Programowanie mikrokontrolerów

1. Projekt

Proces tworzenia płytki obwodów drukowanych tak naprawdę zaczyna się od określenia schematu ideowego konstruowanego urządzenia mikroprocesorowego (z mikrokontrolerem). Ja do tworzenia schematów ideowych oraz topologi połączeń na płytce obwodów drukowanych preferuje oprogramowanie EAGLE. Jednak można wykonać to w dowolnym programie umożliwiającym tworzenie płytek.

Po utworzeniu schematu ideowego projektowanego urządzenia możemy przystąpić do rozmieszczenia elementów elektronicznych na płytce oraz narysowaniu połączeń pomiędzy nimi. Po wykonaniu projektu płytki oraz zweryfikowaniu go ze schematem ideowym możemy przystąpić do kolejnego kroku. 

2. Wydruk projektu

Wykonany projekt płytki należy wydrukować na papierze kredowym na drukarce laserowej. Te dwa elementy są kluczowe dla idealnego wykonania płytki. Jeśli chodzi o papier zależy to od naszych indywidualnych preferencji jaką gramaturę wybierzemy. Ja polecam kilka groszy droższe rozwiązanie a mianowicie papier o większej gramaturze ze względu na prostszy sposób usunięcia go w późniejszym etapie. Jeśli chodzi o drukarkę ważnym elementem jest zastosowany toner. Jakość toneru wpływa na jego zachowanie się pod wpływem temperatury, tzn na jego właściwości po rozgrzaniu. Istotnym elementem jest również wałek tonera w przypadku wyeksploatowanych dopełnianych tonerów możemy spotkać się z paseczkami lub kropeczkami na wydruku które w procesie trawienia przeistoczą nam się w dziury w naszych ścieżkach czego za wszelką cenę chcemy uniknąć. Ostatnim istotnym krokiem przed wydrukiem jest zastanowienie się w jakiej formie powinniśmy go sporządzić tzn. czy powinien on być wydrukowany w lustrzanym odbiciu czy też nie. Jeśli płytka nie zawiera elementów posiadających więcej niż 3 nóżki nie ma to w zasadzie dla nas znaczenia. Jednak gdy płytka posiada układy cyfrowe z większą liczbą wyprowadzeń problem staje się bardzo istotny gdyż przy nieprawidłowym wydruku wytrawiona płytka może okazać się mało użyteczna gdyż układy scalone zamiast pasować w otwory od strony druku ideowo będą wymagały zamontowania od strony ścieżek, bądź też wygięcia nóżek w przeciwną stronę i montażu "do góry nogami". Po wytrawieniu płytki patrząc od strony druku "ścieżek" zależy nam na tym żeby wykonana płytka wyglądała identycznie jak na ekranie. Jednak trzeba zwrócić uwagę że aby wykonać prawidłowo płytkę tą metodą należy pamiętać iż wydruk który widzimy na papierze kredowym zostanie termicznie przyklejony tonerem do płytki i po usunięciu toneru ujrzymy lustrzane odbicie tego co na wydruku (ekranie). Z tego względu  Pamiętajmy !!! iż wydruk należy wykonać z opcją druku lustrzanego odbicia projektu płytki na papierze kredowym dla układów SMD.

3. Przygotowanie podłoża (laminatu)

Po wykonaniu wydruku przyszedł czas na przygotowanie podłoża pod termotransfer. Przed przystąpieniem do termotransferu wydruku na laminat należy pamiętać aby go oczyścić z tlenków i odtłuścić. Należy do tego celu użyć bardzo drobnego papieru ściernego do przeszlifowania powierzchni oraz denaturatu do odtłuszczenia jej. Należy pamiętać aby nie dotykać wyczyszczonej powierzchni palcami gdyż znajduje się na nich wilgoć i tłuszcz który może spowodować nam odpryski tonera po termotransferze.

Ja do termotransferu używam najprostszego dostępnego narzędzia jakim jest stare żelazko. Doskonale sprawdza się do tego celu gdyż jest poręczne wytwarza wystarczająca wysoką temperaturę z możliwością jej regulacji oraz można nim w łatwy sposób manewrować.

4. Termotransfer

Do wcześniej przygotowanego laminatu przykładamy w odpowiednim miejscu nasz papier kredowy z wydrukiem. Laminat najlepiej położyć na jakiejś starej książce lub gazecie. Odpowiednio rozgrzanym żelazkiem (ja stosuje temperaturę mniej więcej w połowie pomiędzy dwiema a trzema kropkami) wprasowujemy papier w płytkę tak aby toner przylepił się całą powierzchnią do laminatu. Temperatura żelazka powinna być "odpowiednia" co oznacza nie za zimna gdyż wówczas toner nie do końca nam się przylepi do laminatu i będzie odpryskiwał. Ale również nie może być za wysoka gdyż wówczas toner stanie się zbyt płynny i precyzyjne ścieżki podczas wprasowywania rozpłyną się i mogą się zlać w jedną. Temperaturę żelazka należy dobrać eksperymentalnie. Czynność tą należy wykonać szczególnie starannie gdyż źle przyklejony laminat odpryśnie nam przy usuwaniu papieru. 

5. Usunięcie papieru

Po wprasowaniu tonera w płytkę uzyskujemy przyklejony do płytki papier. Aby go usunąć moczymy płytkę w wodzie aby nasiąkł. Papier kredowy jest zbudowany jak gdyby z trzech warstw. Dwóch twardych o znacznej wodoodporności i nasiąkającej warstwy pomiędzy nimi. Aby przyspieszyć nasiąkanie papieru możemy delikatnie paznokciem lub czymś twardym naruszyć pierwszą wierzchnią warstwę tak aby woda mogła dostać się do środkowej warstwy papieru która łatwo nasiąka wodą. 

Aby usunąć mokry papier pocieramy go palcem. Nasiąknięty papier zacznie się rolować w wałeczki i ścierać z płytki. Pocieramy papier mocząc go od czasu do czasu aż do starcia całego papieru z płytki i uzyskania laminatu z samym tonerem. Należy zwrócić szczególną uwagę na miejsca gdzie ścieżki są blisko siebie gdyż może zostać w tych miejscach bardzo cienka warstwa papieru która gdy jest mokra jest prawie przezroczysta. Najlepiej wytrzeć do sucha płytkę wówczas papier zrobi się biały i widać będzie gdzie nie został do końca usunięty. Często też zostaje on w otworach wiertniczych. Warto usunąć go cyrklem lub szpilką gdyż wytrawione otwory ułatwiają nam wiercenie.

6. Trawienie płytki

Tak przygotowaną płytkę wrzucamy do wytrawiacza. Ja do trawienia płytek używam wodnego roztworu nadsiarczanu sodu. Jest to substancja drażniąca, świeżo rozrobiona w wodzie bezbarwna. W miarę zużywania się wytrawiacza (nasycania się wytrawioną miedzią) staje się on coraz bardziej niebieski. W przypadku zachlapania odzieży staje się ona z czasem bardzo krucha i odbarwia się dlatego należy uważać żeby nie pochlapać się tą substancją. Zalecam używanie gumowych rękawiczek gdyż substancja bardzo wysusza skórę. Jednak nie jest to bezwzględnie wymagane (substancja nie jest substancją żrącą).

Trawienie przebiega szybciej gdy roztwór podgrzejemy optymalnie do 40 stopni Celsjusza. Jednak nie należy przesadzać z temperaturą gdyż opary są szkodliwe i drażniące więc nie należy dopuszczać aby temperatura roztworu przekroczyła 60 stopni. Wytrawiona płytka wyglądać będzie jak na zdjęciu poniżej. 

Wystarczy tylko teraz zeszlifować papierem ściernym bardzo drobno ziarnistym toner i uzyskamy płytkę z miedzianymi ścieżkami gotową do wiercenia otworów.

7. Przygotowanie do montażu

Do wiercenia otworów używam zakupioną na allegro mini-wiertarkę wysokoobrotową z regulacją obrotów. Wiercenie przeprowadzam na minimalnych obrotach wiertarki. Przy próbie wiercenia na maksymalnych obrotach wytwarza się wysoka temperatura i wiertła szybko się zużywają.

Otwory wiercę wiertłami o średnicy od 0,6mm dla otworów rezystorów 0,125W przez 0,8mm dla diod prostowniczych o małych prądach do 1mm dla elementów o większych poborach prądu takich jak stabilizatory napięcia czy piny.

Po wywierceniu otworów i zeszlifowaniu zadziorów powstałych podczas wiercenia płytka gotowa jest do montażu elementów. Na zdjęciu poniżej przedstawiona jest lutownica z grzałką ceramiczną utrzymująca stałą temperaturę regulowaną sterownikiem przeznaczona do lutowania elementów precyzyjnych.

Do elementów precyzyjnych takich jak smd lub elementy wrażliwe na generowane pole elektromagnetyczne przez lutownice transformatorową która potrafi uszkodzić elementy typu mosfet podczas lutowania stosujemy lutownice precyzyjną z grzałką ceramiczną jak na zdjęciu powyżej. Do pozostałych elementów możemy używać dowolnej lutownicy o odpowiedniej mocy.