Работа с фоторезистом: Изготовление печатных плат с помощью фоторезиста

Изготовление печатной платы с помощью пленочного фоторезиста.

РадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >

Изготовление печатной платы с помощью пленочного фоторезиста.

Итак, для работы нам понадобятся следующие материалы и инструменты:
1. Фольгированный стеклотекстолит.
2. Пленочный фоторезист.
3. Небольшая иголка.
4. Кальцинированная сода.
5. Ультрафиолетовая лампа на стандартный патрон 220V.
6. Пленка для струйного принтера.
7. Компьютер, струйный принтер, программа для разводки печатных плат.
8. Стирательная резинка.
9. Ножницы.
10. Стекло толщиной 4 мм.
11. Пластиковая емкость.

Для начала нам необходимо изготовить фотошаблон, через который мы впоследствии будем делать экспонирование нашей будущей печатной платы.
Открываем программу для создания печатной платы, тут предпочтения у каждого свои кто то любит P-CAD кто то Eagle сам же я предпочитаю платы делать в Sprint-Layout 4.

0. В программе открыли файл будущей печатной платы.

проверили что нет косяков неразведенных цепей и прочего. Провели, нет ничего вызывающего сомнения можно идти дальше.

Нажимаем на кнопочку, и открывается окно для вывода на печать.

Т.к фоторезист негативный (белые области на черном поле) то необходимо поставить соответствующую галочку напротив опции негатив, а также отключить ненужные при печати слои.

Также следует подумать над тем отображать зеркально изображение при выводе или нет т.к пленка для струйного принтера имеет только одну рабочую сторону и этой стороной необходимо будет прикладывать впоследствии к заготовке, для того чтобы увеличить контрастность и исключить боковую засветку. Сам обычно рисую на слое Ф2, а надписи располагаю на слое М1, так что в моем случае ничего отзеркаливать не надо.

Теперь жмем кнопку и открывается окно настроек принтера, тут уж у кого как, я например, использую струйный принтер Canon Pixma 1000.
В настройках принтера ставим галочки как на рисунке:

Нажимаем кнопку "Задать" и в открывшимся окошке сдвигаем ползунок интенсивности до упора вправо.

В результате этих действий мы говорим принтеру, что бы он лил побольше краски на те участки, которые будут черными. Далее жмем на кнопочку ОК, в окошке настройки цветов, и кнопку ОК в свойствах принтера.
Таким образом, мы создали фотошаблон, настроили принтер и все это дело у нас готово к печати.
Берем пачку с пленкой

достаем лист и ставим в принтер.
Помним, что у пленки для струйного принтера только одна сторона рабочая. Она МАТОВАЯ, определить ее очень просто к ней липнут пальцы.
Печатаем наш фотошаблон.

После того как напечатали, откладываем, куда-то в сторону минут на 10, чтобы дать ему просохнуть

Пока сохнет наш фотошаблон займемся подготовкой стеклотекстолита и нанесем на него фоторезист.

Из заготовленного ранее стеклотекстолита вырезаем небольшой по размерам кусочек, в идеале примерно с припуском 3-5 мм, больше с каждого края,чем размеры нашей будущей платы.

Берем стирательную резинку

и тщательно проходимся по всей поверхности фольгированного стеклотекстолита. Это необходимо для того, чтобы убрать все пальцы, грязь и прочее, а также обеспечить хорошее прилегание пленочного фоторезиста. После того как прошлись по стеклотекстолиту стирательной резинкой, сдуваем все оставшиеся, после этого пылинки и остатки резинки. Промывать все это ацетоном или каким-то растворителем нельзя, не ляжет фоторезист, если что-то сдуть не получилось, то проходимся чистенькой тряпочкой. Не касаясь очищенной поверхности заготовки руками, (допускается держание за торцы) кладем на стол и отрезаем ножницами кусок фоторезиста.

После того как отрезали, берем иголку, и с матовой стороны подцепляем матовую пленку и сдвигаем ее примерно на 0,5 сантиметра при этом пальцами не касаясь клеевого слоя на самом фоторезисте.

Удерживая кусочек снятой пленки пальцами прикладываем его на край заготовки из стеклотекстолита и разравниваем пальцами с умеренным давлением для того, что бы пленка прилипла, как следует.

После того как пленка прилипла к краю пальцы правой руки помещаем с правой стороны под пленку, на тот кусочек матовой пленки, что снимали вначале.

Теперь, не спеша, правой рукой примерно по 2-3 мм вытаскиваем матовую пленку, одновременно пальцами левой руки прижимая и разравнивая ее по поверхности фольги. Торопиться тут нет смысла т.к чем лучше придавите, тем лучше она ляжет на поверхность фольги стеклотекстолита.
После того как пригладили всю пленку, излишки обрезаем и получаем стеклотекстолит, покрытый пленочным фоторезистом.

Пока мы занимались подготовкой стеклотекстолита и нанесением на него пленочного фоторезиста, наш фотошаблон, который мы приготовили ранее, напечатали на пленке и оставили сушить, подсох. Так что берем ножницы и вырезаем его.

Теперь у нас все готово для начала экспонирования фоторезиста через шаблон.
Берем ультрафиолетовую лампу, я например пользуюсь такой

Просто и экономично а главное городить ничего лишнего не надо. Это энергосберегающая лампа УФ света на стандартный патрон 220V.
Кладем на ровную поверхность стеклотекстолит с нанесенным на него пленочным фоторезистом, а сверху пленку с напечатанным шаблоном, стороной на которой печатали к фоторезисту, для чего это нужно и зачем это говорил ранее.

Сверху все это дело прижимаем стеклом вынутым из полки с книгами.

И поверх всего этого, я обычно ставлю две коробки с компактами, это обеспечивает еще лучший прижим фотошаблона к плате и определяет расстояние на которое удалена ультафиолетовая лампа от поверхности.
Время и расстояние подобрать под конкретную лампу очень просто. Берем маленький кусочек стеклотекстолита наносим на него фоторезист. Потом делаем шаблон, на котором пишем циферки 1,2,3,4,5,6,7,8, и т.д , это будет время в минутах. Ставим лампу, включаем, берем какой-то непрозрачный материал, например, еще один кусочек стеклотекстолита, и постепенно через указанные промежутки двигаем его постепенно закрывая части с циферками. После этого проявляем и смотрим на результат. Где он самый лучший, то время для этого расстояния и оставляем.

После этого включаем лампу на 10 минут.

Пока наша лампа будет светить в течение 10 минут и формировать нашу плату, пойдем в ванну и приготовим раствор для проявления фоторезиста.
В пластиковую посуду подходящего размера, куда поместиться плата, наливаем 0,25 литра воды (половина 0,5 л. бутылки из-под сока), температура воды не играет никакой роли, я наливаю прямо из-под крана. Достаем с полки пакетик с кальцированной содой. (Если у вас нет на полке кальцинированной соды, то его туда надо сначала положить, а уже потом доставать. Если же у вас нет полки, то дальше можно не читать - все равно ничего не получится. Прим. Кота)

Берем чайную ложку и набираем в нее соды, после чего тщательно до растворения всех комочков размешиваем ее в воде.

После того как вся сода растворилась, дожидаемся, окончания экспонирования, как помним, раньше оно у нас было 10 минут. Как только время вышло, снимаем стекло и наш фотошаблон. Берем плату и идем в ванную, при этом, не забыв захватить с собой иголку.

Придя в ванную, иголкой аккуратно подцепляем вторую (прозрачную) пленку и снимаем ее.

После того как сняли вторую пленку, кладем плату в пластиковую ёмкость с разведенной содой и ждем примерно секунд 30. По истечении этого времени, рисунок начинает проявляться, видны будущие дорожки и в тех местах, где дорожек быть не должно, фоторезист растворяется. Теперь берем ненужную зубную щетку и начинаем ей водить по нашей плате для того, что бы ускорить процесс смывания фоторезиста с ненужных нам участков.
Показатель того, что фоторезист смылся там, где надо, поверхность меди светлая и блестящая, как и до приклеивания фоторезиста.
После того как смыли весь ненужный фоторезист и оставили нужный, вытаскиваем плату из раствора соды и промываем под струей воды. Делается это для того, что бы смыть с поверхности платы проявляющий раствор. После того как промыли под струей воды, откладываем в сторону, и выливаем ненужный нам проявляющий раствор.

Теперь дело осталось за малым наливаем в другую пластиковую емкость раствор хлорного железа и травим. После того как протравили, вынимаем, снова промываем под струей воды, на этот раз для того, что бы смыть остатки хлорного железа.
Вот и весь нехитрый процесс, по окончании которого мы получаем печатную плату высокого качества.

Таким образом, мы сделали печатную плату, на ней виден фоторезист, который был нам нужен. Осталось только снять его. Берем ватку, мочим в ацетон, и сначала промокаем всю поверхность платы, потом трем. Примерно через 1-2 минуты фоторезист начинает сползать кусками, полностью оттираем весь фоторезист. Дальше, как обычно, лудим, сверлим дырки, обрезаем, выравниваем и запаиваем компоненты.

Возможные косяки на выходе после проявления фоторезиста:
1.Фоторезист полностью растворяется в соде - недостаточное время экспонирования или большое расстояние до лампы.
2.Фоторезист не смывается вообще нигде - прозрачный фотошаблон на темных участках, вследствие чего, через них проходят ультрафиолетовые лучи и засвечивают, то чего не надо засвечивать.

3.Фоторезист не смывается вообще нигде, но на тех участках где он должен смыться он слегка мутноватый, виден рисунок, и рисунок четкий - прозрачный шаблон на темных участках, но в данном случае он гораздо темнее, чем в предыдущем варианте.
4.Фоторезист смылся, как надо, но дорожки получаются шире, чем на фотошаблоне, особенно это заметно на тех дорожках, что проходят между выводов микросхем (слипание), например, на фотошаблоне дорожка при измерении линейкой 1 мм на плате 1,2-1,5 мм - недостаточный прижим фотошаблона к поверхности заготовки, еще такое может быть, когда сам стеклотекстолит кривой, поэтому рекомендую обратить на его ровность внимание при покупке, т. к сам с кривизной продаваемого стеклотекстолита сталкивался не однократно.

Ну вроде все.
Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Мой первый опыт изготовления печатных плат при помощи пленочного фоторезиста

Напомню, что ранее в этом блоге рассказывалось об изготовлении печатных плат при помощи ЛУТ. Это хороший метод, но со своими ограничениями. Например, если немного передержать утюг, тонер потечет и близко расположенные дорожки склеятся. То есть, если вы решили использовать SMD-чипы, метод становится практически непригодным. Кто-то успешно решает эту проблему, покупая в дополнение к и без того не дешевому и занимающему место лазерному принтеру еще и ламинатор. Но я решил попробовать другой метод. Метод заключается в использовании пленочного фоторезиста.

Примечание: По аналогии с тем, как лазерно-утюжную технологию часто сокращают до «ЛУТ», метод, основанный на использовании пленочного фоторезиста, часто сокращают до «фоторезист» или «ФР».

Список покупок

Для изготовления печатных плат при помощи пленочного фоторезиста нам понадобятся:

  • Внезапно, пленочный фоторезист. От качества фоторезиста зависит буквально все. Я использовал фоторезист Ordyl Alpha 350 и настоятельно советую использовать именно его. Есть еще Ordyl Alpha 300, который, судя по отзывам, тоже хорош. В чем различие между 300 и 350 для меня, увы, остается загадкой.
  • Прозрачная пленка для принтера. Для лазерного или для струйного, в зависимости от того, какой у вас принтер. Я использовал пленку в формате A4 для лазерной печати Lomond 0703415.
  • Ультрафиолетовая лампочка. По идее, сгодится любая, лишь бы подходила к патрону вашей настольной лампы. Лучше взять энергосберегательную, чтобы служила дольше. Используемая мной УФ энергосберегательная лампочка называется Camelion Lh36-FS.
  • Кальцинированная сода. Ее нужно совсем немного, 100 г хватит вам очень надолго.
  • Чистая тряпочка, хорошо впитывающая воду, чистая губка и средство для мытья посуды. Есть в любом доме, а также продаются в любом хозяйственном магазине.
  • Опционально — кусок оргстекла. Вместо него подойдет любое другое достаточно чистое стекло без царапин. Например, стекло от книжной полки. Я использовал оргстекло размером 30x40 см и толщиной 2 мм.
  • Флюс, хлорное железо, ацетон или его аналог, стеклянная или пластиковая посуда, и так далее. Все, что касается травления платы и последующих шагов, ничем не отличается от ЛУТ.

Имея все перечисленное на руках, можно приступать к делу!

Описание процесса

Первая плата, которую мы сделаем при помощи ФР, будет особенной. С ее помощью мы не только опробуем весь процесс от начала до конца, но и определим требуемое время экспонирования фоторезиста под УФ лампой.

Открываем EAGLE, или в чем вы проектируете платы, и в столбик вводим цифры от 0001 до 0020. Толщина линий у цифр должна получится примерно такой, какой толщины вы обычно делаете дорожки, ну или чуть тоньше. Затем распечатываем получившуюся плату в негативе. В EAGLE для этого идем в File → CAM Processor, в Device выбираем PS_INVERTED, в File указываем путь до .ps файла, в который хотим сохранить результат, выбираем нужные слои и жмем Process Job. Затем получившийся .ps файл просматриваем, например, при помощи Evince, и распечатываем на прозрачной пленке, например, через lpr.

Fun fact! Бывает и позитивный фоторезист. Но, насколько мне известно, он обычно жидкий и используется только на заводах. Пленочный фоторезист всегда негативный и требует печати платы в негативе.

Для достижения лучшего результата в последующих шагах пленку следует класть тонером вниз. На какой стороне пленки находится тонер определить легко, так как пленка на свету блестит, а тонер нет. Вам может потребоваться напечатать .ps файл в зеркальном отражении. Если вы печатаете через lpr, это делается передачей опции -o mirror. Или просто поставьте соответствующую галочку в EAGLE при генерации .ps файла. Однако первое время можно обо всем этом и не беспокоиться, так как пленка достаточно тонкая.

При печати в негативе используется довольно много тонера. Нужно дать ему какое-то время, чтобы подсохнуть. Затем обрезаем негатив до удобного размера при помощи ножниц.

Результат будет выглядеть как-то так:

Берем стеклотекстолит, желательно без особого окисла на нем. У меня как раз нашелся ненужный кусок подходящего размера, который я в свое время не очень ровно обрезал. Стеклотекстолит стандартного размера 5x10 см также подойдет.

Затем берем чистую губку и моем стеклотекстолит в теплой воде при помощи средства для мытья посуды. Я использовал Fairy, но должно подойти любое средство. Задача — смыть всю грязь и весь жир от рук. Использовать ацетон для этого нельзя! Тереть жесткой стороной губки можно, но не сильно. Когда все смыли, вытираем стеклотекстолит о чистую тряпочку:

Само собой разумеется, с этого момента чистую медь пальцами не трогаем.

На глаз отрезаем пленочного фоторезиста столько, чтобы им можно было закрыть всю медь. Остальной рулон побыстрее прячем обратно в упаковку и кладем в темное место, чтобы не засветить. Фоторезист с двух сторон покрыт пленкой. Если присмотреться, на внешней стороне рулона используется глянцевая пленка, а на внутренней слегка матовая. Подцепляем матовую пленку ногтями, пинцетом или, лучше всего, кусочком изоленты (глянцевую вам все равно на этом этапе вряд ли удастся подцепить) и приклеиваем фоторезист к меди, как показано на следующем фото:

Если вы решили использовать фоторезист, отличный от Ordyl Alpha, он может иметь другой цвет.

Отклеиваем где-то полсантиметра пленки, тщательно придавливаем и разглаживаем фоторезист, отклеиваем следующие пол сантиметра, и так до тех пор, пока не заклеим фоторезистом всю медь. Очень важно как следует приклеить фоторезист, без пузырьков воздуха, заломов, и так далее. От этого напрямую зависит качество будущей платы. Если вы никуда не спешите, после этого шага плату можно положить на пару часов под пресс. Результат станет от этого как минимум не хуже. Впрочем, можно и без пресса.

Дополнение: Существует альтернативный, так называемый «мокрый» метод. С фоторезиста снимается сразу вся матовая пленка, и его нанесение на стеклотекстолит осуществляется в воде. Затем будущая плата немного подсушивается, оборачивается в бумагу и пару раз пропускается через ламинатор при температуре 120 градусов. В качестве недорого ламинатора можно посоветовать модель FGK-120. Субъективно этот метод быстрее, приятнее и надежнее, однако он дополнительно требует ламинатора.

Далее кладем негатив на фоторезист. Напомню, в идеале следует класть его тонером вниз. Так будет меньше искажений при переносе рисунка. Сверху кладем кусок оргстекла (или стекло от книжной полки, или что вы решили использовать). Если не уверены в чистоте стекла, стоит предварительно с двух сторон протереть его влажной чистой тряпкой или салфеткой для очистки мониторов. По углам стекла кладем что-нибудь тяжелое. Я использовал блины от гантелей, но вы можете использовать книги или что-то еще. Закрываем все цифры на негативе чем-нибудь совершенно не прозрачным. Я использовал еще один кусок стеклотекстолита, но с тем же успехом подойдет блокнот или кусок фанеры. Надо всем этим хозяйством ставим лампу со вкрученной в нее УФ лампочкой.

Важно! Смотреть на ультрафиолет не полезно для глаз. Не советую делать это слишком долго, а в идеале рекомендую использовать соответствующие защитные очки.

В итоге получится такая конструкция:

Засекаем время. Сдвигаем стеклотекстолит, открыв тем самым цифру 20. Ждем ровно одну минуту. Снова сдвигаем стеклотекстолит. Теперь открыты цифры 20 и 19. И так далее открываем по одной цифре в минуту. В итоге каждая цифра будет экспонирована соответствующее ей количество минут. После экспонирования цифры 1 в течение одной минуты выключаем лампу.

По тому, какие цифры лучше всего перенесутся, мы выясним оптимальное время экспонирования. Время экспонирования зависит от используемых фоторезиста и УФ лампочки, высоты настольной лампы, и ряда других факторов, поэтому у всех оно разное. Само собой разумеется, при изготовлении будущих плат негатив ничем закрывать уже не придется. Нужно будет просто включать лампу на определенное количество минут.

Теперь подцепляем и отклеиваем вторую пленку фоторезиста. Подцепить ее будет проще, если ножницами обрезать фоторезист точно до размеров стеклотекстолита:

Заметьте, что на фоторезисте уже видны цифры. Это характерное свойство фоторезиста Ordyl Alpha. Очень удобно — можно сразу сказать, получилось или нет. Если вы используете другой фоторезист, на этом этапе он может быть все так же одного цвета.

Берем стеклянную или пластиковую посуду. Желательно чистую, а не ту, в которой вы травите медь хлорным железом. Наливаем теплой воды из под крана, разбавляем в ней одну чайную ложку кальцинированной соды. В получившийся раствор кладем заготовку, даем ей там полежать около минуты. Затем берем стеклотекстолит за торцы и аккуратно полощем в растворе до тех пор, пока не смоем все лишнее. Затем промываем заготовку под (слабенькой!) струей воды из под крана.

Результат:

Как видите, у меня оптимальное время экспонирования оказалось равным примерно 15 минутам. При изготовлении плат с очень тонкими дорожками лучше перестраховаться и экспонировать в течение 20 минут.

Затем травим плату в хлорном железе, как обычно (UPD: или лучше при помощи перекиси водорода с лимонной кислотой). Для снятия фоторезиста используем ацетон. Получаем следующее:

Стоит отметить, что с ростом времени экспонирования фоторезист становится все труднее отмыть.

Остальные шаги, такие, как лужение и сверление отверстий, ничем не отличаются от уже рассмотренного ранее ЛУТ. Теперь, когда мы выяснили оптимальное время экспонирования, можно сделать и настоящую плату. Так, плату для электронных игральных костей я как раз делал при помощи пленочного фоторезиста.

Заключение

Рассмотрим плюсы метода. Главный плюс заключается в том, что можно спокойно использовать всякие TQFP44 (например, ATmega32U4) и не бояться, что все дорожки слипнутся из-за передержанного утюга. Можно использовать любой принтер, хоть лазерный, хоть струйный. Наконец, один негатив можно использовать неограниченное количество раз.

