ФЛУТ - модифицированый вариант ЛУТа

Безусловно наиболее популярным методом изготовления печатных плат в домашних условиях является ЛУТ - так называемая Лазерно-Утюжная Технология.

Суть технологии проста - печатаем на некий носитель изображение дорожек на лазерном принтере, воспользовавшись замечательным свойством тонера (это такой порошок которым заправляются картриджи лазерных принтеров) расплавляться и прилипать к ровным поверхностям разогреваем полученное изображение с помощью утюга и переводим изображение на подготовленный кусок стеклотекстолита. Потом бросаем текстолит с изображением в раствор хлорного железа и ждём когда медь непокрытая тонером вытравится (растворится). В итоге получаем печатную плату с дорожками из меди. В общем классический ЛУТ описан во всём своём многообразии на многих радиолюбительских форумах и сайтах.

Так называемый «модифицированный» ЛУТ по сути мало чем отличается от обычного, ключевой момент здесь это метод перевода изображения на текстолит. При классическом способе изображение печатается на бумаге или специальной плёнке для печати на лазерном принтере, в модифицированном варианте мы будем использовать обычную пищевую фольгу . Я пользовался обоими методами - и для меня преимущества модифицированного ЛУТа очевидны - он гораздо проще, эффективнее и быстрее. В любом случае принципы изготовления остаются теми же, так что по ходу повествования всё станет ясно.

Итак что нам необходимо

Готовим изображение для перевода на текстолит. Берём лист бумаги и рулон пищевой фольги. Фольга должна быть достаточно тонкой, ровной (не мятой) в идеале купить себе для экспериментов новый рулон а не таскать обрывки с кухни.

Теперь готовим стеклотекстолит

Греем утюг

Теперь мы готовы к травлению

Как видно рисунок при этом хорошо отпечатался.

Слегка покачивая ванночку смываем хлопья. Осматриваем рисунок. На этой стадии если что-то пошло не так (какие-то дорожки не отпечатались) можно подсушить плату и дорисовать рисунок маркером или краской.

У меня получилось не так всё гладко - заготовку я перегрел и некоторые дорожки «поплыли».

После того как мы осмотрели насколько хорошо отпечатался наш рисунок можно продолжить травление. Кладём заготовку в раствор хлорного железа. Травится плата быстрее если раствор подогревается и перемешивается. По поводу подогрева - кто-то греет лампами дневного света, кто-то изначально старается растворять хлорку горячей водой - в общем здесь поле для экспериментов достаточно широкое. Перемешивать раствор так же можно по разному - небольшие платы можно поместить в стеклянную банку, залить «хлоркой» и методично встряхивать, некоторые травят платы заливая раствор в плотный полиэтиленовый пакет (естественно не дырявый) - в этом случае осторожнее с острыми углами - стеклотекстолит легко пакет может порвать. Я травлю в пластиковой ванночке (см. фото) - перемешивая раствор покачивая ванночку так чтобы раствор омывал плату. Есть специальные приспособления для травления печатных плат - если у вас есть лишние деньги и желание травить долго и помногу - думаю приобретение такой штуки будет ценным приобретением.

Вот вид платы почти вытравленной:

Дефектоскопия

Однако рисунок отпечатался не так хорошо как нам показалось вначале - кое где есть места где медь не вытравилась. В этом случае можно оставить плату травиться дальше, но я решил оставить этот дефект как пример - чуть позже мы решим эту проблему - отрежем лишнее скальпелем. Скальпелем правда чаще приходится работать в тех случаях когда печатка разведена очень плотно - дорожки и монтажные пятачки расположены очень близко и при переводе изображения если мы перегреваем тонер дорожки могут «расползтись» и слиться с соседними элементами.

А вот здесь пример другой типичной ситуации - разрыв дорожки. Лечить будем с помощью паяльника, припоя и отрезков выводов радиоэлементов или кусочков тонкой проволоки.

