Kuva: Työkaluja Jos halutaan tehdä itse piirilevyjä, tarvitaan muutamia lisävarusteita. Nämäkään eivät kovin suurta lovea kukkaroon tee, riippuu itsestä kuinka hie- not varusteet haluaa hankkia. Yksi piirilevyjen tekemiseen tarvittava työka- lu jopa löytynee kotoa: rautasaha. Muut tarpeet riippuvat hieman siitä, millä tekniikalla levyjä halutaan valmistaa, valokuvaustekniikalla vaiko tussilla piirtämällä. Yksinkertaista laitetta rakennettaessa ei levyä välttämättä tarvitse tehdä lainkaan, vaan laitteen voi rakentaa valmiille reikälevylle. Tällöin riittää perustyökalut kuten rautasaha, mitta ja suora- kulma, joilla levyn saa sopivan kokoiseksi. Eri tavat Laitteita voi oikeastaan rakentaa neljällä eri tavalla. Hetkellisiä koekyt- kentöjä ja kytkentämalleja sekä komponentteja voi testailla breadboardilla. Breadboard reikälevy, jossa on koskettimien rivistöt on yhdistetty toisiinsa tietyllä tavalla. Breadboardille rakentaminen ei vaadi lainkaan juotinta, vaan osat painetaan siihen kiinni. Breadboardille ei koskaan rakenneta mitään pysyviä kytkentöjä.
Kuva: Breadboard Hieman breadboardia pysyvämpi tapa on ns. "risuaita", eli komponentit juote- taan toisiinsa kiinni ilman mitään piirilevyjä. Tällaisia, yleensä hyvin yk- sinkertaisia kytkentöjä voi joskus joutua tekemään tilanahtauden vuoksi, esim. D-liittimen kuoren sisään. Tapa kuitenkin rajoittaa laitteen hyvin yk- sinkertaiseksi ja tekee sen korjaamisen lähes mahdottomaksi. Lisäksi toimin- ta voi olla epävarmaa, joten tapa ei ole elektroniikkarakenteluun missään nimessä suositeltava, ainoastaan erikoistapauksissa. Pysyvät laitteet voidaan rakentaa kahdella tavalla. Ensimmäinen niistä on reikälevy. Reikälevyssä on 2.54 mm. päässä toisistaan olevat reiät yhdistet- ty foliolla riveittäin toisiinsa.
Kuva: Reikälevy Rakennettaessa komponentit juotetaan reikälevyyn halutulla tavalla ja fo- lioita katkotaan poran terällä siten että syntyy halutunlainen kytkentä. Piirilevy siis syntyy laitetta rakennettaessa ikäänkuin "lennossa".
Kuva: Laite reikälevyllä Laitteesta ja varsinkin juotospuolesta tulee tälläkin tavoin varsin sekavan näköinen, mutta sen korjailu ja muuttelu on melko helppoa. Rakennustiheys on tällä tavoin kuitenkin melko suuri, pienelle alalle saa paljon komponentte- ja. Valmis reikälevylle kasattu laite käy pidempäänkin käyttöön sellaisenaan kunhan sen koteloi asianmukaisesti. Reikälevylle kannattaa rakentaakin monet yksinkertaiset laitteet, joita ei aiota tehdä useampaa kappaletta. Toinen ja paras tapa tehdä pysyviä laitteita on valmistaa laitteelle oma piirilevy. Tällä tavoin laitteesta saadaan siisti ja looginen tutkia ja kor- jata. Jokaisella komponentilla on levyllä oma paikkansa, kun piirilevy on nimenomaan tätä laitetta varten suunniteltu. Harrastelijan kannalta piirile- vyn teko tuo tietenkin enemmän vaivaa, mutta myös laitteesta tulee siisti. Mikäli laitetta halutaan rakentaa useampikin kappale, on piirilevy ehdoton, sillä laitteen monistaminen on silloin helppoa. Sen vuoksi kaikki myytävänä oleva elektroniikka (TV:t, videot jne..) on aina kasattu omille piirilevyil- le, joita tehtaassa teettäen saadaan tuhansia kappaleita. Vähänkin monimut- kaisemmat laitteet rakennetaan siis aina niitä varten suunnitelluille piiri- levyille.
Kuva: Piirilevy Kuten kuvasta näkyy, sekä komponentti- että juotospuolet ovat siistejä, laitteen tutkiskelu ja korjaus on tällöin helppoa, mutta muutosten tekeminen ei. Sen vuoksi piirilevyä ei koskaan tule suunnitella ennenkuin laitteesta on tehty breadboardille taikka reikälevylle koekytkentä ja todettu laite toimivaksi - sillä jos tässä vaiheessa laittesta löytyy merkittävä suunnit- teluvirhe, joutuu piirilevyn yleensä suunnittelemaan ja valmistamaan uudel- leen ja rakentamaan koko laitteen alusta asti uudelleen. Piirilevyjen valmistus Jos rakennetaan valmista, ostettua rakennussarjaa, on niissä yleensä mukana laitteelle suunniteltu piirilevy. Jos kuitenkin rakennat laitetta pelkän kytkennän perusteella, kannattaa ensin arvioida kytkennän monimutkaisuus, eli kannattaako laite rakentaa vain reikälevylle vai tehdäänkö laitteelle oma piirilevy. Mikäli kytkennän ohessa on kuva piirilevyn kuparipuolesta, voidaan levy kopioida myös siitä. Piirilevyksi kannattaa ostaa lasikuitupohjaista piirilevyä (vihreä eristeai- ne). Pertinax-pohjaiset levyt (ruskea eristeaine) ovat kyllä hieman edulli- sempia mutta myös herkkiä lohkeilemaan esim.sahattaessa. Piirilevyn lisäksi pitää hankkia puhdistusta varten SINOLia tai vastaavaa alkoholipohjaista ainetta. Ennen kuin kuvioita piirretään levylle, puhdiste- taan levy huolellisesti SINOLilla sormenjäljistä ja muusta liasta.
Kuva: Piirilevytussi Helpoin ja edullisin tapa oman piirilevyn valmistamiseen on erityinen piiri- levytussi, jolla piirretään kuviot suoraan levyyn, jonka jälkeen levy on he- ti valmis syövytettäväksi. Syövytettäessä kupari jää niille aluielle, joihin tussilla on piirretty, ja katoaa muualta pois. Tällä tavoin ei saada aikaan kuitenkaan kovin laadukasta jälkeä, ja esimerkiksi mikropiirejä sisältävässä kytkennässä on oikosulkujen vaara olennainen. Tussilla kuitenkin aloitteli- jakin onnistuu aina. Jos kopioit valmista piirilevyä kuvasta, ota kopio ku- vasta ennen aloittamista. Tämän jälkeen voit asettaa kopion piirilevyn päälle ja tehdä sen läpi piikillä pienet kolot piirilevyyn reikien kohdalle, mihin komponentit tulevat kiinni. Valmiiden kolojen perusteella on sitten todella helppo piirtää itse kuviot niiden välille! Syövytykseen käytetään ferricloridia, jota saa elekroniikkaliikkeistä (esim. Bebek). 1/2 kilon pussi liotetaan litraan lämmintä vettä, jolloin syntyy melko vahva seos jolla syövytys sujuu nopeasti. Käytön jälkeen ferriclorid kannattaa varastoida esim. lasiseen litran limsapulloon, sillä samalla liuoksella voi syövyttää melkoisen määrän levyjä, yleensä harras- telijalla yksi liuos riittää vuosiksi. Jatkossa kun liuos taas otetaan käyttöön, kan- nattaa pullo lämmittää esim. vesihauteessa, sillä lämpö nopeuttaa syöpy- mistä, samoin kuin mekaaninen liike, joten levyä kannattaa myös heilutella liuoksessa. Syövytystä varten kannattaa hankkia kumi- hansikkaat, ferriclo- rid ei kylläkään syövytä sormia, mutta värjää ne ruskeankeltaisiksi muutaman päivän ajaksi. Ferricloridia käsitellessä on oltava ehdottoman tarkkana et- tei sitä roisku vaatteille, sillä se ei lähde pesussa pois! Syövytyksestä enemmän myöhempänä! Kun liuos alkaa ajan oloon menettää tehoaan, alkaa syövytysaikakin pidentyä, jolloin on aika tehdä uusi liuos. VANHAA LIUOSTA EI SAA KAATAA SUORAAN VIEMÄRIIN, sillä mennessään se syövyttää kromaukset viemäristä. Liuos voi- daan hävittää viemäriin, koska se on vesiliukoinen, mutta se tulee neutra- loida erittäin runsaalla määrällä KYLMÄÄ vettä, esimerkiksi juoksevaan ve- teen sekoittaen pienissä määrissä kerrallaan. Valokuvaustekniikka Paras ja suositeltavin tapa piirilevyjen valmistukseen kotona on ns. valoku- vaustekniikka. Tämä tekniikka mahdollistaa lisäksi useiden kappaleiden mo- nistuksen samasta kytkennästä ilman suurta vaivaa. Tämä tapa on kuitenkin jonkin verran kalliimpi kuin tussin kanssa valmistus, mutta myös laatu on huomattavasti parempi. Lisäksi levyjen valmistus vaatii melko paljon koke- musta, joten ei kannata lannistua jos ei onnistu ensi yrityksellä. Hyvä puo- li on, että levy menee pilalle yleensä niin aikaisessa vaiheessa, että voit pyyhkiä lakat pois SINOLilla ja aloittaa uudelleen alusta. Menetelmän idea on, että valoherkälle pinnalle kuvataan piirtoheitinkalvolle tehty piirile- vyn kuva, jonka jälkeen pinta kehitetään, jolloin siitä syntyy vastaava syövytysvalmis maalikuvionti kuin piirilevytussilla, mutta huomattavasti tarkempi. Aluksi siis tarvitaan ns. "filmi", eli piirtoheitinkalvolle tehty kuva pii- rilevystä. Tällaisen saa esim. rakennusohjeesta kopioimalla, tai suunnitte- lemalla piirilevy itse ja tulostamalla se esim.laserilla. Filmin vaatimus on, että sen kuviointi on mahdollisimman tumma, mielellään tummien alueiden ei tulisi laskea lainkaan valoa läpi. Positiivilakkaa käytettäessä syöpyvät piirilevystä filmissä olevat läpinäkyvät (valotetut) alueet pois, ja musta (valottamaton) jää jäljelle. Kun filmi on olemassa, suuntautuu matka jälleen elektroniikkaliikkeeseen. Täytyy ostaa joko valmiiksi lakattua valotusvalmista piirilevyä, taikka va- lokopiolakkaa (Positiv 20plus), jolla levyn voi itse päällystää kuvausta varten. Kokemus opettaa, kumpi on parempi tapa, itse päällystys on opittava taito, joka ei kaikilta alussa suju. Jos vaikeuksia on, kannattaa siirtyä valmiiksi lakattuihin levyihin. Elektroniikkaliikkeestä matka suuntautuu ap- teekkiin, josta ostetaan kehitystä varten natriumhydroksidia. Pieni määrä (esim. 100 g) riittää hyvin. Kallein ostos on UV-lamppu, jolla valotus suo- rietaan. Lamppu on 300W tehoinen Ultra-vitalux, jonka löytää sähkö- liik- keestä muutaman satasen hintaan. Tässäkin on silti takaportti - jos ostit Positiv 20 _plus_ lakkaa, voi sen valottaa myös tavallisella loistevalolla, joka sisältää jossakin määrin UV-säteilyä (esimekiksi Livalin 11W pöytälois- tevalaisin käy) mutta valotusaika on vain pidempi. Kehiteliuos tehdään sekoittamalla muutama gramma natriumhydroksidikiteitä litraan vettä. Suorita sekoitus lasipullossa, sillä kiteiden joutuessa ve- teen syntyy lämpöä. Tässäkin liuoksen tehokkuuden määrää kuinka paljon se- koitat, mutta jos laitat liikaa, tulee kehitteestä niin tehokasta että levy ylikehittyy, kuva ilmestyy ja katoaa saman tien ja jäljelle jää lakkaamaton puhdas piirilevy. Kokemus opettaa tässäkin. Älä koskettele sekoittamaasi liuosta paljain käsin. Myös tätä liuosta on varottava roiskuttamasta vaat- teille, sillä se on voimakkaasti emäksistä ja saattaa syövyttää kangasta. Samoin kuin ferriclorid, myös tämä kehite on jälleen käytettävissä ja yh- dellä liuoksella kehittää suuren määrän levyjä. Ajan oloon kun kehitys käy hitaaksi, on aika sekoittaa uusi kehite. Vanhan kehitteen voi kaataa suoraan viemäriin, sillä natriumhydroksidia käytetään mm. tukkoisen viemärin avaami- seen.
Kuva 1. Lakkaus: Itse työ aloitetaan leikkaamalla levy sopivan kokoiseksi. Mikäli ostit val- miiksi lakattua levyä, voit tämän jälkeen poistaa suojapaperin ja siirtyä kohtaan 2.Valotus. Laita uuni kuumenemaan n. 75 asteeseen. Sen jälkeen puhdista SINOLilla lei- kattu levy huolellisesti. Puhdistamisen jälkeen levy lakataan kevyesti Posi- tiv 20 lakalla, jälleen kokemus opettaa kuinka paksu kerros on hyvä. Lakkaa- minen suoritetaan hämärässä, puhtaassa ja pölyttömässä tilassa. Valaistus olisi hyvä olla hehkulampuilla (vähäinen UV-säteily) eikä välittömässä lak- kauspisteen läheisyydessä! Lakkaamisen jälkeen vie levy uuniin kuivumaan noin 15 minuutiksi. Uuni kannattaa ehdottomasti kuumentaa valmiiksi, jotta saat kuivatuksen välittömästi lakkaamisen jälkeen! Jos lakkaamisen jälkeen on liian pitkä aika ennen kuivatusta, kerääntyy lakattuun pintaan helposti pölyjä, jotka aikaansaavat valmiissa levyssä katkoksia. Kun levyn pinta on kuiva, voit tarkastella sitä hämärässä hehkulampun valaistuksessa. Jos pinta on tasainen ja pölytön, voit kokeilla valotusta. 2. Valotus: Aseta levy pöydälle, filmi levyn päälle (tarkista että tulee oikein päin eikä peilikuvana!) ja näiden päälle lasilevy sekä painot, jotta filmi painuu tiukasti levyä vasten. Jos käytät 300W UV-lamppua, suorita valotus noin 40 cm. päästä, noin 5 minuuttia riittää hyvin. Mikäli käytät loisteputkea, esim. Lival pöytävalo, suorita valotus noin 20 cm. päästä (ei lähempää), va- lotusaika tällöin noin 20 minuuttia. Valotusaika riippuu hieman lakkakerrok- sen paksuudesta ja tämänkin opettaa kokemus... Liika valotus ei silti hait- taa jos filmi on valoa läpäisemätön tummilta alueiltaan ja tiukasti painet- tuna levyyn kiinni. 3. Kehitys: Valotuksen suoritettuasi siirry esim. kylpyhuoneeseen suorittamaan kehitystä ja syövytystä. Kehitys on myös melko tarkka vaihe, eikä siihenkään voi antaa mitään yleispätevää ohjetta, kokemus opettaa tässäkin. Pensseli ja kumihan- sikkaat ovat kehityksessä ehdottomat. Natriumhydroksidia ei ole hyvä käsi- tellä paljain sormin, ja voimakkaampana se myös kirveelee sormissa. Suorita kehitys juoksevan veden läheisyydessä. Upota puolet levystä sekoittamaasi natriumhydroksidiliuokseen ja pidä sitä toisesta päästä kiinni kumihansik- kailla, samalla pyyhkien koko levyä kevyesti pensselillä. Huomaat kun kuva alkaa tulla esiin. Kehitysprosessi kestää yleensä 30-60 sekuntia, mutta liuoksen voimakkuus vaikuttaa tähän oleellisesti. Kun kehitystä ei enää ta- pahdu, huuhtele levy välittömästi juoksevassa vedessä ja anna sen kuivua. Jos kehitystä ei tunnu tapahtuvan (kuvaa ei tule), on kehite joko liian lai- meaa taikka valotusaika liian lyhyt. Jos taas kuva häipyy kokonaan (jää pelkkä kuparipinta), on kehite liian voimakasta taikka filmisi laskee valoa läpi myös tummista kohdista, taikka se ei ollut riittävän hyvin painettuna levyyn kiinni valotuksessa, ja valoa pääsi vuotamaan. Levyn kuivuttua voit tarkistaa kehityksen onnistumisen, kun katsot levyä va- loa vasten siten, että lakkakerros kiiltää. Kiiltoa pitäisi näkyä vain laka- tuilla alueilla ja muilta osin levyn pinnan pitäisi olla kuparin samea. Jos kiiltoa näkyy myös kuparin päällä, voit kehittää levyä vielä hieman, sillä kupari pitää olla aivan puhdas siltä alalta mistä se halutaan syövyttää pois. Tässä vaiheessa näet myös mahdolliset pölyjen aiheuttamat katkokset levyssä. Voit tarkistaa levyn perin pohjin ennenkuin alat syövyttää sitä, sillä tämä vaihe on viimeinen mahdollisuus aloittaa levy alusta uudelleen! 4. Syövytys: Syövytysvaihe suoritetaan sekin kylpyhuoneessa juoksevan veden lähetyvillä. Valmis kehitetty piirilevy (taikka piirilevytussilla piirretty) upotetaan kokonaan ferrikloridiliuokseen. Liuosta kannattaa liikutella esim. astiaa liikutellen, se nopeuttaa prosessia huomattavasti. Samoin liuoksen lämmit- täminen, kuten aiemmin jo todettiin, nopeuttaa prosessia. Syövytys kestää liuoksen voimakkuudesta ja iästä riippuen alle 10:stä minuutista ylöspäin jopa tunteihin, jos liuos on todella heikkoa. Kumikäsineet ovat välttämätön apu levyn edistymistä tutkittaessa, ellet halua sormien värjäytyvän. Levyä uitetaan lioksessa kunnes kuparia ei enää ole niillä alueilla joissa suoja- maalia ei ole. Tämän jälkeen levy huuhdotaan juoksevassa vedessä huolelli- sesti, annetaan kuivua ja sen jälkeen maali/lakkakuvio poistetaan SINOLilla. Ferriclorid ja kehite on syytä laittaa tässä vaiheessa pois, jottei niiden kanssa sattuisi haavereita lasten tai kotieläinten suhteen. Katso myös tar- kasti varsinkin syövyttämisessä käyttämäsi tila (kylpyhuone) ettei ferriclo- rid-roiskeita ole jäänyt mihinkään. Jos roiskeet pääsevät kuivumaan esim. kylpyammeen pintaan, jää niistä ruskeankeltaisia läikiä jotka eivät irtoa millään! Kannattaa siis olla siisti tässä vaiheessa. Kummatkin nesteet, sekä kehite että ferriclorid, kannattaa varastoida vaikkapa litran limsapulloihin ja säilyttää pullot lasten ulottumattomissa, sillä kumpikin aine on hengen- vaarallista myrkkyä nautittaessa!! 5. Poraus: Kun levy on syötyetty ja lakat puhdistettu, on aika porata reiät komponent- teja varten. Piirilevykuvat on yleensä tehty siten, että kuparifolioissa on valmiit ympyrät reikiä varten, jolloin esimerkiksi IC-piirin kannan porauk- set onnistuvat tarkkaan. Jos taas teit levyn piirilevytussilla, on sinulla kopiointivaiheessa piikillä tehdyt kolot porausapunasi. Joskus myös valoku- vaustekniikkaa käyttävä saattaa joutua tekemään alkukoloja piikillä, jos fo- lioissa ei ole valmiina reiän paikkoja. Muuten on vaarana että pora lähtee vaeltamaan ja reikä tulee väärään paikkaan.
Kuva: Piirilevypora Poraamista varten tarvitset erityisen piirilevyporakoneen sekä eri kokoisia teriä. Teriä saa elektroniikkaliikkeistä, ja käytännöllisimmät koot ovat 0.5 mm. (IC-kannat), 0.8 mm. (muiden komponenttien reiät) ja 1 mm. (johtojen ja suurien komponenttien reiät). Poraamisessa olisi suositeltavaa käyttää suo- jalaseja, sillä kun terä on alle millin paksuinen, se voi katketa melkein itsestään.
Kuva: Poranteriä Porattuasi kaikki reiät on levy sitten viimeinkin valmis! Omatekoiselle le- vylle voi ylpein mielin alkaa kasailla vaikkapa ensimmäistä laitettaan. Yhteenveto tarvikkeista Valokuvaustekniikalla: - Astiat kehitteelle (säilytystä sekä käyttöä varten) - Lamppu 300W Ultra-Vitalux ................................. 200-300 mk. - Lasilevy (ikkunalasien jätelapat ym. sopii hyvin) ........... 5-50 mk. - Natriumhydroksidia (apteekista, 100g riittää) ............... 20-40 mk. - Pensseli .................................................... 10-20 mk. - Positiv 20plus valokopiolakkaa tai valoherkkää piirilevyä ... 20-60 mk. Tussitekniikalla: - Piirilevytussi (Decon-Dalo kynä) ........................ Bebek: 19 mk. - Piikki Molemmilla: - Astiat ferricloridille, muovi tai lasi - Ferriclorid 1/2 kg. pussi ............................ Bebek: 17.50 mk. - Piirilevyä .................................................. 10-50 mk. - Piirilevypora ............................................. 100-300 mk. - Poranterät .................................................. 10-30 mk. - SINOL (Saa esim. maalikaupasta, litran pullo) ................. 15 mk. - Suojakäsineet, emäksen(lipeän) kestävät ..................... 15-30 mk. Kotelointi Kun laite on kasattu piirilevylleen taikka reikälevylle, tulee se koteloida asianmukaisesti. Tämä nostaa laitteen käyttöarvoa ja toimintavarmuutta huo- mattavasti, sillä pelkkänä piirilevynä ympäriinsä olevat kytkennät ovat to- della arkoja rikkoontumaan, lisäksi joissakin tapauksissa ne ovat arkoja häiriöille taikka aiheuttavat itse häiriötä esim. radioon. Koteloon voidaan sijoitella laitteen kytkimet, liittimet ja merkkivalot omaa mielikuvitusta käyttäen, samoin koteloita löytyy kaiken näköisiä, kokoisia ja värisiä, jo- ten jokainen voi valita sellaisen kuin haluaa. Samoin löytyy muovista ja me- tallista sekä sekalaista (muovia mutta etu- ja takapaneelit metallia ym.)
Kuva Sellaiset laitteet, jotka eivät aiheuta radiohäiriöitä, voidaan vallan hyvin rakentaa muoviseen koteloon. Tietokonelaitteet, logiikkaa sisältävät ja muut radiohäiriöitä aiheuttavat aina metallikoteloon. Muovisissa koteloissa on monesti valmiina ruuveille ulokkeita, joihin voi ruuvata piirilevyn kiinni. Siksi piirilevyyn ei kannata porata kiinnitysreikiä ruuveille ennenkuin on tiedossa millainen kotelo laitteelle tulee. © Esa Heikkinen 30.8.1994