Сьогодні ми будемо говорити про таку технологію, як виготовлення друкованих плат в домашніх умовах з використанням плівкового фоторезиста.
Примітка. фоторезист - полімерний (плівковий або аерозольний) світлочутливий матеріал, який наноситься на підкладку (основу) методом фотолітографії, утворюючи на ній малюнок (вікна) для їх подальшої обробки травяно або фарбувальними речовинами.
В принципі, існує кілька методів для виготовлення друкованих плат в домашніх умовах. Перерахуємо їх у порядку зручності (від менш зручного до більш).
- Найстаріший і самий менш точний метод це нанесення малюнка на плату за допомогою лаку. Таким методом намалювати плату можна, але виникнуть серйозні проблеми з відтворюваністю і тонкими доріжками. Таким методом неможливо намалювати доріжки під корпус TQFP-32.
- Більш свіжим методом є «лазерний праска» (ЛУТ, лазерно-прасувальну технологія). Таким способом вже можна робити плати і досить серйозні, але гарною відтворюваності у мене домогтися не вийшло. (Періодично тонер погано перекладається або розпливається). Даним методом доріжки тонше 0,5 мм робити і не намагався. 0,7 виходить відносно стабільно.
- Самим, на мій погляд, привабливим способом виготовлення плат в домашніх умовах є використання плівкового фоторезиста. Даним методом у мене впевнено виходять доріжки 0,2 мм і відстань між доріжками 0,2 мм. Про нього і поговоримо.
Для роботи нам знадобляться наступні речі:
- Фольгований склотекстоліт.
- Плівковий фоторезист (в моєму випадку негативний)
- тонка голка
- сода
- УФ лампа (у мене економка на 26 ват)
- Плівка для струменевого принтера (можливо використовувати і лазерний принтер, але для цього потрібна спеціальна плівка та й тонер лазерного принтера більш прозорий)
- Струменевий принтер (лазерний)
- Розведена друкована плата (для цього підійде будь-яка програма, в якій вам буде зручно працювати. Особисто мені подобається PCB Layout)
- Гумка.
- Канцелярський ніж (шпалерний ніж або лезо)
- Оргскло (прозора частина від коробки для дисків)
- Дві ємності (одна обов'язково повинна бути пластикової)
- Надфиль
- Ножівка по металу або ножиці по металу
- Лимонна кислота
- Перекис водню
- сіль
Перше що необхідно зробити, це підготувати фотошаблон. Як працювати з програмами для створення друкованих плат я розповідати не буду. Вони бувають різні і розповісти про всіх і нюансах роботи з ними буде проблематично. Розповім тільки те, що безпосередньо відноситься до друку плати.
При роботі з негативним фоторезистом необхідно при друку встановити галочку «негатив» при цьому доріжки стануть прозорими, а всі інші області зафарбувати чорним кольором. Далі необхідно відключити всі налаштування для економії чорнила (тонера). На плівку повинно потрапити якомога більше чорнила. Плівка для друку на струменевому принтері має дві сторони (глянцева і матова). Формувати зображення можна тільки на матовому боці. При роботі з фоторезистом віддзеркалює (як в ЛУТ-е) нічого не потрібно (це при створенні односторонньої плати). Для двосторонньої зворотну сторону потрібно віддзеркалити.
Ось так виглядає роздрукований фотошаблон. У моєму випадку плата буде двосторонньою. Тому і фотошаблона два. На фотографії нижній фотошаблон - це зворотна сторона плати і роздрукований він дзеркально.
На перший погляд, поєднати шаблони досить проблематично (по відношенню до ЛУТ-у це буде вірно), але при використанні фоторезиста це не складе великих труднощів! Це дуже просто зробити на тлі будь-якої лампи (підсвітивши плівку знизу). Після суміщення отворів, я скріплюю фотошаблон з трьох сторін степлером.
підготовка склотекстоліти
На першому кроці виготовлення друкованої плати в домашніх умовах ми вирізаємо текстоліт. Для цього я використовую ножиці по металу або ножівку по металу (хоча зібрався переходити на гільйотину). Потім краю обробляються надфілем.
Перед поклейка фоторезиста з текстоліту необхідно видалити всю грязь і оксиди. Для цього достатньо одного гумки і чистого паперу.
Ластиком ретельно обробляємо всю поверхню текстоліту. Після обробки пальцями не торкатися (може погано пристане фоторезист). Важливо що б на текстоліті не залишилося бруду, жиру, оксидів.
На фотографії видно оброблену ластиком частина і ще не оброблену. Після того як всю плату обробили ластиком вона полірується папером.
На фото погано видно, але права частина відполірована папером, а ліва ще немає.
Наступним кроком йде поклейка фоторезиста. Тут нам необхідно відрізати фоторезиста трохи більше, ніж заготівля з текстоліту. Фоторезист складається з трьох частин. З двох сторін прозора плівка, між якими і ув'язнений сам фоторезист.
Для початку необхідно тонкою голкою підчепити внутрішню тонку плівку (плівковий фоторезист продається в рулонах і намотаний стороною з тонкою плівкою всередину) і зняти її на кілька міліметрів (всю не знімати). Після чого фоторезист прикладається до заготівлі з текстоліту і м'якою тканиною (я використовую ватяні диски) розгладжується. Потім відклеюється ще трохи плівки і процес повторюється. Головне щоб фоторезист добре приклеївся до текстоліту. (Працювати можна при звичайному освітленні, головне, щоб не потрапляли прямі сонячні промені, а зберігати фоторезист потрібно в темному місці).
