PNP Kağıdı ile Baskı Devre Yapımı (Hem de Çift Taraflı)

Bu yazının konusu, başlıktan da anlaşılacağı üzere internette 80bin tane baskı devre yapımını anlatan kaynağa bir tane daha eklemek. Fakat bu yazının diğerlerinden farkı biraz hüzünlü bir yazı olması.

Zaten kendiliğinden uzun bir yazı olacak o yüzden bari girişi fazla uzatmayayım. PNP kağıdı (press and peel) baskı devre yapımında şu ana kadar denediğim yollar arasında en pratik ve en iyi sonuçları aldığım yol. Onbeş yıl içerisinde devreyi asetat kalemiyle bakırlı plaketin üzerine çizmekten, Positive20'ye kadar bir çok yolu denedim. Kalemle çizmek iğrenç görünümlü devreler yapmak için vazgeçilmez çözüm. Positive20 ile veriyolları olan bir devreyi yapmak olanaklı ama doğru pozlama süresini bulmak için en az 4-5 NaOH banyosu yapmak gerekmişti. Bu denemelerden sonra uzunca bir süre beni tatmin edecek bir yol bulamadığımdan, kafamda (yada PCAD'le) tasarladığım devreleri kendim yapmaktan vazgeçtim. Bu arada Karaköy'de az sayıda devreyi basan firmalar da var.

PNP kağıdı dediğim aslında asetat gibi A4 boyutlu bir kağıt ancak tek tarafında mavi pudra gibi bir kaplaması var. Lazer yazıcıdan kağıdın mat olan kaplamalı yüzüne çıktı almak gerekiyor. Ondan sonra lazer baskısı sıcaklıkla kolaylıkla bakırlı plakete transfer edilebiliyor. Internetteki bazı kaynaklarda PNP kağıdına para vermeyin kuşe kağıt hatta dergi kağıtları bile iş görür yazıyor. Ben kuşe dergi kağıdıyla denediğimde toner baskısının yarısı kuşe kağıda yapışık kaldı. Demir3klorüre atmak için yeterli kalitede değildi. Diğer yandan internetteki kaynaklarda dergi kağıdı kullanın denmesinin nedeni dergi kağıdının neredeyse bedava olması. PNP kağıdı Karaköy'de yada Yazıcıoğlu'nda 25TL civarına satılıyor. Üstelik eğer kağıdın tamamı kullanılmayacaksa geri kalanını atmak gerekiyor yada kalanını kullanılabilir duruma getirmek için kırk takla atmak gerekiyor.

Bu kadar girizgahtan sonra konuya geleyim. Bu defa, daha önce çok isteyip bir türlü cesaret edemediğim çift taraflı baskı devre yapmaya karar verdim. Çift taraflıyı yapmak tek taraflıdan daha zahmetli ancak çift taraflıyı yapan tek taraflıyı rahatlıkla yapabilir yada başka bir deyişle burada anlatılan teknikle tek taraflıyı yapmak zaten daha kolay. Benim yaptığım devre biraz karmaşık olduğundan [ http://electronics-diy.com/lc_meter.php ] PCAD'de tek taraflısının yollarını çizdiremedim. İki üç köprüyle halledilebilecek gibi bile değildi. Diğer taraftan yapan adam sayfasında tek taraflısını yapmış hem de benimkinin yarısı boyutunda bi plaket kullanmış. O da biraz benim kazmalığımdan. Zaten en son bir durum değerlendirmesi de yapacağım bu konuyla ilgili.

İlk yapılması gereken baskı devreyi bilgisayarda çizip çıktısını almak. Resimde de görüldüğü gibi ben daha önce daha ufak bir devre yaptığım PNP kağıdını kullandım. PNP kağıdı kullanıldığında mavi kaplaması üzerindeki baskıyla birlikte bakırlı plakete aktarılıyor. Dolayısıyla o alan boşaldığından kullanmak olanaklı olmuyor. Elbette ki çoğumuz A4 boyutunda devreler yapmıyor. Ben bu durum için şöyle yapıyorum: Üst katmanın çıktısını kağıdın soluna almak için çizimde plaketin sağına üst katmanda yer alan bir çizgi ekledim (plaketin dışında). Aynı şekilde alt katmanın çıktısını da aşağı kaydırabilmek için sadece alt katmanda bulunan bir çizgiyi çizimin altına ekledim. Kağıda aldığım deneme çıktısında aşağı ötelemek için kullandığım çizgi görünüyor.

