Много лет занимаюсь радиоконструированием, я пришел к выводу, что разработка и изготовление печатных плат требует не только знаний, опыта, но и еще чего-то, о чем нельзя сказать одним словом, а именно: интуиции, знания маленьких секретов, некоторых конструкторских хитростей. Ведь даже несоблюдение последовательности технологических операций, особенно при изготовлении сложных плат, может привести к браку.
Перед тем как приступить к разработке печатной платы выбранной схемы, нужно осуществить подбор радиодеталей из имеющихся в наличии. Каждую подобранную по номиналу деталь необходимо проверить на исправность, даже если она совершенно новая. Если на плате предполагается устанавливать нестандартные, крупногабаритные детали, нужно изготовить макеты их проекций (начертить на ватмане в масштабе 1:1 и вырезать).
Рисовать эскиз печатной платы в первоначальном виде нужно простым карандашом средней твердости (ТМ) на полупрозрачной бумаге, имеющей клеточную разметку (кальке, миллиметровке, листе ученической тетради в клеточку). На лицевой стороне эскиза печатной платы будут изображены радиодетали, а на обратной — печатные проводники. Сначала на бумаге необходимо наметить желаемое расположение блоков, узлов, каскадов и крупных радиодеталей, используя их вырезанные проекции.
Затем определяют примерный маршрут прохождения сигналов. Усилительные каскады желательно вытянуть в линию, максимально удалив входные цепи от выходных и от силового трансформатора. С целью исключения возможного появления гармонических составляющих, гетеродины следует разместить так, чтобы они находились на минимальном расстоянии от обслуживаемых ими каскадов и на максимальном расстоянии друг от друга. При невозможности достижения последнего необходимо предусмотреть установку экранов между гетеродинами.
Далее приступают к составлению уточненного маршрута прохождения основного сигнала. Он должен иметь кратчайший путь и не иметь пересечений. Согласно выбранному маршруту, приступают к размещению радиодеталей от каскада к каскаду, начиная с входного. Для этой операции желательно иметь прозрачную линейку-трафарет, имеющую размеры хотя бы наиболее применяемых деталей. Радиодетали необходимо располагать так, чтобы базовые (затворные) цепи были максимально удалены от эмиттерных (коллекторных, стоковых, истоковых) цепей. Выводы резисторов, конденсаторов, дросселей, имеющих (по принципиальной схеме) электрический контакт с корпусом, желательно располагать ближе к краю платы, а выводы, на которые подается питающее напряжение или напряжение АРУ — к центру платы и как можно ближе друг к другу.
С целью повышения плотности монтажа (для уменьшения размеров печатной платы) желательно не оставлять на плате пустых мест, а если таковые все же получаются, использовать их для разделения входных и выходных цепей. Катушки, применяемые в схеме, устанавливать так, чтобы их экраны служили одновременно для экранировки одного каскада от другого. На каждой детали пишут присвоенный ей номер, согласно принципиальной схеме.
Закончив нанесение радиодеталей на лицевую сторону эскиза печатной платы, его переворачивают, укладывают на стеклянную пластину (или оргстекло), снизу подсвечивают светом настольной лампы и приступают к разводке печатных проводников. Сначала карандашом обозначают точки выводов радиодеталей, затем соединяют эти точки кратчайшим путем согласно принципиальной схеме. Первоначально проводники могут иметь пересечения, которые затем
удаляются либо применением перемычек, либо применением обводов, либо путем использования двухстороннего печатного монтажа. Проводники должны быть короткими, прямыми, максимально удаленными друг от друга, иметь контактные площадки достаточной площади. Места подвода внешних проводников к плате также должны иметь контактные площадки и быть пронумерованы согласно принципиальной схеме.
Если плату предполагается использовать на УКВ частотах, следует обратить внимание на форму и длину печатного проводника. Каждый проводник на высоких частотах представляет собой контур с довольно высокой добротностью, обладает емкостью и индуктивностью. Любой изгиб печатного проводника или увеличение его длины увеличивает индуктивность этого контура.
Уменьшая величину изгиба или длину проводника, можно уменьшить индуктивность, а удаляя проводники друг от друга или от корпуса, можно уменьшить емкость паразитного контура. И наоборот, произведя обратные действия, можно таким образом создать необходимый вам контур или фильтр. По краю печатной платы желательно пустить корпусной печатный проводник. Им же можно заполнить и пустые площадки на плате, использовав, как экран между проводниками.
