OmProfy.ru

«Лазерно-утюжная» технология изготовления односторонних печатных плат (ЛУТ). Часть 1.

Про «лазерно-утюжную» технологию изготовления печатных плат сказано и написано очень много. В сети за этим «шаманством» даже закрепилась устойчивая аббревиатура – ЛУТ. Если набрать ЛУТ в поисковике, то вывалится куча ссылок, где будут и тексты, и фотографии, и даже видео с описанием что и как делать. Сложно сказать кто, где и когда придумал этот метод. Можно предположить, что он появился в самом конце девяностых, после того, как радиолюбителям стали доступны лазерные принтеры. Технология очень популярна, поскольку позволяет получить очень неплохой результат буквально в домашних условиях, используя при этом минимум оборудования. Чаще всего эту технологию используют радиолюбители при изготовлении своих самоделок. Профессионалы, как ни странно, ее тоже используют, когда требуется быстро создать опытный образец, а заказывать плату на «настоящем» производстве дорого и долго.

Зачем я пишу об этом здесь, на сайте, в основном посвященном снегоходам? По двум причинам. Во первых, на снегоходе есть как минимум два устройства, которые можно попробовать сделать самостоятельно – это коммутатор и регулятор напряжения. Уж если их делать самому, то хочется чтобы получилось красиво и надежно, а здесь ЛУТ может оказаться очень даже кстати! Во вторых, почти весь текст и все фотографии я сделал еще в 2004 году для моего первого сайта, который располагался на «народе», и по ряду причин прожил совсем недолго. Недавно я нашел этот архив, и подумал, почему бы это все не выложить снова? Технология с тех пор ничуть не поменялась, разве что появились новые марки принтеров и новые версии программ, но это никак не изменило сути, ведь все принципы остались прежними…

В основе любой печатной платы лежит заготовка из фольгированного материала. В качестве материала чаще всего применяются фторопласт, гетинакс или стеклотекстолит.

Фторопласт – один из самых дорогих материалов для плат, и используется он только в СВЧ технике, когда требуется материал с низкими диэлектрическими потерями. Использовать фторопласт для обычной низкочастотной электроники (на пример для коммутатора), все равно, что применять золотые запонки на рабочем комбинезоне. И дорого, и ничем не лучше пуговиц. И непонятно, где их брать.

Гетинакс – наоборот, один из самых дешевых материалов. Его производят путем склеивания под прессом листов бумаги на эпоксидном или полиэфирном связующем. В итоге получается листовой материал светлокоричневого цвета со свойствами, подстать этому самому цвету. Гетинакс склонен  к расслаиванию, трескается даже при небольшом изгибе, довольно сильно расширяется при нагреве, от чего на нем очень плохо держится медная фольга. Это материал для откровенного ширпотреба, и в любительской практике его следует использовать только в крайнем случае, когда нет ничего другого.

Стеклотекстолит – несколько дороже гетинакса, но, тем не менее, это самый распространенный и самый удобный материал. Технология его производства аналогична гетинаксу, но вместо бумаги используется стеклоткань, которая укладывается слоями в перпендикулярных направлениях (как листы шпона при производстве фанеры J). Стеклотекстолит обычно имеет серый или слегка желтоватый цвет, почти не расслаивается, не трескается, и при нагреве гораздо лучше держит фольгу на своей поверхности. Для наших любительских целей он подходит лучше всего.

Общее представление о внешнем виде плат из гетинакса и стеклотекстолита можно получить по этому фото:

Платы из гетинакса и стеклотекстолита

Разница, конечно, небольшая, но она есть.

На поверхность материала наносится слой тонкой медной фольги, толщина которой обычно составляет порядка 17 микрон. Если фольга приклеена с одной стороны, материал называется односторонним, если с двух – двухсторонним. Что в общем то логично, не так ли :-) ?

В процессе изготовления печатной платы требуется из сплошного слоя меди создать  рисунок будущих дорожек. Для этого нужно оставить медь там, где дорожки должны быть, и убрать ее оттуда, где дорожек быть не должно. Убрать лишнее, в данном случае, можно только двумя способами – механическим и химическим.

С механическим способом все ясно из его названия – это когда при помощи резака, скальпеля, либо другого острого предмета режут медь и создают бороздки между будущими дорожками. Плата в этом случае обычно получается корявая, но вполне работоспособная. Таким методом можно делать только сравнительно несложные платы с «крупными» деталями. Ну, подумайте сами, как при помощи резака «настрогать», скажем, тридцать две контактные площадки под выводы микросхемы с шагом   0.75 мм?

