Семь шагов в электронику

«ПРИСЯДЕМ, ДРУЗЬЯ, ПЕРЕД ДАЛЬНЕЙ ДОРОГОЙ…»

Итак, уважаемый читатель, Вы держите в руках книжку, которую, возможно, захотите купить. В книге есть много страниц текста, рисунки, фотографии, формулы, и повествует она об увлекательнейшей науке — электронике. Как быть? Ведь, помимо электроники, на свете существуют сотни других наук, — ничуть не хуже, — и каждая из них по-своему увлекательна, раз нашелся хотя бы один человек, который ей занимается.

Поэтому, прежде чем начать наш с Вами путь в электронику, давайте, уважаемый читатель, «присядем на дорожку», как поется в старой песне, и поговорим о том, что такое электроника и с чем ее едят.

Не будет большим преувеличением сказать, что электроника — это все, что нас окружает. Компьютер, сотовый телефон, телевизор, поющие и разговаривающие детские игрушки и сотни других привычных вещей вокруг нас. Все они содержат внутри электронные компоненты, разработанные и собранные людьми, для которых электроника — либо профессия, либо — хобби. Еще полвека назад человек, с легкостью управляющийся с электронными лампами, вызывал священный трепет у непосвященных. Сейчас же, глядя на внутренности современных электронных устройств, непосвященный испытывает, скорее, тяжкое удивление — «чего они тут понапихали»?

Электроника за эти годы стала и ближе к человеку, уютно устроившись в самых неожиданных местах, и в то же время отдалилась от него, потому что стала на несколько порядков сложнее. Кажется, что ее уже не постичь — такой гигантский путь прошла она всего на сотню лет. И очень часто кто-то, кто заинтересовался современными электронными внутренностями, просто опускает в отчаянии руки — кажется, что это путь вовек не осилить. Видеокурс: семь шагов в электронику Все не так плохо, уважаемый читатель! Конечно, электроника может оказаться просто «не вашей» наукой, и в жизни Вам уготован совсем иной путь. В этом случае Вы, конечно, зря потратите время с этой книжкой. Но если Вам очень хочется приобщиться к ее тайнам, но в душе у Вас страх — «а вдруг не осилю», — тогда эта книжка для Вас, уважаемый читатель. Потому что в ней есть то, чего нет во многих других книжках про электронику — в ней есть История. Как в электронных вычислительных машинах на смену лампам в свое время пришли транзисторы, затем микросхемы, а затем — микропроцессоры и микроконтроллеры, так и в этой книжке каждая конструкция будет описана на разной элементной базе — на транзисторах, на микросхемах, на микроконтроллерах, и даже — на лампах! И, прочитав ее, Вы сами увидите, что даже самый длинный путь в электронике состоит из небольшого числа шагов, и все их можно одолеть — было бы желание.

Что же нам с вами, уважаемый читатель, потребуется в пути?

Нужно хотя бы в самых общих чертах быть знакомым с терминологией. Слова «мультивибратор», «супергетеродин», «каскодная схема» не должны вызывать у Вас недоумение. Не обязательно уметь делать мультивибраторы и супергетеродины, но желательно знать, что это такое. Знания эти можно почерпнуть из книг, и неважно, как давно эти книги были написаны — принцип работы транзистора переживет любые катаклизмы истории. В этом плане одна из лучших книг — «Юный радиолюбитель» В. Г. Борисова.

Умение паять. Пайка — это особое искусство, которым любой посвященный в электронику должен владеть в совершенстве. Овладеть им непросто, поэтому вопросы качественной пайки автор выделил в отдельный раздел. Прочитайте его — не пожалеете.

Знание основных радиолюбительских технологий и владение ими. Минимальный «джентльменский» набор для «причастия» к миру электроники — умение изготавливать печатные платы. Этот вопрос автор также выделил в отдельный раздел.

Желание. Собственно говоря, эту строчку надо было бы поставить первой.