Основной же минус заключается в ограниченном сроке годности фоторезиста. Интернет-магазин доставил мне рулон, срок годности которого истекает через четыре месяца. Быть может, он будет превосходно справляться со своей задачей и по истечении этого срока, этого я пока не знаю. Ко всему этому стоит добавить, что для использования фоторезиста медь на стеклотекстолите не должна быть сильно окислена.

В целом, если вы хотите использовать какой-то один метод изготовления печатных плат в домашних условиях, я бы рекомендовал пленочный фоторезист. Это более универсальный метод, и субъективно он более приятен, чем ЛУТ. Учтите однако, что ФР несколько сложнее, и с первого раза может не получаться.

А какой метод предпочитаете вы — ЛУТ или ФР?

Дополнение: Как оказалось, просроченный фоторезист тоже работает, но требует вдвое большего времени экспонирования. Иначе он будет полностью смываться при помещении в раствор кальцинированной соды.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Как я впервые делал печатную плату при помощи KiCad и Паяем таймер и матрицу из УФ-светодиодов для быстрой засветки фоторезиста.

Метки: Электроника.

Фоторезист как пользоваться, как выбрать, как хранить и работать с ним

Аэрозольный фоторезист для мезаструктур, демонстрация возможностей аэрозольного распыления

Под термином фоторезист понимается светочувствительная полимерная пленка, которая под воздействием света меняет свои физико-химические свойства и обладает устойчивостью к химическому или механическому воздействию.

Развитие современной электроники, средств связи, спутников, телевидения, компьютеров невозможно представить без применения фоторезистов. Фоторезист - один из ключевых материалов микро- и радиоэлектроники.

Необходимо различать позитивные и негативные фоторезисты. Позитивный фоторезист точно передает рисунок с оригинал - макета на подложку. Негативный фоторезист передает рисунок в обращенном виде.

Необходимо также различать жидкие и сухие пленочные фоторезисты. Жидкий фоторезист - это раствор полимера и светочувствительного соединения в органическом растворителе. Сухой пленочный фоторезист - это "сэндвич" из трех слоев полимеров, в середине которого находится светочувствительный слой. Для получения пленки из жидкого фоторезиста необходимо его либо налить на поверхность и затем подложку привести во вращение (центрифуга), либо распылить из аэрозольной упаковки. Сухой пленочный фоторезист прикатывают к поверхности ламинатором.

Основное различие этих двух типов фоторезистов заключается в максимально достижимом разрешении элементов изображения.

Стандартное разрешение сухих пленочных фоторезистов - это 125-250 мкм. Поэтому основное их применение - изготовление печатных плат, в особенности многослойных печатных плат. Весь процесс изготовления печатных плат автоматизируется.

Современные жидкие фоторезисты обеспечивают разрешение 0,35 - 0,5 микрон (процессоры Pentium III и IV). Микроэлектроника не может развиваться без совершенствования физико-химических параметров фоторезистов. Это залог успеха на рынке микроэлектроники. По этой причине о разработке фоторезиста с разрешением 0,18 микрон сообщили одновременно несколько западных фирм. Хотя и известен физический механизм работы этого фоторезиста, но состав его держится в строгом секрете.

Помимо электроники жидкие фоторезисты широко используются:

  1. При изготовлении исходного мастер-диска - ключевого и самого дорогостоящего процесса в производстве компакт - дисков.
  2. При изготовлении исходной голографической штамп-матрицы для голографической маркировки продукции (защита от подделок)
  3. При изготовлении дифракционных решеток.
  4. При изготовлении пластин для офсетной полиграфии (копировальный слой).
  5. При изготовлении гравированных валов для полиграфии (печать на упаковках и текстильная промышленность).
  6. При изготовлении фотогравюр.

Подробно органические светочувствительные среды для голографии описаны на сайте: http://bsfp.media-security.ru/school7/24.htm. Основным преимуществом фоторезистов в отличие от других сред для голографии, содержащих желатину (фотографические пластины, хромированная желатина), является их безусадочность, что чрезвычайно важно при голографической записи. Главный недостаток фоторезистов связан с их светочувствительностью только в ультрафиолетовой области /vibor_resist. htm.

При изготовлении голографическими способами мастер - диска, штамп - матрицы, дифракционных решеток ранее, как правило, использовался импортный фоторезист типа AZ-1350. В настоящее время применяют фоторезисты фирмы Shipey S1813 или S1818. Однако новые отечественные фоторезисты с локальной разнотолщинностью пленки менее 10 нм и фильтрацией на уровне 0,2 мкм вполне заменяют фоторезист AZ-1350, S1813 или S1818.

Жидкие фоторезисты незаменимы в производстве печатных плат с высокой степенью монтажа (разрешение элементов до 10 микрон), а также при изготовлении односторонних печатных плат. В последнем случае применение жидких фоторезистов удешевляет процесс, что существенно для радиолюбительской практики.

В настоящее время любители могут изготовлять печатные платы с помощью фоторезиста в аэрозольной упаковке , с помощью заготовок печатных плат с заранее нанесенным слоем фоторезиста или пигментной бумаги. В последнем случае весь процесс изготовления печатных плат можно перенести практически в домашние условия.

И, наконец, совокупность стадий применения фоторезистов называется фотолитографией.

Ссылки по теме:

Изготовление высококачественных печатных плат в «домашних» условиях

Таити!.. Таити!..
Не были мы ни на каком Таити!
Нас и тут неплохо кормят!
© Кот из мультика

Вступление с отступлением

Как в бытовых и лабораторных условиях делали платы раньше? Способов было несколько — например:

  1. рисовали будущие проводники рейсфедерами;
  2. гравировали и резали резаками;
  3. наклеивали скотч или изоленту, потом рисунок вырезали скальпелем;
  4. изготавливали простейшие трафареты с последующим нанесением рисунка с помощью аэрографа.

Недостающие элементы дорисовывали рейсфедерами и ретушировали скальпелем.

Это был длительный и трудоемкий процесс, требующий от «рисователя» недюжинных художественных способностей и аккуратности. Толщина линий с трудом укладывалась в 0,8 мм, точность повторения была никакая, каждую плату нужно было рисовать отдельно, что сильно сдерживало выпуск даже очень маленькой партии печатных плат (далее — ПП).

Что же мы имеем сегодня?

Прогресс не стоит на месте. Времена, когда радиолюбители рисовали ПП каменными топорами на шкурах мамонтов, канули в лету. Появление на рынке общедоступной химии для фотолитографии открывает перед нами совсем иные перспективы производства ПП без металлизации отверстий в домашних условиях.

Коротко рассмотрим химию, используемую сегодня для производства ПП.

Фоторезист

Можно использовать жидкий или пленочный. Пленочный в данной статье рассматривать не будем вследствие его дефицитности, сложностей прикатывания к ПП и более низкого качества получаемых на выходе печатных плат.

После анализа предложений рынка я остановился на POSITIV 20 в качестве оптимального фоторезиста для домашнего производства ПП.

Назначение:
POSITIV 20 — фоточувствительный лак. Используется при мелкосерийном изготовлении печатных плат, гравюр на меди, при проведении работ, связанных с переносом изображений на различные материалы.
Свойства:
Высокие экспозиционные характеристики обеспечивают хорошую контрастность переносимых изображений.
Применение:
Применяется в областях, связанных с переносом изображений на стекло, пластики, металлы и пр. при мелкосерийном производстве. Способ применения указан на баллоне.
Характеристики:
Цвет: синий
Плотность: при 20°C 0,87 г/см3
Время высыхания: при 70°C 15 мин.
Расход: 15 л/м2
Максимальная фоточувствительность: 310-440 нм

Подробнее о POSITIV 20 можно почитать здесь.

В инструкции к фоторезисту написано, что хранить его можно при комнатной температуре и он не подвержен старению. Категорически не согласен! Хранить его нужно в прохладном месте, например, на нижней полке холодильника, где обычно поддерживается температура +2…+6°C. Но ни в коем случае не допускайте отрицательных температур!

Если использовать фоторезисты, продаваемые «на розлив» и не имеющие светонепроницаемой упаковки, требуется позаботиться о защите от света. Хранить нужно в полной темноте и температуре +2…+6°C.

Просветитель

Аналогично, наиболее подходящим просветителем я считаю постоянно используемый мной TRANSPARENT 21.

Назначение:
Позволяет непосредственно переносить изображения на поверхности, покрытые светочувствительной эмульсией POSITIV 20 или другим фоторезистом.
Свойства:
Придает прозрачность бумаге. Обеспечивает пропускание ультрафиолетовых лучей.
Применение:
Для быстрого переноса контуров рисунков и схем на подложку. Позволяет значительно упростить процесс репродуцирования и сократить временные затраты.
Характеристики:
Цвет: прозрачный
Плотность: при 20°C 0,79 г/см3
Время высыхания: при 20°C 30 мин.
Примечание:
Вместо обычной бумаги с просветителем можно использовать прозрачную пленку для струйных или лазерных принтеров — в зависимости от того, на чем будем печатать фотошаблон.

Проявитель фоторезиста

Существует много различных растворов для проявления фоторезиста.

Советуют проявлять с помощью раствора «жидкое стекло». Его химический состав: Na2SiO3*5H2O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП — вы можете оставить ПП на не фиксированное точно время. Раствор почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры (нет риска распада при увеличении температуры), также имеет очень большой срок хранения — его концентрация остается постоянной не менее пары лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуют смешивать 1 часть концентрата с 180 частями воды (чуть более 1,7 г силиката в 200 мл воды), но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 секунд без риска разрушения поверхности при передержке. При невозможности приобретения силиката натрия используйте углекислый натрий (Na2СO3) или углекислый калий (K2СO3).

Также рекомендуют бытовое средство для прочистки сантехники — «Крот».

Не пробовал ни первое, ни второе, поэтому расскажу, чем проявляю без каких-либо проблем уже несколько лет. Я использую водный раствор каустической соды. На 1 литр холодной воды — 7 граммов каустической соды. Если нет NaOH, применяю раствор KOH, вдвое увеличив концентрацию щелочи в растворе. Время проявления — 30-60 секунд при правильной экспозиции. Если по истечении 2 минут рисунок не проявляется (или проявляется слабо), и начинает смываться фоторезист с заготовки — значит, неправильно выбрано время экспозиции: нужно увеличивать. Если, наоборот, быстро проявляется, но смываются и засвеченные участки, и незасвеченные — либо слишком велика концентрация раствора, либо низкое качество фотошаблона (ультрафиолет свободно проходит сквозь «черное»): нужно увеличивать плотность печати шаблона.

Растворы травления меди

Лишнюю медь с печатных плат стравливают с помощью разных травителей. Среди людей, занимающихся этим дома, зачастую распространены персульфат аммония, перекись водорода + соляная кислота, раствор медного купороса + поваренная соль.

Я всегда травлю хлорным железом в стеклянной посуде. При работе с раствором нужно быть осторожным и внимательным: при попадании на одежду и предметы остаются ржавые пятна, которые с трудом удаляются слабым раствором лимонной (сок лимона) или щавелевой кислоты.

Концентрированный раствор хлорного железа подогреваем до 50-60°C, в него погружаем заготовку, стеклянной палочкой с ватным тампоном на конце аккуратно и без усилия водим по участкам, где хуже стравливается медь, — этим достигается более ровное травление по всей площади ПП. Если не выравнивать принудительно скорость, увеличивается требуемая продолжительность травления, а это со временем приводит к тому, что на участках, где медь уже стравилась, начинается подтравливание дорожек. В итоге имеем совсем не то, что хотели получить. Очень желательно обеспечить непрерывное перемешивание травильного раствора.

Химия для смывки фоторезиста

Чем проще всего смыть уже ненужный фоторезист после травления? После многократных проб и ошибок я остановился на обыкновенном ацетоне. Когда его нет — смываю любым растворителем для нитрокрасок.

Итак, делаем печатную плату

С чего начинается высококачественная печатная плата? Правильно:

Создание высококачественного фотошаблона

Для его изготовления можно воспользоваться практически любым современным лазерным или струйным принтером. Учитывая, что мы используем в рамках данной статьи позитивный фоторезист, — там, где на ПП должна остаться медь, принтер должен рисовать черным. Где не должно быть меди — принтер ничего не должен рисовать. Очень важный момент при печати фотошаблона: требуется установить максимальный полив красителя (в настройках драйвера принтера). Чем более черными будут закрашенные участки, тем больше шансов получить великолепный результат. Цвет не нужен, достаточно черного картриджа. Из той программы (рассматривать программы не будем: каждый волен выбирать сам — от PCAD до Paintbrush), в которой рисовался фотошаблон, печатаем на обычном листе бумаги. Чем выше разрешение при печати и чем качественнее бумага, тем выше будет качество фотошаблона. Рекомендую не ниже 600 dpi, бумага не должна быть сильно плотной. При печати учитываем, что той стороной листа, на которую наносится краска, шаблон будет класться на заготовку ПП. Если сделать иначе, края у проводников ПП будут размытыми, нечеткими. Даем просохнуть краске, если это был струйный принтер. Далее пропитываем бумагу TRANSPARENT 21, даем просохнуть и… фотошаблон готов.

Вместо бумаги и просветителя можно и даже очень желательно использовать прозрачную пленку для лазерных (при печати на лазерном принтере) или струйных (для струйной печати) принтеров. Учтите, что у этих пленок стороны неравнозначны: только одна рабочая. Если будете использовать лазерную печать, крайне рекомендую сделать «сухой» прогон листа пленки перед печатью — просто прогоните лист через принтер, имитируя печать, но ничего не печатая. Зачем это нужно? При печати фьюзер (печка) прогреет лист, что неизбежно приведет к его деформации. Как следствие — ошибка в геометрии ПП на выходе. При изготовлении двусторонних ПП это чревато несовпадением слоев со всеми вытекающими… А с помощью «сухого» прогона мы прогреем лист, он деформируется и будет готов к печати шаблона. При печати лист во второй раз пройдет сквозь печку, но деформация при этом будет куда менее значительной — проверено неоднократно.

Если ПП несложная, можно нарисовать ее вручную в очень удобной программе с русифицированным интерфейсом — Sprint Layout 3.0R (~650 КБ).

На подготовительном этапе рисовать не слишком громоздкие электрические схемы очень удобно в также русифицированной программе sPlan 4.0 (~450 КБ).

Так выглядят готовые фотошаблоны, распечатанные на принтере Epson Stylus Color 740:

         

Печатаем только черным, с максимальным поливом красителя. Материал — прозрачная пленка для струйных принтеров.

Подготовка поверхности ПП к нанесению фоторезиста

Для производства ПП используются листовые материалы с нанесенной медной фольгой. Самые распространенные варианты — с толщиной меди 18 и 35 мкм. Чаще всего для производства ПП в домашних условиях используются листовые текстолит (прессованная с клеем ткань в несколько слоев), стеклотекстолит (то же самое, но в качестве клея используются эпоксидные компаунды) и гетинакс (прессованная бумага с клеем). Реже — ситтал и поликор (высокочастотная керамика — в домашних условиях применяется крайне редко), фторопласт (органический пластик). Последний также применяется для изготовления высокочастотных устройств и, имея очень хорошие электротехнические характеристики, может использоваться везде и всюду, но его применение ограничивает высокая цена.

Прежде всего, необходимо убедиться в том, что заготовка не имеет глубоких царапин, задиров и тронутых коррозией участков. Далее желательно до зеркала отполировать медь. Полируем не особо усердствуя, иначе сотрем и без того тонкий слой меди (35 мкм) или, во всяком случае, добьемся разной толщины меди на поверхности заготовки. А это, в свою очередь, приведет к разной скорости вытравливания: быстрее стравится там, где тоньше. Да и более тонкий проводник на плате — не всегда хорошо. Особенно, если он длинный и по нему будет течь приличный ток. Если медь на заготовке качественная, без грехов, то достаточно обезжирить поверхность.

Нанесение фоторезиста на поверхность заготовки

Располагаем плату на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности и наносим состав из аэрозольной упаковки с расстояния примерно 20 см. Помним, что важнейший враг при этом — пыль. Каждая частица пыли на поверхности заготовки — источник проблем. Чтобы создать однородное покрытие, распыляем аэрозоль непрерывными зигзагообразными движениями, начиная из верхнего левого угла. Не применяйте аэрозоль в избыточных количествах, так как это вызывает нежелательные подтеки и приводит к образованию неоднородного по толщине покрытия, требующего более длительного времени экспозиции. Летом при высокой температуре окружающей среды может потребоваться повторная обработка, либо необходимо распылять аэрозоль с меньшего расстояния — для уменьшения потерь от испарения. При распылении не наклоняйте баллон сильно — это приводит к повышенному расходу газа-пропеллента и как следствие — аэрозольный баллон прекращает работу, хотя в нем остается еще фоторезист. Если вы получаете неудовлетворительные результаты при аэрозольном нанесении фоторезиста, используйте центрифужное покрытие. В этом случае фоторезист наносится на плату, закрепленную на вращающемся столе с приводом 300-1000 оборотов в минуту. После окончания нанесения покрытия плата не должна подвергаться воздействию сильного света. По цвету покрытия можно приблизительно определить толщину нанесенного слоя:

  • светло-серый синий — 1-3 микрона;
  • темно-серый синий — 3-6 микрон;
  • синий — 6-8 микрон;
  • темно-синий — более 8 микрон.

На меди цвет покрытия может иметь зеленоватый оттенок.

Чем тоньше покрытие на заготовке, тем лучше результат.

Я всегда наношу фоторезист на центрифуге. В моей центрифуге скорость вращения 500-600 об/мин. Крепление должно быть простым, зажим производится только по торцам заготовки. Закрепляем заготовку, запускаем центрифугу, брызгаем на центр заготовки и наблюдаем, как фоторезист тончайшим слоем растекается по поверхности. Центробежными силами излишки фоторезиста будут сброшены с будущей ПП, поэтому очень рекомендую предусмотреть защитную стенку, чтобы не превратить рабочее место в свинарник. Я использую обыкновенную кастрюлю, в днище которой по центру сделано отверстие. Через это отверстие проходит ось электродвигателя, на которой установлена площадка крепления в виде креста из двух алюминиевых реек, по которым «бегают» уши зажима заготовок. Уши сделаны из алюминиевых уголков, зажимаемых на рейке гайкой типа «барашек». Почему алюминий? Маленькая удельная масса и, как следствие, меньше биения при отклонении центра массы вращения от центра вращения оси центрифуги. Чем точнее отцентрировать заготовку, тем меньше будут биения за счет эксцентриситета массы и тем меньше усилий потребуется для жесткого крепления центрифуги к основанию.

Фоторезист нанесен. Даем ему просохнуть в течение 15-20 минут, переворачиваем заготовку, наносим слой на вторую сторону. Даем еще 15-20 минут на сушку. Не забываем о том, что попадание прямого солнечного света и пальцев на рабочие стороны заготовки недопустимы.

Дубление фоторезиста на поверхности заготовки

Помещаем заготовку в духовку, плавно доводим температуру до 60-70°C. При этой температуре выдерживаем 20-40 минут. Важно, чтобы поверхностей заготовки ничто не касалось — допустимы только касания торцов.

Выравнивание верхнего и нижнего фотошаблонов на поверхностях заготовки

На каждом из фотошаблонов (верхний и нижний) должны быть метки, по которым на заготовке нужно сделать 2 отверстия — для совмещения слоев. Чем дальше друг от друга метки, тем выше точность совмещения. Обычно я их ставлю по диагонали шаблонов. По этим меткам на заготовке с помощью сверлильного станка строго под 90° сверлим два отверстия (чем тоньше отверстия, тем точнее совмещение — я использую сверло 0,3 мм) и совмещаем по ним шаблоны, не забывая о том, что шаблон должен прикладываться к фоторезисту той стороной, на которую была произведена печать. Прижимаем шаблоны к заготовке тонкими стеклами. Стекла предпочтительнее всего использовать кварцевые — они лучше пропускают ультрафиолет. Еще лучшие результаты дает оргстекло (плексиглас), но оно имеет неприятное свойство царапаться, что неизбежно скажется на качестве ПП. При небольших размерах ПП можно использовать прозрачную крышку от упаковки компакт-диска. За неимением таких стекол можно использовать и обычное оконное, увеличив время экспозиции. Важно, чтобы стекло было ровным, обеспечивая ровное прилегание фотошаблонов к заготовке, иначе невозможно будет получить качественные края дорожек на готовой ПП.


