Prototypefremstilling av printkort

TMEs tilbud er beregnet på både store selskaper og mindre produksjons- eller serviceanlegg samt skoleelever, studenter og til og med amatører. Alle vil helt sikkert sette pris på det brede utvalget av universelle kretskort, printlaminater og andre produkter som brukes til prototyping av elektroniske enheter.

Artikkelen omhandler følgende emner:

• Fremstilling av kretskort ved hjelp av CNC-fresemaskiner
• Tradisjonell etsing av PCB-kort
• Fordeler med lysfølsomme laminater og metoder for fotooverføring
• Bruk av universelle prototypekort
• Koblingsbrett i undervisning og profesjonelle applikasjoner

Kobberlaminater

Printkort fremstilles ved bruk av laminater, dvs. plater av materiale som epoksyglass, belagt med et jevnt lag kobber. Baner, loddepunkter og andre PCB-elementer lages ved å fjerne det ledende laget – kjemisk eller mekanisk. Den første teknologien kalles etsing (se nedenfor for mer informasjon), mens den andre innebærer bruk av en CNC-maskin. I det andre tilfellet fjerner en CNC-fresemaskin kobberet på en slik måte at den etterlater en digitalt utarbeidet PCB-layout på laminatets overflate. For denne typen bearbeiding er det nødvendig med et materiale av passende størrelse – et tykkere laminat vil være det optimale valget, siden det sikrer toleranse for fresedybde og beholder den mekaniske motstanden (selv når den bearbeides på begge sider). Produktene som er tilgjengelige i TME-katalogen, har tykkelser på opptil 2,4 mm, slik at kunder sikkert kan finne varer som tilfredsstiller deres behov.

«Tradisjonell» etsing

Etsing av PCB-kort skjer ved hjelp av kjemiske reaksjoner. En av de mest populære etsemetodene er kobberoksidasjon ved hjelp av natriumpersulfat. Før kretskortet senkes ned i løsningen, påføres kretslayouten på kortet ved hjelp av et uoppløselig stoff som beskytter metallfragmenter fra å komme i kontakt med etsemidlet.

Det finnes flere teknologier for påføring av beskyttelseslaget. Kretskortentusiaster bruker toneroverføring fra en laserutskrift. Når det gjelder de enkleste kretskortene, er det vanligvis tilstrekkelig å tegne baner for hånd med en spesialpenn. Begge metodene kan gi tilfredsstillende resultater, men har begrenset nøyaktighet. Ethvert laminat (til og med på 0,6 mm) kan brukes til den typen arbeid, men du må legge merke til tykkelsen på kobberlaget (det finnes produkter med denne verdien på mellom 18 µm og 105 µm). Jo tykkere metallaget er, desto lengre tid tar etseprosessen, og en slik langvarig nedsenking i løsningen kan forårsake skader («overetsing») selv på de minste fragmentene av layouten, f.eks. smale baner.

«Fotooverføring»

Elektroniske komponenter blir stadig mindre, og noen elementer er vanligvis kun tilgjengelige i SMD-pakker. Nå for tiden er det ikke kun produsenter av elektroniske enheter, men også vanlige entusiaster som ønsker å lage presise kretskort med toleranser på noen titalls, om ikke noen få mikrometer. Det er derfor teknologien med fotooverføring, som gir nesten profesjonelle resultater, men uten bruk av spesialmaskiner, blir stadig mer populær.

Fotooverføring er ikke selve fremstillingsmetoden for kretskort (baner fremstilles ved etsing, som beskrevet ovenfor), men teknologien for å påføre et beskyttende lag på laminatet. Først belegges kobberet med fotoresist (lakk) som herdes ved hjelp av ultrafiolett lys (UV). Overflaten som er klargjort på denne måten, dekkes med en gjennomsiktig film som er påtrykt et negativ av kretsen (det anbefales å gjøre det så svart som mulig), og utsettes for lyset. Lakken som dekker det metalliserte laget, herder i de utrykte områdene, mens den skylles vekk fra de øvrige områdene etter nedsenking i fremkalleren (fremkallere finnes i vårt kjemikaliesortiment, f.eks. UNI-DEV-22G). Fra og med dette trinnet er prosessen den samme som beskrevet ovenfor: Platene senkes ned i en oksiderende løsning som etser kobberet vekk fra laminatet, bortsett fra de lakkbeskyttede områdene. Det beskyttende laget vaskes deretter av med isopropylalkohol eller aceton.

En måte å få et lysfølsomt lag på et kretskort er å lage det selv, det finnes spesialmidler for å gjøre det. Ved hjelp av TME-katalogen kan du også kjøpe ferdige laminater med et maskinelt påført lysfølsomt stoff. Produkter av den typen lar deg oppnå de beste og mest konsistente resultatene på grunn av det jevne belegget med nøyaktig kontrollert lakkonsentrasjon. Lakken er beskyttet mot lys med en avtrekkbar film, takket være noe kan produktene oppbevares i lengre tid og også maskinbearbeides før bruk. Platene finnes i en rekke formater: fra 100 × 50 mm til 300 × 210 mm, dvs. full A4-størrelse.

Viktige egenskaper ved laminater

Det er verdt å understreke her at utvalget av laminater er meget variert. Bortsett fra dimensjonene, til og med 610 × 457 mm, og varianter belagt med kobber enkelt- og dobbeltsidig finnes det også mer spesialiserte varer. De fleste kortene er laget av FR4 (en flammebestandig kombinasjon av epoksyharpiks og glassfiber), men utvalgte produkter er beregnet på kretser med høy effekt og bedre varmespredning – de inneholder et lag aluminium. Sortimentet inkluderer også laminater uten kobberbelegg, som brukes som isolasjons-, konstruksjonsmaterialer og til produksjon av spesialkretser.

Universelle PCB-kort og prototypekort

Laminater brukes i det avsluttende prototypestadiet, f.eks. for å utprøve en designet krets. Av og til brukes de til å produsere en eller flere enheter, f.eks. hvis det er snakk om en skreddersydd krets med spesifikke funksjoner. Imidlertid kan PCB-produksjonsfasen utelates helt når du planlegger kretser, lager individuelle prosjekter eller tester designløsninger.

Universelle PCB-kort er laminater med rette baner (eller kun loddepunkter) og hull som er boret med standard avstand (normalt på 2,54 mm). Elektroniske komponenter kan festes og loddes på dem for å forenkle kretsfremstillingen. Når det gjelder kretskort med rader av sammenkoblede loddepunkter, skjæres banene med kniv eller rømmes opp. På kretskort som bare har hull og loddepunkter, opprettes forbindelsene ved hjelp av loddebroer.

Siden disse kortene er normalt regelmessig perforerte og ofte laget av hardt papir, og ikke FR4, kan du tilpasse størrelsen til dine behov ved å klippe og knekke dem, slik at arbeidet går mye raskere. Det bør også understrekes at universelle printkort er tilgjengelige i mange forskjellige størrelser, ofte med maskinbearbeidede festehull, slik at det mest sannsynlig ikke vil være nødvendig med bearbeiding i det hele tatt.

Multiadaptere er en spesiell type prototypekort med kontaktflater for montering av komponenter som er plassert i en bestemt type kapsling. Slike kort gjør det bl.a. enklere å fremstille prototyper med overflatemonterte komponenter, hovedsakelig integrerte kretser med flere ledninger, f.eks. multipleksere, drivere eller mikrokontrollere. De er laget på en slik måte at hver SMT-kontaktflate er koblet til minst ett THT-hull, som det er enkelt å lodde ledninger eller pinnehoder på.

Prototyping med koblingsbrett

Den raskeste metoden for å demonstrere og lage prototyper av kretser er å bruke koblingsbrett. Dette er flate plater som er laget av plast. Øverst har de hull med en standardavstand på 2,54 mm som passer for montering av typiske THT-komponenter. Under hullene finnes det avlange metallkontakter som sikrer tilkobling mellom alle punktene i hver rad (hver har Bet eget sett med kontakter). Feltene som er plassert på sidene av kretskortet, forblir kortsluttet i hele kolonnens lengde, siden deres rolle er å fungere som strømskinner som deles av flere komponenter. Takket være denne layouten kan du fremstille selv komplekse kretser uten bruk av verktøy. Det holder med THT-komponenter og tilkoblingsledninger. Noen produkter leveres sammen med slike kontakter.

TME tilbyr et bredt utvalg av koblingsbrett – fra de minste (100 felt) til mer omfattende modeller (3200 felt) plassert på en belastet, skjermet base og med hull for montering av bananplugger for enkel strømtilkobling. Slike produkter er et fantastisk pedagogisk verktøy som inviterer brukerne til å eksperimentere fritt med elektronikk. Men de brukes også gjerne av fagfolk, f.eks. for å teste en designløsning eller lage en midlertidig erstatningskrets. Kretskortene har ikke bare ulike størrelser, men også ulike farger. Dessuten har utvalgte modeller en modulær design og kan kobles sammen til større kretskort.

https://www.tme.eu/en/news/library-articles/page/55932/laminates-and-prototype-pcbs/