Отложим устранение недостатков на потом и очистим дорожки от тонера. Берём небольшой кусок ткани смачиваем в ацетоне и протираем дорожки.

После того как мы смыли ацетон ещё раз промываем плату чтобы смыть остатки ацетона, раствора хлорного железа. Я обычно хорошо промываю плату с мылом «в большом количестве воды».

После того как мы промыли плату - вытираем её насухо (влага естественно вызывает коррозию и для нашей платы вредна). Обычно я ещё раз немного прохожусь по дорожкам нулёвкой, доводя дорожки до блеска.
Теперь можно внимательно осмотреть плату на предмет изъянов - на плате не должно быть разрывов дорожек и соединений там где их не предусмотрено. Удобно смотреть на дорожки немного под углом, чтобы они немного отсвечивали - так хорошо видна их поверхность и все недостатки. На нашей плате было два очевидных недостатка - один - не протравленные участки - мы срезаем скальпелем. Другой - разрыв дорожки - запаиваем припоем - просто нужно взять на жало паяльника припоя больше чем обычно (чтобы образовалась небольшая капля) и пропаять место разрыва так чтобы образовалась спайка.

Полуда и сверление

Поскольку я одновременно травил несколько плат и одновременно пытался запечатлеть этот процесс - у меня получилась не очень качественная плата. Правда это оказалось удачным моментов для демонстрации возможных проблем, которые могут у вас возникнуть во время изготовления печатных плат. Уверен что у вас всё получится гораздо лучше.

Ссылки

Читательское голосование

Статью одобрили 57 читателей.

В этой статье я хочу описать лазерно-утюжную технологию (ЛУТ) производства печатных плат, которой сам пользуюсь довольно давно. Данная технология описана на многих сайтах, но раз вы уже на моем сайте можете прочитать прямо здесь.

Лазерно утюжная технология — этапы выполнения

Шаг №1. Рисуем плату на компьютере. Можно применить специализированные программами, которые автоматически производят разводку плату по принципиальной схеме, я для этого использую программу . До этого для небольших схем раньше я использовал , тоже, кстати, удобная программа.

Шаг №2. Из фольгированного стеклотекстолита выпиливается заготовка будущей печатной платы. Далее сторону, на которой будут проводники, нужно зачистить, хотя бы той же нулевкой, но я в последнее время делаю это обычным ластиком. Затем фольгированную сторону необходимо обезжирить ацетоном.

Шаг №3. На лазерном принтере распечатываем рисунок дорожек печатной платы на глянцевой тонкой бумаге. Я использую вот такую бумагу из каталога электронных компонентов, который в свое время мне прислали бесплатно с какого-то сайта, сейчас уже не помню.

Перед тем как распечатать рисунок, желательно прогнать один лист для прогрева барабана. Затем в настройках принтера необходимо убрать экономный режим тонера, что бы печать получилась максимально насыщенной.

Шаг №4. После того как изображение распечатали, вырезаем контур не забывая оставить поля примерно на ширину и высоту платы. Укладываем лист изображением вверх. Готовим полоски бумажного скотча длинной примерно с сантиметр. Далее накладываем плату фольгированной стороной на бумагу, точно располагая по контуру.

Затем плотно прижимая плату к бумаге, аккуратно заворачиваем края бумаги, закрепляя их заранее приготовленными полосками скотча.

Теперь берем обыкновенный утюг, включенный на максимальную температуру, и тщательно проглаживаем завернутую в бумагу плату со стороны рисунка.

Важно не слишком сильно нажимать, так как возникает опасность, что тонер может растечься.

Шаг 5. Затем помещаем плату с прилипшей бумагой в горячую воду примерно градусов 50 и ждем, пока бумага не размокнет.

После того как бумага разбухнет, ее необходимо аккуратно отделить от платы. Остатки бумаги скатываем пальцем под водой. Просушенную плату проверяем на возможные дефекты, если местами тонер все же отошел его можно дорисовать обычным перманентным маркером.