Заготовка с фотошаблоном под оргстеклом. Используем коробку из-под компакт-диска.
Экспозиция (засветка)

Время, требуемое для экспонирования, зависит от толщины слоя фоторезиста и интенсивности источника света. Лак-фоторезист POSITIV 20 чувствителен к ультрафиолетовым лучам, максимум чувствительности приходится на участок с длиной волны 360-410 нм.

Лучше всего экспонировать под лампами, диапазон излучения которых находится в ультрафиолетовой области спектра, но если такой лампы у вас нет — можно использовать и обычные мощные лампы накаливания, увеличив время экспозиции. Не начинайте засветку до момента стабилизации освещения от источника — необходимо, чтобы лампа прогрелась в течение 2-3 минут. Время экспозиции зависит от толщины покрытия и обычно составляет 60-120 секунд при расположении источника света на расстоянии 25-30 см. Используемые пластины стекла могут поглощать до 65% ультрафиолета, поэтому в таких случаях необходимо увеличивать время экспозиции. Лучшие результаты достигаются при использовании прозрачных плексигласовых пластин. При применении фоторезиста с длительным сроком хранения время экспонирования может потребоваться увеличить вдвое — помните: фоторезисты подвержены старению!

Примеры использования различных источников света:

Источник светаВремяРасстояниеПримечание
ртутная лампа Philips HPR1253 мин.30 смпокрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
ртутная лампа 1000W1,5 мин.50 смпокрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
ртутная лампа 500W2,5 мин. 50 смпокрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
кварцевая лампа 300W3-4 мин.30 смпокрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
солнечный свет5-10 мин.лето, в полдень, безоблачнопокрытие из кварцевого стекла толщиной 5 мм
лампы Osram-Vitalux 300W4-8 мин.40 смпокрытие из кварцевого стекла толщиной 8 мм


Лампы УФ-излучения

Каждую сторону экспонируем по очереди, после экспозиции даем выстояться заготовке 20-30 минут в затемненном месте.

Проявление экспонированной заготовки

Проявляем в растворе NaOH (каустическая сода) — подробнее смотрите в начале статьи — при температуре раствора 20-25°C. Если до 2 минут проявления нет — мало время экспозиции. Если проявляется хорошо, но смываются и полезные участки — вы перемудрили с раствором (слишком велика концентрация) или слишком велико время экспозиции при данном источнике излучения или фотошаблон низкого качества — недостаточно насыщенный печатаемый черный цвет позволяет ультрафиолету засвечивать заготовку.

При проявлении я всегда очень бережно, без усилий «катаю» ватным тампоном на стеклянной палочке по тем местам, где должен смыться засвеченный фоторезист, — это ускоряет процесс.

Промывка заготовки от щелочи и остатков отслоившегося засвеченного фоторезиста

Я делаю это под водопроводным краном — обычной водопроводной водой.

Повторное дубление фоторезиста

Помещаем заготовку в духовку, плавно поднимаем температуру и при температуре 60-100°C выдерживаем 60-120 минут — рисунок становится прочным и твердым.

Проверка качества проявления

Кратковременно (на 5-15 секунд) погружаем заготовку в подогретый до температуры 50-60°C раствор хлорного железа. Быстро промываем проточной водой. В местах, где фоторезиста нет, начинается интенсивное травление меди. Если где-то случайно остался фоторезист, аккуратно механически удаляем его. Удобно это делать обычным или офтальмологическим скальпелем, вооружившись оптикой (очки для пайки, лупа часовщика, лупа на штативе, микроскоп).

Травление

Травим в концентрированном растворе хлорного железа с температурой 50-60°C. Желательно обеспечить непрерывную циркуляцию травильного раствора. Плохо стравливающиеся места аккуратно «массируем» ватным тампоном на стеклянной палочке. Если хлорное железо свежеприготовленное, время травления обычно не превышает 5-6 минут. Промываем заготовку проточной водой.

         
Плата вытравлена

Как готовить концентрированный раствор хлорного железа? Растворяем в слегка (до 40°C) подогретой воде FeCl3 до тех пор, пока не перестанет растворяться. Фильтруем раствор. Хранить нужно в затемненном прохладном месте в герметичной неметаллической упаковке — в стеклянных бутылках, например.

Удаление уже ненужного фоторезиста

Смываем фоторезист с дорожек ацетоном или растворителем для нитрокрасок и нитроэмалей.

Сверление отверстий

Диаметр точки будущего отверстия на фотошаблоне желательно подбирать таким, чтобы впоследствии было удобно сверлить. Например, при требуемом диаметре отверстия 0,6-0,8 мм диаметр точки на фотошаблоне должен быть около 0,4-0,5 мм — в таком случае сверло будет хорошо центроваться.

Желательно использовать сверла, покрытые карбидом вольфрама: сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), так как сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром менее 1 мм лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Если сверлить ручной дрелью — неизбежны перекосы, ведущие к неточной стыковке отверстий между слоями. Движение сверху вниз на вертикальном сверлильном станке самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия) или с толстым (иногда называют «турбо-») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно, 3,5 мм). При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, так как такое сверло при движении вверх может приподнять ПП, перекосить перпендикулярность и вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон (различных размеров), либо в трехкулачковый патрон. Для точной фиксации закрепление в трехкулачковом патроне — не самый лучший вариант, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, теряя хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами — выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, то есть, во-первых, обеспечить хорошее освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать галогенную лампу, прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 15 см выше столешницы для лучшего визуального контроля над процессом. Неплохо было бы удалять пыль и стружку в процессе сверления (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка.

Типичные размеры отверстий:

  • переходные отверстия — 0,8 мм и менее;
  • интегральные схемы, резисторы и т.д. — 0,7-0,8 мм;
  • большие диоды (1N4001) — 1,0 мм;
  • контактные колодки, триммеры — до 1,5 мм.

Старайтесь избегать отверстий диаметром менее 0,7 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0,8 мм и менее, так как они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат — отверстия, расположенные близко от центра. Положите платы друг на друга и, используя центрующие отверстия 0,3 мм в двух противоположных углах и штифты в качестве колышков, закрепите платы относительно друг друга.

При необходимости можно зенковать отверстия сверлами большего диаметра.

Лужение меди на ПП

Если нужно облудить дорожки на ПП, можно воспользоваться паяльником, мягким низкоплавким припоем, спиртоканифольным флюсом и оплеткой коаксиального кабеля. При больших объемах лудят в ванных, наполненных низкотемпературными припоями с добавлением флюсов.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав «Розе» (олово — 25%, свинец — 25%, висмут — 50%), температура плавления которого 93-96°C. Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 секунд и, вынув, проверяют, вся ли медная поверхность покрыта равномерно. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его остатки удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении, перпендикулярном плоскости платы, удерживая ту в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является нагрев платы в термошкафу и встряхивание. Операция может проводиться повторно для достижения монотолщинного покрытия. Чтобы предотвратить окисление горячего расплава, в емкость для лужения добавляют глицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После окончания процесса плата отмывается от глицерина в проточной воде. Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожога необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками.

Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Хочу поделиться еще одним способом лужения при помощи сплава «Розе», также проверенным на практике. Обыкновенная водопроводная вода наливается в консервную банку или небольшую мисочку, добавляется немного лимонной кислоты или уксуса, ставится на плиту. В кипящую воду помещается плата, высыпается несколько застывших капель сплава «Розе», которые тут же плавятся в кипящей воде, и ваткой, намотанной на длинный пинцет или палочку (чтобы не обжечься паром), аккуратно размазываются по дорожкам. По завершении процесса вода сливается, а застывшие остатки сплава складываются в какую-либо емкость до следующего использования.

Не забудьте после лужения очистить плату от флюса и тщательно обезжирить.

Если у вас большое производство — можно использовать химическое лужение.

Нанесение защитной маски

Операции с нанесением защитной маски в точности повторяют все, что было написано выше: наносим фоторезист, сушим, дубим, центруем фотошаблоны масок, экспонируем, проявляем, промываем и еще раз дубим. Само собой, пропускаем шаги с проверкой качества проявления, травлением, удалением фоторезиста, лужением и сверлением. В самом конце дубим маску в течение 2 часов при температуре около 90-100°C — она станет прочной и твердой, как стекло. Образованная маска защищает поверхность ПП от внешнего воздействия и предохраняет от теоретически возможных замыканий при эксплуатации. Также она играет не последнюю роль при автоматической пайке — не дает «сесть» припою на соседние участки, замыкая их.

Все, двусторонняя печатная плата с маской готова

Мне приходилось таким образом делать ПП с шириной дорожек и шагом между ними до 0,05 мм (!). Но это уже ювелирная работа. А без особых усилий можно делать ПП с шириной дорожки и шагом между ними 0,15-0,2 мм.

На плату, показанную на фотографиях, я маску не наносил — не было такой необходимости.

       
Печатная плата в процессе монтажа на нее компонентов

А вот и само устройство, для которого делалась ПП:

Это сотовый телефонный мост, позволяющий в 2-10 раз снизить стоимость услуг мобильной связи — ради этого стоило возиться с ПП ;). ПП с распаянными компонентами находится в подставке. Раньше там было обыкновенное зарядное устройство для аккумуляторов мобильного телефона.

Дополнительная информация

Металлизация отверстий

В домашних условиях можно выполнить даже металлизацию отверстий. Для этого внутренняя поверхность отверстий обрабатывается 20-30-процентным раствором азотнокислого серебра (ляпис). Затем поверхность очищается ракелем и плата сушится на свету (можно использовать УФ-лампу). Суть этой операции в том, что под действием света азотнокислое серебро разлагается, и на плате остаются вкрапления серебра. Далее производится химическое осаждение меди из раствора: сернокислая медь (медный купорос) — 2 г, едкий натр — 4 г, нашатырный спирт 25-процентный — 1 мл, глицерин — 3,5 мл, формалин 10-процентный — 8-15 мл, вода — 100 мл. Срок хранения приготовленного раствора очень мал — готовить нужно непосредственно перед применением. После осаждения меди плату промывают и сушат. Слой получается очень тонким, его толщину необходимо увеличить до 50 мкм гальваническим способом.

Раствор для нанесения медного покрытия гальваническим способом:
На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) и 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка, подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, плотность тока — 0,02-0,3 A/см2, температура — 18-30°C. Чем меньше ток, тем медленнее идет процесс металлизации, но тем качественнее получаемое покрытие.


Фрагмент печатной платы, где видна металлизация в отверстии
Самодельные фоторезисты

Фоторезист на основе желатина и бихромата калия:
Первый раствор: 15 г желатина залить 60 мл кипяченой воды и оставить для набухания на 2-3 часа. После набухания желатина поставить емкость на водяную баню при температуре 30-40°C до полного растворения желатина.
Второй раствор: в 40 мл кипяченой воды растворить 5 г двухромовокислого калия (хромпик, порошок ярко-оранжевого цвета). Растворять при слабом рассеянном освещении.
В первый раствор при интенсивном перемешивании влить второй. В полученную смесь пипеткой добавить несколько капель нашатырного спирта до получения соломенного цвета. Фотоэмульсия наносится на подготовленную плату при очень слабом освещении. Плата сушится до «отлипа» при комнатной температуре в полной темноте. После экспонирования плату при слабом рассеянном освещении промыть в теплой проточной воде до удаления незадубленного желатина. Чтобы лучше оценить результат, можно окрасить участки с неудаленным желатином раствором марганцовки.

Усовершенствованный самодельный фоторезист:
Первый раствор: 17 г столярного клея, 3 мл водного раствора аммиака, 100 мл воды оставить для набухания на сутки, затем греть на водяной бане при 80°C до полного растворения.
Второй раствор: 2,5 г бихромата калия, 2,5 г бихромата аммония, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды, 6 мл спирта.
Когда первый раствор остынет до 50°C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную смесь профильтруйте (эту и последующие операции необходимо проводить в затемненном помещении, солнечный свет недопустим!). Эмульсия наносится при температуре 30-40°C. Дальше — как в первом рецепте.

Фоторезист на основе бихромата аммония и поливинилового спирта:
Готовим раствор: поливиниловый спирт — 70-120 г/л, бихромат аммония — 8-10 г/л, этиловый спирт — 100-120 г/л. Избегать яркого света! Наносится в 2 слоя: первый слой — сушка 20-30 минут при 30-45°C — второй слой — сушка 60 минут при 35-45°C. Проявитель — 40-процентный раствор этилового спирта.

Химическое лужение

Прежде всего, плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3 секунды в 5-процентном растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.

Достаточно просто осуществлять химическое лужение погружением платы в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такой раствор соли олова, в котором потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразующей добавки — тиокарбамида (тиомочевины). Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

1234
Двухлористое олово SnCl2*2H2O5,55-82010
Тиокарбамид CS(NH2)25035-50--
Серная кислота H2SO4-30-40--
Винная кислота C4H6O635---
Каустическая сода NaOH-6--
Молочнокислый натрий--200-
Сернокислый алюминий-аммоний (алюмоаммонийные квасцы)---300
Температура, °C60-7050-6018-2518-25

Среди перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1-го раствора предлагается использование моющего средства «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2-й раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия (препятствует старению) и многократно увеличивает срок хранения до пайки компонентов у готовой ПП.

Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проводится прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас большие заказы бывают нечасто, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количества ПП, а остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально подходят бутылки типа используемых в фотографии, не пропускающие воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнения, которое может сильно ухудшить качество вещества.

В заключение хочу сказать, что все же лучше использовать готовые фоторезисты и не заморачиваться с металлизацией отверстий в домашних условиях — великолепных результатов все равно не получите.


Пленочный фоторезист. Изготовление печатных плат в домашних условиях. - Avislab

В этой статье я расскажу, как можно изготовить печатные платы в домашних условиях с  минимальным дискомфортом для домашних и минимальными затратами. Лазерно-утюжная технология рассматриваться не будет  в виду сложности достижения требуемого качества. Я ничего не имею против ЛУТ, но она меня более не устраивает по качеству и повторяемости результата. Для сравнения на фото ниже приведен результат, полученный при применении ЛУТ (слева) и с помощью плёночного фоторезиста (справа). Толщина дорожек 0,5 мм.

При применении ЛУТ край дорожки получается рваным, а на поверхности могут быть раковины. Это обусловлено пористой структурой тонера, вследствие чего травящий раствор все же проникает к закрытым тонером зонам. Меня это не устраивает, поэтому перешел на фоторезистивную технологию.

В этой статье по возможности будут применяться инструменты, посуда и реактивы, которые можно найти дома или купить в магазине бытовой химии.

Фоторезистивная технология изготовления печатных плат

На слой меди наносится фоточувствительный слой. Далее через фотошаблон засвечиваются (обычно ультрафиолетом) определенные участки, после чего в специальном растворе смываются ненужные участки фоточувствительного слоя. Таким образом, формируется необходимый рисунок на медном слое. Далее следует обычное травление. Наносить фоторезист на текстолит можно разным способом.

Наиболее популярные способы - это использование аэрозольного фоторезиста POSITIV 20. Этот способ схож с нанесением аэрозольных красок. Требует аккуратности для обеспечения равномерного слоя и сушки.

И применение пленочного фоторезиста. Наноситься путем наклеивания специальной пленки подобно тому, как наклеиваются декоративные пленки. Сухой пленочный фоторезист обеспечивает постоянную толщину фоточувствительного слоя, прост в применении. К тому же он индикаторный, т.е. засвеченные участки хорошо видны.

Что такое плёночный фоторезист?

Пожалуйста, не путайте с аэрозольным фоторезистом. Пленочный фоторезист состоит из трех слоев пленки. В середине фоточувствительная пленка, покрыта с двух сторон защитными пленками. Со стороны, которая приклеивается к текстолиту - мягкая, с другой - жесткая. Пленочный фоторезист обладает рядом преимуществ перед аэрозольным. Во-первых, он не воняет при нанесении, не требует сушки. Очень удобен при работе с небольшим количеством плат. В отличии от аэрозольного фоторезиста, где толщину слоя тяжело угадать, толщина пленочного фоторезиста одинакова всегда. Это упрощает подбор времени засветки. Пленочный фоторезист индикаторный. Т.е. визуально видны засвеченные участки.

Выбор текстолита

Если Вы хотите получить качественную печатную плату с проводниками менее 0.4мм и расстоянием между проводниками 0.2 мм Вам понадобиться нормальный текстолит. На фото ниже приведено два куска текстолита.  Понятно, что на поцарапанный, грязный текстолит пленка фоторезиста ляжет плохо. Возьмите сразу нормальный. И храните хотя бы в газетке, чтобы не царапать его. "Левый" текстолит можно применить, если на плате толстые дорожки (0.5...1 мм) и между проводниками, хотя бы 0.4мм., и Вам не придется показывать плату посторонним людям.

Подготовка и очистка текстолита

Текстолит разрезаем на заготовки нужного размера. В домашних условиях это можно сделать ножовкой по металлу. Текстолит толщиной до 1мм можно резать обычными канцелярскими ножницами. Заусенцы убираем напильником либо наждачной бумагой. При этом не царапаем поверхность текстолита! Если поверхность медной фольги грязная, или хотя бы замацана пальцами - фоторезист может не пристать - прощай качество. Так как после "разделки" мы имеем "грязный" текстолит, следует провести химическую очистку.

Химическую очистку медного покрытия перед наклейкой фоторезиста будем проводить с применением бытовой химии. Очищаем поверхность текстолита средством для борьбы с накипью "Cillit". В его состав входит ортофосфорная кислота, именно она убирает все загрязнения. Поэтому, пальцы в эту жидкость не суем. Если нет подходящей посудины, можно положить текстолит на дно ванной и просто полить этой жидкостью. Через 2 минуты (передерживать не стоит) хорошенько промываем проточной водой. На поверхности не должно быть пятен. В противном случае следует повторить операцию. Остатки воды удаляем бумажной салфеткой. Стараемся не доводить салфетку до состояния, когда из нее полезет бумажная ворса. Именно из-за ворсы я не применяю тканевых салфеток. Если на поверхности меди останутся даже мельчайшие ниточки, пленка фоторезиста в этом месте ляжет с пузырьком. Сушим текстолит утюгом через бумагу. Поверхность текстолита пальцами не трогать!

В некоторых источникам можно найти рекомендацию обезжиривать поверхность спиртом. Лично у меня при очистке спиртом результат был значительно хуже. Фоторезист не везде приклеивался нормально. После "Cillit" результат всегда на много лучше.

Наклейка Фоторезиста

Наклейка фоторезистивной пленки – самая ответственная операция при производстве плат этим способом. От аккуратности выполнения этой операции зависит качество полученного результата. Все операции с фоторезистом можно выполнять при слабом электрическом освещении. После просушки текстолит должен остыть. Фоторезист можно клеить и на теплый текстолит, но при этом у вас будет только одна попытка. К теплой поверхности пленка фоторезиста прихватывается намертво. Отрезаем кусок фоторезиста с небольшим запасом, таким образом, чтобы он полностью покрывал нашу заготовку + 5 мм с каждой стороны. Осторожно острым ножом с краю поддеваем мягкую пленку (если фоторезист в рулоне, обычно это внутренняя сторона). Верхнюю защитную пленку пока не снимаем!

Защитную пленку отделяем не всю, а небольшой участок: 10-20 мм с одного края. Приклеиваем на текстолит, приглаживая мягкой тканью. Далее, потихоньку продолжаем отделять защитную пленку и  приглаживаем фоторезист к текстолиту. При этом следим, чтобы не было пузырей, и не трогаем пальцами еще не оклеенный текстолит! Затем обрезаем выступающий за края заготовки фоторезист ножницами. После этого можно слегка прогреть заготовку утюгом. Но не обязательно. Если Вы трогали заготовку пальцами или на ней был ворс от ткани или попал другой мусор - это будет видно под пленкой. Это отрицательно скажется на качестве. Помните, качество полученного результата во многом зависит от тщательности этой операции. Подготовленный таким образом текстолит лучше всего хранить в темном месте. Хотя электрический свет очень слабо влияет на пленку, я предпочитаю не рисковать.