Итак, начнем собираться в дорогу…

Общие сведения о пайке. Пайкой называется процесс соединения двух материалов (не обязательно проводников — иногда спаивают вместе, например, металл и керамику) с помощью третьего, более легкоплавкого материала. Сам процесс пайки заключается в расплавлении третьего материала, соединении с помощью расплава двух первых материалов, и остывании расплава до твердого состояния, обеспечивающего необходимые механические и электрические характеристики спая.

Основное отличие пайки от сварки — первый и второй материалы при пайке остаются в твердом состоянии, а не расплавляются.

В качестве третьего материала в электронике обычно используют сплавы на основе олова. В терминах пайки сплав этот называется «припой». Припои на основе олова — не единственно возможные, например, в металлообработке для пайки резцов в качестве припоя широко используется… медь!

Основные требование к припоям, применяемым в электронике — достаточная механическая прочность соединения и низкое переходное сопротивление (иными словами, паяный контакт должен как можно лучше проводить ток). Для этого требуется выполнение двух условий:

♦ спаиваемые детали должны быть смачиваемыми припоем;

♦ сам припой должен застывать однородной массой и не претерпевать изменений в процессе эксплуатации устройства.

С явлением смачивания читатель должен был познакомиться еще в школе. Если одно вещество смачивается другим, оно плотно прилипает к его поверхности, если же нет — поверхности этих двух веществ отталкиваются друг от друга.

Например, для того, чтобы спаять две стеклянные или керамические детали, припой обязательно должен содержать в себе металл индий — никакой другой припой к керамике просто не прилипнет. Припои на основе олова смачивают большинство материалов, применяемых в электронике, однако на деле не все оказывается так просто.

Проблема при пайке сплавами олова заключается в том, что сами спаиваемые проводники находятся в атмосферном воздухе, а он — отнюдь не нейтральное вещество. Достаточно напомнить, что в воздухе присутствует 21 % кислорода, а он — второй по химической активности элемент после фтора. Поэтому спаиваемые металлические проводники неизбежно содержат на поверхности пленку различных химических соединений (чаще всего — окислов).

А будет ли смачивать эти окислы припой — очень большой вопрос. Поэтому перед пайкой эти химические соединения с поверхности проводника нужно удалить — не столько даже для обеспечения механической прочности, сколько для хорошего электрического контакта. Удаляются эти соединения либо механическим путем (зачистка поверхности проводника), либо химическим — путем воздействия на проводник соответствующего химического вещества, который в терминах пайки называется «флюсом».

К флюсу, применяемому при пайке, предъявляется ряд определенных требований. Каждый флюс имеет свою оптимальную температуру, при которой он наиболее эффективно очищает поверхность проводника.

Например, наиболее популярная канифоль (и флюсы на ее основе), имеет оптимальную температуру около 180–250 градусов. При более низкой температуре она не зачищает поверхность проводника, а при более высокой — начинает гореть.

Совершенно особые условия пайки и специальные флюсы необходимы для такого известного металла, как алюминий — пленка окиси на его поверхности не удаляется никакой механической обработкой, так так тут же образуется вновь (алюминий — химически очень активный металл). Если бы не совершенно особые свойства этой пленки (окись алюминия имеет твердость, близкую к твердости алмаза, температуру плавления около 2000 градусов, и в самом прямом смысле «спасает» металл от кислорода воздуха), то любая алюминиевая деталь за несколько минут рассыпалась бы в порошок.

Увы, то, что сделало алюминий незаменимым в машиностроении, напрочь закрыло ему дорогу в электронику — в электронных устройствах используются только медные провода.

Для обеспечения стабильных свойств паяного соединения используются сложные сплавы на основе олова. Чаще всего, второй компонент сплава — это свинец. Такой сплав, во-первых, имеет более низкую температуру плавления (например, сплав ПОС-60 плавится при температуре около 190 градусов, тогда как чистое олово — около 240, а свинец — около 320 градусов), а, во-вторых, чистое олово при низкой температуре изменяет свою структуру, постепенно рассыпаясь в порошок (это явление получило название «оловянная чума», и наиболее заметно при температуре -33 градуса).

