Piirilevy

Radioamatööriwikistä
Versio hetkellä 25. marraskuuta 2012 kello 22.51 – tehnyt >Oh7bf (→‎Reikien poraaminen)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun


Paperikopio peilikuvana ja FR4-levyn palanen.
Paperikopio on painettu silitysraudalla FR4-levyn palaan.
Paperi vettymässä altaassa.
Paperia hierotaan pois levyn pinnalta.
Johtoja korjataan resistikynällä.
Syövytys natriumpersulfaatilla.
Syövytetyn levyn huuhtelu.
Reikien poraus.
Valmis tinattu levy.

Suunnittelu

Kytkennän ja piirilevyn suunnittelu on eniten aikaa vievä prosessi. Yleensä kytkentä piirretään jollain ohjelmalla. Kytkennän toimintaa voidaan myös simuloida jollain spice-ohjelmalla esimerkiksi LTSpicella. Simuloinnilla voidaan varmistaa kytkennän toiminta ja etsiä oikeat arvot komponenteille. Kytkentäkaavio on syytä tehdä, koska näin vältytään paremmin ajatusvirheiltä.

Kytkentäkaaviosta luodaan piirilevy. Piirilevyllä fyysisten komponenttien sijoittelu on tärkeää ja piirilevyohjelmat eivät osaa tehdä tätä automaattisesti oikein. Osien sijoittelussa kannattaa aloittaa isoista komponenteista ja sellaisista, joiden pitää olla jossain tietyssä paikassa. Myös vetojen pituus kannattaa minimoida. Mikäli mahdollista niin levystä tehdään yksipuoleinen. Radiotaajuuspiirit tosin vaativat yleensä maatason komponenttipuolelle. Tässä tapauksessa on mahdollista jättää kupari toiselle puolelle ja käyttää esimerkiksi 6,0 mm poranterää jyrsimään kupari pois komponenttireiän ympäriltä. Kovin ohuita vetoja kannattaa välttää samoin kuin jyrkkiä kulmia.

Syövytysmaskin painaminen

Helpoin tapa syövytysmaskin siirtämiseen kuparin pinnalle on käyttää tavallista kopiokonetta. Siis sellaista, joka käyttää samanlaista muovipulveria tekstin painamiseen kuin lasertulostimet. Mustesuihku ei yleensä käy. Parhaimman tuloksen saa käyttämällä erillistä PNP-Blue filmiä tai vinyyliä, mutta myös tavallisella kopiokoneen paperilla tekee yksinkertaisen piirilevy. Kopiota otettaessa toner säädetään maksimiin, jolloin paperille saadaan mahdollisimman paljon mustaa muovia. Kuvan täytyy olla paperilla peilikuvana ja levyä suunnitellessa tämän varmistamiseksi kuparille kannattaa laittaa tekstiä. Teksti on siis nyt peilikuvana paperilla.

Piirilevymateriaalista leikataan sopivan kokoinen pala, joka hangataan puhtaaksi teräsvillasienen tai vastaavan ja astianpesuaineen avulla. Lopuksi pinta pyyhkäistään alkoholilla. Yleisin piirilevymateriaali on yksi- tai kaksipuoleinen 0,8 mm tai 1,6 mm paksu FR4.

Paperi asetetaan kuparia vasten ja silitysraudalla painetaan paperi kiinni levyyn. Painamiseen kannattaa käyttää aikaa kymmenisen minuuttia. Aluksi ennen kuin muovipulveri alkaa sulaa kupariin, on myös syytä varoa paperin liikkumista. Ongelmakohdat ovat yleensä reunoilla ja kulmissa, joten ne kannattaa vielä lopuksi lämmittää erikseen. Tämän jälkeen paperin annetaan vettyä altaassa noin parikymmentä minuttia, minkä jälkeen paperia hierotaan varovasti pois levyn pinnalta. Syövytysmaskia voidaan korjata resistikynällä ennen syövytystä.

Syövytys

Natriumpersulfaatti on melko turvallinen piirilevyn syövytykseen sopiva aine. Reaktiossa kuparin kanssa syntyy kuparisulfaattia ja natriumsulfaattia. Kotikäytössä yhden protolevyn valmistuksessa syövytysliuosta kannattaa valmistaa vain tarpeellinen määrä. Esimerkiksi 100 x 160 mm yksipuoleisen 35 mikrometrin levyn pinnalla on noin 5 g kuparia. Tästä voi laskea tarvittavan natriumsulfaatin määräksi 18,8 g. Natriumpersulfaattia on saatavissa kannellisissa purkeissa jauheena ja sekoitussuhde on 1000 g neljään litraan kuumaa 40 - 50 °C vettä.