Шаг 6. Вытравляем нашу плату в хлорном железе. Чтобы процесс травления шел быстро раствор необходимо подогреть до 40-50 градусов.

Способов нанесения рисунка на печатные платы в домашних условиях есть немало, но каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Например - фоторезистивный метод, который обходится довольно дорого. Маркерный - требует предельной аккуратности, времени и терпения. Использование различных лаков может привести к ещё большим разочарованиям впоследствии. Но каждый из этих способов имеет право на существование и мной, например, применяется в зависимости от конечной цели.

Сегодня я решил продемонстрировать практический пример лазерно-утюжной технологии нанесения рисунка. Этот метод был выбран мной потому, что на моей плате будут присутствовать 2 микросхемы и много миллиметровых дорожек. К примеру, рисовать перманентным маркером тонкие дорожки займёт много времени, а с помощью ЛУТ эта работа будет просто исключена.

С чего я начал? Естественно с проектирования печатной платы. Когда проект был готов, я распечатал его на листе мелованной бумаги из журнала. Чем качественней бумага - тем меньше возникнет проблем при перенесении рисунка. Самое главное - бумага должна быть глянцевой и тонер с неё не должен осыпаться.

После этого я приступил к вырезанию текстолита. Обычно советуют вырезать текстолит с запасом, чтобы потом скорректировать плату при кривом наложении рисунка, я же вырезаю один к одному. При необходимости я просто удаляю тонер и наношу его вновь. Соответственно, если дома лазерного принтера нет, нужно распечатать плату в нескольких копиях - чтоб наверняка!

Текстолит вырезан. Теперь его нужно обязательно зачистить и обезжирить для нанесения рисунка. Делаю опять исходя из своего опыта - края зачищаю наждачной бумагой, плату очищаю жёсткой губкой (Наждачную бумагу я не использую, чтобы не делать меньшей толщину и без того тонкой медной фольги). Обезжириваю тоже своеобразно - очищаю с помощью моющего средства для окон (мистер Мускул какой-то), потом промываю горячей водой и вытираю сухой вискозной тряпкой. Руками текстолит потом беру только за ребра. В итоге он становится таким:

Текстолит готов к перенесению на него рисунка. Действую так - вырезаю распечатанный проект по размеру платы:

Теперь нужно взять большую толстую книгу, положить на неё текстолит, накрыть 3-5 листами офисной бумаги и прогреть утюгом в течение минуты. После этого - убираем листы и налаживаем аккуратно на разогретый текстолит вырезанный рисунок, который следует перевести. Он моментально приклеивается к плате, потому действовать нужно предельно аккуратно. Не стоит забывать и о том, что текстолит сейчас очень горячий и в работе необходимо использовать перчатки.
После наложения на текстолит, разглаживаем получившийся "бутерброд" от центра во все направления. Особое внимание нужно уделить краям - с ними возникает больше всего проблем. Потом опять накрываем 3-5 листами офисной бумаги и греем утюгом, постоянно его перемещая для равномерного нагрева, около минуты - двух.

Закончив, текстолит должен остыть. После этого помещаем его в воду, чтоб бумага начала раскисать и удаляем её под струёй воды пальцем.

В результате у меня получилось вот так:

Видно, что в некоторых местах тонер отошёл вместе с бумагой. Сравниваю получившееся с ожидаемым и исправляю маркером недостатки. Креплю проводок, чтоб плату можно было достать из раствора.

О лазерно-утюжной технологии (ЛУТе) в Интернетах написано уже столько статей, что нет особого смысла лезть со своей — всё давно рассказано, показано и сделано. А для тех, кто не любит читать (о дивный новый мир!), сняты сотни видео. Однако!..