Подготовка фотошаблона

Фотошаблон распечатываем на пленке для лазерного принтера или на пленке для струйного принтера. Фото для сравнения:

Шаблон на пленке для струйного принтера более плотный, лазерный принтер в этом плане похуже - видны просветы на затемненных участках. При засветке нужно будет обратить внимание на то, какого типа фотошаблон будет применяться и сделать поправку времени засветки. Пленку для лазерного принтера найти не проблема, цена более чем доступна. Для струйного принтера приходится поискать, да и стоит она примерно в 5 раз дороже. Но при мелкосерийном производстве, применение фотошаблона распечатанного на струйном принтере полностью себя оправдывает. Фотошаблон должен быть негативным, т.е. те места, где должна остаться медь, должны быть прозрачными. Фотошаблон надо распечатать в зеркальном отображении. Это делается для того,  чтобы приложив, его к текстолиту с фоторезистом, краска на пленке фотошаблона прилегала к фоторезисту. Это обеспечит более четкий рисунок.

Проецирование

Поскольку в статье сделан упор на применение бытовых устройств, мы будем использовать подручные средства, а именно: обычный настольный светильник. Вкручиваем в нее обычную ультрафиолетовую лампу, купленную в магазине электротоваров. В качестве стеллажа используем коробку от компакт диска, если нет подходящего листа оргстекла.

Кладем нашу заготовку, сверху фотошаблон и прижимаем оргстеклом (крышкой от коробки CD-диска). Можно, конечно использовать и обычное стекло. Со школьного курса помним, что обычное стекло плохо пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому придется дольше засвечивать. Под обычным стеклом мне пришлось увеличить выдержку в 2 раза. Расстояние от лампы до заготовки можно подобрать экспериментально. В данном случае - примерно 7-10 см. Разумеется, если плата большая, придется применять батарею из ламп или увеличить расстояние от лампы до заготовки и увеличить время засветки. Время засветки для фоторезиста  - 60…90 секунд. При использовании фотошаблона, распечатанного на лазерном принтере выдержку стоит сократить до 60 секунд. Иначе, из-за невысокой плотности тонера на фотошаблоне,  могут засветиться закрытые участки. Что приведет к сложностям при проявлении фоторезиста.

Прогрев после проецирования

Очень важная операция - это погрев заготовки после экспонирования. Утюг ставим на "2" и прогреваем через лист бумаги 5-10 сек. После чего рисунок становиться контрастнее. После прогрева даем заготовке остыть хотя бы до 30 градусов, после чего можно приступать к проявлению фоторезиста.

Проявление фоторезиста

Существуют специальные проявители для фоторезиста, которые можно купить в специализированных магазинах электроники. В интернете можно прочитать, что можно проявлять содой, но обязательно каустической (каустическая сода - это едкий натрий( NaOH)).  Я покупал специальный проявитель, который представляет собой ни что иное, как этот едкий натрий( NaOH). Потом, чтобы не выбрасывать деньги на ветер, покупал средство для прочистки труб "Крот", собственно в его состав входит тот же самый это едкий натрий( NaOH), а больше туда ничего и не входит.

Но отказался от них, поскольку приходиться работать в перчатках (раствор опасен и разъедает кожу). Процесс протекает очень быстро. К тому же, совсем неприемлемо держать такой раствор в доме, где есть жена и маленькие дети, которые могут найти эту опасную жидкость.

Поэтому, берем простую пищевую соду. Пищевая сода не только безопасный химикат, который легко купить в продуктовом магазине, но и работать с ней гораздо приятнее. Она не так быстро растворяет пленку фоторезиста, поэтому сложно передержать фоторезист в растворе. Вымывание незасвеченных  участков фоторезиста проходит более деликатно и не так стремительно. Дело в том, что удаление пленки фоторезиста с готовой платы выполняется в том же растворе, поэтому если передержать, то фоторезист начнет отставать от текстолита.

Раствор готовим по следующему рецепту: насыпаем в бутылку пищевой соды, сколько не жалко, заливаем горячей водой, растворяем путем применения к бутылке возвратно поступательных движений, т.е. колотим. Внимание! Если вы будете использовать едкий натрий( NaOH) его концентрация не должна быть столь суровой. Достаточно чайной ложки на литр.

Далее наливаем раствор в кюветку или мелкую посудину. Отделяем с пленки фоторезиста верхнюю защитную пленку (она более жесткая, чем первая, ее можно отделить руками), погружаем заготовку в раствор. Через 3 минуты вынимаем, и под струей теплой воды протираем мягкой губкой для мытья посуды. Затем снова в раствор на 2-3 минуты. И так пока фоторезист полностью не смоется с незасвеченных участков. Затем хорошо промываем заготовку в проточной воде.

Травление

Раствор: Наиболее популярный раствор для травления печатных плат - хлорное железо. Но меня утомили рыжие пятна, и я перешел на персульфат аммония, а затем персульфат натрия. Подробности об этих веществах можно найти в поисковых системах. От себя скажу, что процесс травления происходит приятнее. И хотя персульфат натрия стоит несколько дороже хлорного железа, я все равно его не брошу, потому что он хороший.

Посуда: Идеальная посуда для травления - это специальная емкость с подогревом и системой циркуляции раствора. Такое устройство можно изготовить самому. Подогрев можно сделать от проточной горячей воды или электрический. Для организации циркуляции раствора можно применить аквариумные технологии. Но эта тема выходит за пределы этой статьи.  Нам же придется использовать бытовые средства. Поэтому, берем подходящую емкость. В моем случае - это капроновая прозрачная посудина с плотно закрывающейся крышкой. Хотя крышка и не обязательна, она упрощает процесс травления, да и раствор можно хранить прямо в посуде для травления.

Процесс: Из опыта знаем, что процесс травления проходит быстрее, если раствор подогревать и перемешивать. В нашем случае, нашу емкость ставим в ванну под струю горячей воды и периодически потряхиваем ее для перемешивания раствора. Персульфат натрия раствор прозрачный, поэтому визуально контролировать процесс не представляется никакой сложности. Если раствор не перемешивать, то травление может быть не равномерным. Если раствор не подогревать, процесс травления будет протекать долго.

По завершению промываем плату в проточной воде. После травления плату сверлим, обрезаем по размеру.

Отмывка фоторезиста, подготовка к лужению

Отмывать фоторезист лучше после сверления. Пленка фоторезиста будет защищать медь от случайных повреждений при механической обработке. Погружаем плату в раствор той же пищевой соды, но для ускорения процесса подогреваем. Фоторезист отстает минут через 10-20. Если применять едкий натрий( NaOH) все произойдет за несколько минут даже в холодном растворе. После чего плату тщательно промываем проточной водой, и протираем спиртом. Протирать спиртом обязательно, так как на поверхности меди остается невидимый слой, который будет мешать лужению платы.

Лужение

Чем лудить? Способов лужения много. Предполагаем, что у Вас нет специальных устройств и сплавов, поэтому нам подойдет самый простой способ. Покрываем плату флюсом и лудим обычным припоем с помощью паяльника и медной оплетки.  Кто-то привязывает оплетку к паяльнику, я приспособился держать паяльник в одной руке, оплетку в другой. В этом случае удобнее использовать держатель плат ! Для лужения плат использую такой флюс (он легче отмывается). Но можно и спиртовым раствором канифоли.

P.S.

Напоследок список материалов и инструментов, которые нам понадобились:

Материалы

  1. Фоторезистивная пленка
  2. Фольгенированный текстолит
  3. Средство «Cillit»
  4. Бумажные салфетки
  5. Сода пищевая
  6. Спирт
  7. Хлорное железо или персульфат аммония или персульфат натрия
  8. Флюс
  9. Припой

Инструменты

  1. Ножницы
  2. Острый нож
  3. Плоский напильник или наждачная бумага
  4. Дремель или сверлильный станок, которые в состоянии держать сверла от 0,8 мм., сверла
  5. Посуда для проявления фоторезиста
  6. Посуда для травления
  7. Маленький кусок мягкой ткани
  8. Утюг и чистый лист бумаги
  9. Ультрафиолетовая лампа
  10. Настольный светильник
  11. Коробка CD диска или кусок оргстекла
  12. Струйный или лазерный принтер и пленка для него
  13. Паяльник
  14. Медная оплетка (можно купить, можно снять с коаксиального кабеля)
  15. Мочалка поролоновая.
Успехов!

Изготовление двухсторонней печатной платы при помощи пленочного фоторезиста ПНФ-ВЩ

См. также пример работы с фоторезистом ORDYL Alpha 350

В комментариях к заметке про плату-переходник граждане попросили рассказать о том, как я делаю печатные платы с помощью фоторезиста. Несколько подобных просьб пришли также по асе и на электромыло. Хотя я и считаю, что по теме «Изготовление печатных плат в домашних условиях» материала в Интернете и так предостаточно, всё же решил пойти навстречу людям и накропал-таки заметку про фоторезист (файл .pdf, в акробате доступно содержание (букмарки) слева от текста), в ходе которой описал изготовление вот такой вот двухсторонней платы:

Внимание! Всё, что в данной «электронной» заметке идет под грифом «UPD» еще не вошло в заметку «бумажную»! Это следует учитывать при прочтении «бумажной» заметки.

Долго решал, каким образом оформить заметку на сайт. Ибо заметка в формате *.pdf (буду называть ее «бумажная») получилась довольно увесистой (107стр.; 14 метров в архиве), поскольку я постарался подробно изложить в ней все этапы «моего» процесса изготовления печатной платы (ПП). Ну и просто тупо скопировать ее в топик было бы, мягко говоря, неправильно. А посему в итоге решил запостить на сайт основные тезисы из бумажной заметки, снабдив их некоторыми картинками и видеороликами. А уж читатели после ознакомления с таким «превью» сами решат, стоит ли качать архив с файлом *.pdf размером 14Мб.

Итак, рассмотрим изготовление двухсторонней базовой платы для модулей индикации DM-LD0104x-01-xxx, REV.1. Данная ревизия включает в себя исправление некоторых багов первоначальной версии. «В бумаге» эта ревизия давно готова, но вот сделать ПП с ней всё как-то руки не доходили. Ну, а тут такой повод!

Внешний вид проекта ПП:

Мои заготовки фольгированного стеклотекстолита имеют конкретные размеры (так проще и дешевле). Габаритные размеры самой маленькой заготовки – 150х100мм. А габаритные размеры изготавливаемой печатной платы составляют 49,85х32,00мм. Поэтому на стеклотекстолитовой заготовке с учетом размеров «мертвой» зоны поместится 4 платы DM-LD0104x-01-xxx, REV.1:

Поскольку плата двухсторонняя, при ее изготовлении нужно будет как-то совмещать разные слои (стороны). Для этой цели я использую реперные отверстия, которые располагаю несимметрично (это позволит в дальнейшем избежать путаницы с ориентацией фотошаблонов при наложении их на заготовку ПП):

Далее нужно изготовить и слегка доработать заготовку из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры заготовки, повторюсь, 150х100мм. А доработка включает в себя просто снятие напильником фаски с краев заготовки ПП (с обеих ее сторон) для хорошего прилипания фоторезиста по всей ее поверхности:

Теперь изготавливаем заготовки из фоторезиста под размеры стеклотекстолита. Следует отметить, что при изготовлении печатных плат я использую сухой пленочный негативный фоторезист ПНФ-ВЩ российского производства. Данный фоторезист имеет трехслойную структуру:

Я размечаю нужные размеры заготовок на матовой стороне фоторезиста при помощи линейки и маркера. А затем разрезаю фоторезист на куски по этим раскроечным линиям обычными ножницами (не «безопасным» тупым вариантом, это важно):

Обратите внимание, что при нарезке фоторезиста ножницы я просто веду по линии отреза, а не делаю ими стандартное «хряп-хряп». Это важно, поскольку в противном случае можно в дальнейшем хлебнуть геморроя при отрыве защитной матовой пленки в процессе накатки фоторезиста на поверхность заготовки ПП.

После нарезки фоторезиста прячем его в секретное темное место (коробку или шкаф), чтобы он не засветился ненароком. Далее печатаем на пленке фотошаблоны двух «медных» слоев (для сторон TOP и BOTTOM) и двух слоев маски:

Настоятельно рекомендую использовать для этого струйный принтер – качество фотошаблона получается намного лучше. Ну, а для тех счастливчиков (к коим отношусь и я сам), которые имеют доступ только к лазерникам, опишу процесс допиливания шаблонов до более-менее рабочего состояния.

Итак, после того, как лазерный принтер выплюнул требуемые фотошаблоны, смотрим через них на небо и ужасаемся – «темные» участки шаблонов настолько прозрачны, что плакать хочется:

Ни о каком нормальном экспонировании, естественно, не может идти и речи. Однако, данный косяк вполне лечится – либо ретушированием (что очень долго), либо химическим путем (что относительно дорого, но быстро). Я выбираю второй способ: использую волшебный баллончик с затемнителем тонера «Kruse» (на фото – справа). Принцип работы с затемнителем прост – пшыкаешь его на фотошаблон, сразу после пшыканья дуешь на тонер, а затем радуешься результату:

А результат и впрямь довольно неплох (из видео это не очень понятно):

Конечно, затемнитель не в силах исправить геометрические искажения изображения на фотошаблоне, вносимые при печати лазерником. Но вот поправить жадность принтера до тонера – вполне способен.

UPD: Притащили мне тут девушки из снабжения новую партию затемнителя. Те же самые баллоны, картинки на них такие же, но! Ведет себя затемнитель из данной партии с точностью до наоборот: если после пшыканья на него сразу дуть — он, зараза, ни хера не затемняет. Испаряется, что ли — я так и не понял. После третьего шаблона, который не удалось затемнить, я со злости набрызгал затемнителя от души еще на один шаблон и пошел курить. А когда пришел, чуть не прослезился от счастья — тонер на шаблоне стал чорным-чорным, аки твой сотона. Повторюсь — баллоны на вид те же самые, только дата изготовления отличается. Так что, видимо, стратегию работы с затемнителем надо выяснять «по месту», для конкретного баллона химиката.

Далее перед накаткой фоторезиста на поверхность заготовки ПП нужно просверлить реперные отверстия в стеклотекстолите. Берем иголку и молоток (или что-нибудь его заменяющее, например, кусачки/пассатижи), наклеиваем скотчем на заготовку ПП один из фотошаблонов «медного» слоя (накладывать шаблон нужно тонером вниз!) и размечаем (керним) точки, в которых реперные отверстия должны располагаться:

Дальше снимаем с заготовки ПП фотошаблон и сверлим реперные отверстия (сверлить их нужно строго перпендикулярно поверхности заготовки ПП):

Далее можно переходить к нанесению фоторезиста на поверхность заготовки ПП (накатке). Сразу скажу – для накатки я использую вот такой ламинатор (хотя по первому времени после ЛУТа юзал строго утюг):

Включаем его на прогрев (температуру я ставлю почти на максимум). И пока он греется, подготавливаем к накатке фоторезиста поверхность заготовки ПП. Сначала удаляем окислы меди и отпечатки пальцев различных людей с одной стороны заготовки (зашкуриваем поверхность «до зеркала»). Я это делаю на станке при помощи секретной приспособы из губки для очистки нагара:

(Примечание: для записи данного видео был привлечен другой «оператор». Ну и, соответственно, раскрылся он во всей красе:) Однако, сам процесс зашкуривания он вроде нормально заснял).

Затем обезжириваем зашкуренную сторону (я обезжириваю спиртом, делаю три прохода тряпками разной степени загрязненности):

Ну а теперь можно накатывать фоторезист. Берем одну из заготовок фоторезиста, изготовленных ранее. Первым делом необходимо снять с заготовки матовую защитную пленку. Для этого сначала ножницами срезаем наискось край угла заготовки. Много срезать не надо, достаточно 3-4мм в самом широком месте отрезанного куска.

На линии дополнительного среза отделяем от фоторезиста матовую пленку и немного (буквально на пару сантиметров) отводим ее от угла. Затем ее необходимо отвести на 1-2см вдоль всего узкого края заготовки из фоторезиста.

Берем матовую пленку за отогнутый край (примерно посередине) и медленно тянем ее к противоположному краю заготовки. После того, как матовая пленка будет полностью удалена, кладем заготовку ПП зашкуренной стороной вверх и накладываем на нее заготовку из фоторезиста светочувствительным слоем вниз.

Теперь нажимаем на середину той стороны, которую держали пальцами и проглаживаем пальцами эту сторону от центра к краям. Область проглаживания не должна заходить больше, чем на 1,5-2,0см от края заготовки. В процессе проглаживания светочувствительный слой за счет давления пальцев приклеится к фольге. Всё, положение заготовки из фоторезиста надежно зафиксировано на заготовке ПП:

Дальше сразу же несу полученный бутерброд к разогретому ламинатору. Говорю ламинатору, чтоб начал крутить прижимающие валы. Сую бутерброд в ламинатор той стороной, где фоторезист приклеен к фольге, и даю передним валам засосать бутер на 1,0-1,5см. Сразу после этого выключаю мотор ламинатора.

Беру пальцами левый свободный угол заготовки фоторезиста (это угол на стороне, которая еще не засосана валами) и поднимаю его немного вверх. Правой рукой снова включаю мотор ламинатора и ей же быстро подхватываю второй свободный угол фоторезиста, болтающийся в воздухе. После этого свободную сторону заготовки фоторезиста поднимаю вверх по максимуму (но без натяга, это важно!) и по мере прохода заготовки ПП через валы понемногу опускаю. Полностью отпускаю заготовку фоторезиста только тогда, когда вижу, что ламинатор намеревается сожрать мои пальцы.

После того, как фоторезист полностью накатан на заготовку ПП, прогоняю полученную «конструкцию» через ламинатор еще два-три раза.

На одну сторону заготовки ПП фоторезист накатан. Само собой, накатка на вторую сторону заготовки осуществляется аналогично. Но есть тут пара тонкостей.

Во-первых: шкурить нужно быстро или в темном помещении во избежание засветки накатанного фоторезиста (см. свойства фоторезиста). Во-вторых, при обезжиривании второй стороны заготовки ПП не нужно лить много спирта на тряпки. Лучше протереть поверхность лишний раз, если обезжириватель быстро испаряется с поверхности тряпки. Иначе он протечет через реперные отверстия на ту сторону заготовки, где накатан фоторезист, и если спирта слишком много – растворит довольно большие области светочувствительного слоя вокруг отверстий, вплоть до тех мест, где должен будет располагаться токопроводящий рисунок ПП. Ну и в-третьих (самых, наверное, важных) – перед накаткой фоторезиста на вторую сторону заготовки печатной платы необходимо проткнуть иголкой лавсановую пленку на первой стороне в местах расположения реперных отверстий. Иначе будет вот так:

Запоротый фоторезист вокруг отверстий в 9 случаях из 10 приходится дополнительно ретушировать. Так что – не будем усложнять себе жизнь. В остальном же накатка фоторезиста на вторую сторону заготовки ПП полностью повторяет процесс накатки на первую сторону.

Переходим к экспонированию фоторезиста. Совмещаю фотошаблоны, на которых нарисован токопроводящий рисунок ПП, с реперными отверстиями на заготовке ПП:

Приклеиваю шаблоны к заготовке узким канцелярским скотчем (пузыри и складки на скотче – уничтожить!). Затем тащу полученный бутерброд к установке для экспонирования:

Накрываю заготовку ПП стеклом (толщина 4мм), прижимаю стекло к столу грузами. А затем засвечиваю каждую сторону заготовки по 1мин. 45сек.:

О том, как примерно оценить оптимальное время засветки фоторезиста, есть отдельный раздел в бумажной заметке.

Теперь засвеченный фоторезист надо проявить. Готовим проявочный раствор (секретный рецепт – 2 чайных ложки кальцинированной соды на 0,5л теплой воды):

Температура воды: +35*С – +45*С. Надо трясти бутылку до тех пор, пока почти все комки соды не растворятся.

UPD: Было выяснено, что слишком большая концентрация кальцинированной соды в растворе, как ни странно, приводит к тому, что незакрепленный фоторезист в проявочном растворе толком не растворяется. Так что сыпать в воду килограммы соды не следует.

