. Если у вас есть термостатированная (хотя бы до +-5 градусов) печь или печь способная выдерживать температуру по заданному профилю (например, покупная/самодельная печь для пайки SMD) это даже лучше. Если такой печи нет и, в лучшем случае, имеется лишь «показометр» в виде регулятора или термометра с точностью +- пол-слона, то понадобится так же термометр способный мерять температур в диапазоне до 200 градусов. Термопара и тестер вполне подойдут.
2. Медицинский зажим (лучше длинный). Кто не в курсе, эта штука выглядит вот так:
Материалы: 1. Моющее средство с мягким абразивом.
2. Моющее средство без абразива.
Вот тот комплект моющих средств, которым я сейчас пользуюсь:
3. Две мягких губки, одна используется с первым моющим средством, другая — со вторым. И путать их не желательно.
4. Самая мелкозернистая шкурка, какую удастся найти или абразивный брусок (твердый поролон с нанесенным абразивом) с наибольшим номером (то есть наименьшим размером зерна).
Подготовка платы к процессу активации делается так:
1. Сверлим все отверстия в заготовке, причем сразу нужного диаметра. Сверлить нужно твердосплавными сверлами и на станке (дремель со станиной для сверления вполне подходит, думаю, с аналогичной проксоновской конструкцией, равно как и с самодельными сверлильными станками проблем не будет тоже). Если сверлить несколько заготовок сразу или под заготовку подкладывать кусок ненужного стеклотекстолита, то заготовки не будут требовать зачистки отверстий совсем, так что шаг #3 можно пропустить. Следует помнить, что «подкладку» не стоит использовать дважды, в местах, где уже есть отверстия она работать не будет и появятся заусенцы. Ну и есть заметный риск сломать сверло.
2. Тщательно проверяем все отверстия на предмет попавшей стружки, завернувшихся заусенцев и прочего.
3. Зачищаем заготовку шкуркой или абразивным бруском. Особых усилий прикладывать не нужно, достаточно довести поверность меди непосредственно вокруг отверстий до уровня остальной меди (на ощупь отверстия перестают ощущаться как выступающие).
4. Тшательно промываем заготовку и проверяем чистоту отверстий. При необходимости отверстия нужно тщательно прочистить и еще раз промыть. На вид все отверстия одного диаметра должны выглядеть одинаково.
5. Моем заготовку губкой с абразивным моющим средством. Тщательно проходимся по всей поверхности заготовки, включая углы и края.
6. Тщательно промываем плату под струей воды. Когда моющее средство смыто с обеих сторон, еще раз проходимся струей воды по отверстиям, удерживая плату перпендикулярно струе, таким образом давая ей возможность промыть отверстия. По окончании промывки вода должна «липнуть» к заготовке, стекая с нее крайне неохотно. Если это не так, повторяем пункти #5 и #6 до получения нужного результата. На выходе этого шага заготовка выглядит примерно так:
Самый правый ряд отверстий (увы, его плохо видно даже на полноразмерной фотке) имеет диаметр 0.3.
7. Тщательно стряхиваем воду с заготовки и начинаем обрабатывать активатором. Для этого емкость с активатором открываем и удерживая заготовку за края или за углы не торопясь опускаем ее в активатор, но ни в коем случае не касаемся дна (там есть нерастворенный гипофосфит, который может вступать в реакцию с незащищенной медью). Через 2-3 секунды так же не торопясь приподнимаем заготовку так, что бы ее поверхность оказалась чуть выше поверхности активатора. При этом вокруг отверстий слой активатора быстро светлеет, поскольку активатора протекает в отверстия и слой тановится тоньше. Необходимо убедиться, что это произошло вокруг всех отверстий. Вокруг совсем мелких отверстий, типа 0.2-0.3-0.4, это происходит с некоторой задержкой, все-таки жидкости требуется некоторое время, что бы протечь через такое маленькое отверстие. Если этого не произошло, так же плавно опускаем заготовку в активатор на 2-3 секунды и так же плавно приподнимаем. Таких повторов имеет смысл делать 3-4, не больше и как только все отверстия смочились активатором, обработку следует закончить (см. следующий шаг). Если этого не произошло, то имеет место проблема с отверстиями, следует смыть активатор под струей воды и вернуться к шагу #4.
Содержание / Contents
Недавно понадобилось мне сделать двустороннюю печатную плату. И не просто двустороннюю, а обязательно с переходами между слоями, так как при пайке доступа к противоположной стороне не будет. И не просто с переходами, а с достаточно мощными переходами, потому что по этим переходам предполагается протекание сравнительно больших токов.
