Технологии
Беспаечные макетные платы
Электронный «макет» на самом деле относится к безэлектродной электронной плате, не требует абсолютно никакой пайки.
Как только вы найдете электронный проект и детали, необходимые для его сборки, вам необходимо будет соединить все компоненты согласно соответствующей принципиальной схеме. Создание завершенной схемы выполняется обычно путем пайки компонентов на печатной плате (PCB). Этот подход подходит для схем, которые были протестированы и функционируют по желанию, а также когда цепь становится постоянной. Однако сделать дизайн печатной платы для нескольких приложений - например, при разработке схемы - неэкономично. Вместо этого, в то время как схема находится в стадии разработки, а количество деталей невелико и не используются сверхвысокие частоты, компоненты обычно собираются на паяльной плате.
Внутренние соединения
Существуют различные типы и размеры макетов, пригодных для схем различной сложности. Макетные платы могут использоваться для создания прототипов небольших цепей, а большие платы доступны для схем с большим количеством деталей (см. Фото 1). Макетные платы также могут быть сложены вместе, чтобы сделать более крупные платы для очень сложных схем.
Фото 1. Типичные макеты. Большие доски изготавливаются из нескольких меньших единиц. На некоторых платах имеются клеммы для подключения внешних источников питания.
Хорошая вещь с макетным дизайном заключается в том, что контур можно легко и быстро создать и модифицировать, а идеи можно протестировать без необходимости паять компоненты. Типичный макет (см. Фото 2) состоит из рядов и колонок отверстий, расположенных так, что внутри них могут быть встроены интегральные схемы и другие компоненты. Отверстия имеют пружинящие действия, поэтому выступы компонентов плотно удерживаются на месте. Хотя паяные макеты доступны от нескольких разных производителей, большинство из них имеют аналогичную компоновку. Типичная компоновка состоит из металлических полос, которые используются для соединения выводов в ряду или столбце. Эти металлические полосы проходят под платой и соединяют отверстия в верхней части. Их легко обнаружить, сняв заднюю панель макета (фото 2).
В середине макета есть небольшой зазор (метка, идущая параллельно длинной стороне), которая отделяет доску на две половины. Разрыв полезен для размещения на нем обычных интегральных схем DIP (Dual In-line Package). Интегральные схемы размещены так, что клеммы IC с одной стороны находятся на левой половине макета, а клеммы IC другой стороны находятся на правой половине (см. Фото 3).
Фото 3. Макет, содержащий интегральную схему и ряд резисторов и конденсаторов
Когда в макет вставлена микросхема DIP (такая как обычный DIP-14 или DIP-16 с расстоянием между рядами контактов 7,6 мм), контакты с одной стороны чипа должны войти в колонку E, пока Штифты другой стороны идут в колонку F с другой стороны зазора.Скрепки справа и слева от зазора соединены радиальным способом и образуют клеммные колодки; Обычно пять зажимов (т.е. под пятью отверстиями) в ряд на каждой стороне зазора электрически соединены. Пять столбцов слева от метки часто обозначаются как A, B, C, D и E, и они связаны друг с другом с основанием строки, а справа - с метками F, G, H, I и J, а также соединены друг с другом в строке.
Рисунок 1. Типовая внутренняя схема подключения макета
Есть также две пары столбцов слева и справа от паяльной платы на рисунке 1, и эти столбцы обозначены цветными линиями. Они зарезервированы для подключения питания и заземления. Отверстия в каждом из этих конкретных столбцов связаны друг с другом по линии столбцов. На большинстве доступных коммерческих макетов любой столбец, предназначенный для напряжения питания, отмечен красным, а любой столбец для земли- синим или черным. Из-за разных конфигураций наилучшим способом проверки является использование мультиметра. На больших макетах, помимо полос шины, расположенных слева или справа, дополнительные шины могут быть найдены сверху и снизу клеммных колодок.Важно помнить, что блоки питания на разных сторонах платы не подключены, поэтому для подключения одного и того же источника питания с разных сторон необходимо использовать некоторые перемычки. Кроме того, маркеры цветных линий или любые другие маркеры на полосах питания имеются только для справки. На самом деле, нет правила для включения питания в «красную» полосу и заземления в «синюю». Цифры и буквы, помеченные на разных строках и столбцах макета, предназначены только для того, чтобы служить в качестве системы координации, так как легко ссылаются на определенную точку соединения схемы. Это также полезно при использовании буклетов с инструкциями, которые можно найти во многих книгах и руководствах по построению электронных схем.
Провода перемычки
Некоторые соединения цепей просто создаются с помощью клемм и шин. Компонент, который помещается в определенную строку или в определенную группу столбцов, действительно электрически связан с чем-либо другим, расположенным в той же строке или столбце. Однако для соединений между разными строками или разными столбцами-столбцами используются некоторые провода. Эти провода называются «перемычками» (также называемые «прыгающими проводами» или «мостами для проводов») и могут быть изготовлены на заказ из медной проволоки 22 AWG (0,33 мм 2 или около 0,6 мм) с луженым покрытием с пластмассовым покрытием. Другие проволочные датчики не подходят, потому что более толстые не подходят вообще. Черные и красные провода обычно резервируются для напряжения питания, а остальные просто используются там, где это удобно. Еще один совет, который сэкономит вам массу времени и денег, заключается в том, что идеальный провод для паяльных масок можно найти, в сетевых кабелях CAT-5 или CAT-6, как показано на фото 4.
