Podstawy elektroniki - niezbędnik każdego modera

Wykonywanie płytek drukowanych.

Tak więc mamy już wypasiony projekt płytki. I co dalej? Trzeba go wydrukować i jakoś przenieść na miedź. Jest wiele sposobów na tworzenie płytek o różnym poziomie trudności i różnej jakości efektu końcowego. Ja opiszę pokrótce trzy z nich. Ogólnie przed nanoszeniem ścieżek, miedź należy odtłuścić i oczyścić - lekko podszlifować drobnym papierem ściernymi lub przemyć spirytusem, acetonem albo płynem do zmywania naczyń.

Malowanie ręczne.

Bodajże najłatwiejszym sposobem tworzenia płytki jest malowanie ręczne. Sposób ten sprawdza się przy niewielkich płytkach o stosunkowo szerokich ścieżkach. Kiedy wydrukujemy i wytniemy obraz płytki, przyklejamy go do laminatu od strony miedzi (zakładam, że robimy płytkę jednostronną) za pomocą przezroczystej taśmy klejącej. Teraz wkładamy w wiertarkę wiertło 0,8-1mm (lub nieco większe np. dla diod o większej średnicy nóżek). Wiertarka powinna być jak najmniejsza. Ja stosuję specjalną malutką wiertarkę do płytek, ale nada się też jakiś dremel, wiertarka akumulatorowa lub wiertarka stołowa. Raczej nie polecam zwykłych wiertarek, o ile nie są zamocowane do stołu. Nawiercamy powoli wszystkie otwory w miejscach zaznaczonych na wydruku, taśma pomaga w prowadzeniu wiertła prosto. Kiedy wszystko mamy nawiercone zrywamy wydruk i przechodzimy do tworzenia ścieżek.

Specjalna wiertarka do płytek.

Wiele osób najpierw maluje ścieżki, po czym wytrawiają płytkę i dopiero wtedy wierci otwory. Może to pomagać w tworzeniu większych punktów lutowniczych ale ja bym się w życiu nie połapał przy malowaniu ścieżek jeśli nie miałbym otworów. Tak więc bierzemy niezmywalny pisak (czym cieńszy, tym lepszy i koniecznie wodoodporny, ale taki, żeby dało się go usunąć rozpuszczalnikiem lub alkoholem) i malujemy nim po miedzi łącząc odpowiednie otwory zgodnie z tym co sobie wydrukowaliśmy. Należy robić to starannie tak żeby nie "maznąć" nigdzie niepotrzebnego połączenia (miedź zostaje tylko i wyłącznie w miejscach zamalowanych pisakiem).

NE555: Można też zrobić trochę inaczej. Na laminat od strony miedzi kładziemy kalkę, a na to wydruk ze wzorem połączeń. Całość zabezpieczamy taśmą klejącą, tak aby wzór się nie przesuwał. Następnie ołówkiem odrysowujemy połączenia na wydruku, a dzięki kalce ich kopia pozostaje na miedzi. Wzór jest dosyć dobrze widoczny dzięki czemu nie mamy większych problemów z użyciem pisaka. Do malowania obwodów drukowanych można kupić specjalne pisaki, ale są one droższe od zwykłych, wodoodpornych, o których pisał Neoone.

Pisak do malowania obwodów drukowanych i przykład płytki wykonanej za jego pomocą.

Termotransfer.

Drugim sposobem o dużo większej precyzji jest termotransfer. Jest to metoda znacznie precyzyjniejsza, pozwalająca na tworzenie cieńszych ścieżek (bez obawy o zadrganie ręki przy malowaniu), a przy tym jest też niezbyt skomplikowana. Dawniej robiono ludzi w balona sprzedając rzekomo specjalną folię termotransferową. Okazuje się jednak, że była to zwykła folia do wydruków i takiej właśnie można użyć, choć ja używam papieru o fakturze pośredniej między zwykłym a kredowym. Na papierze lub folii drukujemy odwrócony obraz tego co chcemy uzyskać na miedzi (odbicie lustrzane).