İlk adım: PNP kağıdına çıktı almak.

Burada çift taraflı çizim için bir zorluk da eğer iki tane PNP kağıdı yoksa aynı kağıda iki kere çıktı almak zorunda olmak. Dolayısıyla çıktıların yanlışlıkla üst üste binmemesi için mutlaka müsvedde kağıda çıktı almayı tavsiye ederim. Yapılacak en ufak bir hata 25 TL'ye mal olabilir. Üstelik kağıttaki çıktı, devre elemanlarının bacaklarının tam oturup oturmadığını yada ince yolların düzgün görünüp görünmediğini yada birbirlerine değip değmediğini kontrol etmek için de yararlı. Bu arada çok önemli bir hatırlatma; üst katmanın çıktısında ayna görüntüsü, alt katmanın çıktısında normal çıktı almak gerekiyor.

Düzgün bir çıktı aldıktan sonra ilk yapılması gereken her iki tarafı bakırlı plaketi cifle iyice temizlemek. Cif plaketteki yağ birikintilerini alıyor ve hafif kumlu olduğundan çok ince zımpara gibi temizliyor. İnce zımparayla temizlemek de olanaklı ama bence cif daha iyi sonuç veriyor. Çift taraflı devre için PNP kağıdını her iki taraf için bakırlı plakete uygun kesip önce tek bir tarafını mümkün olan en az sayıda bant kullanarak sabitledim. Az bant kullanmak önemli çünkü ütüyle baskı yaparken bantların zamkı eriyeceğinden uğraştıracaktır. Bunu yaptıktan sonra ütüyü iyice ısıtıp PNP kağıdının parlak tarafından ütülemek gerekiyor. Ütülerken önemli bir püf noktası da bir iki kat tülbent kullanmak. Tülbent üzerinden ütülemenin avantajı ütünün metalinin PNP kağıdını bozma yada kaldırma gibi bir riski kalmıyor. Diğer taraftan ütünün altı da bantların zamkıyla bozulmuyor ve ütülemek rahat oluyor. Üstelik sıcaklığı da daha düzgün dağıtıyor. Bakırlı plaketin üzerine iyice bastırarak yaklaşık 3dk kadar ütülemek gerekiyor. Ütüleme bittikten sonra da PNP kağıdını hemen kaldırmadan bakırlı plaketin iyice soğuması önemli. PNP kağıdını soğumadan kaldırınca baskı plaketin üzerine iyice yapışmadan kalkıyor. (Kağıdı kaldırırken kağıda yapışık kalıyor.)

Tülbent mühim.

Ben plaketin bir tarafını bastıktan sonra PNP kağıdını sökmedim. Onun yerine 0.5mm'lik via delme uçlarıyla baskı devrenin iki köşesinde baskı devrenin deliklerine karşılık gelen iki delik açtım. Diğer tarafı ütülerken kullandığım bantların zamklarını alkolle iyice temizledim. Temizlenmemiş plaket zaten resimde görülüyor. Bunların iyice temizlenmesi önemli çünkü alt tarafı ütülerken baskı yapışmayabilir yada demir3 klorürde zamklı parçalar erimeden kalabilir.

Kılavuz delikler ve zamk artıkları.

Açtığım delikleri diğer tarafın kılavuzu olarak kullanarak plaketin diğer tarafına ait PNP kağıdı parçasını yapıştırdım. Sonuçta her iki taraftaki delikler karşılıklı gelmeli. Çift taraflı baskı devre için bu adım en önemli adım. Eğer arka tarafla ön taraf arasındaki kayma 1mm'den bile daha fazla olursa bütün plaketi çöpe atıp herşeye yeniden başlamak gerekir. Üstelik işin kötü yanı yapılan hata bütün delikleri açtıktan sonra farkedilebilir. 