Далі кладемо текстолит нашої майбутньої друкованої плати з наклеєним фоторезистом на рівну поверхню, накриваємо фотошаблоном, а зверху все це справа - оргстеклом. Після чого включається ультрафіолетова (УФ) лампа для засвічення.
Час засвічення плати може змінюватися і його необхідно підбирати експериментально (в моєму випадку засвічення триває три хвилини). Для визначення часу засвічення робиться фотошаблон з цифрами 1, 2, 3, 4 ... (це хвилини) Накривається непрозорим матеріалом і кожну хвилину зсувається від більшого до меншого. Воно залежить від відстані від лампи до заготовки, товщини оргскла і потужності самої лампи (до речі засвічувати можна і не УФ лампою, а потужної «економкою»).
Відразу після засвічення ультрафіолетовою лампою друкована плата у нас може виглядати наступним чином:
Після засвіти плату необхідно прогріти. При цьому, малюнок стає більш контрастним. Для цього плата кладеться між двома аркушами білого паперу і прогрівається праскою на середній температурі протягом п'яти секунд.
На цьому етапі виготовлення друкованої плати необхідно відмити НЕ засвічений фоторезист. Для цього в ємність набирається трохи води, в яку додається сода (я роблю приблизно 100 мл води і чайна ложка соди). Тепер знімається друга захисна плівка з фоторезиста. Вона більш товста і голка тут не потрібно. Знімати необхідно акуратно, щоб не віддерти фоторезист з плати. На краях плати він може потягнутися за плівкою. В такому випадку, необхідно почати знімати плівку з іншого боку Плата поміщається в розчин, кожні три хвилини текстолит виймається і під струменем теплої води протирається м'якою губкою. Процедура повторюється до повного зняття не засвеченного фоторезиста.
травлення плати
Є безліч розчинів, в яких можна витравити плату. У кожного є свої переваги і недоліки. Мені подобається труїти плати в розчині лимонної кислоти в перекису водню. Даний метод мені подобається тим, що розчин не залишає плям, не смердить і взагалі більш екологічно чистий.
Для приготування розчину необхідно розчинити 30 грам лимонної кислоти, одну чайну ложку солі (виступає в якості каталізатора) в 100 мл перекису водню. Готувати розчин і подальше травлення плати необхідно проводити в пластиковій ємності, бажано на водяній бані. Я використовую два судки (пластиковий і металевий). У металевий судок я наливаю гарячу воду, а в пластиковому судки проводжу процес травлення. Труїться відносно швидко (близько 10 хвилин).
Ось як виглядає процес травлення друкованої плати в домашніх умовах:
А ось і практично готова плата. На цьому етапі необхідно відмити залишився фоторезист. Для цього в ванночку наливаємо гарячу воду (близько 70-80 градусів) і розчиняємо в ній соду (соду не шкодувати, концентрацію робимо раз в п'ять більше). Ми залишаємо хвилин на десять, а далі відмиванням мочалкою (на цей раз можна терти жорсткої стороною)
Ось як виглядає наша плата після "миття":
свердління плати
До того як я почав робити плати, мене завжди лякав це питання. Тонким свердлом працювати не просто, а свердлильний верстат або дремель коштує грошей. Але після першої спроби я зрозумів, що цілком можна працювати свердлом діаметром 1 мм і звичайним шуруповертом (дрилем). На жаль для більш тонких отворів шуруповерт вже не підійде.
Зараз я свердлю саморобним свердлильним верстатом. Мінімальна свердло використовую діаметром 0,5 мм. (Для перехідних отворів).
Ось ще один приклад:
Лудить друкованої плати, пайка
Від цього етапу я планую відмовитися. Ні, я не кажу, що лудіння це зайве. Воно дуже навіть потрібно. Лудить захищає мідну доріжку від окислення. Просто хочу перейти на УФ маску. Плата виглядає набагато приємніше. Та й доріжка зовсім захована, що виключає коротке замикання (КЗ) по лініях.
Не вірте тим, хто каже, що для пайки (лудіння) потрібна паяльна станція. Я починав паяти 25-ти ватним паяльником з тонким жалом. І прекрасно справлявся з SMD 0805 і корпусами TQFP32. Зараз придбав паяльну станцію. Звичайно стало зручніше але незамінною річчю її назвати не можна. До речі зараз паяю жалом К-типу. Думав придбати собі мікрохвиль, але настільки дрібні корпусу мені не траплялися, а купувати жало так мені не хочеться. Та й жала для моєї станції коштують не дешево.
Для зручної пайки необхідно жало тримати в чистоті. Можна не витрачатися на заводські пристосувати, а зробити все самостійно. Металева мочалка допоможе прибрати зайвий припій з жала, а жорстка сторона звичайної мочалки, вимочений в аптечному гліцерині прекрасно підійде для зняття гару і окислившегося припою.
В процесі лудіння флюсу не шкодуйте. Після лудіння і пайки всіх компонентів плату необхідно промити. Для цього можна купити промивку для друкованих плат. А можна промити в суміші бензину «Калоша» і ізопропілового спирту (особливої концентрації я не дотримуюся) це і буде заводська промивка для друкованих плат, тільки набагато дешевше.
Підсумок усього сказаного вище: виготовлення друкованих плат в домашніх умовах - цілком реальне і (що важливо) не сильно витратне в фінансовому плані підприємство, яке може дозволити собі кожен! Природно, якщо Вас цікавить дана тема?
