Practical Electronics/PCB Manufacture

From Wikibooks, the open-content textbooks collection

The circuit board provides a reliable contact between components (even in huge circuits), looks nicely and is quite cheap. We can design them for particular circuit or create an universal circuit, where we deliberately place the copper areas (usually as a grid) and then solder the components on the copper side without drilling.

We can avoid printed circuit in these cases: In smallest circuits it is possible to solder the components just in the air or to a grid of copper wires on a paper table The Breadboard is useful mostly for digital circuits.

For reasonably small circuits it is simpliest to draw the connections on PCB with a felt pen and etch the rest. There is also the possibility of making the template with computer, more suitable for large PCBs or serial production.

Contents 1 Potřeby a materiál 2 Design of the schematic 3 Drilling 4 Drawing the template 5 Etching 6 Final enhancements 7 Soldering

[edit] Potřeby a materiál

• Cuprextite (laminate board with copper)
• New felt pen
• Hobby drill (1 and 1,5mm)
• Some dish for etching (not from the kitchen!)
• Roll of a toilet paper for fast wiping the etching solution from anything
• Iron chloride

Iron chloride is not only poisonous and corrosive, but also incredibly yellow. Reduce the contact to minimum. Other etching solutions are usually even worse.

The solution of iron chloride (FeCl3) used at most. The iron III likes the reduction to iron II so much, that for the chlorine it is worth to etch the copper, which is almost inert for acids in other cases. We can use another oxidizing solutions, for example hydrochloric acid with hydrogen peroxide.

[edit] Design of the schematic

Nakreslíme si schéma na papír a promyslíme ho tak, aby se cesty co nejméně překračovaly (dělání drátěných propojek je práce).

Nachystáme si všechny součástky, které chceme použít. Následně schéma překreslíme jemnou tužkou (XWarning, tuha může být vodivý spoj) na svrchní (laminátovou) stranu kuprextitu; zdůrazníme tečky pro budoucí díry pro nožičky. Zde již dáváme XWarning na to, aby se všechny součástky vešly a aby nožičky pasovaly do spoje.

[edit] Drilling

Desku našeho plošného spoje oddělíme od zbytku kuprextitu. Většinou je nejvhodnější opakovaně naříznout laminát odlamovacím nožem podle plechového pravítka (s tlakem) a opatrně odlomit. Lze také opatrně odbrušovat laminát 1,5 mm vrtáčkem.

Prortáme všechny díry na spoji. Pro většinu součástek je vhodný 1 mm vrták, u tlustonohých 1,5 až 2 mm. Provrtáním bezchybně přeneseme převrácený obraz dírek podle schématu na spodní (měděnpu) stranu.

Při vrtání je vhodné kuprextit něčím podložit, abychom si neprovrtali prsty či stůl.

Spoj ze spodní (měděné) strany důkladně očistíme drátěnkou/houbičkou, o ostrou hranu strhneme otřepky po vrtání.

[edit] Drawing the template

Nakreslíme spoje mezi dírami podle schématu. Okolo každé díry (pokud možno) necháme 1 mm okraj, aby se dal dobře pájet. Kreslíme pečlivě a hutně.

Snažíme se pokrýt co nejvíce povrchu. Nejde tedy o vytvoření útlých spojů mezi dírami, ale naopak o vyleptání úzkých mezer mezi měděnými oblastmi. Je to důležité pro zdar leptání a pro úsporu leptacího roztoku. Zabarvíme i oblasti, které nevedou odnikud nikam. Pro vytvoření útlých mezer mezi spoji můžeme zabarvit celý povrch a pak vyrýt rýhu do barvy ostrým předmětem podle pravítka.

[edit] Etching

Nejlepší je desku s nakreslenou šablonou položit na hladinu a nechat plavat díky povrchovému napětí. Při pokládání se dotkneme nejdříve jednou hranou a pak pomalu sklopíme na hladinu, aby se deska ani nepotopila, ani na ní nezůstaly bublinky. Měla by pod ní být hloubka nejméně 5 mm, aby bylo zajištěno dokončení leptání.

Samotný proces leptání (pro dobře nakreslenou desku a běžnou koncentraci FeCl₃) trvá asi 15–20 minut. Během něj je možné desku nadzvednout a podívat se na postup leptání, ale velmi opatrně – při manipulaci se snadno odlupuje barva. Náhledy se proto snažíme páchat co nejméně a deska by přitom neměla oschnout od leptacího roztoku.

Po doleptání roztok slijeme zpět (resp. do jiné lahve), neboť se dá používat opakovaně. Plošný spoj opláchneme.

[edit] Final enhancements

Před pájením můžeme očistit povrch od barvy lihem nebo drátěnkou, případně předem pocínovat a pokalafunovat kontakty (zejm. k tepelně choulostivým a výkonovým součástkám). Případné chyby lze do mědi vyškrábat nebo naopak spojit drátkem. Nyní můžeme spoj osadit součástkami.

Plošný spoj na ukázce je řídicí obvod a zdroj obdélníkového signálu pro řízení generátoru vysokého napětí (polomostového zapojení s dvěma FET tranzistory IRFP460). Generátor generoval (>6000 V DC, >10 mA?), ale byl naladěn na špatnou frekvenci, při které začal transformátor rezonovat (3. harmonická v obdélníkovém signálu), což vedlo k brzkému zániku tranzistorů. Po jejich výměně a opatrném přeladění na nerezonující frekvenci již funguje stabilně.

[edit] Soldering

A Wikibookian suggests that this book or chapter be merged into Practical Electronics/Soldering. Please discuss whether or not this merge should happen on the discussion page.

Podstatou pájení je vodivě spojit dva povrchy. Používá se k tomu slitina olova a cínu, tzv. „pájka“ či „cín“. Taví se při cca 260 °C, proto se snažíme součástky nepřehřát a pájet krátce. Neměli bychom součástku ohřívat déle než je nutné.

Aby se oba povrchy cínem spojily, je potřeba:

1. Aby byly čisté, tzn. zbavené mastnoty a oxidů na povrchu. To zajistí namočení hrotu v kalafuně.
2. Aby byly ohřáté na 200 - 300 °C. Optimální teplota je, když kalafuna právě začíná vřít.
3. Aby byly z kovu, který cín dobře smáčí. To je např. měď, stříbro (a postříbřená ocel), zlato nebo mosaz. Naopak na železo nebo hliník přímo pájet nelze a musíme je předem natřít zvláštním pájecím roztokem.