Wzór płytki wydrukowany na papierze kredowym.

Następnie nagrzewamy żelazko do około 1/3 mocy i odwracamy stopą do góry. Można je unieruchomić np. pomiędzy ciężkimi książkami. Kładziemy na nim wcześniej przycięty kawałek laminatu i czekamy chwilę żeby się nagrzał (miedzią do góry). Na rozgrzany laminat kładziemy wycięty kawałek folii lub papieru z nadrukiem i dociskamy około minuty zaczynając od środka stopniowo przesuwając się ku krawędziom tak aby zapobiec powstawaniu pęcherzyków powietrza.

Pod wpływem temperatury toner jest przenoszony na miedź.

Jeśli użyliśmy folii, delikatnie ją odrywamy po zdjęciu laminatu z żelazka. W przypadku papieru należy umieścić laminat pod strumieniem wody i namoknięty papier stopniowo ścierać palcami lub szczotką uważając aby nie zetrzeć przeniesionego tonera.

Namoczenie papieru ułatwia jego usunięcie.

Płytka gotowa do trawienia.

Papier kredowy słabo nasiąka, a zwykły źle przenosi toner więc najlepiej wybrać coś pośredniego i wydruk wykonywać na możliwie największym zaczernieniu, aby na nośniku było dużo tonera. Oczywiście wydruk wykonujemy drukarką laserową lub wydruk z drukarki atramentowej kserujemy w dobrym punkcie ze świeżym tonerem. W tej metodzie otwory w laminacie wiercimy już po wytrawianiu, o czym piszę dalej.

Fototransfer.

Trzecim i zdecydowanie najbardziej precyzyjnym sposobem tworzenia ścieżek z miedzi jest fototransfer. Metoda ta wymaga wydrukowania obrazu ścieżek na folii, najlepiej w dwóch kopiach, a następnie idealnego ich złożenia. Po złożeniu można zszyć oba kawałki folii zszywaczem biurowym. Przycięty kawałek laminatu pokrywa się cienką warstwą specjalnego foto-czułego lakieru, np. POSITIV-20 i suszy w około 100 stopniach (np. w piekarniku) przez kilkanaście minut. Następnym etapem jest położenie wcześniej wydrukowanej maski na pomalowanej powierzchni i przyciśnięcie jej szybą. Tak złożoną kanapkę naświetla się promieniami UV przez około 10 minut. Do wywołania obrazu na laminacie używa się roztworu NaOH, którego tanim źródłem jest popularny "Kret do rur" ;-). Trzeba to robić bardzo ostrożnie, aby nie zmyć lakieru. Jak widać metoda choć daje bardzo dobre rezultaty jest dość pracochłonna i skomplikowana, a co za tym idzie słabo nadaje się dla początkujących.

Nie bądź kwasiarz - czyli o trawieniu słów kilka.

Po stworzeniu obrazu ścieżek i wycięciu laminatu, przygotowujemy wytrawiacz. Jest kilka preparatów na rynku, ale najpopularniejszym i najłatwiejszym do nabycia jest trójchlorek żelazowy - FeCl3 x 6H2O. Można go dostać w każdym sklepie elektronicznym za około 4 złote. Jest on w postaci różnych rozmiarów, brązowych kuleczek o chropowatej fakturze. Nieco lepszym i niewiele droższym preparatem jest B327, którego wzór chemiczny uciekł mi z głowy. Ten ma postać białego proszku.