.
Фото 4. Кабели CAT-5 или CAT-6
На некоторых макетах имеются привязки, которые позволяют подключать внешние источники питания. В совершенно новом паяном макете эти связующие стойки не подключены заранее. Подключение их зависит от пользователя и может быть выполнено с помощью некоторых перемычек. Единственная причина, по которой новые макеты, не подключенные к их связующим сообщениям в любой шине или терминале, являются полностью настраиваемыми и не ограничивающимися предопределенными соединениями. Как правило, новые макеты поставляются с 2 или 3 цветными переплетами; Черный и красный, как правило, для заземления и основного источника питания постоянного тока, соответственно. Третье обычно приходит в синем или желтом цвете и может использоваться для обеспечения дополнительного питания или для любой другой цели.
Фото 5. Типовая макетная плата с обвязками
Советы по макетированию
·Стандартный способ подключения источника питания - использование боковых линий (шин).
· Использование черных проводов для подключения заземления (0 В) и красный для подключения к основным источникам питания облегчает проверку при прототипировании.
·Прокладка перемычек вокруг микросхем, а не над микросхемами помогает достаточно легко менять микросхемы при необходимости.
Макетные ограничения
·Платы без паяных соединениях ограничены работой на относительно низких частотах. Это связано с относительно большой паразитной емкостью, находящейся между соседними металлическими полосками, а также из-за относительно высокой индуктивности проводов и перемычек.
·Соединения на плате имеют относительно высокое контактное сопротивление (по сравнению с печатной платой).
·Макетные платы не могут использоваться в цепях высокого напряжения или высокой мощности из-за их ограниченного напряжения и номинального тока.
Для макетов без пайки обычно не подходят поверхностные монтажные устройства (SMD), компоненты с несколькими рядами разъемов, не соответствующие DIP-компоновке, и вообще все компоненты с шагом сетки, кроме 0,1 дюйма (2,54 мм). Во многих случаях эти компоненты могут быть подключены к макету с помощью небольших адаптеров PCB, называемых «адаптеры прорыва». Такие адаптеры несут один или несколько компонентов и имеют штырьки разъема с шагом 0,1 дюйм (2,54 мм) в одном линейном или двойном линейном исполнении для установки на матовую плату. Не совместимые компоненты обычно подключаются к гнезду адаптера, в то время как меньшие компоненты (например, SMD резисторы) обычно припаиваются непосредственно к адаптеру, а адаптер затем подключается к макету через разъемы 0,1 дюйма (2,54 мм). Однако необходимость пайки компонентов на адаптере сводит на нет некоторые преимущества использования макета без пайки. Данные платы в основном предназначены для использования в относительно простых схемах и становятся ненадежными при использовании в сложных устройствах.
Печатные платы
Многие начинающие и профессионалы делают рабочие прототипы схем. Обычно выполняются на макетной плате с помощью пайки. Способ позволяет находить ошибки, которые вы упустили. Для простых схем вы можете использовать к примеру плату от Radio Shack (как показано ниже) или другую.
Перед тем, как поместить детали, это будет оборотная сторона одной и той же основной платы. Вы можете увидеть два набора дорожек, которые начинаются сверху и снизу платы. Они часто используются для земли, -V, и + V. Остальные, более короткие (по 3) дорожки - связующие точки.
Изготовление печатнойе платы
Редактор макета:
Перед травлением вам необходимо иметь макет. Для этого используется редактор макетов. Редактор макетов - это программа, которая позволяет вычертить все дорожки и разместить все детали на плате. Очень похож на программу рисования, но специально для печатных плат. Большинство из них имеют «библиотеки», которые имеют общие детали (например, интегральные схемы , резисторы , конденсаторы ). Вы можете использовать части из этих библиотек или самостоятельно создавать специализированные приложения. Они также позволяют вам извлекать все дорожки и перемещать детали, пока вы не получите именно то, что вам нужно. Я лично использую «Eagle» от CadSoft . Изображение ниже показывает, как оно выглядело в редакторе.
Очистка платы:
Заготовка будущей платы из фольгированного текстолита или гетинакса, вероятно, будет немного окислена. Необходимо слой удалить. если слой густой, использую наждачную бумагу. Чем меньше зерно тем лучше. Легкий окисел смывается ацетоном. Промываем под проточной водой, пока она не станет равномерно блестящей. Не прикасайтесь к меди после очистки. Вытирают плату чистыми бумажными полотенцами. Если вы случайно коснулись меди, очистите ее спиртом.
