Технология изготовления бытовых электронных устройств

При изготовлении устройства в домашних условиях необхо­димо выполнить много технологических операций, знание которых значительно сокращает время конструирования, повышает надеж­ность работы устройства и улучшает его внешний вид. Изготовле­ние конструкции можно разделить на следующие технологические этапы: выбор принципиальной схемы, макетирование, изготовление печатной платы, монтаж элементов на плате, наладка, изготовление корпуса.

Прн выборе принципиальной схемы следует ознакомиться с литературой по этой тематике н использовать нужный материал для своей конструкции. Это значительно сократит время макети­рования и наладкн устройства.

После выбора принципиальной схемы целесообразно провести макетирование. Его начинают с составления перечня необходимых элементов.

При подготовке элементов производят намотку трансформа­торов н дросселей. Количество витков сетевой обмотки трансфор­матора удобно определять по приближенной формуле: умножают значение промышленной частоты, выраженное в герцах (50), на напряжение сети, выраженное в вольтах (220 нли 127), и делят на площадь поперечного сечения магнитопровода, выраженную в квад­ратных сантиметрах. Количество витков вторичных обмоток рас­считывают исходя из коэффициента трансформации и КПД, для чего число витков первичной обмоткн умножают на напряжение вторичной обмоткн и КПД (0,95) и полученное произведение делят на напряжение сети. Сечение проводов выбирают из условия до­пустимой плотности тока 2 А/мм².

Намотку обмоток трансформатора прн отсутствии намоточ­ного станка удобно производить ручной дрелью. Для этого по раз­мерам отверстия катушки изготовляют деревянную вставку и про­сверливают в ней отверстие для болта. Затем в отверстие катушки помещают вставку, а по обеим сторонам катушки располагают пластинчатые накладки с отверстиями. После этого в отверстия накладок и вставки вставляют болт н стягивают гайкой. Свобод­ный конец болта зажимают в патроне|дрели, которую закрепляют в ihckh и производят намотку обмоток. Для удобства счета число впков обмоток предварительно пересчитывают в число оборотов ручкн дрели.

Намотку обмоток тороидального трансформатора нли дрос­селя удобно производить шпулькой. Ее изготовляют из стальной проволоки, загибая концы по форме буквы Ч. Шпулька с намотан­ным проводом должна свободно проходить через отверстие сердеч­ника. Для ускорения намотки обмоток на ферритовом тороидаль­ном сердечнике его разламывают на два полукольца. Разлом коль­ца следует производить следующим образом. С двух сторон кольца на месте желаемого разлома делают наждачным кругом нли брус­ком небольшие надпнлы. Затем кладут кольцо на твердую поверх­ность, с одной стороны подкладывают металлическую пластину толщиной 1 - 1,5 мм н нажимают на место перелома кольца твердым предметом, плавно увеличивая усилие до момента перелома. Сле­дует иметь в виду, что феррит - очень хрупкий материал н при несоблюдении осторожности при разломе может раскрошиться на мелкие кусочкн. После намотки обмоток полукольца склекзают клеем БФ-2. Если необходимо иметь малое магнитное сопротивление в зазорах, следует клей смешать с порошком феррита, который можно получить прн трении кольца о наждачный брусок. При намотке обмоток на ферритовое кольцо надо намотать слой лако-ткаии, так как острые углы кольца могут нарушить изоляцию про­вода, а поскольку некоторые марки феррита имеют сопротивление несколько   десятков   килоом, то  образуется гальваническая связь между обмотками.