Закончив нанесение печатных проводников, приступают к их оптимизации — маленькой ревизии с целью достижения оптимального расположения. Возможно, в результате этой операции придется несколько изменить расположение проводников, укоротить их или даже поменять местами, если это приведет к упрощению рисунка печатной платы. Далее приступают к проверке правильности разводки. На этой стадии, как правило, выявляются одна-две маленькие ошибки (огрехи). Под конец рисунок обводят тушью.
Изготовление печатной платы.
Эскиз печатной платы готов. Приступаем к ее изготовлению. Здесь особое значение имеет последовательность проведения технологических операций. Эскиз печатной платы необходимо вырезать, оставив на каждой стороне по равностороннему треугольнику, получив тем самым развертку конверта (рис. 1). Далее подбирают подходящий по размерам кусок стеклотекстолита толщиной 1 — 1,5 мм. Если на плате будет размещен гетеродин, то с целью повышения стабильности вырабатываемой им частоты толщина стеклотекстолита должна быть не менее 2 мм.
Рис.1.
Произведя шилом разметку размеров платы со стороны медной фольги, ее вырезают и обрабатывают края напильником. Затем фольгу зачищают мелкой наждачной шкуркой до блеска и протирают тряпочкой, смоченной в спирте, для обезжиривания и удаления остатков медной пыли. Если поверхность фольги не обезжирена, кислота травящего раствора, разъедая жировую пленку, попадает под нанесенную краску, подтравливая под ней и медь. Это приводит к снижению качества печатной платы.
Далее эскиз печатной платы накладывают на пластину стеклотекстолита (фольга к эскизу) и заворачивают треугольники эскиза через край стеклотекстолитовой пластины. Пластина оказывается как будто в конверте. Вершины треугольников склеивают каплей клея, но даже если этого не сделать, все равно наложенный таким образом эскиз печатной платы никогда не сдвинется с пластины.
Следующий этап — разметку отверстий — производят шилом путем прокалывания через бумагу. Именно шилом, так как использование для этой цели керна в дальнейшем приводит к отслаиванию контактных площадок из-за удара керном. Эту операцию нужно производить сразу после зачистки и промывки спиртом платы, пока зеркало медной фольги не успело окислиться.
Далее эскиз снимают и сразу же, не теряя времени на окисление, приступают к нанесению рисунка печатной платы. Он наносится ацетоновой краской любого цвета, "редисным" пером, вставленным в простую ученическую ручку, или стеклянным рейсфедером. Густоту краски подбирают опытным путем.
Рис.2.
Для нанесения прямых линий используют деревянную линейку с приклеенными по краям стирающими резинками (рис. 2). Такая линейка находится на высоте нескольких мм. над платой и не смазывает уже нарисованные проводники. Если кое-где допущены ошибки или подтеки краски — не обращайте на это внимания. Закончив нанесение рисунка, краске дают просохнуть 15 — 20 минут. После этого сразу (если это сделать через 2 — 3 часа, краска при исправлениях будет растрескиваться) приступают к устранению подтеков и ошибок путем удаления краски с помощью хорошо отточенного шила.
Плату с готовым рисунком кладут в кислотоупорную ванночку рисунком вверх, заливают раствором хлорного железа и оставляют на открытом воздухе, в проветриваемом помещении или вытяжном шкафу. С целью обеспечения безопасности (кислота все-таки!) ванночку накрывают куском стекла, оставляя щели для выхода газов. Время травления обычно составляет 2 — 3 часа и зависит от свежести раствора, его температуры (чем горячее, тем быстрее) и от интенсивности перемешивания раствора (быстрее покачиваешь ванночку — быстрее травится).
Вытравленную плату промывают сначала проточной водой, затем водой с содой. Далее ацетоном снимают краску с проводников и сразу же (не давая окислиться) покрывают канифольным лаком (канифоль, растворенная в спирте). Лаку дают высохнуть 2 — 3 часа и приступают к рассверловке печатной платы. Если плата имеет двухсторонний печатный монтаж, процесс рассверловки нужно производить перед нанесением рисунка ацетоновой краской.
Рис.3.