В сплаве со свинцом этого эффекта нет, но есть другая проблема — свинец ядовит. За рубежом сейчас широко применяются бессвинцовые припои (в основном с добавлением небольшого процента серебра). Эти припои, как правило, имеют еще более низкую температуру плавления, а переходное сопротивление паяного контакта у них значительно меньше (серебро, как известно — самый лучший проводник электрического тока). Кроме олова и свинца, в припоях могут присутствовать и другие элементы (обычно от долей до нескольких процентов), придающие им особые механические свойства.

Итак, в общих чертах процесс пайки выглядит следующим образом:

♦ приводим в соприкосновение два (или более) проводника, которые необходимо спаять

♦ наносим на них флюс, чтобы обеспечить химическую очистку поверхности проводников от посторонних химических соединений

♦ наносим на них расплавленный припой

♦ ждем остывания припоя

Ну а теперь — разберем каждую их этих стадий подробно, ибо, как известно, дьявол кроется в деталях.

Приводим в соприкосновение проводники. Специфическая особенность пайки в электронных устройствах заключается в той цели, с которой выполняется пайка, а цель здесь одна — обеспечить электрический контакт.

Если бы нам нужно было просто механическое соединение, проводники можно было бы и склеить!

Если в детали предусмотрен контакт с «ушком», обязательно пропустите в «ушко» провод и плотно оберните его вокруг контакта (даже если лень выпаивать весь тот мусор, что уже натыкан в «ушке»).

Крайне нежелательно, чтобы соединение двух проводников происходило через каплю припоя. Особенно это касается, как ни странно, сигнальных цепей — на медной поверхности всегда присутствует тонкий слой закиси меди, который являются полупроводником, и при некачественной пайке такой контакт может давать удивительнейшие эффекты, про которые потом долго рассказывают бывалые электронщики.

Нанесение флюса. Нельзя сказать, что на протяжении всей истории электроники культура пайки оставалась неизменной. «Дедовский способ», когда жало паяльника с каплей припоя тыкается в банку с канифолью, и затем уже несется к месту пайки, сейчас практически вышел из употребления — помимо того, что паяющий кадит, как служитель культа перед алтарем, требуется изрядное умение, чтобы донести хоть часть флюса до цели. Твердый флюс сейчас практически не применяется.

Наиболее популярные флюсы для меди — спиртовой раствор сосновой канифоли и флюс ЛТИ-120. На место пайки их необходимо наносить тонкой кисточкой, оптимальная температура пайки для них около 200 градусов. Стальные детали лучше паяются «паяльной кислотой» (хлорид цинка), температура пайки — около 280 градусов.

В радиолюбительской среде одно время предлагалось разводить канифоль ацетоном — на взгляд автора, такой рецепт хорош разве что для токсикомана, и, вдобавок, весьма пожароопасен (температура вспышки ацетона всего -19 градусов). Кстати, в качестве флюса для меди прекрасно подходит обыкновенная сосновая смола.

Флюс должен обладать еще одним свойством — легко удаляться после пайки, в том числе потому, что многие флюсы обладают неприятным свойством притягивать из воздуха пары воды и различных соединений, что неблагоприятно сказывается на работе конструкции (вплоть до выхода ее из строя).

Канифоль и флюс ЛТИ-120 легко отмывается спиртом или ацетоном, «паяльная кислота» — водой (кстати, сейчас промышленностью выпускается модифицированный флюс ЛТИ-120, который также отмывается водой). Большинство флюсов (за исключением, разве что, чистой канифоли) небезвредны для здоровья, поэтому при пайке необходимо пользоваться вытяжкой или хотя бы вентилятором. Кроме «отдельно стоящего» флюса промышленностью выпускается пара «припой-флюс», в которой флюс содержится внутри полой трубочки из припоя.

Иногда случается, что соединяемые поверхности до такой степени покрыты посторонними включениями, что спаять их не получится даже при наличии флюса. В таком случае соединяемые поверхности необходимо предварительно залудить, т. е. покрыть пленкой припоя, надежно механически связанной с поверхностью проводника. Лужение также применяется для защиты поверхности проводника от воздействия окружающей среды. В таких «аварийных» случаях следует пользоваться более радикальными средствами зачистки поверхности.