Далее включаем ламинатор на прогрев (температура печки – прежняя). А затем проявляем фоторезист. Наливаем в ванну для проявки полученный ранее чудо-раствор. Также бросаем в нее заранее приготовленный клочок ваты, чтоб отмокал (так с ним проще работать) и зубную щетку. Затем берем заготовку ПП с засвеченным фоторезистом и отклеиваем от нее фотошаблоны. Снимаем лавсановую пленку с поверхности фоторезиста. И погружаем заготовку ПП в ванну с раствором:

Трём поверхность заготовки ватой/щеткой до тех пор, пока практически весь незасвеченный фоторезист не будет смыт. Когда такой момент наступил, необходимо срочно мчаться промывать плату под струей проточной воды, а после промывки лучше промокнуть заготовку сухим полотенцем:

После промывки фоторезист нужно задубить, чтобы повысить его механическую прочность. И еще – чтобы он не отваливался от платы в процессе травления. Я «дублю» фоторезист, как многие считают, довольно своеобразно – просто тупо оборачиваю промытую и слегка влажную заготовку ПП листом писчей/офисной бумаги и прокатываю ее два-три раза через нагретый ламинатор (напомню, включать его на прогрев нужно до процесса проявки фоторезиста):

Температура печки ламинатора – такая же, как и при накатке фоторезиста. Всё, на этом процесс «дубления» завершен. Далее снимаем бумагу с заготовки ПП. И если вдруг оказывается, что бумага наглухо прилипла в некоторых местах к фоторезисту (речь о тех местах, где фоторезист должен быть закрепленным) – это явный признак того, что фоторезист недосвечен.

Можно начинать процесс травления. Перед удалением ненужной меди с заготовки ПП необходимо внимательно просмотреть проявленный рисунок токопроводящего слоя на предмет обрыва дорожек и наличия дырок в полигонах. Если таковые имеются, необходимо срочно замазать их перманентным маркером (заретушировать) или заляпать скотчем. Также неплохо бы поискать места с несмытым в процессе проявки фоторезистом. Если они найдутся – лучше процарапать данные области иголкой или канцелярским ножом. Конечно, есть весьма ненулевая вероятность вытравливания меди в этих зонах и без дополнительного процарапывания (особенно при использовании качественного и свежего травильного раствора), но, на мой взгляд – лишний раз рисковать ни к чему.

Травлю платы я водным раствором хлорного железа (железо/вода – 1,0/3,0 или 1,0/2,5). В качестве емкости (ванны) для травления использую «джакузи» – вертикальный аквариум с волшебными пузырьками, нагнетаемыми в жидкость через ПВХ трубку при помощи аквариумного компрессора:

Закидываю заготовку в травильный раствор и обычно иду курить. Процесс исчезновения ненужной меди контролирую каждые 5-6 минут. А когда видно, что до окончания травления осталось совсем немного – каждую минуту.

По окончании процесса травления плата приобретает вот такой вид:

Отмечу, что после вынимания из травильной ванны заготовку обязательно нужно промыть под струей проточной воды.

Всё, фоторезист на медной поверхности нам больше не нужен, поэтому его нужно как-то удалить. Я для этих целей использую ацетон и ванну, в которой проявлял фоторезист. Просто кладу заготовку ПП в ванну, заливаю ее ацетоном и жду, пока фоторезист не начнет сворачиваться калачиком. А потом легким движением руки сметаю отвалившийся фоторезист с обеих сторон заготовки ПП (прямо в ацетоне):

После того, как заготовка вынута из ацетона, протираю ее поверхность какой-нибудь плохонькой тряпкой.

Далее приступаю к сверлению отверстий. Уже более двух лет дырки в платах сверлит вместо меня станок, поэтому никаких фото/видео про сверловку я делать не хотел. Однако, мой кинооператор настоял на том, чтобы ролик с демонстрацией работы станка в заметке присутствовал. Ну и – хорошему человеку я отказать не смог:

UPD: Очень долго думал — чего ж мне покою-то не дает?:) Чего-то в заметке не хватало. Теперь дошло — раз уж выложил видео работы станка, то неплохо бы указать его модель. Я использую в работе станок EP-Q от конторы EVERPRECISION.

Здесь хотелось бы обратить внимание вот на что. На данном этапе сверловки я не использую свёрл с диаметром, превышающим 1,8мм. Т.е. сверлю, конечно, все отверстия, но не все – требуемого диаметра. Связано это с необходимостью последующего изготовления слоя паяльной маски (в моем случае – фоторезистивной). Дело в том, что при накатке фоторезиста на поверхность заготовки ПП с «большими» (т.е. с диаметром, превышающим 1,8-2,0мм) отверстиями после этих самых «больших» отверстий часто образуются нехеровые такие складки фоторезиста. Бывает, что вместе со складками возникают также пузыри. Думаю, связано это с тем, что фоторезист «проваливается» в «большие» отверстия. Для понимания причин возникновения складок можно накрыть стакан, поставленный дном вниз, полотенцем, а затем чуть вдавить полотенце внутрь стакана. Наверное, примерно то же самое происходит и с фоторезистом в «большом» отверстии, только тут есть еще и отягчающее обстоятельство – высокая температура печки ламинатора. Во избежание возникновения складок на паяльной маске и приходится сначала сверлить все отверстия тонкими сверлами, а после изготовления слоя маски (и, обычно, шелкографии) рассверливать некоторые из них до требуемого по проекту диаметра.

Просверленная заготовка ПП выглядит следующим образом:

Теперь (если есть необходимость) можно наносить паяльную маску. Я ее изготавливаю из фоторезиста. Сразу хочу предупредить – фоторезистивная маска не идет ни в какое сравнение с настоящей (которая «фирменная»). Цвет не тот, механическая прочность не та, растворяется ацетоном, да и вообще – на вид «совсем не то». Еще одним минусом фоторезистивной маски является неравномерность ее нанесения на плату и обгрызанные края практически всех участков маски:

Однако, мне для моих скромных потребностей фоторезистивной маски вполне хватает. Для меня в первую очередь важно, чтобы припой не растекался по полигонам и дорожкам. И в обычном режиме монтажа деталей маска из фоторезиста с этой задачей успешно справляется. Не знаю, конечно, как она отнесется к поверхностному монтажу элементов с использованием фена, ибо я юзаю в работе обычный паяльник.

Наверное, уже понятно, что процесс изготовления фоторезистивной маски практически ничем не отличается от нанесения рисунка токопроводящего слоя печатной платы на фольгу заготовки. И это действительно так, за исключением пары моментов.

Момент первый – для совмещения фотошаблона слоя маски с рисунком проводников совершенно необязательно использовать реперные точки. Я совмещаю шаблон с проводниками просто «на глаз», стараясь при этом минимизировать влияние кривизны фотошаблона на совпадение будущего рисунка маски и контактных площадок. И второй момент – при изготовлении фоторезистивной маски я сперва делаю слой маски на одной стороне заготовки ПП, и только затем – на другой (а не совмещаю накатку, проявку и дубление фоторезиста для обеих сторон сразу, как в случае нанесения токопроводящего рисунка). Потому что для нормального нанесения фоторезиста на обе стороны заготовки надо протыкать дырки в лавсане, а при их количестве, превышающем 50-100шт., это довольно утомительно.

В остальном же процесс изготовления фоторезистивной маски аналогичен процессу нанесения токопроводящего рисунка на фольгу заготовки ПП. Поскольку этот процесс был подробно описан ранее, для изготовления маски приведу лишь последовательность операций, которые необходимо будет произвести.

1. Выбираем какую-либо сторону заготовки ПП и зашкуриваем ее «до зеркала». Здесь необходимо контролировать степень выпирания краев отверстий. В идеале по окончании процесса зашкуривания должно быть на ощупь непонятно, где эти самые отверстия расположены (т.е., края отверстий не должны выпирать), иначе фоторезист в просверленных местах накатается плохо.

2. Обезжириваем зашкуренную поверхность.

3. Накатываем фоторезист на обезжиренную сторону заготовки ПП. Температура печки ламинатора – такая же, как при нанесении рисунка токопроводящего слоя на фольгу заготовки.

4. Накладываем фотошаблон слоя маски на накатанный фоторезист, совмещаем его с токопроводящим рисунком ПП.

5. Экспонируем фоторезист.

6. Проявляем проэкспонированный фоторезист (я использую для этого тот же проявочный раствор, что и для проявки токопроводящего рисунка ПП).

7. Дубим проявленный фоторезист. Я прокатываю заготовку ПП с проявленным фоторезистом через ламинатор три раза.

Маска для одной из сторон заготовки ПП изготовлена:

Далее повторяем действия, изложенные в пп.1-7 для другой стороны заготовки.

Теперь хотелось бы сказать несколько слов о шелкографии. Я делаю слой маркировки элементов при помощи тонера (технология – слегка модифицированный ЛУТ). И именно из-за применения этой технологии на сторону печатной платы, содержащую ярко выраженные неровности (в частности, дорожки и пады), шелкографию толком не нанесешь (в бумажной заметке объясняется – почему). Вместо относительно четкой маркировки будем иметь унылое говно:

Однако, сам по себе процесс изготовления шелкографии я всё же решил запечатлеть. Распечатываем слой шелкографии для какой-нибудь платы на офисной бумаге. Затем берем кусок одностороннего стеклотекстолита и приклеиваем к его стороне, не содержащей фольгу, распечатанный рисунок (тонером, разумеется, вниз). Я клею бумагу к текстолиту на два небольших куска двухстороннего скотча. А затем полученный бутерброд прогоняем дважды через ламинатор при постоянном воздействии затемнителя тонера:

Температура печки ламинатора – такая же, как для рисунка дорожек и для слоя маски. Второй раз бутер через ламинатор надо прогонять «обратной» стороной вперед, это важно (см. бумажную заметку). В результате примененного метода рисунок на поверхности стеклотекстолита выглядит так:

Ну и осталось только покрыть чем-то медь, чтоб не окислялась, рассверлить нужные отверстия, да обрезать платы по контуру. Для защиты меди от окислов я применяю канифольную пыль, растворенную в спирте. Берем кисточку, макаем ее в раствор канифоли и начинаем «лачить» плату:

А далее рассверливаем «большие» отверстия сверлом соответствующего диаметра и обрезаем платы по контуру. Я режу платы на гильотине:

После обрезки, возможно, нужно будет доработать границы каждой платы для придания им законченного вида. Я для того, чтобы края ПП не были острыми и/или с зазубринами всегда снимаю с границы печатной платы фаску губкой для очистки нагара или бархатным напильником. И наконец-то мы можем полюбоваться результатом своих трудов:

На этом процесс изготовления двухсторонней печатной платы завершен. Я надеюсь, что сполна выполнил свое обещание рассказать людям о «моем» процессе изготовления ПП. Ну а для тех, кому хочется узнать о данном процессе более подробно/полно, как уже говорил выше, существует бумажная заметка.

Ну а в целом – желаю всем удачи в процессе изготовления хороших печатных плат!

Примечание: все вопросы лучше валить в камменты после заметки, так как не факт, что я смогу на них на все ответить. А вот шансы на то, что в сообществе найдется более прошаренный человек по твоей теме — довольно хорошие. Но уж если зарегистрироваться на сайте совсем никак — можно воспользоваться возможностями электрической почты: [email protected]

Содержание архивов:

PCB_2Side_Hardware.zip (285кБ):
DM-LD0104x-01_ИЗМ_1.lay – файл изготавливаемой печатной платы (формат «Sprint Layout 5.0»).

PCB_2Side_Describe.zip (14МБ):
Изготовление_ПП_(2ст)_ПНФ-ВЩ_v1.0.pdf – бумажная заметка о изготовлении двухсторонней печатной платы с картинками и пояснениями к ним.

PCB_2Side_Video1.zip (112МБ):
1_Нарезка_ФР.avi – видео раскройки фоторезиста;
2_Затемнитель.avi – видео работы с затемнителем тонера;
3_Реперные.avi – видео разметки реперных отверстий;
4_Зашкуривание.avi – видео зашкуривания медной фольги заготовки ПП;
5_Обезжиривание.avi – видео обезжиривания зашкуренной поверхности;
6_Наложение.avi – видео наложения фоторезиста на поверхность заготовки ПП;
7_Накатка.avi – видео накатки фоторезиста на поверхность заготовки ПП;
8_Раствор.avi – видео приготовления проявочного раствора.

PCB_2Side_Video2.zip (154МБ):
9_Проявка.avi – видео проявки фоторезиста;
10_Промывка.avi – видео промывки проявленной заготовки;
11_Дубление.avi – видео дубления фоторезиста;
12_Ацетон.avi – видео сворачивания закрепленного фоторезиста в ацетоне;
13_Сверловка.avi – видео работы сверловочного станка;
14_Шелкография.avi – видео процесса нанесения слоя шелкографии на стеклотекстолит;
15_Флюс.avi – видео покрытия заготовки ПП защитным флюсом.

PCB_2Side_Video_Low.zip (67МБ):
Все видеоролики из данной заметки в очень ужасном качестве.

Изготовление печатных плат с помощью компьютера

  Сегодня мы будем говорить о такой технологии, как изготовление печатных плат в домашних условиях с использованием пленочного фоторезиста.

  Примечание: фоторезист — полимерный (пленочный или аэрозольный) светочувствительный материал, который наносится на подложку (основу) методом фотолитографии, образуя на ней рисунок (окна) для их последующей обработки травящими или красящими веществами.

   В принципе, существует несколько методов для изготовления печатных плат в домашних условиях. Перечислим их в порядке удобства (от менее удобного к более).

  • Самый старый и самый менее точный метод это нанесение рисунка на плату с помощью лака. Таким методом нарисовать плату можно, но возникнут серьезные проблемы с воспроизводимостью и тонкими дорожками. Таким методом невозможно нарисовать дорожки под корпус TQFP-32.  
  • Более свежим методом является «лазерный утюг» (ЛУТ, лазерно-утюжная технология). Таким способом уже можно делать платы и довольно серьезные, но хорошей воспроизводимости у меня добиться не получилось. (периодически тонер плохо переводится или расплывается). Данным методом дорожки тоньше 0,5 мм делать и не пытался. 0,7 получается относительно стабильно.  
  • Самым, на мой взгляд, привлекательным способом изготовления плат в домашних условиях является использование пленочного фоторезиста. Данным методом у меня уверенно получаются дорожки 0,2 мм и расстояние между дорожками 0,2 мм. О нем и поговорим.  

  Для работы нам понадобятся следующие вещи:

  1. Фольгированный стеклотекстолит.
  2. Пленочный фоторезист (в моем случае негативный)
  3. Тонкая игла
  4. Сода
  5. УФ лампа (у меня экономка на 26 ватт)
  6. Пленка для струйного принтера (возможно использовать и лазерный принтер, но для этого нужна специальная пленка да и тонер лазерного принтера более прозрачный)
  7. Струйный принтер (лазерный)
  8. Разведенная печатная плата (для этого подойдет любая программа, в которой вам будет удобно работать. Лично мне нравится PCB Layout)
  9. Стирательная резинка.
  10. Канцелярский нож (обойный нож или лезвие)
  11. Оргстекло (прозрачная часть от коробки для дисков)
  12. Две емкости (одна обязательно должна быть пластиковой)
  13. Надфиль
  14. Ножовка по металлу или ножницы по металлу
  15. Лимонная кислота
  16. Перекись водорода
  17. Соль  

  Первое что необходимо сделать, это подготовить фотошаблон. Как работать с программами для создания печатных плат я рассказывать не буду. Они бывают разные и рассказать о всех и нюансах работы с ними будет проблематично. Расскажу только то, что непосредственно относится к печати платы.

  При работе с негативным фоторезистом необходимо при печати установить галочку «негатив» при этом дорожки станут прозрачными, а все остальные области закрасятся черным цветом. Далее необходимо отключить все настройки для экономии чернил (тонера). На пленку должно попасть как  можно больше чернил.

Пленка для печати на струйном принтере имеет две стороны (глянцевая и матовая). Формировать изображение можно только на матовой стороне. При работе с фоторезистом отзеркаливать (как в ЛУТ-е) ничего не нужно (это при создании односторонней платы). Для двусторонней обратную сторону нужно отзеркалить.

 

  Вот так выглядит распечатанный фотошаблон. В моем случае плата будет двусторонней. Поэтому и фотошаблона два. На фотографии нижний фотошаблон — это обратная сторона платы и распечатан он зеркально.

  На первый взгляд, совместить шаблоны достаточно проблематично (по отношению к ЛУТ-у это будет верно), но при использовании фоторезиста это не составит большого труда! Это очень просто сделать на фоне любой лампы (подсветив пленку снизу). После совмещения отверстий, я скрепляю фотошаблон с трех сторон степлером.

 

Подготовка стеклотекстолита

 На первом шаге изготовления печатной платы в домашних условиях мы вырезаем текстолит. Для этого я использую ножницы по металлу или ножовку по металлу (хотя собрался переходить на гильотину). Потом края обрабатываются надфилем.

   Перед поклейкой фоторезиста с текстолита необходимо удалить всю грязь и окислы. Для этого достаточно одного ластика и чистой бумаги.

  Ластиком тщательно обрабатываем всю поверхность текстолита. После обработки пальцами не дотрагиваться (может плохо прилипнуть фоторезист). Важно что бы на текстолите не осталось грязи, жира, окислов.

 

  На фотографии видно обработанную ластиком часть и еще не обработанную. После того как всю плату обработали ластиком она полируется бумагой.

 

  На фото плохо видно, но правая часть отполирована бумагой, а левая еще нет.

  Следующим шагом идет поклейка фоторезиста. Здесь нам необходимо отрезать фоторезиста немного больше, чем заготовка из текстолита. Фоторезист состоит из трех частей. С двух сторон прозрачная пленка, между которыми и заключен сам фоторезист.

  Для начала необходимо тонкой иглой поддеть внутреннюю тонкую пленку (пленочный фоторезист продается в рулонах и намотан стороной с тонкой пленкой во внутрь) и снять ее на несколько миллиметров (всю не снимать).

После чего фоторезист прикладывается к заготовке из текстолита и мягкой тканью (я использую ватные диски)  разглаживается. Потом отклеивается еще немного пленки и процесс повторяется. Главное чтобы фоторезист хорошо приклеился к текстолиту.

(Работать можно при обычном освещении, главное, чтобы не попадали прямые солнечные лучи, а хранить фоторезист нужно в темном месте).

 

  Далее кладем текстолит нашей будущей печатной платы с наклеенным фоторезистом на ровную поверхность, накрываем фотошаблоном, а сверху все это дело — оргстеклом. После чего включается ультрафиолетовая (УФ) лампа для засветки.

 

  Время засветки платы может изменяться и его необходимо подбирать экспериментально (в моем случае засветка длится три минуты).

Для определения времени засветки делается фотошаблон с цифрами 1, 2, 3, 4… (это минуты) Накрывается непрозрачным материалом и каждую минуту сдвигается от большего к меньшему.

Оно зависит от расстояния от лампы до заготовки, толщины оргстекла и мощности самой лампы (кстати засвечивать можно и не УФ лампой, а мощной «экономкой»).

  Сразу после засветки ультрафиолетовой лампой печатная плата у нас может выглядеть следующим образом:

 

   После засвета плату необходимо прогреть. При этом, рисунок становится более контрастным. Для этого плата кладется между двумя листами белой бумаги и прогревается утюгом на средней температуре в течении пяти секунд.

  На этом этапе изготовления печатной платы необходимо отмыть не засвеченный фоторезист. Для этого в емкость набирается немного воды, в которую добавляется сода (я делаю примерно 100 мл воды и чайная ложка соды). Теперь снимается вторая защитная пленка с фоторезиста. Она более толстая и иголка тут не требуется.

Снимать необходимо аккуратно, чтобы не отодрать фоторезист с платы. На краях платы он может потянуться за пленкой. В таком случае, необходимо начать снимать плёнку с другой стороны Плата помещается в раствор, каждые три минуты текстолит вынимается и под струей теплой воды протирается мягкой губкой.

Процедура повторяется до полного снятия не засвеченного фоторезиста.

 

Травление платы

  Есть множество растворов, в которых можно вытравить плату. У каждого есть свои достоинства и недостатки. Мне нравится травить платы в растворе лимонной кислоты в перекиси водорода. Данный метод мне нравится тем, что раствор не оставляет пятен, не воняет и вообще более экологически чистый.

  Для приготовления раствора необходимо растворить 30 грамм лимонной кислоты, одну чайную ложку соли (выступает в качестве катализатора) в 100 мл перекиси водорода.