Как всегда, разрешите не добитому во мне лектору начать издалека. Что есть печатная плата ? Это, как учила нас Тамара Антоновна — диэлектрическое основание, на которое нанесены печатные проводники и установлены навесные элементы, соединенные между собой пайкой или склеиванием согласно электрической принципиальной схеме. Выглядит она примерно так:

Здесь диэлектрическое основание выполнено из стеклотекстолита, а медные печатные проводники проходят лишь по одной его стороне. Бывают еще двусторонние платы, бывают многослойные, в которых дорожки проходят еще и внутри платы, но для простых схем, на примере которых я буду рассказывать о ЛУТе, стопроцентно подойдет классическая односторонняя печатная плата.

Общий принцип создания печатной платы

1. Материалом основания служит фольгированный диэлектрик (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит).

2. На фольгу устанавливается фотошаблон — устройство, несущее информацию о рисунке печатных проводников. Основная его задача — защитить от разрушения медь в нужных местах (фиолетовые полосы) и оставить открытыми участки, подлежащие удалению (синие полосы).

3. Некоторые фотошаблоны так устроены, что после установки не требуют никаких дополнительных действий. Например, если бы рисунок проводников был выполнен от руки лаком для ногтей или особо цепким маркером. Фоторезист требует экспонирования и смывки, бумага для ЛУТа… Впрочем, и до нее дойдет дело. Главное — на фольгу отныне нанесена маска , которая повторяет контуры дорожек и контактных площадок и защищает их от разрушения в травящем растворе.

4. Заготовка погружается в раствор, где незащищенные участки фольги растворяются. Медь же под маской прекрасно себя чувствует.

5. Заготовка после травления. Ничего лишнего, только печатные проводники и контактные площадки, все так же надежно закрытые маской.

6. Маска удаляется, и рисунок проводников блестит медью.

7. Затем сверлятся соединительные отверстия, которые проходят через контактные площадки, или «пятачки».

8. И, наконец, устанавливаются навесные элементы.

Теперь предлагаю перейти от теории к практике, следуя нехитрому плану:

1. Изготовление фотошаблона
2. Перенос рисунка на заготовку
3. Травление
4. Сверление соединительных отверстий
5. Сборка

1. Изготовление фотошаблона

Рисунок печатных проводников можно получить разными способами: развести плату самостоятельно, скачать нужную «печатку» в Интернетах, перерисовать из журнала «Радио» за 1988-й год… Я выбрал программу Sprint Layout .

Кой смысл рассказывать, как ею пользоваться, если для этого полно видеоуроков и статей? Мне в освоении немало помог опыт работы с P-CAD и Altium Designer , а многие вещи и вовсе делаются по аналогии с sPlan .

Рисовать плату удобнее так, будто бы смотришь на ее элементы сверху. Тогда и первая ножка микросхемы сверху-слева, и у КТ315 эмиттер-коллектор-база на привычных местах стоят. Сама плата при этом считается прозрачной, аки стекло (наглядное пособие в помощь), поэтому надписи, выполняемые медью, должны быть отзеркалены .

Слева — плата во время проектирования (текст отзеркален), справа — предпросмотр этого фрагмента со стороны фольги (текст нормально читается).

На печать я обычно отправляю два экземпляра платы — не всегда хорошо получается с первого раза. Из всех слоев, выводимых на печать, надо оставить только М2 и П , если контур платы нарисован в нем (я раньше любил и его рисовать на М2 ). Именно сейчас любители рисовать платы со стороны дорожек, у которых нумерация микросхем начинается справа-сверху, а текст изначально нормально читается, ставят галочку напротив опции «Зеркально».

Печатать надо, само собой, на лазерном принтере, отключив в его настройках все возможные режимы экономии тонера. Почти все существующие статьи-руководства настаивают на использовании непременно старого принтера™ , который плюет на природу и печатает толстым слоем. Точные модели принтеров (или хотя бы последний год производства подходящих™ ), увы, эти статьи не называют.

Моему HP M1120 LaserJet MFP восемь полных лет, что делает его достаточно старым™ , но все еще пригодным для ЛУТа.