Первой мыслью было сделать дополнительные площадки и соединить слои медными заклёпками из подходящего провода, но подсознание протестовало – решение-то неуклюжее…
но как-то не ассоциировались они у меня с заклёпками, пока у одного наконечника не свалился изолятор…
Вот тут-то всё и встало на свои места. В первый момент в голову стали приходить всякого рода развальцовки с фигурной формой рабочей части, весьма желательно, из подзакалённой стали, с отполированной поверхностью. Но, в конечном итоге, решил не заморачиваться и работать подручным инструментом.
Блог УМНИКА
Начало тут.
Металлизация отверстий.
Тут будет наверное самое интересное, так как методику я использовал редкую, да и вообще, металлизация отверстий в печатной плате — это то, что до сих пор не имеет удобной домашней технологии.
Металлизацию отверстий я делаю при помощи специально предназначенных для этого латунных втулок.
Покупал я эти втулки в Греции (видимо потому что там все есть), но не лично, а через Ebay. Вообще вещь вроде нужная и полезная, а продает мало кто.
Вот ссылка на продавца. А тут на сами втулки.
Я еще нашел ссылки, кто торгует подобными втулками, но у них не покупал, не знаю.
Ссылка 1.
Ссылка 2.
Ссылка 3.
Втулки бывают разного размера, я использую два из них: основной — ходовой — наружный диаметр 1 мм, внутренний 0.8 мм (в полученные отверстия проходят выводы резисторов, конденсаторов и DIP микросхем) и для толстых выводов — наружный 1.4 мм, внутренний 1.2 мм (для силовых транзисторов, клемников и т.д.)
Теперь сам процесс, не сложный, но из-за мелкого размера втулок, кропотливый.
Втулки мелкие, вот рядом с моим пальцем:
Втулки в пакетиках:
Для установки нужна булавка (еще удобно медицинская игла для инъекций, но в этот раз под рукой не оказалось) и пуансон для развальцовки.
Пуансон выточил на токарном станке — кончик 3 мм диаметром, на нем выступ диаметр 0.8 мм, высота 1 мм:
Втулки я вставляю только там, где к площадке подходит проводник сверху. Для экономии втулок, их можно не ставить там, где находятся переходные отверстия, их можно запаять кусочком проволоки. Так же можно не ставить там, где можно распаять вывод детали с верхней стороны платы (где детали). Абсолютно втулки нужны, таким образом, там, где к площадке на верхней стороне подходит проводник и где деталь эту площадку перекрывает — это обычно электролитические конденсаторы, клеммники, панели под микросхемы. Тут уж каждый экономит по своему усмотрению (втулки не так дешевы, как хотелось бы). В данном случае я ставил их всюду, где имеются проводники сверху, будем считать это приступом перфекционизма.
Исходно отверстия в плате сверлятся по умолчанию 0.8 мм (под основные детали). Там где мне надо поставить втулку надо рассверлить отверстие до диаметра втулки ( это 1 мм для основных втулок и 1.4 мм для крупных).
Рассверливаю я на сверлильном станочке. Диаметр отверстия должен быть выдержан довольно точно, если сверлить сверлом 1.05 мм, то втулки в таком отверстии не держатся и выпадают, когда нам нужно перевернуть плату для развальцовки втулки.
Итак, нужные отверстия рассверлены, начинаем вставлять втулки. Отдельную втулку вставить не получится, поэтому одеваем ее на булавку, а удобнее одеваем сразу несколько штук:
И вставляем.
Вставляются они плотно и усилия на булавке не всегда хватает что бы вставить до конца:
Тогда вдавливаем их в плату рукой при помощи пуансона, что бы головка втулки была вровень с платой.
Теперь переворачиваем плату и с обратной стороны развальцовываем втулки при помощи пуансона. Я делаю это, закрепив пуансон в сверлильном станке, вращение не включаем, используем просто как пресс.
Вот результат:
При некоторой сноровке все получается быстро и качественно.
Сама плата при развальцовке кладется не на кусочек дерева (как при сверлении), а непосредственно на стальной стол сверлильного станка. Головка втулки при этом
становится плоской:
Ну, в общем и все, переходные отверстия металлизированы!
Продолжение
↑ Инструмент
Кусачки, пассатижики, керн по диаметру отверстий и молоток. Конусное шило – важный инструмент в этом деле. У меня было заточенное в незапамятные времена (сейчас даже не представляю для чего), сверло – как раз впору пришлось. Ну и самое главное – многофункциональный инструмент, в домашнем обиходе именуемый «консервная банка», играющий роль наковальни.