Готовить раствор и дальнейшее травление платы необходимо проводить в пластиковой емкости, желательно на водяной бане. Я использую два судка (пластиковый и металлический).

В металлический судок я наливаю горячую воду, а в пластиковом судке провожу процесс травления. Травится относительно быстро (около 10 минут).

 

  Вот как выглядит процесс травления печатной платы в домашних условиях:

 

  А вот и практически готовая плата. На этом этапе необходимо отмыть оставшийся фоторезист. Для этого в ванночку наливаем горячую воду (около 70-80 градусов) и растворяем в ней соду (соду не жалеть, концентрацию делаем раз в пять больше). Оставляем минут на десять, а далее отмываем мочалкой (на этот раз можно тереть жесткой стороной)

 

  Вот как выглядит наша плата после «помывки»:

 

Сверление платы

  До того как я начал делать платы, меня всегда пугал этот вопрос. Тонким сверлом работать не просто, а сверлильный станок или дремель стоит денег. Но после первой попытки я понял, что вполне можно работать сверлом диаметром 1 мм и обычным шуруповертом (дрелью). К сожалению для более тонких отверстий шуруповерт уже не подойдет.

 Сейчас я сверлю самодельным сверлильным станком. Минимальное сверло использую диаметром 0,5 мм. (для переходных отверстий).

 

  Вот еще один пример:

Лужение печатной платы, пайка

  От этого этапа я планирую отказаться. Нет, я не говорю, что лужение это лишнее. Оно очень даже нужно. Лужение защищает медную дорожку от окисления. Просто хочу перейти на УФ маску. Плата выглядит гораздо приятней. Да и дорожка совсем спрятана, что исключает короткое замыкание (КЗ) по линиям.

  Не верьте тем, кто говорит, что для пайки (лужения) нужна паяльная станция. Я начинал паять 25-ти ваттным паяльником с тонким жалом. И прекрасно справлялся с SMD 0805 и корпусами TQFP32. Сейчас приобрел паяльную станцию.

Конечно стало удобней но незаменимой вещью ее назвать нельзя. Кстати сейчас паяю жалом К-типа. Думал приобрести себе микроволну, но настолько мелкие корпуса мне не попадались, а покупать жало так мне не хочется.

Да и жала для моей станции стоят не дешево.

 

  Для удобной пайки необходимо жало держать в чистоте. Можно не тратиться на заводские приспособы, а сделать все самостоятельно. Металлическая мочалка поможет убрать лишний припой с жала, а жесткая сторона обычной мочалки, вымоченная в аптечном глицерине прекрасно подойдет для снятия гари и окислившегося припоя.

 

  В процессе лужения флюса не жалейте. После лужения и пайки всех компонентов плату необходимо промыть. Для этого можно купить промывку для печатных плат. А можно промыть в смеси бензина «Калоша» и изопропилового спирта (особой концентрации я не придерживаюсь) это и будет заводская промывка для печатных плат, только гораздо дешевле.

  Итог всего сказанного выше: изготовление печатных плат в домашних условиях — вполне реальное и (что важно) не сильно затратное в финансовом плане предприятие, которое может позволить себе каждый! Естественно, если Вас интересует данная тема?

  Как всегда, задавайте свои вопросы или высказывайте пожелания в конце статьи в х. Мы будем рады на них ответить!

Изготовление печатных плат с помощью фоторезиста

В интернете есть множество статей по методам изготовления печатных плат. На сегодня популярным методом изготовления печатных плат в домашних условиях является ЛУТ (с помощью лазерного принтера и утюга).

Однако сегодня хотелось бы поделиться методикой изготовления печатных плат ещё одним методом — с помощью фоторезиста. На эту тему написано уже много, но есть желание поделиться своим опытом.

Что нам нужно:

  • Фоторезист пленочный негативный (например в AliExpress)
  • ПК и рисовалка печатных плат (как вариант SL5-SL6)
  • Прозрачная пленка для струйного или лазерного принтера (например такая)
  • Принтер (для соответствующей пленки — у кого какой)
  • Фольгированный стеклотекстолит
  • Бумага (обыкновенная) и стирательная резинка
  • Острый предмет (иголка, скальпель и т.п.)
  • Ультрафиолетовая лампа
  • Кальцинированная сода (пищевая не подойдет)
  • Ровные руки

Итак, пленочный негативный фоторезист являет собой полимерный светочувствительный материал, покрытый с обеих сторон тонкой защитной пленкой (такой бутерброд на рис. 1).

Воздействие света на него либо разрушает полимер (позитивный фоторезист), или, наоборот, вызывает его полимеризацию и понижает его растворимость в специальном растворителе (негативный фоторезист).

При последующей обработке происходит травление в «окнах», образованных засвеченными (позитивный фоторезист) или не засвеченными (негативный фоторезист) участками полимера.

Например, имеется готовая разводка некого девайса (пусть в SL6):

Для изготовления печатной платы необходимо сначала изготовить фотошаблон для фоторезиста. Для этого:

  1. лезем в меню «Файл»->»Печать»
  2. отключаем печать ненужных слоев
  3. масштаб 1:1
  4. и ставим галку «Негатив» (если забыли поставить и пустили в печать на принтер — придется перепечатывать)!!!
  5. на прозрачную пленку нужно выбросить побольше краски. Поэтому, лезем в настройки принтера и выставляем:
    1. качество печати: очень высокое
    2. тип печати: черно-белый
    3. если есть другие настройки — смотрим сами

Еще раз проверяем п. 2-4 и посылаем шаблон на печать (см. рисунки ниже).

После – проверяем наш шаблон на прозрачность – рисунок должен быть четким и не просвечиваться (если сквозь него все видно – плохо дело – можно пустить его еще раз на печать или напечатать новый (изменив настройки печать принтера))

Вот результат:

А пока наш шаблон подсыхает (не оставляйте на нем свои отпечатки), подготовим основу для нанесения фоторезиста — фольгу текстолита.

Для этого, медное покрытие текстолита надо зачистить и обезжирить: берем нужного размера текстолит и протираем медный слой стирательной резинкой, дабы удалить грязь с меди.

Всё, трогать пальцами эту часть текстолита НЕЛЬЗЯ! Чтобы на фольге не осталось частиц резинки и снова не замазать ее жирными руками, медь стоит чуть полирнуть до блеска бумагой (но НЕ НАЖДАЧНОЙ!).

Далее берем наш фоторезист (тот, который рулончик). Отрезаем нужный кусок и прячем рулон куда подальше от света (иначе – со временем может засветиться и целый рулон пропадет). Нужно НЕМНОГО подцепить матовую защитною пленку (она находиться с внутренней стороны рулона см. рис.) с помощью иголки, например.

Не трогайте пальцами той части фоторезиста, с которой сдираем пленку, иначе он не прилипнет к меди.


Теперь легким движением руки прикладываем фоторезист к плате, прижимаем и постепенно снимаем матовую пленку (фото).

Аккуратно разглаживаем все это дело (фоторезист должен прилипнуть весь и чтоб без пузырьков и т. п., после разглаживания плату можно положить между страницами книги и крепко прижать)

Пока мы лепили фоторезист к меди, наш фотошаблон успел высохнуть (надеюсь). Теперь прикладываем его к плате с фоторезистом (стороной, где напечатано, к  фоторезисту – если печатали не зеркальный шаблон).

Выравниваем шаблон по краям платы и кладем на него стекло (шаблон должен быть плотно прижат к плате, иначе может засветиться то, что не должно засвечиваться)
Теперь ставим ультрафиолетовую лампу на уровне 10-15 см над платой и засвечиваем наш фоторезист приблизительно на 7 минут.

Снимаем фотошаблон и сдираем прозрачную пленку с платы (фоторезиста). Эту операцию нужно проводить аккуратно, чтобы не содрать и сам фоторезист с платы.

Теперь нужно проявить наш фоторезист. Для этого замачиваем нашу плату в растворе кальцинированной соды на 30 секунд. Легкими движениями зубной щетки по поверхности платы смываем остатки не засвеченного фоторезиста (при этом окунаем плату в раствор соды). Когда будет четко видна медь, промываем плату обычной водой и пусть просыхает.

  • Какие могут возникнуть проблемы?
  • Если остается фоторезист, там, где его быть не должно, значит:
  • Либо пересветили ультрафиолетом,
  • Либо сделали плохой фотошаблон и через него ультрафиолет засвечивал все
  • Фотошаблон плохо был прижат к фоторезисту (в этом случае дорожки могу быть шире нужного)

Если при проявке фоторезиста сдираются сами дорожки, то:

  • Фоторезист плохо пристал к меди -> медь плохо подготовлена (жирная, грязная и т. п. или фоторезист битый (у меня такого не было, но всякое может быть))
  • Нужно ЛЕГЧЕ тереть зубной щеткой
  • Передержали плату в воде (растворе) – фоторезист ведь к меди не на суперклей клеился.

Ну и если фоторезист при проявке смывается полностью – значит недосветили УФ лампой

А далее все как по сценарию: хлорное железо…вытравливаем…смываем остатки железа…фоторезист можно снять ножом, а можно и растворителем (что есть гораздо легче), а можно оставить как защитное покрытие дорожек (если можно так выразиться).

С первого раза  может выйти кривовато, но с практикой – приходит мастерство. Удачи!

Изготовление печатных плат с помощью компьютера

Подробности Категория: Технологии

    Печатные платы для монтажа в радиотехнике очень распространены. В условиях производства существует различное оборудование, позволяющее выпускать печатные платы в больших объемах. Раньше такие платы изготовляли методами офсетной печати, отсюда и получили название «печатных».

   До появления лазерных принтеров, в домашних, любительских условиях или в радио мастерских, занимающихся ремонтом электронного оборудования печатные платы рисовали различными лаками вручную с помощью остро заточенной спички, иголок от шприца и стеклянных рейсфедеров.

Не будем говорить про качество изготовления, а тем более про производительность, при необходимости изготовления несколько одинаковых таких плат. Короче, радости было мало.

   Cмысл «лазерно — утюжной» технологии достаточно простой: распечатанный на бумаге рисунок помещается на заготовку из предварительного очищенного и обезжиренного фольгированного стеклотекстолита, тонером к фольге, после чего проглаживается обычным утюгом. Тонер с бумаги расплавляясь, переносится на фольгу.

Далее бумага размачивается в теплой воде, а печатная плата травится в растворе хлорного железа как обычно .Технологические тонкости:  Лучше всего для печати подходит мелованная бумага из глянцевых журналов. Рисунки и фотографии на страницах журнала на качество не влияют. Границы печатной платы на распечатке лучше указать при помощи перекрестий, чем рамкой.

Рамка в процессе приглаживания может потянуть за собой бумагу и исказить рисунок. Иногда бывает, переносимый рисунок приглаживается утюгом хорошо не с первого раза, поэтому желательно на одном листе бумаги отпечатать несколько его экземпляров.  Текстолитовую заготовку для платы следует вырезать так, чтобы по краям оставался запас 8 — 10 мм.

Он срезается уже после того, как плата будет готова. Это необходимо что-бы дорожки на краях рисунка получились хорошо.

   Далее необходимо положить бумагу рисунком вверх на ровную поверхность, и на нее заготовку платы фольгой вниз, ориентируя по угловым крестам. Далее края бумаги подогнуть аккуратно вовнутрь пакета.

Утюг разогреть до температуры около 200 градусов и для приглаживании пакет положить, бумагой вверх на картонную папку для бумаг или толстый журнал.  Процесс приглаживания производить сначала всей плоскостью утюга для разогрева платы, а потом приглаживать бумагу ребром утюга.

Чтобы мелованная бумага не прилипала к утюгу можно под утюг положить лист чистой бумаги.  После приглаживания, чтобы рисунок лучше зафиксировался на плате, пакет следует прикладывая другой холодный утюг остудить.  Приглаженную бумагу необходимо отмочить в теплой воде 55 — 60 градусов.

Когда бумага на плате размокнет ее следует осторожно снять. Остатки размокшего листа, прилипшие к плате, протирая пальцем, удалить.

  Если наши старания оправдались и получен оттиск хорошего качества, плату следует протравить в растворе хлорного железа.  Остатки тонера с платы после травления  удаляется бензином или ацетоном.

 Остается просверлить отверствия в плату под радиокомпоненты, зачистить еще раз мелкой наждачной бумагой и плата готова.

Изготовление печатных плат с помощью компьютера

Оборудование для мелкосерийного монтажа печатных плат и монтажа опытных образцов.

Автоматическая линия Siemens для мелкосерийного монтажа и монтажа опытных образцов печатных плат

  • Принтер полуавтомат для нанесения паяльной пасты EKRA E1
  • Установщик компонентов Siemens SIPLACE CF
  • Инспекционный конвейер ASYS
  • Конвейерная 5-зонная печь конвекционного оплавления REHM Compact 2100
    Позволяет работать по технологии бессвинцовой пайки.
  • Автоматический разгрузчик печатных плат Nutek

Участок опытного производства

Монтаж электронных блоков повышенной сложности

  • Парофазная печь с вакуумной зоной Asscon VP800
    • Вакуумная зона позволяет бороться с пустотами в паяном соединении, снижая этот показатель до 1-2% от общего объема паяного соединения. Помимо механической надежности, это помогает добиться лучших показателей по отводу тепла от электронных компонентов и обеспечению заземления микросхем.
    • Более низкая температура пайки по сравнению с конвекционными и инфракрасными печами позволяет избежать повреждений вследствие перегрева компонентов и печатной платы.
    • Равномерное распределение тепла по всей плате для работы с электронными модулями, имеющими несколько уровней в горизонтальной плоскости.
    • Пайка в инертной среде
    • Возможность одновременно паять массивные и мелкие компоненты
    • Возможность демонтажа микросхем в корпусе BGA с использование «щадящего профиля»
    • Максимальный размер платы: 320*300 мм, макс. высота электронного модуля (плата+компоненты): 55 мм

  • Установка струйной отмывки печатных плат Riebesam 23-ОЗТ, Injet 388-MCD (для плат и трафаретов)
  • Установка ультразвуковой отмывки печатных плат Finnsonic
  • Ремонтный центр HAKKO
  • Ремонтный центр FinePlacer Core
    • Предназначен для монтажа-демонтажа компонентов от 0201 до сложных микросхем в корпусах BGA, QFP, QFN и т.д. с габаритами до 50х50 мм.

Как напечатать печатную плату

Если простые радиосхемы можно паять, не задумываясь об изготовлении монтажной платы (см., например, статью «Карманное сторожевое устройство», «Наука и жизнь» № 5, 2003 г.

), то для более сложных устройств, особенно с применением микросхем, без монтажной платы не обойтись.

Лучшим выходом было бы самостоятельное изготовление печатных плат, но опытных радиолюбителей отпугивают трудности при изготовлении, а начинающие вообще не представляют, что это можно сделать своими руками.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Рисунок печатной платы готовится на компьютере в любой графической программе, например в Photoshop, причем если вам нужно повторить плату из книги или журнала, то сосканируйте оригинал и закрасьте места будущих проводников.

Можно разработать разводку печатной платы и непосредственно на экране компьютера и скомпоновать рисунок с несколькими печатными платами для вывода (1).

Перед выводом на печать не забудьте зеркально повернуть рисунок и при печати на лазерном принтере попробуйте разные режимы, чтобы получить наиболее насыщенный черный цвет (2).

Главная хитрость заключается в подборе бумаги — хорошие результаты получаются при использовании тонкой мелованной фотобумаги для струйных принтеров (foto qualite ink jet paper). В Интернете можно найти несколько страничек, например http://un7ppx.narod.ru/info/technology/plates/pl18.htm, где радиолюбители делятся опытом по подбору бумаги. Перед переносом рисунка фольгированный стеклотекстолит нужно зачистить шкуркой-нулевкой, затем наложить рисунок и с нажимом нагревать утюгом 1-3 минуты (3). При остывании тоже нужно обеспечить прижим, например вторым, холодным, утюгом. Ответственный этап операции — освобождение от бумаги: нужно дать полежать заготовке в воде минут десять и потом начинать стирать пальцем размокшую бумагу под струей воды (4). Бумага сходит довольно легко, но нужно удалить и белесый налет с мест, подлежащих травлению. Если печать получилась неудачная, смойте тонер ацетоном и попробуйте снова или исправьте ошибки цапон-лаком.

Следующий этап — травление — происходит обычным образом: растворяем в воде хлорное железо (FeCl3∙6h3O) до цвета крепкого чая и кладем плату в раствор (5).

Если вы хотите наблюдать за процессом травления, то положите плату рисунком вверх, но при этом вам придется покачивать кювету с раствором или саму плату, чтобы продукты распада не мешали дальнейшему травлению.

Когда исчезнет вся медь с незакрашенных участков, хорошо промойте плату и удалите защитное покрытие ацетоном.

При работе с хлорным железом нельзя пользоваться металлическим инструментом и нужно соблюдать минимальные меры предосторожности: обеспечить доступ свежего воздуха и не допускать попадания раствора на кожу и тем более в глаза.

Впечатляет быстрота изготовления печатных плат таким способом — за один день вы сможете придумать схему, начертить на компьютере чертеж печатной платы, напечатать ее, протравить, если нужно, нарезать (6), облудить и смонтировать детали(7).

Изготовление печатной платы на компьютере

При изготовлении аппаратуры чаще всего используется
печатный монтаж. Он практически полностью вытеснил навесной способ
монтажа. Это и понятно — ведь печатный монтаж резко увеличивает
производительность труда при сборке радиоаппаратуры, снижает ее
габариты и стоимость.

С появлением персональных компьютеров и совершенных
средств печати — лазерных принтеров, можно изготовить в
любительских условиях печатные платы хорошего качества.

Редактором печатных плат (например Sprint Layout или др.), на компьютере создается изображение
печатной платы (масштаб 1:1). Лазерным принтером, на мелованной
глянцевой бумаге от качественных иллюстрированных изданий печатают
в зеркальном виде черно-белое (проводящие дорожки черным цветом)
изображение платы. Важно, чтобы лазерный принтер оставлял четкое
изображение и не повреждал глянец. Не обращайте внимания, что на
страницах присутствует текст, фотографии и рисунки — типографское
изображение впоследствии останется на своем месте и не попадет на
плату.

Теперь нужно подготовить плату к нанесению рисунка.
Школьной «чернильной» резинкой зачищаем ее до блеска и обезжириваем
(протираем салфеткой, смоченной в спирте или ацетоне). По
возможности не используйте для зачистки
платы нождачную шкурку или бумагу
(нулевку).

Рисунок печатной платы прикладывается тонером к
фольге, края листа заворачивают. Заготовку кладут на ненужный
журнал или пачку газет рисунком вверх. Сверху
накрывают листом чистой писчей бумаги и проглаживают горячим утюгом
в течение 10…25 с. Тонер от нагревания размягчается и надежно
сцепляется с фольгой заготовки. После остывания заготовки аккуратно
снимают лист.

Данный способ нанесения рисунка печатной палаты
требует определенных навыков в работе. Тип бумаги, температура
утюга и время проглаживания выбираются опытным путем.

После исправления найденных дефектов плату помещаем
в пластмассовую ванночку с раствором хлорного железа для травления.
Желательно установить плату на какие либо стоечки фольгой вниз, для
избежания прямого контакта с дном емкости. Покачивание
ванночки с раствором и его перемешивание увеличивают скорость
травления. Время от времени плату вынимают из ванночки, чтобы
контролировать процесс травления и не допустить подтравливания
дорожек. После полного вытравливания всех незащищенных участков
платы ее вынимают из раствора и тщательно промывают в проточной
воде.

После сушки удаляют покрытие ацетоном,
растворителем 646. Следует еще раз проконтролировать качество
травления, недостаточно протравленные участки фольги удаляют
скальпелем. По рисунку накерниваем отверстия для выводов
радиодеталей и крепления платы. Сверлим отверстия диаметром
0,8…1,5 мм для радиоэлементов и 2,5…3,5 мм — для крепления
платы.

Плату повторно зачищают резинкой, обезжиривают и
покрывают канифольным лаком. Припоем ПОС-61 залуживают контактные
площадки. Теперь плата готова к монтажу элементов. Канифольный лак
с поверхности платы по окончании монтажа можно не удалять, он
предохраняет дорожки от окисления.