Diğer tarafı da iyice ütüledikten ve baskı devre iyice soğuduktan sonra PNP kağıtlarını kaldırdım. PNP kağıdının bakırlı plaket üzerindeki çıktısı resimdeki gibiydi. Resme dikkatli bakılırsa baskı devre üzerine yapışmayan kısımlar ve PNP kağıdında lazer baskının kaldığı kısımlar görülebilir. Örneğin alttaki PNP kağıdının üst köşesi çıkmamış, büyük olasılıkla orası ütülerken yeterince ısınmamıştı. Toprağa bağlı ızgara haricinde çok fazla çıkmamış yol yoktu. Özellikle mikrodenetleyicinin bacakları arasından geçen 0.5mm'lik yollar çıktıysa geri kalanları asetat kalemiyle baskı devre üzerinden düzeltmek daha kolaydı. Sonuçta görüldüğü gibi PNP kağıdıyla oldukça profesyonel görünümlü devreler yapmak olanaklı. Asetat kalemiyle yaptığım düzeltmelerden sonra ve demir3klorüre göndermeden hemen önce devre plaketi aşağıdaki resimdeki gibi görünüyordu:

Bu arada asetat kalemi sanırım baskı devre kalemi olarak da satılıyor ancak bildiğim kadarıyla baskı devre kalemi, devre yolları eridikten sonra çıkmayan yollar üzerinde düzeltme yapmak için iletken izler bırakan bir kalem. 

Bütün bu işler bittikten sonra baskı devreyi her zaman olduğu gibi demir3klorür banyosuna atıp yolları eritmek gerekiyor. Burada yine bilmeyenler için dikkat edilmesi gereken bir kaç nokta var. Eğer demir3 klorür sıcaksa daha iyi etki ediyor. Bunun için iki yol var. Birincisi çözeltiyi bir beherde ısıtmak ancak ısınırken sağa sola sıçrayabiliyor. Diğer yol da çözelti kadar kaynar suyla çözeltiyi ısıtmak. Bu daha iyi ancak çözeltiyi seyreltiyor. Her ikisi de etkili. Çözelti soğuk olsa bile sadece eritme süresi uzuyor. Sadece sabırlı olmak gerekiyor. Bu arada çizimler bittiğinde gece yarısıydı. O yüzden üstteki resimler daha karanlık. Banyoyu ertesi sabaha bıraktığımdan yandaki resim gün ışığında çekildi o nedenle daha aydınlık.

Banyo tamamlandığında toner ve PNP kağıdının mavi maddesi baskı devrenin üzerinde kalıyor (haliyle). Diğer kaynaklarda bunları temizlemek için aseton kullanın yazılmış. Aseton işe yarasa da bol bol aseton kullanarak en az 2-3 dk iyice ovalamak gerekiyor. Cif'le ovalamak da pek sonuç vermiyor. Zımpara kağıdıyla daha kolay temizleniyor ama zımpara kağıdıyla temizlemek de çok ince yollara zarar verebilir. Bütün olasılıkları saydıktan sonra ben kendi kullandığım yolu söyleyeyim; benzinle silmek özellikle Türkiye'de çok pahalı sayılabilecek bir yol olsa bile kaplamalar benzinle sanki toz alır gibi kolaylıkla temizlenebiliyor. 

Benzinle silinmiş, sabunla yıkanmış, kurulanmış. Tertemiz.

Devreyi temizledikten sonra delikleri delmeye başladım. Via'ları (iki yüzey arasındaki geçişler) delmek için 0.5mm'lik uçlar kullandım. Normal delikler için 0.8mm yada geniş ayaklı elemanlar için 1mm. Via'lar için normalde çok ince yüzük şeklinde deliğin içini dolduran metaller var. [ Bir via normalde nasıl olmalı? ] Başka bir yol da iletken bir boya kullanmak. Fakat maalesef bu kadar profesyonel malzemeleri ben İstanbul'da (her iki yakada da yani ne Karaköy'de ne de Yazıcıoğlu'nda) bulamadım. Belki de ben doğru kelimelerle aramıyorumdur. Bahsettiğim iletken boya şu video'da kullanılıyor ancak videoda yapılan yol benim için fazla profesyonel:

Bense çok daha basit bir yolla devrenin via'larından bi tel geçirip onu her iki tarafa da lehimledim. Delikleri delmek için delme tezgahı kullanıyorum. Delme tezgahıyla daha rahat deliniyor. Delikleri kolay delmek için baskı devreyi hazırlarken delikleri de boşluk olarak yazıcı çıktısına aktarmak gerekiyor. Yani baskı devre eritildiği zaman hiçbir pad'in ortasında bakır olmayacak, hepsinde bir delik olacak. Deliğin çevresindeki bakır çok hafif bir yükseklik sağlıyor böylece matkap ucunun sağa sola yalpalaması azalıyor. Bütün delikleri deldikten sonra alt ve üst tarafta ne kadar kayma olduğuna baktım. Diğer tarafta fazla kayma yoktu, en kaymış delik bile bir noktasında bakırla temas ettiğinden lehimi biraz bol kullanarak sabitlenebilirdi. Bir sonraki resimde artık deliklerin tamamının delinmesi bitmiş, vialar lehimlenmiş. Kuvvetli ışıkta son bir defa daha iki tarafın ne kadar birbirine örtüşüp örtüşmediğini denetlerken:

Örtüşme testinden hemen sonra devre elemanlarını lehimlemeye başladım. Elemanların daha yarısı lehimlendiklerinde, yavaş yavaş gerçek bir devre gibi görünmeye başlamıştı. Ancak sonradan acı bir biçimde fark edeceğim üzere çift taraflı baskı devre lehimlemek de tek taraflısını lehimlemek gibi basit bir iş değildi. Uzun bacaklı parçalar için hiç sorun yok ancak kısa bacaklı entegre soketi yada konektör gibi parçaları lehimlerken üst tarafta lehimlemek için yeterli yer kalmıyor. Bu arada normalde bu tür çift taraflı devreler "plated through hole" yani pad'lerin içerisinde de yüzükler olduğundan her iki taraftan da iyice lehimlemek gerekmiyor. Benim öyle bir olanağım olmadığından ben fakir çözümünü tercih ettim. Bu da şöyle; dirençleri, kondansatörleri lehimledikten sonra bacaklarının fazlasını çöpe atmıyorum. Normal teller (zil teli vb.) 0.6mm civarındayken parçaların bacakları 0.4mm civarında. İnce, ancak bir deliğe sokarken bükülmeyecek kalınlıkta tel de iş görür. Entegre soketini lehimlerken üst tarafını tamamen sokmayıp alt tarafta yalnızca tellerinin ucu görünecek kadar soktum. Böyle yapınca üst tarafta kalem havanın ucu girecek kadar yer kaldı. Bu iş için ucu temiz ve sivri bir havya gerekiyor. Ucu kütleşmiş bir havya varsa ucunu eğeleyip sivrileştirmek yada yenisiyle değiştirmek şart. İşe başlamadan önce lehim süngerinde iyice temizledim. Üst tarafı lehimlemek zahmetli olduğundan ne kadar az lehim yaparsam o kadar iyi. Bu nedenle üst tarafta bağlantısı olmayan bacakları not aldım. Sadece bağlantısı olan bacakları soketin plastiğini eritmeden ve bacakla yolun bağlantısı olduğuna emin olarak lehimledim. Hatta iş bittikten sonra multimetreyle temas olup olmadığını denedim. Buraya kadar herşey iyi. Sonra arka yüzü çevirip arka yüzdeki deliklere dirençlerden artan ince telleri sokup, soketin bacaklarına değdiğine emin olana kadar iyice bastırdım ve arka tarafından tekrar lehimledim. Bütün iş bittikten sonra arka taraftaki yolların temas edip etmediğini de denedim. Sonuçta herşey mükemmel çalışıyordu.

Bununla ilgili bir kolaylık daha tasarım aşamasındayken yapılabilir. Entegre soketi gibi çift taraflı baskı devrede lehimlemesi zorluk çıkaracak devre elemanlarının yollarının sadece alt tarafta kalmasını sağlamak için PCAD'de DIP soketin, tamamı üst katmanda yer alan tek bir keep-out alanı içerisine alınmalıdır. Böyle yapıldığında yollar otomatik çizilirken keep-out alanından geçirilmez. Keep-out alanı yalnızca üst katmanda yer aldığından autorouter program bütün bağlantıları alt katmanda yapmaya zorlanır. Eğer tek bir keep-out ile olmazsa her iki sıra bacağın aynı şekilde iki küçük keep-out alanına alınması da olanaklı ancak benim devremde her ikisi de yolların çizilmesinde sorun çıkarıyordu.

Daha önceki paragraflarda yazmamıştım; resimdeki DIP8 soket dibine tel sokularak lehimlendi fakat DIP18 soketi dalgınlıkla doğrudan tek taraflı gibi lehimlediğimden sökmem gerekti.

Lehim pompası ve sökülen entegre soketi

Yapılmış lehimi sökmek için lehim pompası yada lehim sökme pompası diye satılan aletler var. Alet yaylı bir pompa gibi, sıkıştırılıyor ve düğmesine basınca atıyor yani eski haline dönüyor. Eski haline dönerken içindeki piston ucundan havayı çekiyor ve lehim sıvıyken lehimi de emiyor. Sonra fazla lehimi biriktikçe içinden atıyor. Kullanması oldukça basit ve fiyatı da 15 TL civarında.


Lehim pompasını kullanarak DIP18 soketi söküp tekrar daha önce bahsettiğim gibi lehimledim. Çift taraflı devreyle çalışırken çok kolaylıkla hata yapılabiliyor. Bu nedenle bir lehim pompası yada başka bir lehim sökme çözümü olması iyi olur. Örneğin eğer arka taraftan sokulan tel üst tarafa değmezse söküp tekrar lehimlemek gerekecektir.

Benzer bir durum konektörde ve rölede de başıma geldi. Onları da biraz uğraşıp aynı teknikle alt katmandaki deliklerden tel sokarak sorunsuz lehimledim. Son olarak bir sıkıntı da muhtemelen amerikan ve avrupa standardının uyuşmaması nedeniyle yaşadım. PCAD'le çalışırken bir inç'in binde biri olan mil birimiyle çalışmak gerekiyor. Elbette tasarım için 1 mil çok küçük, ben çoğunlukla 100mil ve katlarıyla çalışıyorum. Örneğin hazır devre elemanlarından bir direnç 400 mil uzunlukta yani 10.16mm. PCAD, yolları çizdirirken genellikle 25mil'lik bir ızgara üzerinde çalışıyor ve 10mil'lik yollar kullanıyor. Yani birbirine yakın iki yol arası 0.635mm olabilir ve yolun kalınlığı da 0.254mm olabilir. Elbette bu kalınlıklar kısıtlı da olsa değiştirilebiliyor yada otomatik yol çizimi işlemi bittikten sonra elle ayarlanabiliyor.



PCAD'de konektörlerin pinleri arası 100mil olarak tanımlanmış yani 2.54mm. Ancak benim satın aldığım konektör muhtemelen avrupa standardı kullandığından bacakları arası 2mm civarındaydı. Daha kesin ölçüm yapabilmek için 10 pin arasındaki uzunluğu ölçtüm ve yaklaşık olarak 2cm buldum. Bu da demek oluyor ki buna dikkat etmek gerekli. Ben konektörü amacına uygun kullanmadığımdan (kondansatör oturtmak için kullanıcaktım) altı pini birden lehimlemek yerine 3+3 biçimde lehimledim. Yalnızca üç bacak olduğundan pinleri fazla eğip bükmeme gerek kalmadı. Yaptığım başka bir yanlışlıksa LCD ekranı, doğru dürüst dişi ve erkek konektörlerle bağlamak yerine 40 kanal IDE kablosunu biraz yamultarak kullanmak oldu. Konektör kullansaydım lehimlerken çok fazla uğraşmam gerekmeyecekti.

Tüm devre elemanları lehimlendiğinde devre kartının son durumu resimdeki gibiydi.