Эксперименты показали, что получается вполне функционально, не по заводскому, конечно, но это не важно — неровные края заклёпок скрываются под припоем.
Графитирование
Еще один несложный в исполнении способ металлизации. Отличие в том, что для первичной обработки отверстий вместо серебрения делается графитирование. Чаще всего любители используют магазинный аэрозоль CRAMOLIN «GRAPHITE». Откладывающиеся на поверхности мелкодисперсионные фракции графита достаточно вдавить в подготовленные отверстия. Это несложно сделать небольшим шпателем, скребком. Как их изготовить своими руками, пояснять не нужно.
Для удаления излишков, пока паста еще влажная, плата встряхивается. Фракции, налипшие на ее поверхность, смываются растворителем или убираются мелкой (шлифовочной) наждачкой. Остается лишь тонкой иглой прочистить отверстие.
В результате в нем получается тончайший токопроводящий слой. Такой способ удаления пасты имеет минус – не все фракции выводятся из отверстия, что уменьшает его диаметр. Более качественный результат достигается методом продувки. В домашних условиях можно задействовать пылесос.
Описанные способы металлизации отверстий – не единственные. Но именно их в свое время апробировал автор, и они доказали свою эффективность и удобство в реализации.
↑ Реализация
Вставляем развальцованную трубку в плату. Лучше, если отверстие в ПП будет максимально соответствовать наружному диаметру трубки наконечника, трубка должна входить плотно, с трудом. Максимально осаживаем пальцами. Специальную трубчатую осадку с молотком применять не стал. Получающийся в результате неполного прилегания развальцовки к плате запас, как раз и идёт на развальцовку заклёпки с другой стороны платы.
Обкусываем заклёпку заподлицо с фольгой. Как показала практика, обкусывать лучше всего бокорезами с плоскими (без фаски) режущими поверхностями.
Трубка, естественно, сжимается на резе, я пробовал, перед обкусыванием, вставлять внутрь трубки кусок обмоточного провода, но результат получился не шибко складным. Оказалось, что гораздо проще вставить со стороны развальцовки подходящее конусное шило и расправить этот сжим.
Серебрение
Подготовительные мероприятия
Технология основана на том, что под воздействием ультрафиолета нитрат серебра (более известный как ляпис AgNO3) разлагается на компоненты, один из которых – чистый металл.
- Отверстия в плате зачищаются.
- Каждое из них обрабатывается раствором (25±5%) азотнокислого серебра.
- Далее – просушка печатной платы. Чтобы ускорить течение химической реакции, целесообразно для этих целей использовать УФ-лампу. В результате на гетинаксе (в районе отверстий) останутся лишь отдельные вкрапления серебра.
Получение токопроводящего слоя
Для этого понадобится медь. Ее получают из раствора. Металл осаждается на подготовленную «основу» из серебра, тем самым обеспечивая в дальнейшем надежный эл/контакт между всеми элементами схемы.
Состав раствора (из расчета на 100 мл теплой воды)
Купорос медный 2 и натр едкий 4 (в г) + глицерин 3,5 + 25% спирт нашатырный 1+ 10% формалин 11±4 (в мл).
Данный раствор крайне неустойчив, и срок его пригодности ограничен. Поэтому препарат готовить про запас бессмысленно. Только в нужном количестве и перед непосредственным применением, когда первичная обработка отверстий (серебрение) уже выполнена. Процентное соотношение компонентов в зависимости от требуемого объема раствора несложно рассчитать по приведенному рецепту.
Усиление отверстий
Выполненной металлизации достаточно лишь в случае, если при монтаже электронной схемы предполагается работать с миниатюрными радиодеталями. Но, как показывает практика, слоя хватает на один раз. Следовательно, говорить о ремонтопригодности печатной платы уже не приходится. Именно поэтому толщина металлизированного слоя увеличивается гальваническим способом, как никелирование, например.
Состав раствора (из расчета на 1 000 мл)
Концентрированная кислота, серная (70 мл) + медный купорос (250 г).
- «Минус» – на фольгированном покрытии платы, «плюс» – на пластинке из меди. Она располагается параллельно обрабатываемому образцу.
- Плотность тока (А/см2) выбирается в диапазоне 0,02 – 0,3.
- Напряжение (В): 3,5±0,5.
- Приемлемая температура (ºС) в гальванической ванне – от 20 до 28.
Более качественный, однородный слой получается при меньшем токе. Но это увеличивает время протекания процесса металлизации отверстий.
Металлизация переходных отверстий печатных плат в домашних условиях
Оглавление
Пара ремарок
В пору когда мне понадобилось изучить и освоить металлизацию большой массив информации был подчерпнут с ресурса radiokot.ru https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=8&t=2647 , также с различной технической отечественной и зарубежной литературы. На форуме большой вклад в продвижение технологии внесли Ruzik, Mial, Jin, Savvey, и еще некоторые люди. С их помощью процесс занял гораздо меньшее время, если что-то непонятно или нужны очень подробные детали можете пошерстить тему например гугл поиском, уверен многое нужное для вас в контексте этой темы пригодится.
Краткое описание возможных проблем и сложностей
Для приготовления палладиевого активатора самым проблематичным является поисх хлорида палладия (PdCl2), Pd относится к драг металлам и находится на контролле государства, благо нужно его всего лишь 0.2гр (не палладия, а хлорида, т.е. палладия еще меньше) на активатор, который работает годами. С учетом того что приготовление активатора может не получится с первого раза и про запас обычно 1-1.5гр PdCl2 хватает за глаза.
Второе это поиск самих хим. реактивов, некоторые из них например соляная кислота (HCL) являются прекурсорами и физ. лицам не продаются, но если у вас есть знакомый который может купить по безналу для вас некоторые реактивы для ваших технических нужд то проблем не возникнет.
Третье — это место для приготовления растворов, сами по себе растворы не опасные (при умелом обращении, например активатор — канцерогенен, но он не летает, просто его не нужно пить, вы же не пьете бензин или жидкость для мытья посуды). Сами процессы приготовления всех нужных растворов довольно безобидны, нужно только следовать инструкциям, также соблюдать правила при работе с едкими веществами (кислотами, щелочами) — перчатки, защитные очки, по возможности СИЗОД (средства индивидуальной защиты органов дыхания) и проветриваемое помещение. При использовании растворов они не пахнут, у некоторых — например хим. лужения есть легкий запах но перчаток и пинцета вполне достаточно. Если вдруг кто-то соберется добыть 0.2 г хлорида палладия для активатора то тут все хуже, согласно литературы — царская водка, вонь, но впринципе тоже ничего невозможного.
Ну да ладно не будем пугать, главное настрой — на самом деле ничего особо сложного нет, технология повторена, отработана многоими людьми, ею успешно пользуются многие люди дома, включая меня.
После того как у вас есть все необходимое можно приступать к процессу. Если вас отпугивает наиболее технологичный и удобный в работе способ металлизации, можете поискать в приведенной статье например гипофосфитный метод — он более простой но более трудоемкий в плане изготовления плат.
Целостность сигнала
Переходные отверстия (далее п/о, англ. via) представляют собой неоднородности в линии передачи. Как и другие неоднородности, они портят сигнал. Этот эффект слабо выражен на низких частотах, однако с увеличением частоты значительно возрастает. Часто разработчики уделяют незаслуженно мало внимания структуре переходных отверстий: они могут быть скопированы из «соседнего» проекта, взяты из даташита или вообще не заданы в САПР (настройка по умолчанию).
Перед тем как использовать рассчитанную структуру, необходимо понять, почему её сделали именно такой? Слепое повторение может только навредить.
На целостность сигнала в канале при прохождении через переходные отверстия главным образом влияют следующие факторы:
- отражения сигнала из-за изменения волнового сопротивления;
- деградация сигнала вследствие паразитной ёмкости и индуктивности;
- отражения от неиспользуемого отрезка п/о при переходе на внутренний слой (далее стаб от англ. via stub);
- перекрёстные помехи (англ. Cross talks);
- помехи в шинах питания.
Рассмотрим подробнее причины этих эффектов и методы их устранения.
Подготовка отверстий
Рис.95. Отверстие после избыточной плазменной обработки.
Известны 3 метода подготовки отверстий:
— Перманганатная обработка (дешевая и относительно эффективная, но имеет ограничения по маркам ДЭ – совсем не травит фторпласт и плохо работает с полиимидом).
— Плазмохимическая подготовка (требует сложного инженерного обеспечения и высоко квалифицированного персонала). Для стеклотекстолита при длительном воздействии или выборе агрессивных режимов по частоте сильно утравливает ДЭ, образуя внутри отверстия «щетку» стеклянных волокон (рис.95). При этом столб металлизации частично заполненный кончиками стекловолокон приобретает увеличенное, по сравнению со сплошной медью сопротивление.
— Травление в составах с плавиковой ( или др. концентрированной) кислотой (устаревший и очень вредный для персонала метод, сегодня практически не применяется в реальном производстве).