Печатная плата

Печатная плата со смонтированными на ней электронными компонентами.
Гибкая печатная плата с установленными деталями объёмного и поверхностного монтажа.
Чертеж платы в CAD-программе и готовая плата
Две макетных платы для микроконтроллера ATmega8. На левой плате: сверху место для силовых транзисторов, под ним разъём программатора. В центре место для микросхемы, слева от неё — место для «кварца». По кромке платы проведены дорожки питания и «земли».
Разрез многослойной печатной платы с микросхемой в корпусе BGA. Сверху видно кремниевый кристалл. Коричневые полоски — медь дорожек и переходного отверстия (англ.)русск.. Зелёные участки — паяльная маска.

Печа́тная пла́та (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.

Устройство

В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твёрдой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки для монтажа выводных или планарных компонентов.

Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы.

С внешних сторон на плату обычно нанесены защитное покрытие («паяльная маска») и маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации).

Виды печатных плат

В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком печатные платы подразделяют на:

  • односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика;
  • двухсторонние (ДПП): два слоя фольги;
  • многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат[1].

По мере роста сложности проектируемых устройств и плотности монтажа увеличивается количество слоёв на платах[1].

По свойствам материала основы:

  • Жёсткие
    • Теплопроводные
  • Гибкие

Печатные платы могут иметь свои особенности в связи с их назначением и требованиями к особым условиям эксплуатации (например, расширенный диапазон температур), или особенности применения (например, платы для приборов, работающих на высоких частотах).

Материалы

Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс.

Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек.

Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов.

Для дальнейшего улучшения тепловых характеристик металлическое основание платы может крепиться к радиатору.

В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д)[2], и керамика. Такие платы имеют следующие ограничения:

  • в керамике обычно невозможно выполнение отверстий, а в ФАФ-4Д — металлизация отверстий;
  • сами по себе такие платы не могут быть несущей конструкцией, поэтому используются совместно с подложкой (основанием).

Существуют современные материалы и технологии, позволяющие преодолеть первое ограничение, но не второе.

Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.

Конструирование

Конструирование плат происходит в специализированных программах автоматизированного проектирования. Наиболее известны Altium Designer, P-CAD, OrCAD, TopoR, Specctra, Proteus, gEDA, KiCad и др.[3] Сам процесс конструирования в русском языке часто именуют сленговым словом разводка, подразумевая процесс прокладки проводников.

Стандарты

В России существуют стандарты на конструкторскую документацию печатных плат в рамках Единой системы конструкторской документации:

  • ГОСТ 2.123-93 «Единая система конструкторской документации. Комплектность конструкторской документации на печатные платы при автоматизированном проектировании»;

Фоторезист - обзор | Темы ScienceDirect

7.3.4.1 Удаление фоторезиста и полимера

Фоторезист необходимо многократно удалять с полупроводниковых пластин в процессе изготовления ИС. Легкость или сложность удаления будет зависеть от процессов, которым подвергался фоторезист, таких как термообработка, плазменное травление или ионная имплантация. Многие исследователи [54–62] продемонстрировали использование сверхкритических жидкостей для удаления фоторезиста в различных условиях.Ранняя работа над процессом SCORR, проведенная Лос-Аламосской национальной лабораторией, показала, что фоторезист набухает за счет диффузии CO 2 в полимерную матрицу и что сорастворитель помогает разрушать полимер и разрушать связи на поверхности. На рис. 7.3-21A показан пример набухшего фоторезиста в процессе обработки. На рис. 7.3-21B показано полное удаление слоя фоторезиста.

Рисунок 7.3-21. Удаление фоторезиста (A) в середине процесса scCO 2 и (B) после экспонирования, демонстрирующее полное удаление фоторезиста.К scCO 2 были добавлены сорастворители с использованием процесса SCORR [55].

Используется с разрешения Лауры Б. Ротман, представлено на Green & amp; Конференция по устойчивой химии, Королевское химическое общество.

Механизмы удаления фоторезиста с использованием обработки scCO 2 отличаются от типичного подхода влажной химии. Вместо растворения фоторезиста можно использовать scCO 2 для набухания полимера и последующего удаления его с поверхности. Фоторезист, подвергнутый плазменному травлению, имеет «полимерную корку» по краю рисунка и верхней поверхности, и его труднее удалить, чем нижележащий материал.Поэтому использование этого подхода к отсоединению может быть весьма эффективным.

Изучение образцов фоторезиста в середине процесса может предоставить подробную информацию о механизмах. На рис. 7.3-22 показано, что фоторезист набухает и поврежден там, где начинаются края рисунка. Поскольку сверхкритический CO 2 может проникать сквозь «корку», он может атаковать нижележащий фоторезист и фактически начать его извлекать. Продолжение обработки и введение импульсов быстрого сброса давления и последующего повышения давления указывает на то, что фоторезист отслаивается от поверхности и снимается листами, как показано на рисунке 7.3-23.

Рисунок 7.3-22. Проникновение scCO 2 и сорастворителя в фоторезист на полпути [63]. Ротман, Л. Б., Роби, Р. Дж., Али, М. К., и Маунт, Д. Дж., «Сверхкритические жидкие процессы для изготовления полупроводниковых устройств», Материалы конференции Advanced Semiconductor Materials Conference (ASMC). Авторское право (2002) IEEE.

Используется с разрешения.

Рисунок 7.3-23. После сброса давления и повторного повышения давления в scCO 2 для удаления слоя фоторезиста; (A) вид сверху и (B) поперечное сечение [54].

Используется с разрешения Лауры Б. Ротман, представлено на ежегодном собрании NSF / SRC 2003.

Дополнительным требованием является наличие достаточного потока жидкости для удаления отслоившегося фоторезиста. Если поток жидкости недостаточен, отслоившийся фоторезист остается на поверхности пластины. Сходство существует в истончении пограничного слоя, наблюдаемом при водной очистке, обсуждаемом в главе 4.

В большинстве химических процессов повышение температуры ускоряет процесс.Однако в сверхкритических жидкостных процессах существуют конкурирующие силы, поэтому нельзя полагать, что более высокая температура дает лучшие результаты. При более высоких температурах плотность жидкости ниже, что может привести к снижению растворимости. Температура стеклования - это температура, выше которой полимерное вещество размягчается и становится эластичным и вязким. Исследования Савана [64] показали, что CO 2 при высоком давлении может пластифицировать полимеры и вызывать значительное снижение температуры стеклования.Это наблюдалось, как показано на рис. 7.3-24, где температура увеличивалась, и фоторезист плавился и растекался, а не удалялся.

Рисунок 7.3-24. Плавление и растекание фоторезиста после превышения температуры стеклования [63]. Ротман, Л. Б., Роби, Р. Дж., Али, М. К., Маунт, Д. Дж., «Сверхкритические жидкие процессы для изготовления полупроводниковых приборов», Материалы конференции Advanced Semiconductor Materials Conference (ASMC). Авторское право (2002) IEEE.

Используется с разрешения.

Два фактора, которые влияют на способность полимера растворять CO 2 , - это кристалличность и степень сшивки в полимере.Наличие кристалличности в полимере будет препятствовать сорбции CO 2 . Полимеры с высокой степенью сшивки солюбилизируют меньше CO 2 , чем полимеры с меньшей степенью сшивки. Сорбция CO 2 впоследствии приводит к набуханию полимера и еще больше усиливается при превышении температуры стеклования. Дополнительное разрушение полимера может происходить за счет взаимодействия с солюбилизированным CO 2 и / или сорастворителем. После сброса давления солюбилизированный CO 2 начинает расширяться по мере снижения давления в сосуде.Это расширение газа и пониженное гидростатическое давление, оказываемое на полимер, часто приводит к временному усилению эффекта набухания полимера. Прежде чем взаимодействия полимер / полимер могут быть восстановлены, могут возникнуть трещины под напряжением, пузырьки или полное расслоение полимерной пленки, поскольку CO 2 быстро десорбируется. Для полного удаления фоторезиста в процессе должны быть объединены три механизма: CO 2 и сорастворитель при соответствующей температуре и давлении приводят к набуханию полимера; в сочетании с быстрой декомпрессией дебонд и отслаивание его от поверхности; и, наконец, поток жидкости удаляет ее с поверхности пластины.

Некоторые альтернативные подходы к удалению фоторезиста с использованием сверхкритического CO 2 заключаются в использовании системы сорастворителей, которая фактически растворяет слой «корки» и нижележащий фоторезист. Использование параметров растворимости Хансена (HSP) в качестве руководства по выбору сорастворителей применялось для удаления фоторезиста [56, 65]. Система сорастворителей может включать более одного растворителя. Поскольку полярный раствор плохо растворяется в неполярном scCO 2 , можно использовать добавление промежуточного растворителя с полярными и неполярными группами, растворимыми в scCO 2 .

Korzenski et al. [57] обнаружили, что добавление полярных сорастворителей к scCO 2 эффективно для ионно имплантированных низких доз фоторезиста, но не для средних или высоких доз (дозы обсуждаются в главе 6). Для растворения фоторезиста, имплантированного высокими дозами ионов, потребовались химические добавки. Использование механизма восстановления или фторирования для образования scCO 2 -растворимых фторидов или гидридов привело к полному удалению фоторезиста в процессе растворения.Результаты до и после показаны на Рисунке 7.3-25.

Рисунок 7.3-25. СЭМ-изображение (A) ионно имплантированного контрольного образца фоторезиста DUV (глубокий ультрафиолет) и (B) полностью очищенного образца после обработки с использованием scCO 2 с химической добавкой [57]. Воспроизведено с разрешения ECS - Электрохимического общества с Корзенски, М. Б., Сюй, К., Баум, Т. Х., Сага, К., Куниясу, Х., и Хаттори, Т., Восьмого международного симпозиума по технологии очистки в производстве полупроводниковых устройств.

Левитин и др. [58] исследовали реакции между гидроксидом тетраметиламмония (TMAH) и CO 2 на предмет его использования для удаления фоторезиста и остатков после травления. Исследования показали, что именно бикарбонатная соль действует как активный ингредиент для очистки. Использование бикарбоната тетраметиламмония (TMAHCO 3 ) в качестве эффективной добавки к системе scCO 2 также изучалось в зависимости от фазового поведения. Было обнаружено, что однофазные смеси дают более эффективную очистку от остатков после травления, чем двухфазные смеси.

Производство печатных плат - Разработка

Разработка

(Или как что-то настолько простое может быть так легко испорчено?)

Руди Седлак

Первая из трех статей о технологической линии Develop-Etch-Strip.

Большинство производителей печатных плат сегодня используют отрицательный рабочий фоторезист для производства внутренних слоев, обычно типа сухой пленки. Фоторезист обычно проявляется с использованием разбавленного раствора карбоната натрия или калия. Этот слабощелочной раствор реагирует с неэкспонированной частью «кислого» фоторезиста, нейтрализуя его кислотность и делая его водорастворимым. Открытая часть сшивается ультрафиолетовым светом во время экспонирования и становится практически нерастворимой для проявителя.

Разработка - это один из самых простых химических процессов при изготовлении печатной платы, но при этом один из наиболее важных, поскольку он определяет, как будет выглядеть схема, когда печатная плата будет завершена. Поскольку разработка, очевидно, настолько проста, легко упустить из виду ее значение для производства высококачественных печатных плат и упустить из виду детали, необходимые для производства высококачественной разработки.

Стандартный проявитель сегодня - это 1% раствор моногидрата карбоната натрия (Na2CO3.h3O) или карбоната калия (K2CO3). Между ними не так много выбора, хотя, как сообщается, использование карбоната калия дает немного лучшее качество проявки и дает более широкое окно процесса. Карбонат калия можно приобрести в концентрированной жидкой форме, что обеспечивает удобство подачи и удаления воздуха без использования больших резервуаров для подачи.

В те дни, когда 10-миллиметровая трассировка была «тонкой гранью», использование решений для разработчиков до такой степени, что разработка резко замедлялась, а затем их отбрасывание было приемлемым сценарием.Это произошло потому, что качество проявки, которое произошло во время последней половины ванны проявителя, не было проблемой. Сегодня «стопа сопротивления», оставшаяся после такой схемы использования, совершенно неприемлема.

Сегодня автоматическая подача с контролируемым pH и проявление слива является нормой и лучшим режимом использования для разработчиков. Использование контроля pH на проявителе - единственный разумный способ контролировать систему подачи и отвода. Другие системы управления нечувствительны к разному количеству фоторезиста при выполнении заданной работы и будут либо тратить впустую химию, либо давать спорадическое качество при проявке.

При использовании контроля pH значение pH, которым регулируется проявитель, рекомендуется поставщиком фоторезиста и обычно составляет около 10,5. Это число выбрано только частично, потому что это «хороший» pH для проявления фоторезиста, другая причина, по которой выбирается (обычно более высокий) pH, заключается в том, что более высокий pH способствует большему обороту раствора, что гарантирует, что уровень растворенный фоторезист в поддоне проявителя остается низким. Оказывается, уровень растворенного фоторезиста в отстойнике проявителя сильно влияет на качество проявки.

Используя pH 10,5 в качестве заданного значения, предполагая, что площадь экспонирования составляет 50%, и нанесение двустороннего фоторезиста, типичный фоторезист сухой пленки толщиной 1,3 мл потребляет около одного галлона 1% раствора приготовленного карбоната калия или натрия. раствора проявителя на квадратный фут ламината. Это означает, что на галлон раствора проявителя в отстойнике приходится всего 1,3 мл на квадратный фут фоторезиста.

Попутно стоит упомянуть вопрос о температуре и линейной скорости.Поставщик фоторезиста указывает оптимальную температуру для проявления, но обычно она составляет около 85-90 F. Линейная скорость должна быть установлена ​​так, чтобы точка останова (точка, где резист, очевидно, только что исчез, обнажая медь) находилась на уровне, или менее 50% пути через камеру проявителя.

Что касается конфигурации оборудования, очень важно, чтобы форсунки были установлены так, чтобы распыления практически не перекрывались. Спреи, которые встречаются слишком далеко от доски, теряют энергию и также не будут развиваться.Если распылители совсем не перекрывают друг друга, те области, которых они не касаются, не получат давления распыления, необходимого для хорошего проявления. Обратите внимание, что эта проблема с рисунком распыления также очень важна при первом полоскании, чтобы помочь удалить резистную лапку.

Было много споров о том, лучше ли использовать конические или веерные форсунки для разработки, и дальнейшее обсуждение никого не изменит. С обеих сторон есть сторонники. Одна из очевидных областей заключается в том, что веерные форсунки имеют больше степеней свободы в регулировке формы распыла (и, следовательно, больше способов загрязнения?).

Ясно то, что в большинстве цехов по изготовлению печатных плат выбор типа сопла для использования становится незначительной проблемой примерно через месяц после установки модуля разработчика, и модуль разработчика становится объектом злоупотреблений, которые так часто встречаются во время планового обслуживания и ремонта. уборка. Один из лучших способов обеспечить высокое качество разработки - убедиться, что люди, ответственные за демонтаж оборудования для проявки по любой причине, четко понимают критическую важность замены форсунок в выбранной конфигурации.

Еще одна проблема, которая сильно влияет на качество разработки, - это «банальный» вопрос обслуживания оборудования. Простое поддержание чистоты технологического оборудования проявителя, по-видимому, настолько простое, что его слишком часто упускают из виду или проводят стандартную очистку с использованием обычных химических веществ (каустической соды и / или кислоты). Очистка каустической содой и / или кислотой может сбить большие, легко удаляемые отложения, но игнорирует долговременные, прочно связанные остатки, которые накапливаются и в конечном итоге забивают форсунки и коллекторы.

Нет никакого способа, чтобы обычные химические растворы (разбавленный каустическая сода и / или кислота) могли тщательно очистить камеру процесса проявителя. Остатки в этих камерах являются продуктом реакции жесткости воды и фоторезиста, возможно, в сочетании с некоторыми пеногасителями. Единственный способ удалить этот вид остатков - это хелатировать металл из этого остатка. Когда металл удаляется из этих остатков хелатированием, оставшаяся в очистителе щелочность легко растворяет остатки отложения.Я лично видел разработчиков, у которых были стеклянные «смотровые» окна, которые были непрозрачными в течение многих лет, хотя проявитель очищался еженедельно с помощью каустической соды. Эти окна становятся полностью прозрачными менее чем за минуту после очистки хелатным очистителем.

Не менее достойно обсуждения первое полоскание после проявителя. Очистка этой камеры и ее сопел может быть такой же сложной или, что еще хуже, проблемой очистки, чем очистка самого проявителя. Хотя уровни карбоната / фоторезиста при первом ополаскивании намного ниже, чем в технологическом отстойнике, жесткость воды выше.Из-за более высокой жесткости воды любые остатки карбоната или фоторезиста, смытые с панели, имеют высокую жесткость воды, с которой вступают в реакцию, а это означает, что отложения в первой промывочной камере очень стойкие и для их удаления требуется хорошая хелатирующая система.

При использовании очистителей такого типа очень важно понимать, что для их сброса требуется только регулировка pH (требуемый юридический отказ от ответственности здесь) в соответствии с законами в большинстве регионов (пожалуйста, свяжитесь с местными властями).Чистящим средствам нужно только отрегулировать pH, потому что они не будут содержать контролируемых тяжелых металлов. При таком сценарии критично для , чтобы эти отработанные хелатные очистители сразу после регулирования pH сбрасывались в потоки отходов, выходящие с завода. Никогда, никогда и никогда не позволяйте отработанному очистителю или промывкам этой камеры проходить через осветлитель. (Это предупреждение вынесено на основании очень болезненного и дорогостоящего личного опыта.)

Вышеупомянутая статья предназначена для инициирования расследования упомянутых проблем и обсуждения с поставщиками, но она слишком краткая, чтобы считаться тщательным текущим обзором всех переменных, которые контролируют процесс разработки.В следующем месяце жду гравера!

1. Из чего состоят фоторезисты и как они работают?

Фоторезисты , в частности, используются в микроэлектронике и микросистемных технологиях для изготовления микромагнитных и субмикронных структур. Allresist предлагает широкий выбор различных типов резистов, которые подходят для самых разных областей применения:

Фоторезисты производства Allresist напр. AR-P 1200 (аэрозольные сопротивления), AR-P 3100, 3200, 3500, 3700 состоят из комбинации пленкообразующих агентов, таких как e.грамм. крезольные новолачные смолы и светочувствительные компоненты, такие как, например, нафтохинон диазид (NCD), которые растворены в растворителях, таких как, например, метоксипропилацетат (эквивалент PGMEA). Добавление светочувствительного компонента к растворимому в щелочах новолаку приводит к снижению растворимости в щелочах. NCD-группы блокируют OH-группы крезольного новолака; растворимость в щелочах снижается (ингибирующий эффект). После экспонирования при 308-450 нм (УФ-диапазон) с использованием маски для экспонирования светочувствительный компонент превращается в соответствующее производное инден-угольной кислоты, блокировка снимается, и щелочная растворимость положительных резистов, таким образом, увеличивается в раз. 100.После проявления остаются только те участки, которые были защищены маской, а открытые участки отсоединяются. Показатель преломления резистов на основе новолака находится в диапазоне от 1,58 до 1,63. После проявления остаются только участки, защищенные маской, а облученные участки растворяются. Фоторезисты обеспечивают отличную защиту от жидкостей для травления со значениями pH от 0 до 12.

Отрицательные фоторезисты , такие как AR-N 4200, 4300, 4400, состоят из новолаков и бисазидов (4200, без CAR) или новолаков, генераторов кислоты и аминных компонентов (4300, 4400, CAR), растворенных в более безопасных растворителях, таких как e.грамм. метоксипропилацетат (PGMEA). (CAR = химически усиленный резист). Химическая амплификация основана на образовании кислот во время облучения и последующем сшивании аминовых компонентов с новолаками. Поскольку кислоты (протоны) непрерывно образуются во время реакции сшивания, каждый протон может вызывать множество событий сшивания, что приводит к высокой чувствительности.

После экспонирования и последующего этапа закалки состав CAR приводит к сшиванию экспонированной пленки резиста негативного тона.Следовательно, облученные области становятся нерастворимыми и остаются после проявления, в то время как необлученные области все еще растворимы и растворяются проявителем.