N. B.! Широкие проводники и другие относительно большие области меди целесообразно выполнять инструментом «полигон» с заливкой сеткой 0,3…0,5 мм. У принтера может не получиться равномерно утоптать тонер по большому участку (особенно, если картридж старый), что приведет к дефектам сплошного рисунка. Заливка сеткой позволяет обойти это ограничение.

Что же касается бумаги — то здесь, скорее всего, придется поэкспериментировать. Есть специальная бумага для ЛУТа на «Алиэкспрессе», есть вощеная бумага, есть фотобумага; кто-то использует кальку или подложки от самоклеющейся бумаги. Для меня самое «оно» — тонкая слегка глянцевая бумага из журналов. Именно тонкая, то есть внутренние листы. Толстые полностью глянцевые обложки себя не оправдали.

Не спешите, однако, втихаря уносить журналы из приемной любимого доктора — скорее всего, они так залапаны, что никакой тонер к ним не пристанет. Поищите то, что почти не бралось в руки. Читатель Антон предлагает использовать рекламные или партийные листовки.

После того, как рисунок распечатан, можно его вырезать, назвать одноразовым фотошаблоном и приступить к следующему этапу.

Дополнение от 16.06.19

2. Перенос рисунка на заготовку

Для получения качественного рисунка печатных проводников необходимо очистить заготовку от окислов, потожировых следов и прочих загрязнителей. Поверхность фольги для этого с помощью наждачной бумаги зернистостью P600 зачищается круговым движениями.

После этого заготовка очищается от абразивной пыли и обезжиривается, например, изопропиловым спиртом.

Фотошаблон (или сразу несколько) накладывается на поверхность фольги, затем заготовка заключается в «конверт» из пары сложенных вдвое-втрое чистых листов бумаги. Под «конвертом» находится стопка еще из десятка листов бумаги — здесь отработанные допускаются.

После этого утюгом, включенным на максимальную мощность, равномерно прогревают заготовку, и, сильно не нажимая, проглаживают ее в течение 2…5 минут (в зависимости от размера платы). Тонер, размягчаясь под действием тепла, теряет адгезию к глянцевой бумаге и переходит на поверхность фольги.

«Конверт» после прогрева основательно пожелтел. Заготовке надо дать отлежаться, чтобы она остыла до температуры, когда ее только-только становится возможно держать в руках.

После этого ее опускают в кювету с теплой водой, и, выждав 5…10 минут, начинают отслаивать бумагу.

Внешний ее слой легко снимается пинцетом, более глубинные требуют скатывания пальцами. Правильно переведенный на фольгу тонер не так-то просто процарапать ногтем, так что скатывать бумагу можно без опаски. Если дорожки не отпечатались на фольге или сходят вместе с бумагой — значит, технология переноса в чем-то была нарушена. Чаще всего это свидетельствует о недостаточном времени прогрева или его неравномерности. Иногда дело в неудачном выборе бумаги или плохо очищенном текстолите.

Мелкие фрагменты бумаги, оставшиеся внутри «пятачков» и между контактными площадками, удобно удалять штыковидным зондом.

В результате на поверхности фольги должна остаться маска, повторяющая рисунок проводников, но теперь уже в зеркальном отражении по отношению к проекту.

Не обошлось без дефектов — и если в большой плате пострадала только широкая земляная дорожка, то в маленькой неуверенно пропечатались несколько «пятачков». Локальный недогрев как он есть.

После просушки маска принимает такой вид. Самое время покрутить ее под разными углами, чтобы, возможно, увидеть проблеск меди в середине какой-нибудь дорожки.

На примере другой платы — изолировавшийся «пятачок» и тонкая трещина на дорожке рядом с ним.

Текстолит отлично режется отличными ножницами по металлу. Плохим же инструментом ничего хорошего не сделаешь, как говорит мой читатель Максим, так что из-под говеных ножниц вышли две платы с размозженными краями. Большую я временно отложил, а маленькую пришлось отправить на переделку.

