Вафельница для печатных плат

В начале самостоятельного увлечения электроникой, несколькими годами спустя неудачной попытки сборки с папой радиоконструктора «Мальчиш», мои первые платы представляли собой картонки с проколотыми шилом отверстиями под выводы деталей, выпаянных из разных обломков и старья, которое тогда, в начале 90-х, выбрасывали прямо во дворах по нескольку раз в неделю, не удосуживаясь даже донести до мусорных контейнеров. Рабочими лошадками моих схем служили германиевые p-n-p транзисторы МП39-42, электролиты были зачастую высохшими, резисторы изменившими цвет от перегрева на их прежних местах работы, монтажный провод брался из щедро выкидывавшихся телефонистами жил кабелей, там он был как у витой пары, тогда мне неизвестной, и в нём очень нравилась лёгкость зачистки, лужения и пайки таких проводков, а также то, что они были разного цвета. Монтажная схема, зачастую простодушно перерисованная принципиальная, наносилась на картонку шариковой ручкой. Всё это, после многих стараний и ожогов, чаще всего как-то работало, служило радиоприёмниками на даче, фантастическими игрушками и полем экспериментов, радовало и даже приносило призовые места в мероприятиях научного общества учащихся и программы «Шаг в будущее», что в конечном итоге дало возможность поступить без экзаменов в университет.

Потом было увлечение ламповой техникой, которая собиралась навесным монтажом на фанере и жести, несколько электрогитар, самодельных и покупных б/у, овердрайв из усилителя воспроизведения магнитофона Маяк, в котором для требуемого коэффициента усиления каналы были бесхитростно последовательно соединены, и драйв был тёплым, похожим на звук виолончели, как раз таким, как хотелось. Был УМЗЧ на TDA1557Q, где однажды пробило один из мусорных конденсаторов в ужасной батарее фильтра, что сопровождалось чудовищным звуковым ударом, но 35АС-109 с честью выдержала. Любимый ламповый телевизор Весна, в котором ПТК заменён на два полупроводниковых селектора, переключение диапазонов осуществлялось двумя тумблерами, а настройка десятиоборотным потенциометром от аналоговой ЭВМ, и такое колхозное чудо позволило смотреть все каналы. Начиналась самостоятельная сборка с нуля параллельно двух телевизоров — лампового стационарного с длинным круглоэкранным кинескопом и переносного транзисторного с осциллографической трубкой, но в те годы телевидение переставало быть для меня волшебством детства, и проекты были заброшены на полпути.

Самодельный тусклый, из-за недостаточного анодного напряжения, осциллограф, вместе с парой карманных ламповых радиоприёмников, приёмником 0-V-1 на тиратроне (да, это оказалось возможно, только очень неэкономично и нестабильно), и некоторые другие курьёзные поделки сгинули при переездах. Жаль, кое-что можно было теперь довести до ума и даже применять, да ладно. В последующие годы мои интересы и профессиональные занятия стали скорее компьютерными, нежели электронными, но несколько лет назад сердце всё-таки потянулось к первой любви — разработке и прототипированию электронных устройств.

Опыт детских забав оказался весьма полезным. Благодаря ему, заполнение пробелов в знаниях и освоение микроконтроллеров, операционных усилителей, стандартной логики, ШИМ, управления шаговыми двигателями и прочих актуальных вещей не отняло много времени и стало не затруднением, а счастливой волшебной игрой, полной радости. Детство вернулось. Более того, мне стало ясно, что то детство, что до 17-20 лет, — это лишь демо-версия чудесного детства, которое может и должно длиться всю жизнь, когда возможностей всё прибавляется, благодаря и самостоятельному хозяйствованию зрелого человека, и развитию технологической базы вкупе с культурой её применения.

На несколько лет матричные макетные платы стали моей радостью и воплощением мечты, тем, чего так не хватало в детстве раннем. Порадовали новые кремниевые транзисторы, нарядные малогабаритные радиодетали, красивые удобные разъёмы и ручки переменных резисторов, термоусадка, паяльная станция с «вечным жалом» и «третья рука» с лупой, цифровые мультиметры и недавно приобретённый в компанию ко второму самодельному, уже не тусклому, игрушечный цифровой конструктор-осциллограф, сборка которого стала большим праздником, а параметры вполне достаточны для моих текущих задач. Надо будет сообразить ему корпус, но пока не приходит концепция дизайна, так что пусть подождёт. Дремель с роскошным набором насадок, включая алмазные диски, лёгкая дрель-шуруповёрт и ещё более лёгкая электроотвёртка также сыграли немаловажную роль в комплектации удобной домашней мастерской. То, что раньше приходилось делать с мучениями и неудачами, теперь воплощается качественно, быстро и легко.

Но останавливаться на макетках не следует. Пайка устройств на них всё же ощутимо отнимает время и силы, замена деталей и изменение схемы затруднены, эстетика и наглядность оставляют желать лучшего, да и тиражировать мелкой серией некоторые разработки уже пора, — и для себя, когда нужно несколько одинаковых модулей, и для хлебушка с канифолью, дабы питались и тело, и дух, и зарабатывать более любимым занятием, нежели побочными. Наконец, поверхностный монтаж, с его выигрышем в надёжности при вибрациях, компактности и цене деталей, отсутствием необходимости сверления под каждый вывод, на матричной макетке иногда возможен, проверено на практике, но это не дело, и даже не хобби, а экстремальный спорт. Пора травить платы. Потому был произведён поиск сведений на эту тему.

Фоторезист. Прекрасное качество, но дороговизна, ограниченный срок годности материалов, риск приобретения негодных, больше технологических операций и реактивов, в том числе агрессивных, необходимость печати фотошаблона. Мне в настоящее время не подходит. Заказ на заводе. Идеально, когда нужно некоторое количество, но уже после отработки прототипов, и при уверенности, что потребуется вся партия. ЛУТ — лазерно-утюжная технология. Симпатично, но надо овладевать искусством работы с утюгом, чересчур много шаманских тонкостей, высока вероятность неудач, особенно на первых порах. Не люблю переводить время и материалы на тренировки, это болезненная тема ещё из детства. Ламинатор? Его у меня нет, да и с ним, пишут, не всё так просто. Варить в кипятке сэндвич из платы, бумаги с тонерным отпечатком, силиконовых прокладок и стянутых болтами пластин… Это уже интересно! Но водяная баня здесь, очевидно, выступает всего-навсего термостатом. А зачем тогда такой термостат, если мы электронщики, и можем соорудить не один вариант электронных, или даже просто механический, с биметаллической пластиной?! Итак, термопресс.

Когда мне что-то надо для новой задумки, я роюсь в своём хламе. Который стараюсь содержать чистым и отсортированным, иначе поиски необходимых и желательных компонентов для дела и хобби станут не радостью, а пыткой для меня и домочадцев, и в конечном итоге времени и сил на этап проекта не хватит, придётся отвлечься на что-то другое, а там и проект заброшен, забыт. Кому это не знакомо? Подходящих пластин для стягивания текстолита с бумагой в закромах не нашлось, зато нашлась электровафельница, когда-то купленная за копейки в уголке уценённых товаров Ашана. Печь вафли в ней пару раз пробовали, не получилось, с тех пор лежит. А ведь вафельница — готовый термопресс, только для применения в электронной мастерской его необходимо несколько модифицировать.

Во-первых, электровафельница открывается на шарнире и схватывается с противоположной стороны защёлкой. Вечный перекос. Для переноса тонера неприемлемо, нужен параллельный прижим, например, четырьмя гайками на шпильках. Вафельницу разбираем, берём болты М6, сверлим отверстия, в нижней плите под болт, в верхней под гайку. ТЭН, провода и элементы крепления проделать эту операцию не мешают, алюминиевый сплав сверлится легко, задумано — сделано. Отпиливаем мешающие части шарнира.

Чтобы нижние гайки не отворачивались при эксплуатации пресса, и под головку болта, и под гайку кладём гроверные шайбы. Но перед тем, как установить и затянуть гайки, производим вторую необходимую модификацию.

Рабочая поверхность вафельницы рифлёная, с клетчатыми выступами. Сошлифовать их, имея терпение, конечно, можно, но тогда плита будет разрушена, ведь китайские производители постарались с экономией металла на славу. Потому берём обычную ровную жесть, вырезаем из неё два круга, сверлим отверстия. Один из кругов ставим под гайки с гроверами, теперь можно затягивать, контролируя усилие, дабы не скрутить неудавшуюся кухонную утварь в бараний рог.

^[1]

В верхней крышке корпуса также сверлим, несколько большего диаметра, отверстия под наши болты. Затягивать гайки с шайбами при эксплуатации будем поверх этой крышки. Что интересно, как выяснилось при сверлении, сделана она, как и нижняя подставка, из бакелита. Значит, беречь от ударов, и при затягивании корпус может треснуть. Избежать этого можно, надев на болты втулки, которые будут передавать усилие гаек верхней плите, минуя крышку. Со временем обязательно сделаем, но для начала попробуем без втулок.

Электросхему вафельницы пока можно оставить без изменений, ведь она имеет биметаллический терморегулятор, точности и стабильности которого для задания режима термопереноса вполне может хватить. Если не хватит, соберём электронный термостат, это мы умеем ещё со школьной скамьи. Немало термостатов пришлось соорудить, первый был даже с ртутным контактным термометром и реле, потом пошли тиристорные, а уж сейчас можно с плавной регулировкой мощности и программируемым таймером, если будет желание.

Но теперь крышка не соединена с основанием шарниром, а стала съёмной. Потому необходимо удлинить трёхпроводной шнур, соединяющий половины электровафельницы, и, по желанию, снабдить его разъёмом. Хотя греть аппарат мы будем не выше 160 градусов Цельсия, позаботимся о термостойкости всех проводов и деталей, могущих соприкоснуться с нагретыми поверхностями. И не стоит выкидывать заземляющий провод: благополучие нас с Вами, наших мастерских и домов гораздо дороже нескольких сантиметров медной жилы и пары минут для её подсоединения. В продолжение разговора о безопасности, напоминаю, что плиты, болты и гайки нашей поделки в процессе работы и некоторое время после неё будут горячими, так что побережём от соприкосновения с ними себя, наших детей и домашних животных. В оригинальной конструкции вафельницы горячее было в глубине, обжечься трудно, но после модификации на поверхности появляются болты и гайки, имеющие тепловое и электрическое соединения с корпусами ТЭНов. И не вздумаем включать один ТЭН вафельницы напрямую в электросеть! Он на 110 вольт, в сеть 220 включаются два последовательно, не параллельно, как было бы в версии для стран со 110-вольтовой проводкой.

Наш термотрансферный пресс готов. Вырезаем два круга из силиконовых форм для выпечки, приобретённых в магазине фиксированных цен. Они практически идеально подходят по диаметру, и будут многоразовыми термостойкими прокладками между жестяными кругами и бутербродом из текстолита и бумажного отпечатка. Кладём между прокладками термопару, собираем без затягивания наш пресс, и пытаемся проградуировать его термостат.

Измерения подтверждают давнюю гипотезу о причине неспособности данной вафельницы приемлемо исполнять своё исконное назначение. Два ТЭНа по 375 ватт нагреваются очень быстро, а теплопроводность тонких плит недостаточна для распределения такой тепловой мощности. В итоге имеем значительную неравномерность нагрева по площади, непропекание и подгорание. К тому же, механический регулятор вкупе с конструкцией его крепления слишком инертен, и температура такого горе-термостата колеблется за минуты на десятки градусов Цельсия.

Но не спешим удалять биметаллический выключатель. Термотрансфер — не вафли, здесь не надо выпаривать воду и производить физико-химические изменения теста, 750 Вт чересчур много, нам хватит и 375. Ограничим мощность нагрева простейшим способом — включив последовательно с электроцепью кремниевый выпрямительный диод 400В 3А. Он уютно расположился в клеммной колодке снизу корпуса, где перегрев не грозит. Повторяем измерения. Аппарат стал действовать более мягко, термостат теперь успевает за ТЭНами, амплитуда колебаний температуры в рабочей зоне не превышает 20 градусов. Это уже приемлемо, так что необходимости в замене терморегулятора не вижу. Пора опробовать самоделку в действии.

Отрезаем кусочек фольгированного текстолита, зачищаем мокрой кашицей из воды и чистящего средства на основе порошкообразного мела, причём, по моему разумению, использованный порошок не должен содержать отбеливателей, антисептиков и прочих химически активных веществ, потенциально способных окислить медь. Дополнительно пройдёмся ластиком для шариковой ручки, создав таким образом микроцарапины для лучшего прилипания тонера. Обезжириваем ацетоном или изопропанолом и не трогаем фольгированную поверхность. Текстолит готов для переноса тонера, займёмся бумагой.

Мной взята недорогая глянцевая фотобумага для струйных принтеров Revcol плотностью 230. Подготавливаем зеркальное изображение правильного размера и посылаем на лазерный принтер, в моём случае старый добрый HP LJ 1200. В настройках печати отключаем экономию тонера, выставляем настройки для самой плотной бумаги. Если позволяет конструкция принтера, делаем так, чтобы бумага, проходя через него, испытывала как можно меньше изгибов. В моём LaserJet для этого открывается задняя крышечка. Глянцевую поверхность бумаги, как и текстолита, не трогаем и бережём от загрязнений. Вырезаем участок фотобумаги по размеру платы, прикладываем отпечатком к фольгированной стороне, кладём полученный бутерброд на нижнюю силиконовую прокладку фотобумагой вниз. Далее кладём верхнюю прокладку, жестяной круг и крышку вафельницы, надеваем шайбы, накручиваем гайки, и, наконец, равномерно затягиваем их, понемногу, в несколько приёмов, крест-накрест. Смотрим, чтобы не было перекосов, и не переусердствуем с затяжкой. Лично я контролирую момент затяжки такой нежной резьбы, как М6, поворачивая гаечный ключ пальцем, а не зажимая его в кулаке.

Включаем наш термопресс с положением регулятора, соответствующим диапазону температур 120-140 градусов Цельсия на двадцать минут. После этого выключаем, даём остыть градусов до 60-70, и постепенно ослабляем гайки, опять же в несколько приёмов, дабы не вызвать перекоса и деформации нашего нового инструмента, помощника и друга. Снимаем гайки и шайбы, крышку и прокладки, аккуратно берём текстолит с бумагой и заливаем в подходящей ёмкости горячей водой, можно кипятком.

По мере размокания и отставания бумаги помогаем ей без спешки и грубости, скатываем бумажную кашицу пальцами слой за слоем, можно осторожно помогать зубной щёткой умеренной жёсткости. Тонер пристал очень прочно, имеется разрыв дорожки всего в двух местах, виной моя неопытность, пресс тут не виноват.

Логотип Хабра выбран для первого в жизни травления фольгированного текстолита не только из уважения к любимому ресурсу, обогатившему мою жизнь многими умными чудесами, и потому, что он очень симпатичный и вдохновляющий, но и по причине его сложности, позволяющей объективно оценить возможности самоделки. Некоторые окружённые медью белые точки и уголки рисунка оказались настолько малы, что ни щетина зубной щётки, ни подушечки пальцев не справились с удалением из них остатков бумаги. Потому для очистки этих мест было использовано остриё тонкой иглы. Осторожно протираем плату безворсовой тряпочкой с изопропиловым спиртом, и приступаем к травлению. Мной применялся раствор хлорного железа при температуре 40-50 градусов Цельсия.

Удаляем тонер тряпочкой с ацетоном и любуемся результатами. Подтрав нет. Считаю сегодняшний первый опыт весьма достойным. Теперь смогу в любое время без затруднений изготавливать нужные платы в моей домашней мастерской. Итак, качество переноса тонера на медную фольгу самодельным прессом порадовало с первого раза. Получился хороший инструмент, а затраты на него минимальны: электровафельница, 2 формы для выпечки по 51 рублю, 4 болта с гайками и гроверами, жесть, немного провода, припоя, термоусадки, диод и необязательный разъём. Спасибо за внимание, надеюсь, эта идея и опыт её воплощения Вам пригодятся!