После компоновки элементы распаивают на макетной плате. Следует иметь в виду, что расположение элементов на макетной плате должно примерно соответствовать их расположению на пе­чатной плате. Это связано с тем, что на некоторые элементы оказы­вают влияние электрические поля от токов в других элементах, а также в цепях питания. При несоблюдении указанного соот­ветствия налаженный на макете прибор может оказаться нерабо­тоспособным на печатной плате. Макетирование удобно проводить на специальной монтажной плате. Ее можно изготовить из одно­стороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2- 2,5 мм. Для этого вырезают заготовку шириной 70-80 мм и длиной 250-700 мм. Фольгированный слой зачищают стиральной учени­ческой резинкой и лудят припоем. Затем специальным резцом, изготовленным из сверла нлн другого режущего инструмента, наносят вдоль длины платы прорези на фольгированном слое, Ши­рина фольгированного проводника между прорезями 6-7 мм. Да­лее делают поперечные прорези, оставляя ширину проводников нужных размеров в зависимости от возможного использования элементов разяых типов. По одной продольной крайней полоске с каждой стороны платы оставляют цельными и используют нх как шины питания. Если пайку элементов производить неперегретым паяльником, плата может служить длительное время.

Монтаж интегральных микросхем удобно выполнять паяльни­ком малых размеров.  При отсутствии такого паяльника следует выточить насадку на наконечник, диаметр рабочей части которой должен быть 2,5-3 мм, или проточить рабочую часть наконечника до такого же диаметра. Нагревательный элемент должен быть на напряжение не более 36 В.   Поскольку в процессе эксплуатации изменяется   сопротивление  нагревательного  элемента   паяльника, целесообразно его источник питания подключать через   регулятор мощности. Температура паяльника должна быть такой, чтобы прн касании наконечником быстро расплавлялись маленькие кусочки припоя,   а  время  испарения  применяемого флюса  составляло  не менее 5 с.

При пайке в бытовых условиях пользуются спиртоканифоль-ныч флюсом или твердой канифолью. Для приготовления флюса нужно одиу часть по массе мелко натертой канифоли смешать с двумя частями этилового спирта, Не допускается Элементы радио­аппаратуры паять кислотным флюсом, поскольку при этом обра­зуется проводящий слой между проводниками платы и нормальная работа устройства нарушается. К тому же удаление такого прово­дящего слоя с помощью промывки спиртом иногда не дает положи­тельного результата, а металлические поверхности, покрытые пленкой кислотного флюса, со временем образуют окислы, кото­рые нарушают режимы работы устройства.

При пайке тонких обмоточных проводов необходимо удалять с их концов слой эмали. Делать это механическим путем недопусти­мо, так как такой способ приводит к частому обрыву провода нли некачественной зачистке. Для удаления слоя эмалн н лужения конца провода нужно его несколько раз протянуть под жалом на­гретого паяльника, под которым находится полихлорвинил нли твердая кислота (аспирин, пищевая лимонная кислота и т, п.). При этом следует иметь в виду, что расплавленный полихлорвинил к аспирин выделяют вредные для здоровья токсичные газы

В связи с тем что в домашних условиях нет возможности поль­зоваться антистатическим браслетом, который необходимо «зазем­лять», при работе с интегральными микросхемами и полевыми тран­зисторами следует надевать хлопчатобумажную одежду и обувь на кожаной подошве. Кроме того, для исключения образования разнопотенциальных проводников от зарядов статического электри­чества целесообразно на ручку паяльника намотать несколько вит­ков тонкого провода без изоляции (можно металлической ленты) и соединить с металлической частью паяльника. Принятие таких мер уменьшит вероятность выхода из строя монтируемых элементов в результате действия статического электричества.

После проверки работоспособности устройства на монтажной плате и установки нужных режимов работы элементов присту­пают к изготовлению печатной платы. Ее размер определяется коли­чеством н размерами располагаемых на ней элементов, возможной плотностью монтажа, толщиной печатных проводников и другими специфическими условиями. Рисунок печатной платы с располо­женными на ней элементами выполняют на миллиметровой бума­ге. При использовании в устройстве элементов только сравнитель­но больших размеров рисунок печатной платы можно выполнить иа ученической бумаге в клетку. При расположении элементов необходимо учитывать следующее. Проводники питания сначала следует подводить к сильноточным узлам. Ширину печатного про­водника выбирают из расчета протекающего тока - 1 А на 1 мм ширины, но не менее 1 мм. Печатные проводники меньшей ширины используют редко из-за сложности их получения в бытовых усло­виях. На печатных платах усилительных устройств во избежание возникновения положительной обратной связи, приводящей к са­мовозбуждению, не допускается проводники входных каскадов располагать рядом с выходными. Элементы, выделяющие при ра­боте значительное количество тепла, располагают таким образом, чтобы они не нагревали другие. При компоновке элементов на пе­чатной плате необходимо также учитывать возможность свободного доступа к любому элементу при ремонте устройства.

Согласно рисунку печатной платы нз фольгированного стекло­текстолита вырезают заготовку. Для средних н больших плат толщина стеклотекстолита должна быть 2-2,5, для малых 1 - 1,5 мм. Для сложных устройств печатные платы удобно изготов­лять из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Фоль-гированный гетинакс для радиолюбительских печатных плат ис­пользовать не рекомендуется, поскольку нагретый печатный про­водник в процессе пайки элементов часто отслаивается. Заготовку из стеклотекстолита удобно вырезать ножницами для резки ме­талла,

После обезжиривания спиртом илн другим растворителем фольгированного слоя на заготовку переносят рисунок проводни­ков печатной платы. Это можно выполнить разными способами: копированием через копировальную бумагу, графическим спосо­бом с предварительной разметкой точек крепления элементов, фот осп особом, химическим способом н т. д. До перенесения рисун­ка копированием для получения хорошей четкости линий необхо­димо заготовку на 1-2 мин опустить в раствор хлорного железа, после чего ее промывают в проточной воде н вытирают сухой вето­шью. При графическом способе перенесения рисунок накладывают на заготовку и в местах пайки выводов элементов на фольгирован-ном слое наносят метки с помощью острого   предмета,   например шила. Затем рисунок на бумаге снимают и карандашом чертят печатные проводники на фольгированном слое.

Рисунок печатных проводников можно перенести и фотоспособом. Для этого рисунок печатной платы необходимо выполнить черной тушью на кальке и с фольгированного проводника заготов-
ки снять окись, протерев его, например, ученической стиральной резинкой. Затем рисунок нужной стороной накладывают на заготовку, прижимают стеклом н освещают около 1 ч с расстояния
10-15 см лампой накаливания мощностью 200-300 Вт. При этом фольгированный освещенный слой окисляется и темнеет, затемненный тушью - остается светлым. На изображение печатных
проводников во избежание окисления необходимо в течение суток нанести слой водонерастворимого состава, а затем заготовку про-
травить.                                                                                                                   

Для перенесения рисунка печатных проводников химическим способом надо на бумаге при помощи стеклянного рейсфедера на­нести хлорным железом зеркальное изображение рисунка печатной платы. Затем этот рисунок высушивают, равномерно увлажняют, накладывают на фольгированный слой заготовки и на 15-20 мин прижимают стеклом.

После нанесения рисунка на заготовку ненужный фольгиро­ванный проводник следует удалить. На простых печатных платах это проще делать механическим путем, вырезая печатные провод­ники концом ножа. Нож следует держать под острым углом к пе­чатному проводнику. Ненужный слой фольги удаляют путем от­слоения при механическом натяжении подрезанных участков.

Печатную плату с большим количеством проводников проще изготовить химическим способом. Для этого перенесенный на фоль­гированный слой рисунок проводников покрывают цветным водо-нерастворимым составом - нитрокраской, цапонлаком, клеем и т. п.

Наносить защитный состав на фольгированный слой можно с помощью рейсфедера, ученической ручки, тонкой виниловой трубочки, надетой на стержень карандаша, и т. п. После высыха­ния защитного состава заготовку погружают в травильный рас­твор. С целью ускорения процесса травления заготовка должня находиться в верхней части раствора фольгированный слсем вин;. При этом под заготовкой не должно быть воздушных пузырей. Температуру раствора лучше поддерживать около 30 °С. При по­вышенной температуре травление фольгированного слоя прснсхс-днт быстрее, но иногда отслаиваются края защитного.слоя и каче­ство печатной  платы снижается.

Для травления применяют водный раствор хлорного железа, но при его отсутствии можно пользоваться и другими растворами, например раствором перекиси водорода, соляной (можно серной) кислоты и воды. При использовании 30 %-ной перекиси водорода травильный раствор составляют в следующей пропорции: одну часть перекиси водорода разбавляют в одной части соляной кис­лоты и добавляют две части воды. Составлять такой раствор и ра­ботать с ннм рекомендуется только на открытом воздухе, посколь­ку его пары очень токсичны. При этом следует использовать ре­зиновые перчатки и соблюдать особенную предосторожность, так как соляная (серная) кислота и перекись водорода прн попадании на кожу вызывают ожоги.

После травления платы ее промывают в проточной воде. Затем растворителем удаляют защитный слой на печатных проводниках. Цапонлак можно удалить под струей горячей воды. Перед лужением печатных проводников для снятия окиси их протирают ученической стиральной резинкой. В домашних условиях лужения платы про­ще произвести паяльником с хорошо заточенным и залуженным наконечником. При лужении нельзя допускать пер-егрева печатных проводников.

После изготовления печатной платы производят монтаж эле­ментов. Располагать элементы удобно со стороны печатных провод­ников. Их крепление производят с помощью припаивания выво­дов к контактным площадкам печатной платы. В этом случае от­падает необходимость сверления отверстий на плате для выводов элементов, а при наладке и ремонте удобно производить замену. Для повышения надежности пайки концы выводов элементов сле­дует Г-образно изогнуть. Детали, имеющие массу более 5 г, за­крепляют к плате с помощью дополнительного крепежа.

Для изготовляемого устройства желательно использовать го­товый корпус. Если подходящего корпуса нет, его можно изгото­вить из тонкого листового металла, пластмассы, органического стекла, фольгнрованного стеклотекстолита. При изготовлении ме­таллического корпуса применяют сварку, пайку или заклепочные соединения. Корпус окрашивают илн обклеивают декоративной пленкой илн бумагой,

Если к устройству подводится напряжение свыше 40 В, при­менение металлического корпуса в бытовых условиях в связи с невозможностью его заземления не рекомендуется и лучше из­готовить пластмассовый корпус. Его можно склеить илн отштам­повать. Для склеивания используют специальные клеи для пласт­масс. Изготовление такого корпуса удобно произвести из вырезан­ной развертки. Для лучшего изгиба граней с внутренней стороны корпуса по месту изгиба прорезают прямоугольные канавки на глубину, не меньшую половины толщины заготовки. Места сгибов прогревают над потоком горячего воздуха (при этом закрывают остальную часть корпуса), затем заготовку изгибают и углы склеи­вают.

Для отштамповки корпуса из термопластичной пластмассы или органического стекла нужно предварительно изготовить пуан­сон и матрицу. Пуансон можно вырезать из бруска 'дерева, мат­рицу изготовить из гипса или алебастра. Размеры матрицы долж­ны быть выбраны с учетом толщины штампуемой пластмассы. Перед штамповкой пластмассу подогревают до пластичного состоя­ния, накладывают на матрицу, плавно прижимают пуансоном и выдерживают в таком положении до ее остывания. Для улучше­ния качества штамповки пуансон и матрицу   следует   подогреть,

Изготовляя корпус из фольгированного стеклотекстолита, вырезают его стенки и обрабатывают торцы соединений под 45° фольгированным проводником вовнутрь. Затем фольгированный слой зачищают, стенки стыкуют и по граням пропаивают паяль­ником. Для улучшения внешнего вида корпус можно обклеить декоративной пленкой или бумагой.

Корпус сложной конфигурации можно изготовить из несколь» ких слоев бумаги илн ткани, пропитав их эпоксидным койпаундом