การทำ PCB SMD ที่บ้าน (วิธี Photoresist): 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

การทำ PCB ที่บ้านอาจเป็นงานศิลปะที่กำลังจะตาย เนื่องจากบริษัทผู้ผลิต PCB จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ จะพิมพ์แผงวงจรของคุณและส่งไปที่บ้านของคุณในราคาที่สมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม การรู้วิธีสร้าง PCB จะยังคงมีประโยชน์ในการสร้างต้นแบบหรือเปลี่ยนวงจรที่เสียหายซึ่งจะใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการจัดส่ง นอกจากนี้ ทักษะที่จำเป็นในการแกะสลัก PCB ยังมีประโยชน์สำหรับการแกะสลักวัสดุอื่นๆ ด้วยการออกแบบที่สร้างสรรค์

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงวิธีแกะสลักบอร์ดด้านเดียว ใช้หน้ากากประสานและประสานส่วนประกอบ SMD บางส่วนเพื่อสร้างบอร์ดทดสอบสำหรับไฟ LED WS2812B RGB บางรุ่น

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ:

นี่คือรายการวัสดุทั้งหมดที่คุณต้องใช้ในการแกะสลักและเติมแผงวงจรของคุณ

• แผ่นปิดทองแดง*
• แอลกอฮอล์
• อะซิโตน
• ถาดพลาสติก
• จำหลัก**
• ส่วนประกอบของบอร์ด
• แผ่นใสอิงค์เจ็ทหรือ Laserjet
• ชุดแหนบ
• สถานีบัดกรีด้วยปืนลมร้อน (สำหรับ SMD)
• ช่างภาพ
• ฟลักซ์
• ถักเปีย Desoldering
• วางประสาน
• หน้ากากประสาน

*บอร์ดหุ้มทองแดงที่หุ้มด้วยใยแก้วเป็นสิ่งที่กีดกันเนื่องจากอาจตัดยากเล็กน้อย

**ฉันใช้สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และ HCl 2: 1 ที่ 3% และ 30% ตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบวงจรของคุณ

มีโปรแกรมมากมายสำหรับออกแบบวงจรของคุณ ซอฟต์แวร์ที่ฉันใช้มากที่สุดคือ Eagle ซึ่งอาจไม่ล้ำหน้าเท่าซอฟต์แวร์ PCB อื่นๆ ที่มีอยู่ แต่ฟรีและใช้งานง่าย ช่วยให้คุณสร้างบอร์ดได้ถึงสองชั้น Autodesk ได้ซื้อ Eagle ไปเมื่อเร็วๆ นี้ ดังนั้นจึงอาจมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นในสายงานอาชีพในอนาคต

หากคุณไม่คุ้นเคยกับการออกแบบ PCB ฉันแนะนำให้คุณดูคำแนะนำอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีบทช่วยสอนที่ยอดเยี่ยมใน youtube เช่น Jeremy Blum

ในภาพคุณจะเห็นว่าวงจรจะมีลักษณะอย่างไรเมื่อทำเสร็จแล้ว ในกรณีนี้ วงจรนี้จะใช้ในการทดสอบ LED WS2812B บางตัว

ฉันได้แนบไฟล์ Eagle ในกรณีที่คุณต้องการบันทึกหรือแก้ไขวงจร

ขั้นตอนที่ 3: ส่งออกแผ่นลบ PCB ที่ทำมิเรอร์

น่าเศร้าที่ Eagle ไม่มีตัวเลือกในการเปลี่ยนสีของวงจรก่อนพิมพ์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติม

เมื่อคุณทำวงจรเสร็จแล้ว ให้เลือกร่องรอย แผ่นอิเล็กโทรด และสิ่งอื่น ๆ ที่คุณต้องการให้สลัก จากนั้นส่งออกเป็นไฟล์ PDF ทำแบบเดียวกันกับแผ่นอิเล็กโทรดเท่านั้น ซึ่งจะใช้สำหรับเปิดหน้ากากประสาน

Eagle ให้เอาต์พุต PDF ที่ความละเอียด 600dpi ซึ่งมักจะเป็นความละเอียดเดียวกันกับเครื่องพิมพ์ของคุณ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องปรับขนาด

ในการเปลี่ยนสีของไฟล์ PDF ฉันใช้ Gimp ฉันเปิดไฟล์ที่มีความละเอียด 600dpi* และทำการกลับสีโดยเลือกวงจรและใช้เครื่องมือกลับด้าน ฉันยังวางแผ่นอิเล็กโทรดข้างๆ เพื่อพิมพ์ทั้งหมดในคราวเดียว