Тонер хорошо смывается ацетоном, но достать его в чистом виде сложно, да и не имеет особой надобности. С этой задачей справляется жидкость для снятия лака «Ноготок». Вчитавшись в состав, можно узреть, что там, помимо бесполезного экстракта ромашки, есть искомый ацетон.

Процесс не вполне полезен для легких, так что лучше заниматься им при открытой форточке.

Второй перенос рисунка оказался удачнее.

Внутри нижней стопки бумаги тем временем происходит собственная лазерно-утюжная технология.

При необходимости рисунок ретушируется, если он не соответствует оригиналу – для этого используются акриловые краски или лак для ногтей.

Я точно знаю, где взять хорошие ножницы по металлу, я не знаю только, когда их получится взять. А врожденная жадность не хочет отдавать травильному раствору даже такую узкую полоску меди. Поэтому я заклеил ее скотчем.

3. Травление

Есть разные рецепты травильных растворов, но для «наколенной лаборатории» наиболее подходящий — перекись водорода и лимонная кислота. В отличие от популярного среди радиолюбителей «старой школы» раствора хлорного железа, за ингредиентами этого праздника не надо идти в спецмагазины. Перекись можно купить в аптеке, лимонную кислоту — в продуктовом, соль — найти на кухне.

Несмотря на все те цифры, которыми украшены статьи о ЛУТе, я не думаю, что кто-то из их авторов взвешивал 10 грамм лимонной кислоты и отмерял 50 мл перекиси. Скорее всего, все втихаря льют перекиси так, чтобы она покрывала плату, и высыпают пригоршню кислоты — тот самый quantum satis .

Не забыв, конечно, посолить раствор.

Пластмассовые держатели из подножного мусора, прилепленные термоклеем к текстолиту, помогут крутить заготовки без нужды окунать пальцы в раствор.

В пластиковую кювету наливают перекись водорода и добавляют лимонную кислоту и соль, тщательно размешивая смесь до их полного растворения. Очень удобна в этом аспекте стеклянная палочка из набора «Юный химик». После этого заготовки погружают в раствор.

Мелкие пузырьки в растворе и порозовение меди — признак того, что верной дорогой идёте, товарищи!

Травление происходит при комнатной температуре, однако для ускорения можно подогревать раствор на водяной бане. Процесс занимает 5…20 минут (в зависимости от размера заготовки и количества удаляемой меди). Раствор необходимо постоянно помешивать и удалять из него крупные пузырьки воздуха — для этого достаточно покачивать сами заготовки за предусмотрительно сделанные держатели.

По мере насыщения раствора медью скорость травления снижается (это видно по уменьшению количества пузырьков и окрашиванию раствора в бирюзовый цвет). В этом случае целесообразно заменить раствор, хотя допускается долить перекиси и досыпать кислоты с солью.

После травления заготовки тщательно промывают, очищая от остатков травителя. Отработанный раствор можно сливать в раковину — в отличие от хлорного железа, никаких пятен он не оставляет.

N. B.! Раствор готовится по мере необходимости и хранению не подлежит, поскольку перекись водорода склонна самопроизвольно разлагаться. Учитывая потрясающую простоту рецепта, а так же доступность и низкую стоимость компонентов — это вряд ли можно считать недостатком.

Защитная маска из тонера и акриловой краски смывается все тем же «Ноготком».

Наращенные дорожки получились с мелкими протравами. Двух слоев краски, видимо, не хватило.

4. Сверление соединительных отверстий

С точки зрения технологичности целесообразно, чтобы как можно большее количество отверстий было выполнено одним диаметром. В Sprint Layout за этим надо следить, особенно, если используешь чужие макросы. Самых ходовых диаметров отверстий два: 0,8 мм (резисторы, конденсаторы, микросхемы DIP, мелкие диоды и транзисторы) и 1,0 мм (L78XX , 1N4007 , КТ815, МЛТ-1 ).

Центры отверстий намечаются шилом.