Искусство трассировки топологии

Хотя топология, как и принципиальная схема, является своего рода графическим представлением реального электронного устройства, т.е. его прототипом, между ними есть большая разница. На принципиальной схеме не только указаны сами компоненты схемы, но и электрические связи между вими. На топологии же указывается только соединения и места для посадки радиоэлементов, более конкретная информация о которых содержится в схеме принципиальной. В то же время, хотя на последней и указаны все элементы и связи между ними, принципиальная схема не несет никакой информации об их физическом расположении на плате. Именно точное физическое расположение всех элементов схемы и призвана отображать топология.

Для получения фотонегатива или позитива исходного изображения можно воспользоваться специальным принтером; часто такое оборудование можно встретить в копи-центрах. Фотографическая копия на пленке может обойтись в приличную сумму, но очень поможет, если нужно сделать несколько копий одной и той же печатной платы.

Чтобы удешевить процесс, можно попытаться сделать позитивную маску самостоятельно, используя прозрачную пленку. Конечно, копия из специализирующейся на этом деле фотолаборатории будет значительно лучше, чем сделанная дома — у них там всегда будут более темные, практически идеально темные участки черного, но и так вполне сойдет. При самостоятельном изготовлении фотокопии нужно следить за точным соблюдением всех размеров оригинала. Многие копировальные аппараты имеют особенность увеличивать исходное изображение на 1-2 %, а такое изменение может привести и приведет к изменению размеров контактных площадок и расстояний между переходными отверстиями и отверстиями под выводы навесных элементов. Поэтому будьте внимательны и всегда точно соблюдайте размеры в масштабе 1:1.

Если вы все же подумали и решили отнести оригинал топологии в фотолабораторию, то можно сэкономить, если попросить сделать негатив— он будет стоить чуть дешевле за счет меньшего числа требуемых для его получения операций. При копировании изображения на прозрачную пленку вы всегда получите картинку с позитивной полярностью. Однако, независимо от того, какой метод используется — позитивный или негативный, обязательно нужно проследить, чтобы был выбран правильный сенсибилизатор и проявитель. Более подробно о критериях выбора будет рассказано в разделе "Позитивная и негативная сенсибилизация".

Получение пленки с изображением топологии будущей схемы предусматривает соблюдение двух важных правил: черные участки должны быть идеально темными и заполненными без промежутков, и ни одна, даже самая тонкая линия на рисунке, не должна прерываться. Поэтому тщательно изучите пленку под ярким и ровным освещением, чтобы сразу увидеть любые возможные отступления от этих правил. Иногда допускается зарисовать участки с пропущенным заполнением черным фломастером или маркером.

Позитивная и негативная сенсибилизация

Итак, парой абзацев выше вам уже все уши прожужжали о позитивном и негативном методах копирования топологии с оригинала. Вы также узнали, что необходимо уметь правильно выбрать тип сенсибилизатора (или фоторезиста), исходя из метода копирования. Сенсибилизатор, независимо от того, кто нанес его на слой меди — вы сами или производитель, служит средством переноса исходного изображения топологии на металлизированную основу.

Большинство рисунков топологии, которые можно приобрести в магазинах по электронике или встретить в книгах, сделаны по методу позитивного копирования, т.е. черные участки на них представляют места, содержащие фоторезист, а травитель вытравит светлые участки.

Если для изготовления маски будет решено использовать именно позитивный метод, то нужно обязательно взять позитивный же сенсибилизатор. Во время экспозиции платы под ультрафиолетом черный слой краски сохранит медь под собой от воздействия на нее света, и при погружении платы в проявитель такие участки потемнеют вследствие образования на них фоторезиста. При травлении участки под слоем фоторезиста останутся целыми, а остальные — растворятся, поскольку их ничто не защищает от воздействия травителя. Наоборот — негативный сенсибилизатор формирует слой резиста на светлых участках изображения. В любом случае при правильном выборе метода и шответствующих ему сенсибилизатора и проявителя будет получена печатная плата, в точности повторяющая исходную схему.