ฉันได้แนบไฟล์ PDF ในกรณีที่คุณต้องการพิมพ์วงจรนี้ ไม่จำเป็นต้องปรับขนาด

* คำเตือน: การตั้งค่าความละเอียดใดๆ ในซอฟต์แวร์แก้ไขอื่นที่ไม่ใช่ 600dpi จะส่งผลให้ขนาดเปลี่ยนแปลงเมื่อพิมพ์ซึ่งจะแก้ไขได้ยาก นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรของคุณถูกสะท้อนเพื่อให้สามารถพลิกกลับได้ โดยที่ผงหมึกหรือหมึกกดลงบนกระดาน

ขั้นตอนที่ 4: เตรียมแผ่นใส

หลังจากตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบทั้งหมดพอดีกับวงจรบนกระดาษอย่างดีแล้ว วงจรและแผ่นอิเล็กโทรดจะถูกพิมพ์ลงบนแผ่นใส

บ่อยครั้งที่ความโปร่งใสเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ บางช่องอาจปรากฏขึ้นซึ่งจะทำให้แสงผ่านได้ โดยปล่อยให้พื้นที่เปิดโล่งที่เราไม่ต้องการ อาจเป็นปัญหาใหญ่ที่แก้ไขได้ง่ายโดยการซ้อนความโปร่งใสอื่นไว้ด้านบน

แผ่นใสติดกาวด้วยอีพ็อกซี่และเรียงเป็นแถว และปล่อยให้อีพ็อกซี่รักษา การวางความโปร่งใสไว้ใต้พื้นผิวเรียบเป็นความคิดที่ดี ดังนั้นความโปร่งใสจะแบนราบอย่างสมบูรณ์เมื่ออีพ็อกซี่บ่ม ส่วนเกินจะถูกตัดแต่งก่อนที่จะดำเนินการในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 5: เตรียมบอร์ด

กระดานหุ้มทองแดงทำแต้มทั้งสองด้านและหักให้ได้ขนาด มันยังทำความสะอาดด้วยแผ่นคะแนนและสบู่เพื่อให้พื้นผิวมันวาวและสะอาด แอลกอฮอล์สามารถใช้ทำความสะอาดสิ่งตกค้างที่เหลือได้

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฝุ่นหรือรอยนิ้วมือบนกระดาน เนื่องจากสิ่งตกค้างใด ๆ จะเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 6: ติดฟิล์ม Photoresist

ตัดฟิล์ม photoresist ชิ้นเล็ก ๆ ฟิล์มประกอบด้วยสามชั้น พลาสติกด้านบนและด้านล่าง และเคมีภัณฑ์ photoresist ประกบอยู่ตรงกลาง ในการแยกฟิล์ม ฉันใส่แผ่นเซลโลเทปสองชิ้นบนขอบแล้วดึงออกจากกัน ฟิล์มใสจะหลุดออกมาและจะถูกทิ้ง ด้านที่เหนียว (อันที่มีโฟโตรีซีสต์) จะเกาะติดกับกระดานอย่างง่ายดายโดยไม่มีฟองอากาศ

ในการติดฟิล์มเข้ากับบอร์ดจนสุดจะต้องใช้ความร้อน เครื่องเคลือบบัตรแบบดัดแปลงมักเป็นวิธีที่นิยมใช้ แต่เตารีดหรือเตาไฟฟ้าก็สามารถใช้ได้เช่นกัน ในกรณีของฉัน ฉันใช้เตาไฟฟ้าในครัว ใช้กระดาษแผ่นหนึ่งเพื่อป้องกันไม่ให้ฟิล์มพลาสติกร้อนเกินไป

ขั้นตอนที่ 7: เปิดเผย Photoresist

ความโปร่งใสจะเกาะติดกับตัวปรับแสงด้วยความช่วยเหลือของหยดน้ำ แล้วโดนแสงยูวี

สิ่งสำคัญคือหมึกหรือผงหมึกบนแผ่นโปร่งใสต้องสัมผัสกับกระดาน ไม่เช่นนั้นแสงอาจซึมเข้าไประหว่างฟิล์มกับกระดานและทำให้เกิดข้อบกพร่องบางประการ

เวลาเปิดรับแสงจะขึ้นอยู่กับความแรงของแหล่งกำเนิดรังสียูวีของคุณ ในกรณีของฉัน 30 วินาทีใน exposer PCB แบบโฮมเมดของฉันก็เพียงพอแล้ว ภายใต้หลอดไฟ CFL ปกติอาจต้องใช้เวลาหลายนาที

ขั้นตอนที่ 8: นำ Unexposed Photoresist ออก

เมื่อ PCB ถูกเปิดออก ความโปร่งใสจะถูกลบออกและฟิล์มพลาสติกที่ยึดตัวรับแสงจะถูกลอกออก ช่างถ่ายภาพจะแข็งตัวและจะติดอยู่บนกระดาน