Химический способ подразумевает применение специальных агрессивных жидкостей, которые растворяют (или, как еще говорят –  травят)  медь, и при этом никак не трогают текстолит. На заготовку будущей платы наносят рисунок, который повторяет форму дорожек и защищает фольгу от воздействия травильного раствора. Вещество, из которого делается рисунок, конечно же, должно быть устойчиво к воздействию этого самого раствора. В итоге, там, где рисунок есть – медь остается, там, где его не было – медь растворяется.

Из чего состоит и как наносится рисунок? О, об этом можно написать отдельную статью! Чего тут только не применяли, и чем только не рисовали в разное время! Но я не хочу углубляться в подробности всей этой «живописи», скажу лишь, что в промышленности повсеместно использовался и используется фоторезист, а любители до недавнего времени в основном пользовались лаком или краской и рисовали дорожки вручную. А потом появилась ЛУТ! Вообще, по большому счету, ЛУТ это не способ изготовления плат, а всего лишь способ нанесения рисунка на заготовку платы. Все, что происходит перед и после его нанесения, в точности повторяет старые дедовские способы, и ничего нового тут нет.

В чем суть ЛУТ-а? У тонера, применяемого в лазерных принтерах, есть два замечательных свойства. Первое – спекшийся тонер не пропускает воду и устойчив к большинству травильных растворов. Второе – при нагревании тонер размягчается и становится липким. Рисунок будущей печатной платы печатается в зеркальном виде на специальной бумаге, после чего при помощи утюга «прижаривается» к заготовке. Бумага удаляется, а тонер остается, образуя рисунок дорожек. Заготовка травится, тонер смывается ацетоном, сверлятся отверстия, дорожки облуживаются, и в итоге получается печатная плата. Собственно вот и все, дальше можно не читать… :-)

Ну а теперь давайте по порядку, подробно и с примерами!

Прежде всего, надо создать файл изображения дорожек с возможностью его распечатки на лазерном принтере в масштабе 1:1, в «зеркальном» виде.  В принципе это можно сделать в любом графическом редакторе, но гораздо удобнее воспользоваться специализированными прогами. Я видел как рисуют платы в CorelDraw и даже в Microsoft Word, но рекомендовать такой вариант не хочу, это долго и неудобно. Для любительских целей, на мой взгляд, оптимально использование программы Sprint Layout, которую без труда можно найти в Интернете. Это небольшая, простая и очень удобная программа, которая специально создавалась для «лазерно-утюжной» технологии. На момент написания известна ее последняя русифицированная версия V5.0 с поддержкой SMD компонентов. Sprint Layout фактически стал своеобразным стандартом среди радиолюбителей. Программа очень проста, а для ее изучения достаточно нескольких часов. Прямой альтернативы «Спринту» на сегодняшний день пожалуй нет, все остальное значительно сложнее и тяжелее в освоении. Вообще, для разработки рисунка можно использовать любой профессиональный трассировщик печатных плат, например Pcad, Orcad, Altium Designer, KiCAD и др. Все они позволяют распечатать картинку на лазерном принтере, и предоставляют огромные возможности, большинство из которых, правда, вообще не нужны радиолюбителю… При этом они намного сложнее «Спринта» и требуют значительного времени для освоения. Я бы не стал рекомендовать их для любительской практики, хотя сам работаю в Pcad 2004:

Окно PCAD на мониторе

Итак, файл готов. Теперь его нужно распечатать. Для этого подойдет любой лазерный принтер с хорошим картриджем. Я использовал разные принтеры: Canon LBP800, 810, 3010B; Hewlett Packard: 1100, 1020, 1018, и другие, и во всех случаях результаты были примерно одинаковы.  Очень важно отключить все опции экономии тонера и включить максимальный контраст печати, если это позволяют настройки. В любом случае, чем толще будет слой тонера, тем лучше для процесса.

Вопрос выбора носителя для печати является, пожалуй, самым основным. Уж чего только на эту тему не писали и не пробовали использовать! Если рассуждать логически, «носитель» должен обладать противоречивыми свойствами. Сначала, при печати, он должен принимать тонер и крепко удерживать его на своей поверхности. Впоследствии, после «прижаривания», тонер должен так же легко отделяться от поверхности носителя и оставаться на текстолите. У большинства радиолюбителей все эксперименты в этом направлении начинались с обычной офисной бумаги. Результаты, как правило, были отрицательные: тонер глубоко «въедается» в поры и впоследствии удаляется с платы вместе с бумагой при отмачивании. Часть тонера, правда, остается, но травить такую плату без серьезного ретуширования нельзя. Следующая мысль, которая пришла в головы экспериментаторов – использовать бумагу вообще без пор. На эту роль идеально подходила основа от самоклеящейся пленки, и все бы хорошо, но… Тонер на восковой поверхности основы держится очень плохо, и в большинстве случаев при печати он наматывается на фторопластовый барабан печки, после чего принтер приходится разбирать и чистить. По крайней мере у меня почти всегда получалось именно так.