Очистка меди. Медные проводники и поверхности печатных плат можно зачистить либо механическим путем (мелкая наждачная шкурка), либо протереть крепким нашатырным спиртом. После протирки поверхность следует вымыть с мылом. Не следует применять для очистки меди кислоты — это гарантия, во-первых, получить изъеденную поверхность, и, во-вторых, получить проблемы с устройством в будущем.

Очистка серебра. Многие детали имеют посеребренные выводы, на которых со временем образуется черный налет сульфида серебра. Для его снятия пригоден либо механический (зачистка выводов), либо химический способ — тот же нашатырный спирт (деталь отмочить в нашатырном спирте примерно 1 час).

Не следует применять для этой цели кислоты — большинство их них на сульфид серебра не действуют, а проблемы создают те же, что и с медью. Если возиться с нашатырным спиртом желания нет, можно попытаться снять черный налет карандашом для чистки утюгов либо средством «Оксидал» для чистки жала паяльника. В обоих случаях зачищаемую деталь необходимо прогреть паяльником до температуры примерно 350 градусов.

Нанесение припоя. Это — наиболее сложная и ответственная часть работы. Припой в месте пайки обязательно должен быть жидким, чтобы проникнуть в мельчайшие поры поверхности соединяемых деталей, поэтому место пайки должно быть хорошо прогрето.

«Дедовский способ» подразумевал, что капля припоя набирается на жало паяльника и несется к месту пайки. Более современный способ подразумевает прогрев паяльником места пайки с одновременным касанием припоем жала паяльника.

Остывание припоя. Это, пожалуй, наиболее ответственная часть пайки — если во время остывания у паяющего дрогнет рука, контакт наверняка получится с высоким переходным сопротивлением. Хорошая, правильно остывшая пайка, всегда имеет блестящую поверхность. Более того — хорошая пайка просто-напросто красива.

Долгие годы основным инструментом для пайки был паяльник. Сейчас, с появлением новых технологий и новых деталей, появились и новые инструменты для пайки — паяльные станции и термофены (средств промышленной пайки мы с вами касаться не будем).

Основными требованиями к паяльнику являются мощность нагревателя и температура жала паяльника — мы уже говорили о том, что для припоев и флюсов существует оптимальная температура пайки.

Недогрев паяльника приводит к тому, что припой и флюс плохо справляются со своими обязанностями, перегрев — к окислению припоя (и, как следствие, к ухудшению качества контакта) и отслаиванию дорожек печатной платы. Поэтому любой, даже самый захудалый паяльник, должен быть снабжен хотя бы простейшим терморегулятором. Схем таких терморегуляторов сейчас пруд пруди. В приложении в конце книги приведена собственная схема автора, которой он пользуется уже много лет.

Что касается мощности, то лично автор пользуется при работе двумя паяльниками:

♦ мощность 20 или 25 Вт — для пайки печатных плат;

♦ мощностью 60 Вт — для пайки массивных соединений.

Самый главный элемент паяльника — это его жало. От того, каким оно будет, зависит удобство работы с паяльником. Материалом жала паяльника может быть либо медь (или ее сплав), либо стальной сплав (т. н. «вечное жало»). Автор отдает предпочтение медным жалам, поскольку «вечные» жала обычно не удерживают на своей поверхности припой, и по этой причине ими хорошо паять, но почти невозможно лудить. Однако у медных жал есть две проблемы:

♦ медные жала очень быстро «горят»;

♦ медные жала требуют частой заточки.

Первая проблема — фирменная российская, потому что только в России продолжают выпускать паяльники, в которых жалом служит обыкновенный медный стержень. Медь на воздухе «горит», осыпаясь черной шелухой окиси. Мало того — это же окись может намертво забить отверстие, в которое вставлено жало, в результате чего съемное жало со временем превращается в несъемное. Потому при выборе паяльника обращайте внимание — медное жало обязательно должно быть никелированным.

Причина же частой заточки жала в том, что медь постепенно растворяется в жидком припое! Любой медный проводник также растворяется в припое, но воздействие на него припоя длится секунды, а на паяльнике капля припоя может провисеть несколько часов. Итог — каверна на жале, которую нужно стачивать напильником.