Buraya kadar baskı devrenin yapılışını anlattım. Daha sonra PIC16F84A'nın kodunu yazdırıp onu da taktım. Yazının en başında bahsettiğim hüzün hani nerede diye soracak olursanız asıl hüzün zaten bundan sonra başlıyor. Maalesef devreye elektrik verdikten sonra devre çalışmadı. Devrede bir sorun yoktu ancak büyük olasılıkla lehimleme yada çizimde yaptığım bir hatadan dolayı devreyi çalıştıramadım. Devre çalıştığında maalesef aşağıdaki gibi saçmaladı:

Mutsuzluk.

Maalesef hayat bazen ne yapmak gerektiğini değil ne yapmamak gerektiğini öğretiyor. : ) Gelelim He-Man sonundaki Orko gibi ders çıkarma kısmına. Öncelikle devrenin çalıştığına eminim çünkü hiçbir devreyi protoboardda yapmadan baskı devresini kurmam. Birinci hata burada oldu. Yandaki resmin tarihine baktığımda 08.07.2012'ydi. Devre şemasını PCAD'e taşıdım ancak bir türlü tek taraflı yolları çizmeyi başaramadım, hemen çift taraflı çizime girişmeden önce biraz daha deneyeyim dedim, dolayısıyla sonraya erteledim. Ondan sonra araya CCNA sınavı girdiğinden fazla bakamadım ve tekrar projeye döndüğümde aradan 4-5 ay geçmişti. Internetteki devre şeması nasılsa internette durur diye diskime kaydetmedim fakat tekrar aradığım zaman şemanın ikinci versiyonu yayınlanmıştı (Şu anda üçüncü versiyonu var). Şemada çok fazla değişiklik yoktu ancak bazı bağlantılar değişmişti. Diğer bir hata da PCAD'e devre elemanlarını eklerken elemanların değerlerini yazmadım (direnç 100 ohm, kondansator 1mF gibi). Çizimlere tekrar geri döndüğümde 19 Ocak'tı ve devre şemasını da bulamayınca elimde sadece delikler ve deliklere hangi elemanın lehimleneceği bilgisi kalmıştı. Yeni şemadan eskisini çıkarmaya çalıştım ancak bazı yerlerde tahmin yürütmek zorunda kaldım. Bu arada eski şemada bazı elemanların değerleri açık olarak üstüne yazılmamış, örneğin C3 için açıklamada bu kondansatör için C1'le aynı değerde seçin gibisinden açıklamalar vardı. Bunları ben kendim tahmini değerleriyle protoboard'u oluşturmuştum.

Çıkarılacak birinci ders, devre şemasını asla atma ve internetteki kaynakların değişmeyeceğine güvenme. İkinci ders şemaya sonradan yapılan bütün eklemeleri şemaya ekle ve baskı devreyi tasarlarken mutlaka devre elemanlarının değerlerini de yaz. Normalde seri üretim devrelerde devrenin bir tarafına bakır katmanın üzerine hangi elemanın lehimleneceği bilgisi bulunur ancak elle üretirken boya katmanını yapamadığımdan çok dikkate almıyorum aslında almak lazım. Kodun içine yorum yazmak kadar önemli bir durum. Bir tavsiye de bu kadar uğraşmaktansa dealextreme.com'dan Çin malı kondansatör/bobin ölçer almak daha pratik. "Capacitance Inductance Meter" diye aratınca bir sürü çeşidi çıkıyor.

Sonuçta devrenin çizilip üretilmesi arasında geçen 2 aylık sürede ayırabildiğim bütün boş zamana yazık oldu. Bundan sonra devrenin hatasını anlamaya çalışacağım. Protoboard üzerindeyken LCD ekranın aydınlatması vardı ancak baskı devre üzerinde arka plan aydınlatması gelmiyordu. Dolayısıyla +5V bazı yerlere gitmiyor olabilir yada yanlış yere lehimlenmiş yüksek dirençli bir eleman nedeniyle onun ötesinde elektrik gitmiyor olabilir. Son olarak, devreyi indirdiğim yerde PIC'in kaynak kodu var mı bilmiyorum ama ilk versiyondaki kod bende vardı. PIC'i programlarken bu kodu kullandım.