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Text File  |  1993-05-01  |  15KB  |  306 lines

  1. The information on this file is primarily intended to aid the electronics
  2. enthusiast turn more of his/her ideas into reality by making the manufacture
  3. of home P.C.Bs a little easier and more flexible.
  4. You are free to copy this file for others but I would prefer the whole file
  5. be copied rather than portions of it.
  6. Although the information given below details how to make a single sided
  7. PCB I am (when commitments allow) working on a technique to produce
  8. double sided P.C.Bs. At the present time the main difficulty is in getting
  9. two 'transparencies' to align accurately enough using the tools and skills
  10. available to the average home constructor.
  11. The basic principles detailed below are comparatively straightforward, 
  12. however as with most manuals, actually writing the procedure has the effect
  13. of making the technique appear to be more complicated than it really is.
  14.  
  15. P.D.S.S                                      Mr Adrian Peirson
  16. Winscombe House                              133 runley Road
  17. Beacon Road                                  Luton 
  18. Crowborough                                  Bedfordshire
  19. Sussex                                       LU1 1TX
  20. TN6 1UL                                      England
  21. England                                      
  22.  
  23.      
  24.    A Simple P.C.B manufacturing process for the electronics enthusiast.
  25.  
  26. One of the most off putting things about being an electronics enthusiast
  27. is that having thought out a design sufficiently enough to warrant 
  28. the building of a prototype, there then comes the problem of making the base
  29. board. This is one of the main causes of project abandonment as far as
  30. the home constructor is concerned.
  31. With simple circuits the use of strip board is perfectly adequate, however
  32. as circuits become more complex, so does the amount of wiring that needs
  33. to be added to the strip board to make all the required connections.
  34.  
  35. To have a PCB made proffesionally usually costs a small fortune.
  36.  
  37. The only option remaining for the experimenter/enthusiast is to make
  38. his/her own PCB.
  39. This usually involves placing pads on a copper clad board then adding
  40. tracks etc to complete the circuit.
  41. Whilst this method can produce excellent results it is rather time consuming
  42. and not very versatile, any errors in tracking can result in having to
  43. scrap that board and start again. Another drawback to this method is that
  44. you are only making one board at a time. If its not quite right
  45. a complete board may have to be redesigned.
  46. Alternatively the layout may be made onto transparent 'acetate' sheets,
  47. this is then termed a transparency, using a transparency allows copies of 
  48. the board to be made over and over again.
  49. However should the finished design need modification, removal of tracks
  50. and pads etc is to say the least, fiddly.
  51.  
  52. Detailed below is a comparatively simple technique that will enable the 
  53. home constructor to produce medium qaulity P.C.Bs relatively simply and
  54. cheaply.
  55.  
  56. Try this method with a simple circuit to get the idea.
  57.  
  58. i      Use a CAD package to draw out the circuit you wish to make
  59.        There are many excellent shareware electronics CAD packages
  60.        available (do'nt forget to register these).
  61.        NB the printout needs to be an inverted copy
  62.        
  63.  
  64.        Print this out on a good quality printer, those of you fortunate
  65.        enough to have laser or inkjet printers may print this out on a 
  66.        1:1 scale. The reasoning here is that laser and inkjet printers
  67.        can produce a finer, more detailed printout.
  68.        
  69.        The less fortunate of us will have to print out at
  70.        2:1 scale, this is because sometimes a line may be printed that
  71.        should actually be 1 and a half 'printer pins' wide so the printer 
  72.        makes it two 'pins' wide and the line comes out too wide.
  73.        If we print out at 2:1 then that line will be printed out three
  74.        'pins' thick which, in relation to the rest of the layout (at this 
  75.        scale,)is the correct thickness.
  76.        
  77. ii     Photocopy this, reducing it back to 1:1 scale if you've used 
  78.        an enlarged printout. You may need to experiment with the 
  79.        contrast setting of the photocopier, what you want is a very
  80.        black circuit layout on a very white background, without spots
  81.        or 'blurring' of the tracks which some copiers seem to do.
  82.        A few spots in areas not used might be OK but make sure that these
  83.        blemishes do not occur between tracks or pads as these will lead to
  84.        shorts when the board is manufactured.
  85.        Also some photocopiers are better than others, you may need to 
  86.        try several the next time you visit town, if you're unable to use 
  87.        the works one.
  88.        The reason for photocopying is to prevent the ink from 'running'
  89.        during the next phase.
  90.  
  91. iii    You should now have on white paper, the circuit you wish to place
  92.        on a copper clad board.
  93.  