Способов борьбы с этой проблемой два — либо поискать более устойчивое к припою жало (оно имеет обычно золотисто-желтый цвет, в отличие от красноватой меди), либо пользоваться припоем, в котором заранее растворено некоторое количество меди (обычно 0,7 %) — такой припой на жало не действует.

Жала паяльников могут иметь разную форму. Наиболее распространена прямая, но встречаются и изогнутые жала. Также жало паяльника может иметь разную заточку. Выбор здесь обусловлен исключительно удобством работы. Автор лично пользуется только прямыми жалами, причем на 20-ваттном паяльнике оно заточено «на скос», а на 60-ваттном — «углом».

Следующий важный инструмент для пайки — пинцет. С его помощью зажимаются при пайке мелкие детали, а также горячие проводники. Еще одно назначение пинцета — уберечь от перегрева важные детали: если пинцетом зажать вывод детали, он будет играть роль теплоотвода.

Выбор пинцета — исключительно плод пристрастий выбирающего, хотя автор предпочитает пинцет с острыми концами — им удобно работать с компонентами для поверхностного монтажа.

И еще один важный инструмент для пайки — т. н. оловоотсос, потому что часто бывает необходимо удалить излишек припоя с места пайки либо выпаять из устройства деталь с большим количеством выводов. Простейший способ это сделать — стряхнуть с жала паяльника излишки припоя, и прикоснуться к месту, откуда необходимо убрать припой (этот способ работает только с медными жалами).

К сожалению, это способ помогает далеко не всегда — таким путем нельзя, например, убрать припой из металлизированного отверстия на плате. Для таких специальных случаев существуют либо специальные оплетки для «оттягивания» припоя, либо оловоотсосы. Оплетка, по сути дела — это «тряпка», сплетенная из проволоки, ну а уж с тряпками все мы обращаться умеем! Приложил оплетку к нужному месту, прогрел паяльником — и припой перетек на «тряпку», которую теперь можно выбросить.

Оловоотсос — это многоразовое устройство. Он представляет собой нечто, похожее на велосипедный насос с пружиной. Вначале нажимаем на шток, сжимая пружину, затем приставляем кончик оловоотсоса к месту, откуда нужно убрать припой, расплавляем его паяльником, нажимаем кнопку оловоотсоса — и он с силой втягивает в себя воздух вместе с каплями припоя. Это очень нужная вещь, если требуется, к примеру, выпаять из платы микросхемы с 40 ножками. При выборе оловоотсоса следует руководствоваться двумя правилами:

♦ кончик — фторопластовый, чтобы не охлаждать место пайки;

♦ корпус — металлический, чтобы не разбить его за пару месяцев активной работы.

С появлением т. н. поверхностного монтажа в области пайки произошли весьма серьезные изменения. Компоненты для поверхностного монтажа (сокращенно называемые SMD) имеют гораздо меньшие габариты, потому что у них нет (или почти нет) выводов, для них не нужно сверлить отверстия (от двух до сотни!), да и стоят они заметно дешевле обычных компонент (выводы — это медь, весьма дорогой металл).

Однако к таким «крошкам» уже не подлезешь с обычным паяльником: впаять такие детали достаточно сложно, а выпаять — еще сложнее, ведь при этом нужно еще не нарушить формовку выводов!

Для работы с такими деталями используется новый способ пайки — пайка горячим воздухом. Для этого промышленность выпускает паяльные станции с термофенами. Суть пайки проста — струя горячего воздуха заданной температуры направляется на заранее установленные на плате компоненты. В качестве припоя используется специальная пастообразная смесь припоя и флюса, которой смазываются места соединений.

Под влиянием высокой температуры припой расплавляется, и несколько сотен соединений на плате пропаиваются в течение одной-двух минут. Таким же способом выпаиваются из устройства микросхемы с несколькими десятками ножек. Термофен — устройство достаточно дорогое, поэтому выбирать его следует исходя, в первую очередь, из собственных финансовых возможностей. Автор может подсказать только два критерия:

♦ верхний предел температуры воздуха на выходе из термофена желательно иметь не ниже 350 градусов;

♦ автор имеет крайне негативный опыт работы с отечественными, с позволения сказать, «изделиями». Возможно, Вам, уважаемый читатель, повезет больше.