Рассверловку производят сверлами подходящего диаметра. Самый ходовой диаметр сверла — 0,8 мм. Отверстия в контактных площадках для подсоединения внешних проводников сверлят сверлом диаметром 1,5 мм с целью установки в них пистонов. В качестве дрели удобно использовать маломощный электродвигатель постоянного тока с концевичком на торце (рис.3). Если нет заводских пистонов, их можно изготовить самостоятельно из полоски латуни, консервной банки (металл на них хорошо пролужен) или установить медные заклепки, пропаять их со стороны печатных проводников, а затем просверлить отверстия.
Изготовление пистона начинают с обрезания полоски, ширина которой должна быть больше толщины печатной платы на 2 мм. Затем край полоски сворачивают в трубочку, отрезают и с помощью шила вставляют в просверленное в плате отверстие. Далее керном слегка формуют пистон с обеих сторон. Затем укладывают плату проводниками на наковальню и керном производят окончательное формование пистона (легким ударом молотка).
Рис.4.
Пистоны можно заменить стойками из медной проволоки диаметром 1,5 мм. Их изготавливают с помощью двух наковален, в которых просверлено по углублению диаметром 1,5 мм, глубиной 5 мм в одной и 8 мм в другой. Углубления имеют небольшую фаску. В качестве заготовки используют медную проволоку диаметром 1,5 мм и длиной 15 мм. Ее вставляют одновременно в оба углубления наковален и легким ударом молотка формуют фаску стойки (рис.4). Наковаленку, имеющую меньшее углубление, снимают. Стойку вставляют в гнездо платы, расклепывают и снимают вторую наковаленку. Итак, печатная плата готова. Можно приступать к установке радиодеталей.
Первыми устанавливаются детали, имеющие малую высоту (сначала перемычки, потом резисторы, диоды и т.д.). Последними устанавливают полевые транзисторы, не забыв закоротить их выводы между собой отрезком провода. После пропайки выводов не забудьте удалить этот закорачивающий провод. Перед установкой радиодетали ее выводы нужно сформировать так, чтобы после установки, при случайном нажатии на деталь сверху, не происходило отслаивание печатного проводника.
Канифольный лак после пропайки выводов можно не удалять. Он многие годы предохраняет печатные проводники от окисления. Однако грязные места следует удалить, т.к. под ними могут образоваться скрытые потеки припоя, приводящие к замыканию токопроводящих дорожек.
Настройка печатной платы
Итак, печатная плата полностью готова. Перед установкой на шасси желательно ее предварительно настроить. Процесс настройки можно условно разделить на три этапа:
- Визуальная проверка правильности выполненного монтажа.
- Проверка и настройка режимов по постоянному току.
- Проверка и настройка режимов по переменному току.
Для настройки "новоиспеченной" платы желательно приготовить следующие приборы: тестер, генератор стандартных сигналов (ГСС), осциллограф, частотомер. Это только необходимый минимум, и это как раз те самые электронные "глаза и уши" радиолюбителя, без которых обеспечить более или менее приемлемое качество настройки будет ввода сложно.
После тщательного осмотра первым делом необходимо тестером проверить все платы на короткое замыкание по питающим проводам (между корпусом и питающей шиной). Если таковое обнаружится, надо найти и устранить причину. Затем проверяют блок питания на холостом ходу. Регулировкой подстроечного элемента устанавливают необходимое напряжение на выходе стабилизатора на холостом ходу и только после этого подключают нагрузку. Напряжение стабилизатора не должно сильно измениться. Небольшой подстройкой его возвращают к норме.
Если при первом подключении "новоиспеченной" платы она окажется неработоспособной, не огорчайтесь — это нормально. Необходимо проверить режимы каскадов по постоянному току согласно принципиальной схеме и выставить их, если они отличаются от указанных на схеме более чем на 20%.
Если проверяемая плата является гетеродином, к ее выходу необходимо подключить осциллограф и частотомер, а если усилителем — на вход еще дополнительно и ГСС с требуемой частотой.
Регулируя подстроечные элементы платы, необходимо добиться на выходе сигнала требуемой формы, амплитуды и частоты. Затем в гетеродинах производят термокомпенсацию, подбирая емкости в задающих контурах по цвету (с разным ТКЕ), а в усилителях производят замеры чувствительности и контролируют другие параметры (снимают частотную характеристику, измеряют динамический диапазон и т.д.) Сделав соответствующие замеры и убедившись в получении требуемых параметров, можно считать платы настроенными. Остается приступить к установке плат на шасси и наладке всего устройства в целом.
В. Рубцов
РЛ3-1994