Раствор сенсибилизатора в виде спрея, который наносится на слой меди, можно приобрести в магазине с химическими реактивами. Там же можно купить уже сенсибилизированные платы с медью, что значительно облегчает работу. Сенсибилизированные платы можно легко отличить, поскольку они продаются в светонепроницаемых упаковках. Конечно, они будут стоить несколько дороже, но это компенсируется удобством работы.

Вам также понадобится проявитель, который совместим с используемым типом сенсибилизатора. При покупке сенсибилизатора в виде спрея есть шанс купить в комплекте правильный проявитель. Нужно обязательно следить, чтобы не смешивать, например, позитивный сенсибилизатор с негативным проявителем, иначе на плате не получится рисунок исходной топологии.

Зеркальное отражение печатной платы

Еще одна вещь, которую нужно тщательно проверить: убедиться в том, что рисунок топологии на плате ориентирован в соответствии с исходным изображением. Если перепутать негатив с позитивом, можно в итоге получить зеркально отраженную топологию, и даром никому не нужную. В этом случае контактные площадки всех микросхем, к примеру, будут зеркально перевернуты. В лучшем случае схема просто не заработает, в худшем — "спалит" половину элементов на плате. Так что, право, стоит внимательно продумать все свои действия по переносу исходного изображения на слой меди, чтобы не испортить себе настроение.

Подготовка печатной платы к травлению

После подготовки маски и сенсибилизации медной подложки (либо сразу после покупки уже подготовленной к травлению платы с нанесенным сенсибилизированным слоем меди) все готово к завершающему этапу изготовления печатной платы.

Вот, что осталось сделать с платой.

1. В темном помещении (помните — сейчас вы имеете дело с фотографическим процессом, поэтому нельзя засветить пластину!) нужно нанести или разбрызгать сенсибилизатор на поверхность меди.

2. Положите на плату свою прозрачную пленку с изображением и вставьте их вместе в держатель, как показано на рис. 12.4.

Для пущей важности можно достать настоящие фотографические держатели, но, честно говоря, обычные рамки для фотографий применяются с неменьшим успехом.

3. Внимательно проверьте ориентацию и положение пленки на пластине и при необходимости поправьте ее. Убедитесь, что пленка не перевернута, иначе в процессе травления будет вытравлена зеркальная топология. Такие вещи не сразу бросаются в глаза, поэтому не стоит чрезмерно спешить.

4. Положите негатив пленки так, чтобы фотографическая эмульсия с нее (тусклая сторона пленки) легла на слой меди. Это поможет добиться более четкой картинки на плате. Обратите внимание, однако, на то, что может понадобиться перевернуть пленку (чтобы слой с эмульсией лег на медную подложку) в том случае, если исходное изображение из фотолаборатории или сделанное вашими руками было перевернуто. В некоторых случаях копии делают зеркально отраженными, чтобы изображение было легче перенести, используя метод переноса изображения с помощью сухого тонера, который будет описан в подразделе "Изготовление печатных плат по методу переноса с пленки" чуть ниже.

Да будет свет: экспозиция и проявка печатной платы

Сенсибилизированную плату можно подвергнуть экспозиции одним из нескольких способов. Если на дворе яркое солнце, то можно положить плату под его ультрафиолетовое излучение. Время экспозиции под солнечным светом займет от нескольких минут до четверти часа, конкретно же оно зависит от типа маски и фоторезиста. Именно поэтому сперва нужно ознакомиться с инструкцией, которая идет с используемым фоторезистом.

Время выдержки можно сократить, используя ультрафиолетовую лампу накаливания. Ее следует расположить в сорока-пятидесяти сантиметрах от поверхности печатной платы таким образом, чтобы свет попадал прямо на плату. Не следует придвигать лампу к плате настолько близко, чтобы края платы оказались в тени.

Помните, что ультрафиолетовое излучение вредно, поэтому не подвергайтесь его облучению на протяжении длительного времени (разве что вы окажетесь фанатом летнего загара: и зимой, и летом). Не мешает также надеть специальные темные очки, которые бы защитили глаза от воздействия ультрафиолета, иначе можно серьезно повредить сетчатку. А еще лучше — вообще не использовать ультрафиолетовую лампу! Наберитесь терпения и подождите солнечных деньков, чтобы можно было положить плату под солнцем на свежем воздухе.