В общем, в результате многочисленных экспериментов, моих и не моих, удалось остановиться на трех пригодных вариантах, о которых я хочу рассказать.

Вариант первый – термобумага для факса. За небольшие деньги можно купить рулон внушительной длины. Тонер держится на ней хорошо, прилипает к плате и впоследствии отделяется от бумаги тоже замечательно. Но все портит один серьезный недостаток: бумага эта очень тонкая и не все принтеры могут ее нормально протянуть. Чаще всего она или застревает, или выходит сильно помятая. Иногда печать проходит успешно, но редко это получается с первого раза. Кто-то, помнится, предлагал использовать этакий «бутерброд»: на листе обычной офисной бумаги скотчем   закрепить лист бумаги от факса, и все это вместе скормить принтеру. Я эту идею не проверял, и ничего сказать не могу. В общем «факсовку» можно рассматривать как вариант, если других вариантов нет. Но помучаться с ней наверняка придется.

Второй вариант – глянцевая мелованная бумага от различных журналов. Ей, похоже, пользуется большинство радиолюбителей. Я тоже ее использовал довольно долгое время. Нужно раздобыть любой ненужный глянцевый журнал. Я использовал журналы мод, журналы на автомобильную тематику, еще какие-то, уже и не помню какие именно. Журналов этих сейчас превеликое множество, и всех их объединяет одно гадкое свойство – их очень неприятно читать под лампой, поскольку страницы блестят в отраженном свете. Из всего журнала следует выбрать страницы без картинок, с текстом на белом фоне, т.е. страницы с минимальным количеством типографской краски. Конечно, если таких страниц в журнале не окажется, придется использовать те, что есть, но качество рисунка в этом случае будет похуже. В общем, из журнала вырезается лист А4, который так же благополучно скармливается принтеру.

Третий вариант – та же самая бумага, только совсем без типографской краски.  Если в вашем городе есть полиграфические фирмы, специализирующиеся на печати этих самых глянцевых журналов, то, как правило, у них можно купить такую бумагу. Обычно у них она в больших рулонах, поэтому следует заказать нарезку под нужный формат. Меньше сотни листов вам вряд ли продадут, но зато, если приобрести большую пачку, ее хватит надолго. Результат на такой бумаге однозначно лучше, чем на журнальных страничках, и последнее время я стараюсь использовать только ее. Рисунок, распечатанный на  ней, выглядит примерно так:

Распечатка на бумаге для глянцевых журналов

Если добыть глянцевую бумагу для журналов не удастся, то есть еще один вариант, который я лично не проверял, но о котором очень хочется сказать. Его рекомендовал Артемий Исламов, широко известный в узких кругах электронщиков под ником DiHalt :-) . В своих статьях, посвященных ЛУТ-у, он рекомендует использовать вот такую бумагу:

lomond, рекомендованный DiHalt-ом

А вот цитата с его сайта: «…Путем множества экспериментов было выяснено, что самый лучший результат достигается при печати на глянцевой фотобумаге для струйных принтеров. Идеальной я бы назвал фотобумагу LOMOND 120г/м2. Она стоит недорого, продается везде, а главное дает отличный результат и не пригорает своим глянцевым слоем к печке принтера. Это очень важно, так как я слышал про случаи, когда глянцевой бумагой загаживали печь принтера…»

После печати следует обрезать рисунок по контуру, оставляя запас в несколько миллиметров (больше не надо!):

Обрезаем распечатку рисунка

Вырезаем из стеклотекстолита заготовку несколько большего размера. Для этого удобно использовать ножницы по металлу.

Обрезаем заготовку из стеклотекстолита

Запас по краям должен составлять от пяти до десяти миллиметров. Меньше пяти делать не стоит, потому что края обычно немного загибаются вверх или вниз, что не позволяет хорошо прижарить рисунок в этих местах. Делать больше десяти тоже бессмысленно, поскольку это приведет только к лишнему расходу материала:

Вырезанный рисунок на заготовке Продолжение статьи…

Выскажите своё мнение !!!

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой (иначе может возникнуть ошибка у сервера!):

Прикрепить изображение (только JPG, и не более 1 Мб, иначе возникнет ошибка сервера!)

OmProfy.ru