Trawienie chlorkiem - Do plastikowego lub szklanego płaskiego naczynia wlewamy niewielką ilość gorącej wody (ale nie wrzątek!!!) tak żeby przykryło płytkę. Wsypujemy odpowiednią ilość granulek wytrawiacza zależnie od rozmiarów płytki. Więcej wytrawiacza wytrawi szybciej miedź, ale też nieco podtrawi to co jest pod pisakiem/tonerem/lakierem. Ciężko powiedzieć ile wsypać, powiedzmy, że tyle żeby lekko przykryło płytkę. Teraz czekamy, aż wszystko się ładnie rozpuści i co jakiś czas lekko potrząsamy kuwetą żeby zamieszać roztwór. Wytrawianie powinno potrwać kilka godzin (1-4) i powinno być git ;-). Lepiej nie zostawiać płytki na zbyt długo bo wytrawi się także to co mamy zamalowane. Jeśli na płytce pozostały gdzieniegdzie drobinki miedzi, można je usunąć metodą udarową (np. za pomocą nożyka). Wytrawiacz można wylać, ale można w nim zazwyczaj wytrawić jeszcze kilka płytek, zwłaszcza po "regeneracji" polegającej na dolaniu do roztworu wody utlenionej H2O2.

Kuweta, którą kiedyś używałem do trawienia.

Trawienie B327 - Bierzemy starą patelnię i nalewamy do niej nieco wody. Do wody wstawiamy plastikowe naczynie z rozpuszczonym B327. Preparat rozpuszczamy od razu cały (jedno opakowanie zazwyczaj na 0,5l wody). Starcza on na dość dużo procesów trawienia. Początkowo roztwór jest przezroczysty, a po kolejnych trawieniach staje się coraz bardziej niebieski. Patelnię stawiamy na gazie i grzejemy. Optymalna temperatura wymagana do dobrego trawienia to 40 stopni. Na opakowaniu ostrzegają przed grzaniem powyżej, 50 stopni ale widziałem już wrzące B327 i jeszcze żyję ;-). Gaz proponuję co jakiś czas włączać i wyłączać aby utrzymać odpowiednią temperaturę. Trawienie w takich warunkach kończy się w czasie od 20 do 90 minut.

Środek trawiący B327.

NE555: Nie lekceważyłbym ostrzeżeń wypisanych na opakowaniu! Powyżej 50st.C wytwarzają się substancje szkodliwe dla zdrowia! Ja używam zbudowanej do tego celu trawiarki:

Trawiarka do płytek w wykonaniu NE555.

Wyciągamy płytkę z wytrawiacza, płuczemy wodą a następnie zmywamy pisak lub lakier, ewentualnie zeszlifowujemy toner drobnym papierem ściernym. Jeśli to konieczne wiercimy otwory i wszystko GOTOWE!

Toner usunięty za pomocą papieru ściernego.

Gotową płytkę należy zabezpieczyć przed korozją specjalnym lakierem lub roztworem kalafonii w denaturacie.

Jeśli zależy Ci na jakości, nie używaj lakieru, tylko zastosuj środek do cynowania bezprądowego.

Wkładamy elementy w odpowiednie dziurki i lutujemy. Zaczynamy od najmniejszych elementów - oporników, zworek (odcinków drutu w miejscach gdzie nie dało się poprowadzić ścieżki bez krzyżowania z inną), podstawek pod scalaki, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych, tranzystorach (również dlatego, że są delikatniejsze i mniej odporne na przegrzanie), przekaźnikach, kabelkach itp.

Lutowanie, czyli co zrobić z tym srebrnym.

Wielu początkujących elektroników ma spore problemy z lutowaniem. Najczęściej nie mogą pojąć jakim cudem można tak trwale i mocno coś przylutować (wiem to z autopsji ;-) ). Bardzo często popełniają karygodny błąd, przenosząc cynę na grocie do lutowanego elementu (co prawda ja nadal od czasu do czasu tak robię, gdy nie da się inaczej polutować (z powodu braku kilku dodatkowych rąk hehe), ale przy moim doświadczeniu miejsce lutowania i tak wygląda tak jakbym robił to poprawnie i nie tylko wygląda - oczywiście są to sporadyczne przypadki). Teraz podam fundamentalną zasadę lutowania. Jeśli będziecie się do niej stosować połączenia będą trwałe, pewne i nie doznacie koszmaru "zimnych lutów":

GRZEJEMY OBA LUTOWANE ELEMENTY A NIE CYNĘ!