Syövytyksen aikana kädet suojataan kertakäyttöisillä lateksikäsineillä. Lisäksi silmät on syytä suojata sopivilla laseilla roiskeiden varalta. Kemiallisia jauheita käsitellessä myös hengityssuoja on tarpeen.

Syövytys on helppo tehdä kuumaa vettä sietävässä minigrip-pussissa. Pussiin mitataan ensi sopiva määrä persulfaattia ja samaan aikaan laitetaan vettä lämpiämään hitaasti kattilassa. Esimerkiksi yhden desin liuos vaatii 25 g natriumpersulfaattia. Kun vesi alkaa tuntua sormissa polttavalta, otetaan kattilasta mitalla yksi desi ja kaadetaan se pussin sisään. Tämän jälkeen piirilevy pussiin ja pussi kiinni. Pussia hölskytellään edestakaisin, joilloin neste alkaa muuttua sinertäväksi ja muutaman minuutin kuluessa kupari on hävinnyt suojaamattomilta pinnoilta. Pussi avataan ja levy huuhdotaan vedessä. Syntyneen sinisen liuoksen voi kaataa muovirasiaa tai astiaan. Jos liuoksen vesi pääsee haihtumaan tai se haihdutetaan, syntyy pieni määrä pulveria, joka voidaan laittaa ongelmajätteiden sekaan.

Reikien poraaminen

Lastuavassa työstössä tarvitaan suojalasit ja hengityssuoja. Pora- ja jyrsinkoneiden käsittely vaatii myös huolellisuutta ja oikeita sekä turvallisia työtapoja.

Mekaaninen työstö eli reikien poraaminen piirilevyyn on toiseksi kallein vaihe suunnittelun jälkeen. Pintaliitoskomponentteja käyttämällä reikiä ei tarvitse yleensä porata kovin monta, vaikka osa komponenteista vaatisikin reiän. Ohuet alle millimetrin halkaisijaltaan olevat poranterät ovat hauraita ja kuluvat nopeasti lasikuitua poratessa. Worlframhiiliterät sopivat paremmin lasikuituun, mutta vaativat korkean 18 000 kierrosta/minuutti pyörimisnopeuden. Ohuet terät eivät kestä juuri ollenkaan vääntöä. Tästä syystä tukevan porausalustan käyttö ja hallittu poran laskeminen piirilevyyn on lähes välttämätöntä. Jos mahdollista, niin piirilevyllä olevat reiät kannattaa laittaa kaikki yhteen suoraan linjaan. Tällöin levyä tarvitsee siirtää vain yhteen (x-suuntaan) porausalustalla. Hienoin kotikäytössä oleva poraussysteemi on numeerinen poraus/jyrsinkone. Verkosta löytyy ohjeita tällaisen rakentamiseen.

Tyypillisesti tavallisille komponenteille käytetään 0,8 mm terää ja vähän paksulankaisimmille osille 1,0 mm terää. Joillekin liitinkomponenteille voi olla tarpeen porata 1,2 mm reikä. 0,5 mm reikiä tarvitaan harvoin ellei sitten levylle tehdä paljon läpivientejä. M3 kiinnitysruuveille kannattaa porata hieman tarvetta isompi 3,2 mm reikä.

Osien sijoituskuvan painaminen

Komponenttien sijoituskuva voidaan painaa samalla tavalla kuin johtokuva. Tavallinen kopiokoneen paperi riittää tähän hyvin ja paperia liotetaan samalla tavalla vedessä. Väriksi tosin tulee musta eikä valkoinen.

Ohjelmia

http://pcb.geda-project.org/

http://www.expresspcb.com/

http://www.cadsoftusa.com/

http://www.freepcb.com/

Katso myös

Aiheesta muualla

http://koti.mbnet.fi/ijl/piirilev.html

http://koti.mbnet.fi/huhtama/ele/index.php?si=art01.sis&pa=jaaa

http://www.kolumbus.fi/pami1/pcb/pcb.html

http://sik.ayy.fi/wiki/index.php?title=Elektroniikkapaja::Piirilevyn_valmistus

http://www.ruuvipenkki.fi/foorumi/viewtopic.php?f=15&t=550

http://vanhat-radiot.blogspot.fr/p/piirilevyjen-valmistus-kotona.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board

http://tech.groups.yahoo.com/group/Homebrew_PCBs/

http://tech.groups.yahoo.com/group/Inkjet_PCB_Construction/

http://techref.massmind.org/techref/pcb/etch/directinkjetresist.htm

http://www.qsl.net/k/k5lxp/projects/PCBFab/PCBFab.html

http://www.sm0vpo.com/begin/pen-00.htm

http://www.robotroom.com/PCB.html

http://retromaster.wordpress.com/pcb-making

Kaupallisia valmistajia

http://www.prinel.fi/tehdas

http://www.expresspcb.com/

http://www.multi-circuit-boards.eu