Преимущества групповой пайки с помощью термофена столь неоспоримы, что автор в свое время придумал собственную технологию пайки SMD-компонент, главной составляющей которой является… обыкновенный утюг. Описание ее приведено в конце книги.

Печатный монтаж — настолько привычная для всех нас технология, что даже не верится, что когда-то ее не было. Когда у Микеланджело Буонаротти (1475–1564) спросили, как он создает свои несравненные статуи, он ответил, что нет ничего проще — берешь кусок мрамора и отрубаешь все лишнее. Это — почти точное описание технологии печатного монтажа: вместо того, чтобы соединять необходимые выводы проводниками, вначале нужно соединить вместе все выводы (эту функцию выполняет наклеенная на плату медная фольга), а затем удалить ненужные соединения химическим или механическим способом.

«Дедовский способ» изготовления печатных плат заключался в том, что на листке специальной бумаги, расчерченной миллиметровой сеткой (да-да, продавалась когда-то такая бумага, чтобы школьники рисовали на ней графики) расставить по клеточкам все детали. Затем расчертить ручкой соединения, наклеить бумагу на будущую печатную плату, накернить и насверлить отверстия в местах будущих соединений, а затем с помощью медицинской иглы (страшный дефицит!) перевести краской или лаком рисунок на плату.

С тех пор утекло много воды, и в радиолюбительскую практику, вместе с компьютерами, прочно вошли два новых способа — фотоспособ и ЛУТ.

Первый способ достаточно очевиден — нужно нарисовать (на компьютере, естественно) требуемую печатную плату, распечатать ее на лазерном принтере, а затем приобрести в радиолюбительских магазинах специальный светочувствительный лак. Рассказывать дальнейшее в силу очевидности нет смысла, хочется только добавить, что попытки изготавливать платы фотоспособом делались и во времена миллиметровой бумаги и медицинских игл, только вместо светочувствительного лака в те времена использовался яичный белок и фотохимикаты, ибо цифровая фотография тогда еще не была изобретена.

Вторая же технология — это всецело порождение компьютеризации, потому что она в принципе не могла появиться до появления лазерного принтера.

Что такое ЛУТ? ЛУТ — это аббревиатура фразы «лазерно-утюжная технология». Кто это сокращение придумал, вряд ли уже удастся установить, но суть технологии она отражает полностью. Родилась эта технология в конце 90-х годов прошлого века, и автор гордится тем, что был в свое время одним из первых, кто ее описал (Радио № 9 2001 г., с. 35). Суть ее проста — рисунок будущей печатной платы выводится в зеркальном изображении на лазерном принтере, а затем прикладывается к будущей печатной плате и проглаживается горячим утюгом. Тонер при этом плавится и прилипает к поверхности платы.

Далее бросают будущую печатную плату с прилипшим рисунком в воду, бумага при этом размокает и легко отделяется от рисунка, который, естественно, остается на плате. Сейчас существуют, пожалуй, сотни вариантов этой технологии, отличающиеся тем, сколько времени греть рисунок, какую бумагу использовать и т. д. Как видите, даже в радиолюбительской среде прогресс не стоит на месте — что уж говорить об электронной промышленности!

После того, как рисунок нанесен на будущую печатную плату, необходимо химическим путем удалить с нее все «излишки» меди, чтобы на Печатной плате остались только нужные проводники. Самый правильный способ — использовать для этого раствор хлорного железа.

Во времена всеобщего дефицита был придуман и другой раствор — смесь медного купороса и поваренной соли в отношении 1:2. Он хорош тем, что медный купорос легко приобрести в магазинах для садоводов, а поваренную соль — вообще везде, тогда как за хлорным железом придется идти в специализированные магазины или заказывать его через Интернет.

Сразу хочется предупредить, что существует еще один эффективный раствор для травления, которым ни в коем случае нельзя пользоваться дома. Это — азотная кислота.

Процесс травления как таковой достаточно несложен — нужно просто опустить заготовку в раствор, и через некоторое время извлечь ее оттуда. Дьявол, как всегда, кроется в деталях:

♦ на заготовке ни в коем случае не должны присутствовать следы жира (в том числе отпечатки ваших пальцев);

♦ на заготовке не должны оставаться пузырьки воздуха и другие посторонние включения;

♦ заготовку нельзя передерживать в растворе дольше необходимого.

Первое требование достаточно очевидно — вода жир не смачивает, поэтому медь в этом месте либо не протравится вовсе, либо процесс травления на ней закончится гораздо позднее. Поэтому перед тем, как опустить заготовку в травильный раствор, не поленитесь вымыть ее с жидким мылом.

Второе требование тоже достаточно очевидно, не очевидно только, откуда на заготовке возьмутся пузырьки воздуха и посторонние включения. Увы, на поверхности травильного раствора всегда присутствует пленка соединений железа (кстати, она достаточно хорошо заметна глазу как блестящее зеркало на поверхности раствора). Причин ее появления мы касаться не будем, нам важнее, как с этим явлением бороться. Способов борьбы с ним два:

♦ механическое удаление пленки;

♦ «свежая» вода.

Механически пленка удаляется с поверхности с помощью широкой лопаточки (автор обычно использует для этого ненужный кусок стеклотекстолита). Пленку нужно сгрести с поверхности раствора, затем подцепить этой же лопаточкой и смыть водой. Заготовку же платы перед тем, как опустить ее в раствор, нужно обязательно сполоснуть водой. Вода, во-первых, смочит всю поверхность платы, не позволяя закрепиться на ней пузырькам воздуха, и, во-вторых, вода имеет свойство «отгонять» пленку от заготовки.

Как не «передержать» заготовку в растворе и чем это опасно?

Опасность одна — «подтравленные» дорожки. Случаи, когда заготовку забывают в растворе, не так часты, но результат всегда один — «растворившиеся» дорожки. Рисунок, нанесенный на плату, вовсе не гарантирует, что дорожки обязательно останутся в неприкосновенности, он только гарантирует, что окружающая дорожку медь «растворится» быстрее, чем сама будущая дорожка.

По этой причине явления «подтравливания» дорожки сильно зависит от состояния раствора — свежий (особенно только что приготовленный) раствор гораздо менее склонен к подтравливанию, потому что он гораздо быстрее удаляет с платы медь, поэтому плату из раствора можно извлекать гораздо раньше, чем из раствора, долго бывшего в употреблении.

Если на плате есть дорожки шириной менее 0,3 мм, травить такую плату можно только в свежем растворе, и никакая «жаба» не должна помешать вам вылить старый раствор и приготовить для нее новый.

Для того, чтобы определить, когда закончится процесс травления, заготовку платы необходимо время от времени, извлекать из раствора, чтобы визуально определить, вся ли лишняя медь перешла в раствор. Занятие это довольно утомительное, поэтому радиолюбители и здесь придумали маленькую хитрость.

Если Вы травите одностороннюю плату (а в подавляющем большинстве случаев именно так оно и бывает), нужно перед тем, как погрузить ее в раствор, слегка подогреть ее на газовой плите, и натереть стеариновой свечой. В результате такой операции верхняя поверхность платы становится не смачиваемой водой, и ее при определенном навыке можно положить в раствор так, чтобы она плавала по его поверхности. Несмотря на то, что материал платы непрозрачен, сквозь него прекрасно видно, в каком состоянии сейчас поверхность меди. Теперь вместо того, чтобы каждый раз извлекать плату, достаточно бросить орлиный взгляд на ее поверхность. С двухсторонними платами такой номер, естественно, не проходит, ну да они не так часто и встречаются.

Итак, плата протравлена, лишняя медь ушла в раствор. Теперь плату необходимо извлечь из раствора и вымыть под струей воды.

Раствор необходимо перелить в банку с закрывающейся крышкой, чтобы Ваши домочадцы не дышали его парами. Особенно это касается смеси купороса с солью — помимо всего прочего, раствор в процессе высыхания имеет крайне неприятное свойство расползаться по любой поверхности как плесень.

Бывали случаи, что он буквально «вылезал» из банки на стол, пол и другие поверхности почище того горшочка с кашей из сказочки Андерсена. Если раствор пришел в негодность, его необходимо вылить в канализацию, и несколько раз смыть водой. Характерным признаком «старения» раствора, помимо того, что он перестает травить платы, является для хлорного железа изменение цвета с коричнево-желтого на зеленый и образование большого количества ржавчины на дне банки, а для смеси купороса с солью — изменение цвета с ярко-зеленого на беловатый.

В свое время существовало немало способов вернуть раствору «травительную силу», но теперь, как кажется автору, заниматься реанимацией раствора нет необходимости — все-таки в другие времена живем. При приготовлении свежего раствора хлорного железа необходимо, помимо обычных мер защиты (марлевая повязка и очки), соблюдать дополнительные — безводное хлорное железо при растворении очень сильно разогревается (бывали случаи — лопалась стеклянная посуда). По этой причине при приготовлении раствора лучше использовать пластмассовую кювету и добавлять воду очень небольшими порциями.

Готовую плату необходимо отмыть от рисунка. Для отмывки тонера от лазерных принтеров вполне подходит ацетон, отмывку светочувствительного лака нужно производить теми растворителями, которые рекомендованы его производителем. Зачищать плату шкуркой не следует — она после такой операции приобретает не слишком эстетичный вид. Зачищать плату шкуркой нужно до нанесения на нее рисунка, а не после травления — помимо всего прочего на зачищенной поверхности рисунок будет лучше держаться. После этого плату можно (а лучше — нужно) залудить, но предварительно необходимо просверлить в ней все необходимые отверстия.

Сверление отверстия — процесс достаточно трудоемкий и ответственный. Если в конструкции активно используются SMD-компоненты, количество отверстий на плате сравнительно невелико, а вот при использовании обычных деталей число отверстий в плате может достигать нескольких десятков, а то и сотен. Для сверления отверстий в плате необходимы две вещи — дрель и сверло.

Сверло — важный компонент процесса сверления, от качества его заточки напрямую будет зависеть качество получаемых отверстий.

Правильно заточенное сверло должно резать плату, а не раздвигать ее во все стороны, образуя «горку» вокруг отверстия. Эта «горка» — самый характерный признак неправильной заточки. Научиться правильно затачивать сверла — особый вид искусства, которому Вам придется обучаться самостоятельно. Присмотритесь к тем сверлам, которые правильно сверлят платы, и постарайтесь заточить свое сверло «по аналогии». Для заточки тонких сверл необходимо иметь алмазный надфиль или очень мелкий наждачный брусок, более толстые сверла лучше точить на наждачном круге — разоритесь хотя бы на круг с ручным приводом!

Затачивать сверла придется довольно часто — стеклотекстолит имеет в своем составе стеклянные нити, которые тупят сверла не хуже наждака. Большая удача, если Вам удастся приобрести т. н. твердосплавные сверла (обычно они имеют благородный темный цвет и хвостовую часть одинакового диаметра, независимо от диаметра сверла) — хотя стоят они заметно дороже стальных, зато режут платы как масло.

К сожалению, они также очень хрупкие, поэтому для работы с ними необходим определенный навык. Точить их практически не нужно.

Дрелей, как показывает практика, в хозяйстве нужно две:

♦ ручная дрель для сверления отверстий небольшого диаметра (до 2 мм);

♦ дрель (или шуруповерт) для сверления отверстий большего диаметра.

Ручная дрель в большинстве случаев требует низковольтного источника питания, в качестве которого очень удобно использовать аккумуляторные батареи. Иногда для получения нужно скорости вращения дрели требуется большее напряжение, чем могут дать 12-вольтовые аккумуляторы. В этом случае для питания дрели неплохо изготовить повышающий преобразователь напряжения. Как это сделать — мы с Вами узнаем на Шаге 7.

Ну вот, необходимые приготовления завершены, и мы с Вами, уважаемый читатель, теперь можем смело отправиться в путь! А любой, даже самый длинный, путь, как известно, начинается с первого шага.

Итак… создаем бегущие огни!