Na przykład kiedy lutujemy coś na płytce, przystawiamy grot lutownicy tak, żeby jednocześnie nagrzewać nóżkę elementu i miedz na ścieżce. Po krótkim nagrzewaniu przystawiamy cynę, a ta dosłownie przysysa nam się do rozgrzanych miejsc ;-). Jeśli chcemy wlutować gdzieś przewód, dobrze jest go wcześniej "pobielić". Polega to na nałożeniu na niego warstwy cyny w ten sam sposób czyli rozgrzewamy kabelek i przykładamy doń cynę.

Grzejemy nóżkę elementu, nie cynę!

Dobór lutownicy jest ważny, ale w sumie jest to też sprawa preferencji każdego z osobna. Ja lubię lutownice transformatorowe. Nie są one polecane do elektroniki, ale w doświadczonych rękach sprawują się świetnie, nie grzeją się cały czas, nie wychładzają się szybko, są od razu gotowe do użycia i mają zazwyczaj sporą moc (moja ma 33 lata i 80W mocy ;-) ). Lutownice kolbowe (oporowe) też są dobrym wyborem, ale nie te najtańsze za kilka złotych. Wybrać należy taką, żeby jej grot nie wychładzał się zbyt szybko (jest to zjawisko kiedy przy lutowaniu spada temperatura grota i tworzą się przez to nietrwałe zimne luty) np. o mocy 40W.

Lutownice transformatorowe.

Dobra stacja lutownicza.

NE555: Ja mam obie lutownice, bo każda nadaje się do innych rzeczy. Dla modera, który głównie lutuje przełączniki, diody i kable najlepsza jest transformatorówka. Do płytek drukowanych zdecydowanie polecam jednak lutownice kolbową - dobra stacja lutownicza znacznie podnosi jakość i przyjemność pracy :).
Cynę kupujemy tylko z przeznaczeniem do elektroniki, grubość od 0,5 do 1,5 mm max! (ja stosuję najczęściej 1 mm). Można ją kupić w tzw. Fiolkach (plastikowe opakowanie w kształcie szklanej probówki) lub w większej ilości na rolce (można znaleźć dość tanio w supermarketach). Należy także zwrócić uwagę czy cyna (spoiwo lutownicze) zawiera w sobie topnik (czy w środku są nitki kalafonii), jest to napisane na etykiecie. Absolutnie niedopuszczalne jest stosowanie grubej cyny dla elektryków (no chyba, że już nie ma nic innego w pobliżu, a ten konkretny lut zawiera kalafonię), a już w ogóle wielkich drutów cynowych o przekroju trójkąta stosowanych do lutowania rynien!!! Lepiej nie trzymać cyny w ustach (cały czas piszę cyny choć dla ścisłości spoiwo lutownicze zawiera w sobie dużo więcej składników niż tylko cynę). Lut zawiera bardzo duży procent ołowiu i na dłuższą metę może być trujący.

Materiały niezbędne do lutowania - cyna i kalafonia.

NE555: Po lutowaniu zawsze należy umyć ręce! Zatrucie ołowiem może ujawnić się dopiero po wielu latach.
Znakomita pomocą przy lutowaniu jest tzw. trzecia ręka. Kiedyś te urządzenia były dość drogie, ale dziś można je bezproblemowo kupić poniżej 20 złotych.

Trzecia ręka.

Przydatne narzędzia.

Oto kilka podstawowych narzędzi, które mogą okazać się bardzo pomocne przy budowie wszelakich urządzeń i zabawie z elektroniką:

1. Szczypce radiotechniczne, czyli popularne kombinerki.
2. Odsysacz, jak sama nazwa wskazuje - odsysa cynę. Przydatny przy wylutowywaniu z płytki jakichś elementów.
3. Pęseta, pozwala na precyzyjne manipulowanie małymi elementami.
4. Ściągacz izolacji, docenicie go gdy będziecie musieli "zarobić" setkę kabelków ;).
6. Szczypce płaskie, przydatne ponieważ przy wielu zastosowaniach kombinerki okazują się za duże...
7. Szczypce tnące, do skracania przewodów i końcówek elementów.