Изготовление печатных плат фотоспособом


Предисловие для тех, кто совсем не знает - суть процесса в двух словах: заготовка печатной платы - это медная фольга толщиной 18 (реже - 35) микрон, наклеенная на изоляционный материал, чаще всего современный материал стеклотекстолит, реже - текстолит, гетинакс или фторопласт.
Чтобы получить так называемые "печатные проводники", как будто бы их напечатали в типографии, ненужную медь стравливают активным раствором с незащищённой лаком поверхности. Для того, чтобы сформировать рисунок лаком, есть много способов. Здесь рассматривается фотоспособ: при помощи специального светочувствительного лака-фоторезиста формируются дорожки. Перед засветкой на обработанную таким лаком плату накладывают предварительно изготовленный фотошаблон и засвечивают заготовку ультрафиолетом. Там, где рисунок на шаблоне лак не защищал, фоторезист меняет свойства и впоследствии легко смывается щелочным раствором. Там, где он был прикрыт темными участками фотошаблона, лак с щелочным раствором не реагирует. После окунания в щелочной раствор медь на незащищенных участвах оголяется и затем легко стравливается травящим раствором, в роли которого чаще всего используют хлорное железо.
Процесс довольно прост и используется в основном для штучного и мелкосерийного производства печатных плат.

Изготовление засветного столика

  • УФ-лампа Camelion LH9-U/ «Blacklight» (длина 167 мм, цоколь G23),  артикул Л3185 , 4 шт. В качестве альтернативы подойдут отечественные КЛ-9/УФ артикул Л3111, но качество их в последнее время очень низкое, а цена - выше.
  • Дроссель для компактных люминесцентных ламп универсальный L11D Helvar (7/9/11 Вт, пр-во Финляндия) артикул С6125, 4 шт.
  • Патрон G23 403/VL на горизонтальную поверхность для компактных люминесцентных ламп («AAG Stucchi») артикул Р1073, 4 шт.
  • Гнездо IEC320 со встроенным предохранителем - 1 шт.
  • Выключатель 2-х полюсный со встроенным неоновым индикатором - 1 шт.
  • Провод гибкий марки ШВВП 3х0,75 (8.6x3.2мм, 0.049кГ/м, Подольсккабель), артикул П2418 - 3 метра, для монтажа.
  • Форма для выпечки, размер примерно 20х27 см (куплена в Ашане за 120 рублей) в качестве корпуса.
  • Несколько изолированных ножевых клемм под обжим для надевания на сетевое гнездо и на выключатель.

Подготовка заготовки фольгированного стеклотекстолита

Заготовку необходимо обрезать по размеру чуть больше, чем надо (достаточно дать припуск 3...5мм на растекание лака), затем под струей холодной воды самой мелкой шкуркой, например, №180, отшкурить до состояния блестящей меди. Протереть насухо бумажным полотенцем, свежевыстиранной ветошью (обезжиренной и неворсистой), затем просушить. Шкурить можно и всухую, но потом руки и всё вокруг будет в мелкой медной пыли, имеющей неприятный запах. Очень удобно также шкурить абразивной (шлифовальной) строительной губкой (см.фото.)


Абразивная губка бывает разной зернистости, №40, №120, №180, №240, №360, выбирать следует самую мелкую из доступных, хотя бы №180, а лучше всего №320.

Нанесение фоторезиста

Типов фоторезиста существует много, здесь рассматривается жидкий фоторезист в аэрозольной упаковке POSITIV 20 фирмы CONTACT CHEMIE (Бельгия), встречающийся в продаже чаще всего. ВНИМАНИЕ! СОСТАВ СОДЕРЖИТ ФЕНОЛ-ФОРМАЛЬДЕГИДНУЮ СМОЛУ И ОЧЕНЬ ВРЕДЕН! РЕКОМЕНДУЕТСЯ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ОСВЕЩЕНИИ ИЛИ В ХОРОШО ПРОВЕТРИВАЕМОМ НЕЖИЛОМ ПОМЕЩЕНИИ! Лаковая пленка POSITIV 20 очень устойчива к сильным кислотам и препаратам для травления, может использоваться при травлении стекла плавиковой кислотой (HF); однако очень легко удаляется растворителями (амил-, бутил- и этилацетаты, кетоны, ацетон) а также щелочью. Фоторезист имеет наибольшую фоточувствительность к ближнему ультрафиолету (длина волны 340-420 нм).

Наносить лак равномерными движениями достаточно тонкой пленкой в ОБЕСПЫЛЕННОМ помещении при искусственном рассеянном освещении. Более желательно освещение лампами накаливания, чем люминесцентное, хотя фоторезист по некоторым данным набирает фоточувствительность с высыханием (не проверено). Температура воздуха желательна пониже, около 18-20 С, без сквозняков, также стоит охладить и саму плату, это обеспечит лучшую растекаемость. ПЛАТА ДОЛЖНА БЫТЬ ПОЛНОСТЬЮ ОБЕЗЖИРЕНА! Все неудачи с неравномерностью слоя лака или его излишней толщиной и нерастекаемостью связана либо со слишком высокой температурой в помещении, либо с жирными пятнами на поверхности фольги.

Замечательный результат дает такой способ "грунтования": брызнуть из баллона совсем чуть-чуть фоторезиста ("один короткий пшик") и затем, не давая высохнуть, смыть кляксу ватной подушечкой, смоченной в ацетоне. При этом протереть всю поверхность фольги. Не могу объяснить суть этого "грунтования", но лак после такой операции отлично растекается и ложится абсолютно ровно, без клякс.

После нанесения лаковой пленки необходимо незамедлительно высушить ее в темноте. Температура сушки должна постепенно увеличиваться до + 70°С и сохраняться на таком значении примерно 15 минут. При использовании сушки на воздухе при температуре окружающей среды + 25°С время сушки должно быть не менее 24 часов, однако качество покрытия ухудшается и будет пригодно только для очень простых схем - в этом случае адгезия лака будет плохая и появится опасность налипания пыли и появления пор на поверхности. Покрытые лаком материалы могут храниться в темном месте при температуре + 25°С до 4 недель.

Изготовление фотошаблона

Фотошаблон проще всего распечатать на лазерном принтере на "прозрачной пленке для лазерных принтеров", например, Avery Zweckform Z3562 А4, 25 листов (продается в пачке и поштучно, не перепутайте с пленкой для струйников!); лучше всего будет распечатать 2 экземпляра и сложить их вместе, прихватив скотчем в паре мест, что значительно повысит контраст фотошаблона и обеспечит качественную пропечатку мелких деталей, особенно текстов и дорожек толщиной 0.3 мм и тоньше.

Технология позволяет уверенно изготавливать платы подобным способом с толщиной дорожки 0.1 мм и служебные линии толщиной 0.05 мм!

Засветка

Положить на ровную поверхность и прижать бутерборд из заготовки и фотошаблона оргстеклом толщиной 6мм, засвечивать 30-40 минут засветным столиком с лампами Camelion LH9-U/ «Blacklight» с расстояния 12см (установить засветный столик на подставках) для крупной платы длиной до 23см, или 15-20 минут для мелких плат размером менее 15х15 см, положив засветный столик прямо на стекло.
При отсутствии засветного столика УФ лампу можно ввернуть в любую настольную лампу "на ноге", бывают в продаже варианты ламп с классическим резьбовым патроном Е27; привесить на веревочках к потолку гаража и т.п. Но засветный столик удобнее, к тому же засветка от него мощнее и ровнее.

Проявка

Подготовка концентрата: чайную ложку с небольшой горкой (десертная ложка почти без горки) порошка KOH (едкий кали) растворить в 200 мл теплой (около 30-35 С) воды. В воде комнатной температуры КОН растворяется очень неохотно. Расход концентрата: 150мл пойдет на изготовление проявочного раствора, 50 - на смывку фоторезиста после процедуры травления. Состав проявочного раствора: смешать непосредственно перед употреблением 500 мл воды комнатной температуры и 100-150 мл концентрата KOH комнатной (около 20 С) температуры. Получившийся раствор будет иметь около 15...20 грамм КОН на литр воды, это оптимальное значение, полученное практически путем в моей практике; производитель рекомендует 7...10 грамм на литр.

Проявка идет очень быстро - 20...40 секунд, максимум - одна минута; при этом с засвеченных участков лак смывается как будто это водные фиолетовые чернила. Если проявка идет вяло и за 10-15 секунд ничего не произошло - это означает, что раствор KOH слишком слабый - попробуйте БЫСТРО вытащить плату из раствора, увеличить концентрацию, долив немного концентрата, перемешать раствор и погрузить плату обратно. Если дать время больше больше - может пойти растворение или разрыхление слоя лака на незасвеченных участках, это может привести к подтравливанию. Слишком слабый раствор не будет экспонированный лак снимать вообще, слишком концентрированный раствор смоет всё, и экспонированное, и неэкспонированное - и очень быстро.

По окончании проявки - сразу, в течение нескольких секунд, промыть будущую плату под струёй воды, держась за торцы и не касаясь пальцами поверхности. Лак не тереть, обычно он держится крепко, но может отскочить или смыться.

РАСТВОР KOH НЕ ХРАНИТСЯ БОЛЬШЕ ЧАСА!

Травление

Растворить в горячей воде или кипятке 2-3 чайные ложки порошка хлорного железа Fe2Cl3 в пропорции на 200 мл воды на каждый 1 дм фольги при средней плотности рисунка печати проводников. Брать кристаллы неметаллической ложкой!

Травление хорошо проводить в горячем растворе (можно кристаллический порошок хлорного железа залить кипятком, дождаться полного раствореняи кристаллов и аккуратно, небыстро, равномерно вылить на плату прямо горячим. Травление вести при интенсивном перемешивании раствора (покачивании ванночки). Травление в горячем растворе длится около 10-20 минут.

Затем раствор хлорного железа следует тщательно промыть. ОСТОРОЖНО! Пятна хлорного железа, особенно высохшие - прекрасный краситель, с одежды не отстирываются и не смываются ничем.

Заключительные процедуры

Чтобы не связываться с ацетоном, снятие оставшегося лака можно проделать оставшимся концентратом щелочи KOH (оставшиеся 50 грамм), просто погрузив её на несколько секунд в раствор. Лак сходит на глазах за несколько секунд. Затем плату необходимо тщательно окончательно промыть в проточной воде несколько минут и просушить. Затем, обрезать точно по размеру, подровнять край и покрыть перед сверловкой нейтральным или слабоактивированным флюсом, например, ЛТИ-120, защитив медь от окисления воздухом.

После высыхания лака (примерно час, лучше ночь) можно сверлить отверстия.

Фотографии конструкции засветного столика

Крупное фото открывается на клик в отдельном окне.



Примеры получившихся печатных плат

Крупное фото открывается на клик в отдельном окне.

drupal stats

View My Stats
Comments