  94. iv      Buy a piece of Ultra violet sensitive copper clad board of suitable
  95.         size. This should be shielded until required  from sources of UV
  96.         light, eg sunlight, flourescent lights, sunbeds etc 
  97.  
  98. v      Soak the photocopy in a transparent oil such as baby oil, wiping off
  99.        any excess.
  100.        The photocopy is now transparent.
  101.        Those of you with experience making P.C.B s do'nt really need to 
  102.        read further, you now have a transparency.
  103.  
  104.  
  105. vi     Place the transparent photocopy ( transparency ) on the sensitized
  106.        copper clad board, cover this with a thin sheet of plastic or
  107.        glass and apply pressure, this is to make sure the transparency
  108.        is pressed hard against the surface of the board.
  109.        Perhaps the best method of ensuring good all over contact between
  110.        board and transparency is by using a glass picture frame. 
  111.        The reason for the inverted printout is that the circuit tracks
  112.        (or rather, the photocopy 'ink') needs to be pressed hard against 
  113.        the board to prevent the UV light 'getting underneath'. 
  114.        If the printout were not inverted there would be a layer of paper 
  115.        between the photocopy image and the UV sensitive board, thus allowing 
  116.        light to expose the board directly underneath the photocopy tracks.
  117.        This will lead to 'blurring' of the track layout.
  118.  
  119.  
  120. vii    Expose the board to a U.V. light source. There are many sources of UV 
  121.        light, the wifes sunbed for example. Try to ensure that illumination 
  122.        is directional.
  123.        By this I mean ensure that only one source of UV light is used for
  124.        the exposure. This will help to reduce 'blurring' of the edges of 
  125.        the tracks and pads.
  126.  
  127.        You'll have to experiment with the exposure time, it depends on lots 
  128.        of factors distance, glass thickness etc, try 5-10 mins to begin
  129.        with. 
  130.        
  131.        Although I've never tried it I'm sure with a little
  132.        experimentation with exposure time, the sun could be utilised here.
  133.        
  134.        Also many hardware stores have small battery operated UV light
  135.        sources, the type used for identifying items marked with UV 
  136.        flourescent marker pens. 
  137.        A relatively inexpensive one may be obtained in UK for about 6 pounds.
  138.  
  139.                               *******************
  140.  
  141.        
  142. viii   WARNING.  WEAR RUBBER GLOVES, SODIUM HYDROXIDE CAN BE DANGEROUS
  143.                  READ & HEED THE WARNINGS ON THE PACKAGE.
  144.        
  145.        
  146.        After exposure, the board should be screened from any strong UV 
  147.        source but this doesn't involve working in the dark.
  148.        I usually find that simply closing the curtains to exclude direct
  149.        sunlight is perfectly adequate.
  150.        
  151.        Wash the board with a little soapy water to remove any oil.
  152.        The board should now be placed in Sodium Hydroxide solution.
  153.        Use a weak solution, test the edge of the board first of all, if 
  154.        the solution is too strong it will remove all the UV sensitive
  155.        coating off the board very quickly, you do not want this.
  156.        What you want at this stage is for the board to appear unnafected
  157.        initially, after about 30 seconds you should see the circuit
  158.        layout 'developing' slowly.
  159.        Try initially approx 1 teaspoon per litre of cold water.
  160.        
  161.        
  162.        Periodically rub the surface of the board with a finger of the 
  163.        rubber glove (that you are wearing) to speed up the development 
  164.        process.
  165.        This process may take fifteen minutes or more to dissolve away
  166.        the UV exposed coating and leave only the unexposed portions
  167.        of the circuit.  The exact amount of time depends on the concentration
  168.        of the solution, on the exposure time, on the distance between
  169.        the board and source during exposure, glass thickness etc,etc.
  170.        
  171.        Hopefully, by this time you should have a copper clad board with
  172.        the actual circuit protected by the remaining coating.
  173.        
  174.        Wash the board.
  175.  
  176.        If the track and pad layout appears 'blurred' there are two possible
  177.        reasons for this:
  178.  
  179.        The UV light source was placed too close to the board during exposure.
  180.        Or the transparency was not in contact with the board.
  181.  
  182.        A 'blurred' board may or may not be acceptable/useable.
  183.  
  184.  
  185.                                 ** ** **
  186.  
  187.        WARNING....FERRIC CHLORIDE STAINS EVERYTHING, THESE STAINS ARE
  188.        VIRTUALLY IMPOSSIBLE TO REMOVE.
  189.        ANOTHER UNUSUAL PROPERTY OF FERRIC CHLORIDE IS ITS ABILITY TO
  190.        MATERIALISE AS AN ORANGE STAIN IN PLACES OF THE HOUSE YOU'RE SURE
  191.        YOU NEVER VISITED THAT NIGHT, AND ON ITEMS OF CLOTHING YOU
  192.        SWEAR YOU WERN'T WEARING AT THE TIME. MOST WIVES ARE RATHER
  193.        SCEPTICAL ABOUT THIS PROPERTY, SO BE WARNED.
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198. ix     Place the board in a solution of Ferric Chloride to etch away
  199.        the unprotected copper areas. This part of the process can take 
  200.        an hour or more, periodically the (plastic) container should be
  201.        agitated to aid the etching process. Keep an eye on this stage
  202.        don't bring it out too early as you will only later find short
  203.        circuits remaining. Bring out the board too late and you'll find
  204.        the solution has etched away underneath the protective coating.
  205.        
  206.        Good P.C.B manufacture by any method is a skill that requires
  207.        experimentation and experience.
  208.  
  209. x      Remove the board from the solution, washing it in cold water.
  210.        Hopefully by now you have the required copper tracks/pads etc,
  211.        the rest of the copper having been etched away
  212.  
  213. xi     Scour away the protective coating from the etched board and inspect
  214.        the board for shorts and open circuits.If none, then the board is now 
  215.        ready for drilling.
  216.  
  217.  
  218.  
  219. In essence what I'm saying here, for those of you with a little experience 
  220. in making P.C.B s is make a photocopy of the printout, soak it in transparent 
  221. oil and hey-presto   instant transparecy, now that's not quite what 
  222. Mr Daniels would call magic, but it is cheap, quick and if you want more 
  223. boards you still have the transparency.
  224. Another advantage is that should the inital prototype require modification
  225. this may be carried out on the C.A.D package rather than by hand.
  226.  
  227.  
  228. Should you regularly make P.C.B s and find this method an improvement or
  229. cheaper than the one you would normally use, a small donation ( 5 pounds) 
  230. to my favourite charity, namely me, would be very much appreciated.
  231. (Wife and sixteen goldfish to support (more on the way (goldfish, that is))
  232. This is however not a condition of usage, you are free to use the information
  233. and techniques contained in this file and make copies to give to friends 
  234. collegues etc without obligation.
  235.  
  236. A contribution might allow me to replace those nice towels the wife bought, 
  237. you know, the ones with the mysterious orange stains.
  238.  
  239. One final point, many electronics magazines often carry P.C.B track layouts
  240. of their projects for the home experimenter to copy, or alternatively they
  241. offer a P.C.B manufacturing service for these.
  242. Reasonable results can be obtained by photocopying these and using the above
  243. method to produce the transparency required.
  244. The magazines however do not always print them out full scale and so a 
  245. scaling will have to be carried out during the photocopying process.
  246. Also they are generally not inverted, this means that UV light can get
  247. under the photocopied tracks sometimes producing a 'blurred' PCB.
  248. This effect may be reduced by placing the UV source further away from
  249. the board (increase the exposure time) but will not completely eliminate this.
  250. Again, experimentation is the key.
  251.  
  252.                                 
  253.                                 
  254.                                 Good Luck.
  255.  
  256.  
  257. *****************************************************************************
  258.                     
  259.                     
  260.                     
  261.                     Printout looking a little pale
  262.  
  263. This suggestion applies to fabric impact printer ribbons and is not suitable 
  264. for plastic printer ribbons.
  265. Generally only a small part of the ribbon is impacted, the middle, look at
  266. an old printer ribbon you'll find it paler than the outside of the ribbon.
  267. You can of course buy reinking spray but I have found earosol oil sprays
  268. a little easier,      and cleaner.
  269. Oil has the effect of emulsifying the ink and allowing the ink remaining
  270. at the edges to be redistributed.
  271. It is of course necessary to open up the ribbon case to spray the whole 
  272. ribbon, best results are obtained if the 'rejuvenated ribbon' is allowed
  273. to stand for a day or two befor use. Do'nt soak the ribbon when spraying
  274. use just enough to dampen it.
  275. The result can be a little patchy, this method is probably not suitable
  276. where high quality printout is needed, but for the average home user 
  277. it should give reasonable results.
  278. A word of warning here, some oils may have an adverse effect on some types of
  279. plastic, experiment first with a small amount of spray.
  280. The best advice is, use the oil sparingly and carefully, do'nt allow the
  281. spray to contact anything other than the ribbon by doing this away from
  282. the printer, that way the worst that can happen is that you have to buy a 
  283. new printer ribbon.
  284.  
  285.  
  286.  
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294.  
  295.  
  296.  
  297.  
  298.                                                                     fs
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.