โฟโตรีซีสต์ที่ไม่ได้รับแสงจะถูกลบออกในสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต 1%* ต้องใช้แปรงเพื่อละลายบริเวณที่ไม่ได้รับแสงอย่างรวดเร็ว แผ่นทองแดงควรมองเห็นได้หลังจากทำเสร็จแล้ว

เมื่อทำเสร็จแล้ว บอร์ดจะโดนแสงยูวีอีกครั้งเพื่อทำให้โฟโตรีซีสต์แข็งตัวเต็มที่และเตรียมสำหรับการแกะสลัก

*โซเดียมคาร์บอเนตเป็นที่รู้จักกันว่า Washing Soda หากคุณไม่มีโซเดียมคาร์บอเนต คุณสามารถทำได้โดยอุ่นโซเดียมไบคาร์บอเนต (เบกกิ้งโซดา) ในเตาอบที่อุณหภูมิ 200ºC เป็นเวลาสองสามชั่วโมง

ขั้นตอนที่ 9: การแกะสลักกระดาน

กระดานถูกสลักด้วยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2: 1 และ HCl (กรดมูริอาติก) ซึ่งมักใช้เวลาประมาณ 10 นาที จากนั้นจึงนำแผ่นกรองแสงออกโดยนำแผ่นอะซิโตนจุ่มลงในอะซิโตนจนลอกออก

ขอบของกระดานถูกตัดแต่งและขัดในที่สุด หลังจากแกะสลักบอร์ดแล้ว จะมีการตรวจสอบความต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการลัดวงจร

ขั้นตอนที่ 10: ใช้หน้ากากประสาน

ใช้หน้ากากประสานหยดขนาดใหญ่ตรงกลางกระดาน ความโปร่งใสติดอยู่ด้านบนและหยดหน้ากากประสานให้เท่ากัน กระบวนการเดิมที่ใช้ในการเปิดเผย PCB หน้ากากประสานที่ไม่ได้ใช้จะถูกลบออกด้วยน้ำประปาและแปรง

ในบางกรณี หน้ากากประสานสามารถยึดติดกับความโปร่งใสได้ ดังนั้นแผ่นฟิล์มโพลีโพรพิลีนจึงถูกประกบอยู่ระหว่างนั้น การทำความสะอาดกระดานด้วยแอลกอฮอล์และกระดาษชำระจะทำให้กระดานค่อนข้างมันวาว

การใช้หน้ากากประสานอาจดูยุ่งยากเล็กน้อย อย่างที่คุณเห็น มีจุดลอกออกบ้าง แต่ก็ถือว่ายอมรับได้

ขั้นตอนที่ 11: การบัดกรีส่วนประกอบ

วางบัดกรีเล็กน้อยในแต่ละแผ่น ส่วนประกอบ SMD วางอยู่บนแผ่นอิเล็กโทรด อย่ากังวลถ้ามันดูเลอะเทอะ หลังจากใช้ความร้อนแล้ว ความตึงผิวของดีบุกที่หลอมเหลวจะดึงส่วนประกอบออกมาตรงๆ หน้ากากประสานจะป้องกันไม่ให้บัดกรีติดที่อื่นยกเว้นแผ่นอิเล็กโทรด

ส่วนประกอบจะถูกทำให้ร้อนขึ้นด้วยปืนความร้อนที่อุณหภูมิ 300ºC เป็นเวลาสองสามวินาทีจนกว่าสารบัดกรีจะละลาย จากนั้นปล่อยให้เย็นลงอย่างช้าๆ เป็นเวลาหลายนาที อาจใช้วิธีอื่น (reflow, hot plate…)

หัวพินบางตัวถูกบัดกรีเข้ากับวงจรก่อนทำการทดสอบบนเขียงหั่นขนม

ขั้นตอนที่ 12: ทดสอบ LEDs

โปรแกรม Arduino อย่างง่ายพร้อมไลบรารี FastLED ใช้เพื่อควบคุม LED ข้อดีของไฟ LED WS2812B คือไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน เนื่องจากมี IC ภายในที่ควบคุมกระแส นอกจากนี้ยังสามารถขับเคลื่อนทั้งอาร์เรย์ได้ด้วยอินพุตเดียว

บอร์ดทดสอบเล็กๆ นี้เสร็จเรียบร้อยแล้ว และได้เวลาดำเนินการกับโครงการที่ใหญ่ขึ้นแล้ว

หากคุณชอบโปรเจ็กต์นี้และต้องการดูคำแนะนำเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อที่กล่าวถึงที่นี่ โปรดชอบคำแนะนำนี้และพิจารณาให้คะแนนสำหรับการประกวด LED

ขอบคุณที่รับชม!