Тонер-метод:
Есть несколько способов переноса шаблона на фольгированное основание. В этом разделе рассматривается метод переноса тонером. Или технология ЛУТ (лазерно утюжная технология). Тонер в лазерном принтере или лазерном копире представляет собой термопластик. Это означает, что он плавится, когда достигается определенная температура. Лазерный принтер или копир использует теплоту и давление для переноса изображения с барабана или ленты на бумагу. Для этого метода мы будем использовать обычный утюг для переноса тонера с листа бумаги на медное основание. После того, как вы сделаете окончательное правление изображение в редакторе, нужно его распечатать. Я перепробовал несколько разных типов бумаги для переноса тонера. Лучшей была фотобумага с высоким глянцем, предназначенная для работы со струйными принтерами. Бумага имеет растворимое в воде покрытие, предназначенное для удержания струйных чернил или красителя. При использовании в лазерном копировальном аппарате или принтере тонер печатается «сверху» этого слоя (он не тонет, как струйные чернила). Проверьте обе стороны фотобумаги на предмет чувствительности к нагреванию. Это можно сделать с помощью утюга. Как я упоминал ранее, лазерный принтер (или копир) использует тепло для переноса тонера. Если задняя сторона фотобумаги плавится при нагревании, это может привести к повреждению принтера. Если вы запустите его через принтер, чтобы попытаться напечатать на термочувствительной стороне, вероятно, рисунок будет испорчен. Теперь нужно распечатанное изображение закрепить тонером к медной фольге и достать железо в форме утюга. Поскольку задняя часть моей фотобумаги была теплочувствительной, мне пришлось положить бумажное полотенце между утюгом и бумагой. Установите утюг прямо на заготовку. Сначала не двигайте его вообще. Дайте ему поработать около 20 секунд, сохраняя умеренное давление на него. Начните перемещать утюг вокруг давя на край основания утюга (работа от центра платы). Перемещайтесь по всей плате еще примерно 30 секунд. Равномерно по всей площади. Когда вы все сделаете правильно, бумага прилипнет и будет абсолютно плоской, и вы не сможете ее снять. Если плата больше, чем утюг, повторите всю процедуру нагрева для каждой части (опять же, начиная с центра и заканчивая краями). Если тонер становится слишком горячим, он может растекаться и заполняться между дорожками. Если это произойдет, возьмите небольшой острый инструмент и очистите тонер от областей, где он не должен быть.
Удаление бумаги:
Помните, что мы сказали, что фотобумага имеет водорастворимое покрытие. Мы собираемся вымачивать плату и бумагу в горячей водопроводной воде. Перед этим, дайте ему остыть в течение 10-15 минут. Держите часть, которую оттягиваете, как можно ближе к доске. Потребовалось около 3-4 минут, чтобы сделать небольшую плату, которую я покажу ниже. Когда вы очистите бумагу, на плате будет тонкое скользкое покрытие. Продолжайте тереть его пальцами, пока все не исчезнет. Тонер, при правильном нанесении, довольно жесткий. Он вообще не оторвется (даже если вы поцарапаете его ногтями). Если есть какие-либо царапины в любых критических областях, вы можете исправить с помощью маркера, к примеру 'Sharpies'. Если значительные области макета не пропечатались должным образом, очистите плату и снова повторите предыдущие операции.
Травление:
Есть 2 популярных способа травления. Оба варианта эффективны. Первый с помощью персульфата аммония - мой любимый (более подробно читаем ЗДЕСЬ) и с помощью хлорного железа.
Чтобы протравить плату, вам понадобится мелкий стеклянный или пластиковый контейнер (не металлический - травитель будет его есть и уменьшит эффективность травления). Наличие крышки для контейнера будет бонусом. Положите заготовку в контейнер рисунком вверх. Каждые несколько минут, шевелите кончик контейнера из стороны в сторону несколько раз, чтобы сохранить свежий травитель на медной области платы. Если у вас есть запечатанный контейнер, он позволит более энергично перемешивать и требует меньше времени для травления. На рисунке ниже показана плата после удаления нежелательной меди.
Удаление тонера:
Прежде чем вы сможете припаять компоненты на плату, вам нужно удалить тонер. Можно сделать с помощью стальной ваты или очистительной прокладки типа Scotch Brite. Когда вы закончите, у вас будет блестящая медная компоновка. Старайтесь не касаться меди пальцами, потому что это вызовет окисление. Позже вы нанесете прозрачное покрытие для его защиты. После чистки, ищите области, где медь не была полностью удалена. Если имеются короткие замыкания, их необходимо удалить.
Сверление:
Теперь заготовка готова к сверлению. Накерним и просверлим отверстия под выводы деталей. В зависимости от диаметра, подбираем нужные сверла.
Размещение и пайка деталей:
На рисунке ниже показано основание платы со всеми припаянными швами. В начале нужно облудить установочные отверстия. Затем вставить и спаять детали согласно схеме. Очистка ацетоном и зубной щеткой после пайки позволит вам лучше видеть, есть ли у какие-либо недостатки в пайке.
Вид со стороны дорожек
Вид сверху