С помощью CAR 44 (AR-N 4400) можно изготавливать толстые негативные пленки до 200 мкм. Эти резисты обладают высокой чувствительностью в диапазоне от 300 до 440 нм и к синхротронному излучению, обеспечивая превосходное качество конструкции. Слои и структуры до 100 мкм могут быть реализованы с помощью фотолитографии.

Сопротивления разворота изображения например резисты серии AR-U 4000; позитивные резисты с дополнительным аминным компонентом.В зависимости от производственного процесса могут быть созданы положительные или отрицательные изображения. Для позитивного режима экспонирование и проявление проводят как обычно для позитивных резистов. Негативные изображения получаются, если после экспозиции изображения выполняются дополнительный этап закалки и заливки всей поверхности (вопрос 13).

Резисты для отрывных работ - это положительные резисты AR-P 5300 и двухкомпонентная система резистов AR-BR 5400 / AR-P 3510. Отрыв (испарение и разбрызгивание металла) также возможен с отрицательными резистами AR -N 4200, 4300 и 4450, а также с переворотом изображения противостоит AR-U 4000.Во всех случаях должна быть образована подрезанная кромка резиста, чтобы резист не растворялся удалителем дальше, чем металлизированная кромка после осаждения металла.

Защитные покрытия , такие как AR-PC 500 и 5000, предлагаются Allresist для широкого спектра применений, например для защиты обратной стороны обработанных пластин при травлении KOH и HF, для механической защиты при транспортировке или в качестве изоляционного слоя. Специальное защитное покрытие Electra 92 (AR-PC 4010, 5091) является проводящим и используется для литографии электронным пучком.Защитные покрытия не светочувствительны, и их нельзя наносить по отдельности. Однако в рамках двухслойной системы на них можно наносить рисунок из фоторезистов.

Allresist также производит широкий спектр специальных резистов, например устойчивый к гальванике резист , такой как SX AR-P 5900/4, для применений, выполняемых при значении pH 13.

Для травления плавиковой кислотой и BOE-процессов (до 5% HF) 5 мкм резист AR-P 5910 (ранее X AR-P 3100/10) предлагает значительно лучшие адгезионные свойства, чем все другие фоторезисты.

Для нанесения рисунка на стекло / SiO 2 подложек в концентрированном HF , двухкомпонентная система положительных тонов SX ARPC 5000/40 - AR-P 3540 T или двухкомпонентная система отрицательных тонов SX AR-PC 5000/40 –AR-N 4400-10 рекомендуется. Верхний слой фоторезиста сначала проявляется в водно-щелочных условиях, а затем нижняя пленка SX AR-PC 5000/40 проявляется с помощью растворителей.

Продукты

AR доступны как для глубокого УФ-диапазона от 240 до 300 нм (AR-N 4200, 4300), так и для длинноволнового диапазона экспонирования до 500 нм (SX AR-P 3500/6 ).

Термостойкие резисты до 400 ° C - это полиимидные резисты SX AR-PC 5000/80, SX AR-P 5000/82 и SX AR-P 3500/8 (PHS).

Фоторезисты - Фотополимеры

Фоторезисты - это светочувствительные материалы, которые после фотоизображения и последующей обработки устойчивы к действию определенных химикатов в нужных областях. В основном они бывают двух типов. В негативных фоторезистах освещенные светом участки становятся менее растворимыми в результате сшивки или фотополимеризации, оставляя после травления и удаления фоторезиста непрозрачные детали на чистом фоне.С другой стороны, в позитивных фоторезистах освещенные участки становятся более растворимыми. Фоторезисты доступны в жидкой и сухой пленочной форме. Они могут быть проявляющими растворителями или водными.

Исторически асфальт использовался в качестве светочувствительного резистивного материала. Со временем его заменили дихромированные коллоиды, включая желатин, казеин и т. Д. Первый фоторезист на основе фотополимера был изобретен компанией Eastman Kodak в конце 1940-х годов. Этот отрицательный фоторезист был основан на синтетическом фотополимере поливинилциннамате в растворе растворителя.Сшитый полимер был нерастворим в растворителях, таких как ксилол и хлоргидрокарбонаты, которые использовались в качестве проявителей после воздействия УФ-излучения. Потребность в продуктах с более низкой вязкостью привела к разработке негативных резистов на основе циклизованного полиизопрена. Эти фоторезисты сыграли важную роль в невероятном росте индустрии печатных схем, а впоследствии и интегральных схем, используемых в полупроводниках.

Проблемы загрязнения окружающей среды привели к разработке сухих пленочных фоторезистов, которые выросли из работы DuPont над фотополимерными печатными формами.Сухие пленочные фоторезисты поставляются в виде сэндвича из фотополимерного слоя между полиэтиленовой пленкой и полиэфирной пленкой. Первоначально типы сухих пленок были проявлены растворителем, но вскоре последовали пленочные резисты, обработанные водной обработкой, и сегодня они широко используются для производства печатных плат. По сути, они основаны на химии акрила. При вторичном отображении печатных плат в качестве резистов для припоя используются жидкие фотоизображения на основе эпоксидного халкона или акрилированного эпоксидного новолака.Катионные полимеризованные эпоксидные смолы используются в толстопленочных резистах, особенно для изготовления микроэлектромеханических (МЭМС) устройств.

Когда-то с помощью фоторезистов производилось множество изделий. К ним относятся цилиндры глубокой печати и вращающиеся трафареты, используемые в печати, выводные рамки для полупроводников, фото гравюры, паспортные таблички и т. Д. В настоящее время они в основном изготавливаются электронными методами или были заменены более новыми технологиями. Однако фоторезисты находят широкое применение в химически обработанных деталях (фотообработка), декоративном стекле и т. Д.Полупроводники, в которых в больших объемах использовались отрицательные резисты, теперь переключились на положительные фоторезисты. Положительные фоторезисты, которые разлагаются под воздействием ультрафиолета, в основном основаны на диазосоединениях, содержащих фенольные новолачные смолы. Новые резисты Deep-UV, используемые в микроэлектронике, основаны на изомере новолака, полигидроксистироле и его сополимерах. Технология позитивных резистов не основана на фотополимеризации или фотосшивании, поэтому они не считаются фотополимерными продуктами.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ:

Жидкие фоторезисты:

  • Rohm & Haas
  • МакДермид
  • Electra Polymers & Chemicals
  • HiTech Фотополимер
  • AZ Электронные материалы
  • Fuji Фотофильм
  • JSR Micro
  • Токио Ока Когио
  • Сборочные материалы Cookson Electronics
  • Huntsman Advanced Materials
  • Сумитомо
  • Taiyo
  • Advanced Coatings International
  • MicroChem

Сухопленочные фоторезисты

  • DuPont
  • Технология визуализации MacDermid
  • Hitachi Chemical
  • Вечное химическое вещество
  • Колон Индастриз
 Авторские права © 2007-2008 Savla Associates 
Дизайн печатной платы

- Изготовление печатной платы своими руками: фоторезист или перенос тонера?

Фоторезист

Фоторезист

даст вам наилучшие результаты, а если у вас есть ноу-хау, вы сможете легко и быстро изготавливать новые печатные платы.Но для DIY это сложный способ:

В качестве источника ультрафиолетового света солнце или обычная лампочка может работать как , но источник, специализирующийся на ультрафиолете и освещении, определенно лучше. (Для DIY: возьмите старый толстый (!) Сканер и автозагар и создайте собственный блок экспонирования - он идентичен небольшим и дешевым полупрофессиональным блокам, но может стоить до 90% меньше)

Вам необходимо создать маску, в которой черные области максимально светонепроницаемы, а другие области максимально прозрачны.Чем выше контраст, тем лучше.
По моему опыту, лазерный принтер может производить довольно темный черный цвет на стандартной бумаге, но когда бумага более прозрачная, черный также становится светлее. Есть спреи, которые можно наносить на распечатку, обещая увеличить плотность (темноту), но это работает не со всеми тонерами. Есть и другие спреи, которые делают бумагу более прозрачной, как масло.

Затем вам нужно разработать и протравить открытые печатные платы.

В общем, вам понадобится серия тестов, чтобы выяснить, подходят ли ваша маска и источник ультрафиолетового света, а также какое время лучше всего выдерживать и проявлять.Это стоит некоторых печатных плат или хотя бы банок фоторезиста и много времени.

Короче говоря: этот метод очень дорогой и требует много времени, когда его применяют только один раз.

Перенос тонера

Также для этого метода вам потребуется несколько проб, но поскольку вы получите хороший предварительный просмотр печатной платы перед травлением, вы можете просто удалить тонер с помощью некоторых растворителей и попробовать еще раз. Однако будьте готовы произвести больше печатных плат, чем вам нужно, потому что во время травления кусочки тонера могут отделиться от печатной платы.

Бумага является наиболее важной частью при правильной технике глажки (время, давление). Более глянцевая бумага, например, из журналов, не впитает тонер и не оставит больше на поверхности (лучше для переноса), но тонер также может образовывать на ней более тонкую пленку (не очень хорошо). А глянцевая бумага не так легко впитывается в воду, поэтому ее сложнее снять, не повредив маску на печатной плате. Некоторые виды бумаги могут содержать воск, масло или подобные вещества, которые также могут переноситься на печатную плату.После переноса аккуратно очистите печатную плату небольшим количеством жидкости для мытья посуды. (А также: очистите его перед переносом с помощью некоторых хороших растворителей, таких как бензин или ацетон.)

Поскольку при использовании переноса тонера края обычно не такие резкие и точные, этот метод не очень подходит для печатных плат с компонентами SMD. Вам нужен большой просвет (пространство между гусеницами) и большая ширина колеи. Больше лучше. Но если вы делаете печатные платы очень редко и не нуждаетесь в особой точности, перенос тонера - хорошая альтернатива.

Для вашей доски я бы увеличил ширину в 2 или более раз. Вы по-прежнему можете использовать более тонкие дорожки там, где это необходимо, просто осмотрите их более внимательно после переноса. Кроме того, вы используете термики (прорези вокруг отверстий в медной плоскости, упрощающие пайку). Для переноса тонера я бы не стал их использовать, так как они слишком малы, чтобы хорошо выходить на печатную плату.

Ручка для рисования (которая наносит толстую краску, а не только чернила) отлично подходит для исправления ошибок или заполнения больших областей. (Кажется, многие принтеры используют меньше тонера для заполненных областей, чем для линий).Можно использовать иглу и / или скальпель, чтобы соскрести излишки краски.

Laser Direct Imaging и его преимущества

При изготовлении печатной платы одним из наиболее важных аспектов является печать и травление макета на ламинате, плакированном медью. Процесс формирования изображения является центральным при создании макета печатной платы и определяет следы схемы. В то время как для обычного процесса формирования изображений требуется фотоинструментальная пленка и ультрафиолетовый свет для передачи изображений, LDI использует управляемый компьютером лазерный луч для непосредственного определения путей схемы на плате.

В этой статье мы рассмотрим:

Процесс лазерной прямой визуализации (LDI)

Laser Direct Imaging - это следующий шаг в развитии процесса фотолитографии печатных плат. В отличие от фотоэкспозиции, LDI не использует фотоинструмент. Он непосредственно отображает сохраненный в цифровом виде рисунок на резисте. Фоторезист избирательно подвергается воздействию лазерного луча с приращениями по подложке в растровом виде. Сформированное изображение можно сравнить с изображением на экране ЭЛТ, сформированным из нескольких строк на экране.Подобно фотолитографии, для LDI требуется фоторезист, хотя резист специально создан для лазерной печати, поскольку резист LDI является быстродействующим по сравнению с обычным фоторезистом. Резист LDI выпускается в виде сухой пленки и жидкого варианта, при этом методы нанесения резиста идентичны тем, которые используются в фотолитографии.

Процесс LDI

Машина LDI

Вот шаги, используемые в процессе LDI:

Очистка

Это включает удаление любых оксидных слоев на поверхности сердцевины с помощью ванн с антиоксидантами и механическую очистку абразивными подушечками.Иногда изопропиловый спирт используется для удаления любых органических остатков и масла с поверхности сердцевины.

Фоторезист для ламинирования

Панель PCB покрыта слоем светочувствительного материала.

Загрузка файлов CAM Затем в лазер загружается

файлов CAM.

Лазерная печать

Рисунок схемы печатается на плате лазером с ЧПУ.

Офорт

Области фоторезиста, не подвергавшиеся воздействию лазерного луча, вытравливаются кислотой, оставляя желаемые пути / следы схемы.

Лента фоторезиста

Удаление светочувствительного материала

Сушка

Сушка сердцевины / CCL после удаления фотоматериала

Преимущества LDI перед фотолитографией

Основная причина, по которой производители печатных плат предпочитают LDI, особенно для изготовления схем HDI, заключается в том, что он устраняет фотоинструмент. Ниже приведены причины, по которым LDI предпочтительнее традиционной фотолитографии:

  • Существуют затраты, связанные с хранением и сохранением, а также отслеживанием и постоянным осмотром фотоинструмента, которые LDI устраняет.
  • На фотоинструмент / пленку влияет грязь, волокна, мазки и царапины, которые могут испортить фотоинструмент и снизить эффективность создания требуемого рисунка схемы.
  • На фотоинструмент влияет дифракция света даже в идеальных условиях
  • Фото инструменты подвержены влиянию колебаний температуры и влажности, которые могут в конечном итоге исказить исходное изображение.
  • Существуют большие ограничения при выравнивании фотоинструмента относительно подложки.Подложки гибких схем могут претерпевать изменения размеров при обработке. В этом случае можно использовать статический фотоинструмент для достижения «наилучшего соответствия», тогда как в LDI рисунок изображения точно настраивается с помощью компьютерного программного обеспечения для точного соответствия с учетом изменений размеров. Это важно для изготовления многослойных схем, где печать дорожек, переходных отверстий и других элементов имеет решающее значение.

Фотолитография печатных плат / УФ литография Производство печатных плат

уже довольно давно зависит от обычного процесса фотолитографии.В традиционной фотолитографии фотографическая маска, называемая фотоинструментом, создается из рисунка и помещается на панель, покрытую фоторезистом. Затем фоторезист подвергается воздействию УФ-источника света для затвердевания / проявления, после чего панель печатной платы протравливается химическими веществами, чтобы сохранить рисунок схемы.
Хотя создание самого фотоинструмента - это трудоемкий, многоэтапный процесс, автоматические системы экспонирования с 5-секундной выдержкой могут генерировать до 150 панелей в час.

Процесс фотолитографии

Вот последовательность шагов, предпринимаемых в обычной фотолитографии печатных плат для печати рисунка схемы на печатной плате:

Очистка

Подготовка поверхности стержней выполняется аналогично процессу, указанному в LDI.

Фоторезист для ламинирования

Фоточувствительная пленка, называемая фоторезистом, помещается на поверхности сердцевины при температуре 75-80 ° C для связывания с поверхностью сердцевины. Эта фаза также называется созданием предварительно сенсибилизированной печатной платы, поскольку поверхность печатной платы становится чувствительной к воздействию ультрафиолетового излучения.

В чем разница между позитивным и негативным фоторезистом?

Фоторезист положительный

При использовании позитивного фоторезиста УФ-свет попадает на материал в тех областях, где необходимо удалить медь.Как только положительный фоторезист подвергается воздействию ультрафиолетового света, фоторезист становится более растворимым в растворе проявителя фоторезиста. В результате останется идентичная копия рисунка, которая останется на пластине в виде маски.

Фоторезист отрицательный

При использовании негативного фоторезиста УФ-свет попадает на материал в тех областях, где должна оставаться медь. Область, подверженная воздействию ультрафиолетового света, полимеризуется и затвердевает, так что раствор проявителя смывает неэкспонированные области фоторезиста.Это оставит обратную копию узора, оставленную в виде маски на пластине.

Открытие

Воздействие УФ-излучения на фотоматериал. Это приведет к упрочнению открытой части фоторезиста. Позже оставшийся неотвержденный фоторезистивный материал будет протравлен химическими веществами.

Какова функция УФ-облучения при изготовлении печатных плат?

УФ-свет вызывает изменение материала фоторезиста, которое заставляет его затвердеть или стать более растворимым в зависимости от того, является ли он негативным фоторезистом или позитивным фоторезистом соответственно.

Разработка

Это включает использование химикатов для индукции реакций в фоточувствительной пленке и ее растворения. Обычно раствор проявителя представляет собой 1% раствор карбоната натрия (Na2CO3) или карбоната калия (K2CO3). Оба решения дают аналогичные результаты, за исключением того, что карбонат калия, как известно, дает несколько более качественные результаты в отношении проявки.

Автоматический оптический контроль (AOI)

Это включает в себя проверку существующего CCL на соответствие схемам, присутствующим в системе.Процесс проверки AOI включает сканирование поверхности платы. Оборудование AOI включает в себя одну или несколько камер высокой четкости, которые фиксируют изображения поверхности печатной платы с использованием нескольких источников света. Затем изображения сравниваются в режиме реального времени с требуемыми рисунками платы с помощью встроенного программного обеспечения для обработки. Весь процесс можно тщательно контролировать на всем протяжении.

Офорт

Это процесс удаления нежелательной меди с платы. Остается медь, покрытая сухой пленкой.В процессах производства печатных плат в качестве травильных жидкостей используются такие растворители, как хлорид железа, хлорид меди, аммиачный травитель, серная и хромовая кислоты, щелочные травители и комплексный ион меди и аммиака.

Лента фоторезиста

Удаление светочувствительного материала

Сушка

Сушка сердцевины / CCL после удаления фотоматериала

Также прочтите: Анализ поперечного сечения печатных плат: микроскопическая визуальная проверка печатных плат

Laser Direct Imaging - это следующий шаг в эволюции процесса печати печатных плат.Несмотря на то, что она более дорогая, чем обычная фотолитография, она неоценима при производстве высокоточных печатных плат и прототипов плат. Внедрение LDI в производстве печатных плат растет и не показывает никаких признаков замедления.

Составьте цену и закажите печатные платы онлайн с помощью наших инструментов САМООБСЛУЖИВАНИЯ для печатных плат всего за несколько минут.

КОНТАКТНЫЙ ПРИНТЕР, ФОТОРЕЗИСТ - Должностная инструкция

Описание работы:

  • 1) Печатает сетку или узор на оптических линзах, металлических пленках и других материалах, используемых в оптических инструментах, с использованием печатного оборудования: Очищает поверхности материалов для облегчения прилипания раствора фоторезиста, используя растворители и пемзу.

  • 2) Наливает, наносит кистью или распыляет раствор фоторезиста на материал или окунает материал в резервуар для фоторезиста для нанесения покрытия.

  • 3) Помещает материал в сушилку для застывания фоторезиста.

  • 4) Позиционирует материал в вакуумном принтере с помощью ручных инструментов, таких как пинцет и вакуумный зонд.

  • 5) Позиционирует и выравнивает шаблон сетки нитей или маску поверх материала, используя бинокулярный микроскоп, и активирует вакуум, чтобы удерживать узел в совмещении.

  • 6) Устанавливает контроль времени принтера для указанного периода экспонирования и активирует принтер, который подвергает фоторезист воздействию света для печати рисунка на материале.

  • 7) Проявление изображения фоторезиста на материале с помощью проявочного раствора и помещение отпечатанного материала в сушилку.

  • 8) Можно протравить печатный материал, используя оборудование для травления, или заполнить поверхности до заданной толщины, используя оборудование для вакуумного напыления, для создания сетки или рисунка на материале.

  • 9) Могу подготовить фотошаблоны для изготовления сетки с использованием фотооборудования.

  • 10) Может снимать фоторезист с материала после травления или заливки.


Быть «КОНТАКТНЫЙ ПРИНТЕР, ФОТОРЕЗИСТ» - ваш лучший выбор карьеры?

Наш тест на интерес к карьере покажет вам, какая карьера соответствует вашим интересам.

Наш бесплатный тест личности покажет вам, какая профессия соответствует вашей личности и почему.


Нажмите здесь, чтобы увидеть вакансию "КОНТАКТНЫЙ ПРИНТЕР, ФОТОРЕЗИСТ"

См. Перспективы на будущее и требования к образованию для "КОНТАКТНЫЙ ПРИНТЕР, ФОТОРЕЗИСТ"




Конец описания вакансии для: "КОНТАКТНЫЙ ПРИНТЕР, ФОТОРЕЗИСТ"
ТОЧКА: 976.

0 comments on “Работа с фоторезистом: Изготовление печатных плат с помощью фоторезиста

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *