Работа с фоторезистом – Изготовление печатных плат с помощью фоторезиста

Фоторезист. Инструкция. Памятка. — DRIVE2

Материалов посвященных фоторезисту в сети Интернет огромное количество, но временные характеристики у всех свои, т.к. у всех разные условия и оборудование.

4 года назад я уже делал платы по методу ЛУТ и мне не понравилось, потом делал платы по методу Фоторезист и мне понравилось :), делал я тогда стабилизаторы тока для моторчиков заслонок для OPEL ASTRA H и даже какое-то их количество продал, люди до сих пор стучатся с просьбой продать или сделать 🙂

За не надобностью и 2 сменами места жительства я умудрился растерять все знания и материалы для фоторезиста, удалось найти только УФ Ерайзер и то с началом работ стало ясно, что он не канает и надо переходить на нормальную УФ Лампу.

Для восстановления процесса создания плат с применением фоторезиста было прочитано много материалов и просмотрено роликов на YouTube, сделано много ошибок и куплено оборудование, химия, материалы.

Приступим!

Не забываем про технику безопасности! Ну как всегда всё на свой страх и риск! Дома не повторять!

Материалы и химия:

1. Фоторезист сухой пленочный ПФ-ВЩ, 300x1000мм

2. Cтеклотекстолит фольгированный, FR4 100х150мм 18/0 (1.5мм, 18мкм)
3. Сода кальцинированная (150-200гр.) (Для проявки фоторезиста)
4. Аммоний персульфат 250 г. (Для травления меди)
5. Сода каустическая (гидроксид натрия) 250 г. (Для снятия остатков фоторезиста)
6. Изопропанол (Для обезжиривания печатных плат)
7. Сплав «Розе» (Для лужения)
8. Плёнка A4 Lomond LazerFilm для лазерной печати 10л (Печатать на глянцевой стороне)

Оборудование:

1. Ламинатор Fellowes Lunar A4
2. Лампа энергосберегающая УФ 26Вт, 220Вт, Е27, Lh36-FS/BLB/E27
3. Настольная лампа из О`Кея
4. Лазерный принтер
5. Ванночки (Для химии)
6. Пинцет диэлектрический
7. Нож канцелярский
8. Кисточка
9. Ложка пластиковая
10. Стекло от Фото-рамки 10*15 см
11. Пару канцелярских зажимов

Описание процесса.

Наклеиваем фоторезист.

С помощью ламинатора приклеиваем фоторезист к плате.
Я использую подложку из бумаги, чтобы избыточный фоторезист не приклеился к валам. Сняв небольшую часть матовой плёнки, она обычно на внутренней стороне фоторезиста, приклеиваем его к бумаге, подкладываем текстолит, выравниваем и запускам в ламинатор, постепенно отклеивая остаток матовой подложки.

Прогоняем через ламинатор 3 раза. Остужаем, отрезаем излишки.

Наклеиваем фоторезист

Готовый результат. Идеально!

Засвечивание.

Собираем следующий бутерброд:
1. Подложка
2. Текстолит с фоторезистом
3. Шаблон распечатанный в негативе
4. Стекло
Скрепляем всё это скрепками, следим чтоб не что не куда не уехало.

Бутерброд на месте

Отправляем на засветку в УФ на 3,5 минуты. Время получено опытным путём. Расстояние ~7-10 см.

Засвечиваем 3,5 минуты

После кладём на бумажную подложку и прогоняем через ламинатор ещё раз, это нужно для закрепления эффекта засвечивания. Помогает, проверено 🙂

Закрепляем результат

Проявка.

Далее сразу на проявку.
Я использую раствор и

www.drive2.ru

Изготовление печатной платы с помощью плёночного фоторезиста. » Хабстаб

Любимое дело должно приносить удовольствие, иначе это нелюбимое дело и заниматься ним нет смысла. Но не всегда всё сразу получается...

Многократные попытки изготовить с помощью ЛУТа качественную печатную плату с дорожками и зазорами 0.3мм, успехом так и не увенчались и дело не в том, что не получалось изготовить плату, платы делал и они работали, но процесс этот был мало приятен потому, что от раза к разу давал разный результат. А хотелось получать удовольствие от любимого дела, поэтому на выбор было два решения вопроса, первое купить ламинатор и продолжать экспериментировать с ЛУТ, второе — перейти на плёночный фоторезист. Но против ЛУТа было несколько аспектов: найти у себя в городе нужный ламинатор так и не удалось, также с помощью ЛУТа не удавалось получать красивые полигоны, а при использовании

фоторезиста этот вопрос отсутствует, поэтому всё чаще стал задумываться о переходе на фоторезист. Потом наткнулся на одно видео где показывали как делают печатные платы на производстве и таки да, там использовали плёночный фоторезист, это видео поставило точку в моих размышлениях.

Но тут то же оказалось не всё так просто, найти плёнку(Lomond для лазерных принтеров) для распечатки фотошаблона в своём городе не удалось, но за то её запросто можно было купить в соседних городах, там она и была куплена, а также была куплена ультрафиолетовая лампа(ZW9D12A-S144 | PL-S 9W 08 4P 2G7), цоколь 2G7.


Сам фоторезист был заказан на али, когда он пришёл сразу принялся за дело.

1. Распечатка фотошаблона.
Сразу надо сказать, что распечатывать рисунок надо на шероховатой стороне пленки. И ещё хотелось бы отметить, что фоторезист негативный, то есть надо засвечивать те места где должна остаться медь. Это значит, что привычный для ЛУТа шаблон надо инвертировать. Так как схемы и платы рисую в eagle cad, там же для создания негативного шаблона использую скрипт

PS_inverted. Делается это так:

  1. Заходим в меню File->CAM Processor
  2. В поле устройство выбираем PS_INVERTED
  3. Указываем имя файла с расширением .ps
  4. Снимаем галочку заполнение площадок, иначе все отверстия в центре площадок будут залиты. То есть площадки будут, а отверстий в центре не будет.
  5. Справа выбираем нам нужные слои
  6. Ставим галочку Mirror если это верхняя сторона
  7. Конвертируем
  8. Открыть полученный файл можно с помощью Corel Draw

Что касается принтера, пользуюсь HP1102w, сразу скажу даже с новым картриджем печатает он неважно и применение карбоклинера, для затемнения шаблона, как советуют в интернете помогает совсем чуть-чуть, поэтому если фотошаблон просвечивается, советую не тратить время и сразу купить density toner.

Тут же хотелось бы сказать про совмещение двух слоёв с целью повысить контрастность. При распечатке одного и того же шаблона принтер каждый раз печатает чуть по-разному, если дорожки достаточно толстые этого можно и не заметить, но если дорожки хотя бы 0.3 с зазором 0.3, то при совмещении двух слоёв, за счёт небольшого несовпадения они станут ещё тоньше, что явно не на пользу. Это эффект может проявляться так, например, на плате которую делал задачей номер один было совместить два шаблона, чтобы хорошо получились выводы МК, но после их совмещения в с другого края платы некоторые дорожки чуть смещались, тогда то и понял что это не вариант и купил

карбоклинер


но как оказалось он не дает желаемого результата.
До обработки карбоклинером


После обработки карбоклинером

А такой результат получается если переборщить

2.Подготовка текстолита.
Здесь всё однозначно, на одном из форумов удалось вот что найти.Ниже привожу рекомендации специалистов ОАО "Диазоний" по поводу отслаивания дорожек при сушке:
--------------НАЧАЛО ЦИТИРОВАНИЯ---------------------------
На Ваш вопрос отвечаем, что основной причиной шелушения
фоторезиста на этапе проявления печатных плат является недостаточная
адгезия между фоторезистом и медной фольгой.
Как правило, это происходит из-за некачественной подготовки
медной поверхности печатной платы: плохой зачистки или недостаточного
обезжиривания. Плату зачищают шкуркой (нулевкой), затем декапируют
10%-ным раствором серной кислоты. Перед нанесением фоторезиста
необходимо проверять качество подготовки поверхности методом смачивания.
Хорошо очищенная поверхность заготовки должна удерживать плёнку воды под
углом 60^о в течение 30 сек.
Нанесение фоторезиста проводят на подогретые до 80-100 ^о С
заготовки при температуре валков ламинатора 110-115 ^о С со скоростью
0,5 – 1 м/мин. Если прикатываете без ламинатора, то платы грейте до
110-120^ о С и прикатываете обрезиненным валиком (фотографическим).
Для увеличения адгезии можно рекомендовать выдерживание
заготовок с нанесённым фоторезистом в термошкафу в течение 8-10 мин при
температуре 60-80 ^о С.
Другим способом увеличения адгезии является мокрый способ
прикатки: холодные зачищенные платы смачивают водой, прикатывают
фоторезист при температуре валков ламинатора 110-115^ о С, затем
выдерживают в термошкафу при температуре 80-90^ о С в течение 10-15
минут. Перед экспонированием платы выдерживают не менее 30 минут.
Время экспонирования подбирается опытным путём, фоторезист
работает в интервале длин волн 320-420 нм (ДРТГ, ДРТШ). После
экспонирования заготовки выдерживают 30 мин. для завершения
фотохимической реакции. На лампах ДРЛ никто не работает. У Вас
происходит уже термозадубливание слоя, он пересушивается, он конечно
шелушится. У нас лампа ДРТШ 250 Вт и экспонируем 30-40 сек с расстояния
22 см.
Проявление фоторезиста проводят 1-2 %-ным раствором
кальцинированной соды при температуре 15-20 ^о С, завышение температуры
раствора до 30-35 ^о С нежелательно, и также может быть причиной
шелушения фоторезиста.
Если соблюдать технологию изготовления платы, то адгезия к
плате очень высокая.
--------------КОНЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ---------------------------

Серную кислоту использовать не стал, чтобы с дома не выселили, поэтому просто зачищаю плату наждачкой, затем сыплю порошкового чистящего средства и растираю его до тех пор, пока заготовка не будет удерживать плёнку воды под углом 60^о в течение 30 сек. Это очень важно!!!
Запечатлить водяную плёнку так и не удалось.

3.Накатка фоторезиста.
Отрезаем нужный по размеру кусок фоторезиста, с помощью двух кусков скотча наклеенных перпендикулярно друг другу,


отклеиваем матовую плёнку и наклеиваем фоторезист на край платы, дальше будем накатывать.

По поводу мокрого способа, если накатывать на мокрую плату, то легче избежать пузырьков, но из-за того что вода не дистиллированная при нагреве вода испарялась и на плате оставался осадок, поэтому накатываю на сухую.
По поводу матовой пленки, чтобы понять с какой она стороны надо взять небольшой кусочек фоторезиста и с помощью скотча, отклеить пленку с обеих сторон, посмотрев сразу на обе сразу станет понятно какую из них называют матовой, а какую глянцевой.

Ламинатора у меня нет и фотовалика тоже, нагревать плату перед накаткой пробовал, и тут есть подвох, к нагретой плате фоторезист прилипает мгновенно и при попытке его отклеить рвётся, поэтому исправить косяки уже не получится.

В итоге пришёл к такому способу: наклеиваю фоторезист, разглаживая его руками, не допуская появления пузырьков, можно разглаживать кредиткой, но мне удобнее руками. Затем, если плата двусторонняя через лист А4 глажу заготовку утюгом в течение 7 сек нагретым до 80 градусов, если односторонняя, то через лист А4 глажу противоположную сторону, чтобы всё таки, как советовали выше, прогревать текстолит, при этом фоторезист чуть темнеет. Но тут надо проявить аккуратность, фоторезист нельзя перегревать, от перегрева он слипается, становится в крапинку и на слое фоторезиста появляются окошки, через которые видно фольгу.

4.Засветка.
После того как фоторезист наклеен, переходим к засветке, для этого понадобится фотошаблон, ультрафиолетовая лампа, и оргстекло. На заготовку с наклеенным фоторезистом ставим фотошаблон, шероховатой стороной(на которой распечатан рисунок) к фоторезисту, затем сверху накрываем стеклом. Важно чтобы стекло хорошо прижимало фотошаблон к заготовке, для этого по краям стекла ставят утяжелители. Что касается времени засветки, то оно подбирается экспериментально, об этом можно почитать в тут, у меня время засветки составляет 3 минуты, расстояние до лампы 30 см.
Если недосветить, то при проявке весь фоторезист смоется с платы, если пересветить, то будут сильные боковые засветы.


5.Проявка.
После того как плата засвечена, на ней появился рисунок, это особенность данного фоторезиста, он индикаторный, надо снять глянцевую плёнку, поддев её скотчем и можно проявлять.
Сначала проявлял в растворе крота с водой(крот — жидкость для промывки труб), везде по-разному пишут его дозировку, оно и правильно, реальную концентрацию едкого натра в кроте знает только производитель, поэтому от проявки в кроте отказался. Но если надо проявить и есть только крот, тогда по пару капель надо добавлять крота в воду, помешивая при этом раствор и смотреть когда появиться белый налёт на плате, говорящий о том, что проявка началась и больше добавлять крота не надо. Сразу скажу это нудно, капать по пару капель и ждать, а ждать можно долго, а если переборщить фоторезист смоется с платы.

В итоге перешёл на кальцинированную соду и разбавляю её 1 столовую ложку на пол-литра воды. Наибольшее количество вопрос возникло именно на этом этапе, покачивая плату в растворе и периодически подавая на неё воду под давлением с крана, с расстояния 30-40см, добивался того чтобы весь не засвеченный фоторезист удалился с платы, затем ставил плату на досветку на время превышающее время засветки в 2 раза и кидал в хлорное железо. Первый раз когда так сделал, плата не хотела травиться сутки. Пошёл в магазин купил новое хлорное железо, результат тот же фоторезист начал слазить, а плата не травится, тогда промыл плату поставил сушиться, когда плата высохла, увидел что там, где должна быть голая медь есть какой-то белый налёт.


Расцарапал его скальпелем и кинул в хлорное железо, в тех местах где расцарапал медь протравилась.

Вопрос в том, что это за налёт и откуда он появляется? Здесь могу лишь предположить что это клей, потому как при двойном шаблоне он то же оставался.

Как его смыть? Смыть его можно тем же порошковым чистящим средством, которым чистилась поверхность платы, он отлично смывается.

Теперь вопрос в том как увидеть где он смылся, а где нет? ну не сушить же каждый раз плату, а иначе он не виден. Для этого использовал фонарик с белым светодиодом, в темноте при свете фонарика он отлично виден и можно отследить где он смылся, а где нет.

А вот так выглядит плата после проявки.


6.Травление.
Травил плату в хлорном железе, лудилась она химическим способом, итог виден на фото.

Поиск в интернете показал, что ещё несколько человек сталкивалось с такой же проблемой и судя по всему, на этом забрасывали фоторезист. Чтобы сделать однозначный вывод в чём была проблема в следующий раз закажу фоторезист в другом месте, а пока буду работать с этим.

Лампочку покупал тут.
Плёнку покупал тут.
Фоторезист покупал тут.

hubstub.ru

фоторезист — Все начинается с кнопки питания

Сегодня я хочу рассказать еще об одном материале для изготовления печатных плат - фоторезисте. Тему "священных войн" ЛУТ - фоторезист затрагивать не будем, этого "добра" в интернетах и так хватает, просто и беспристрастно рассмотрим очередной инструмент для нашей задачи.

А задача у нас, в общем-то, с прошлого раза совсем не изменилась: нам необходимо защитить медь текстолита от травильного раствора там, где должны остаться дорожки, и оставить ее открытой там, где она должна быть быть вытравлена.

Так что же такое фоторезист, и как он нам может помочь? Фоторезист - это светочувствительный полимерный материал, предназначенный для получения окон по шаблону, для доступа травящего раствора к обрабатываемой поверхности.

В нашем случае на поверхность меди наносится светочувствительный материал, который в дальнейшем экспонируется через фотошаблон, УФ-лампами с определенной длиной волны. В зависимости от типа фоторезиста засвеченные участки либо полимеризуются и становятся нерастворимыми (негативный фоторезист), либо наоборот растворяются (фоторезист позитивный).

По способу нанесения встречается фоторезист пленочный (гораздо чаще негативный) и аэрозольный (позитивный). По моему скромному мнению, с пленочным фоторезистом работать гораздо проще. Впрочем, имеется в продаже и текстолит с уже нанесенным фоторезистом, но цена у него гораздо выше, а нанести его самостоятельно совсем не проблема.

Изготовление платы можно разделить на следующие этапы:

Печать фотошаблона. Вообще в деле изготовления плат каждый этап важен, но в данном случае фотошаблон - основа всей платы. В идеале, непрозрачные детали фотошаблона должны совсем не пропускать свет, а прозрачные, соответственно, наоборот. На деле же полной непрозрачности в домашних условиях достигнуть сложно. И здесь среди радиолюбителей в ход идут такие хитрости как усилители оптической плотности тонера (для лазерного принтера), при чем как заводские (Density toner, например), так и кустарные (уплотнение в парах ацетона) шаблоны, склеенные стопкой, и даже обычная бумага, пропитанная растительным маслом.

Все это конечно увлекательно, но для моего струйного принтера (Epson L100) вполне достаточно выставить самое высокое качество печати, убрать яркость и поднять контрастность. Вообще струйные принтеры больше годятся для шаблонов, в них, как минимум, не происходит усадка пленки при нагреве в печке принтера. Да и печать получается плотнее, особенно если сравнивать с современными лазерными принтерами, которые печатают полигоны в виде мелкой сетки для экономии тонера. Но это, опять же, мое личное мнение.

Шаблоны я печатаю на предназначенной для этого пленке.

У этой пленки одна сторона гладкая, а вторая шершавая. Вот она-то и предназначена для печати. Фоторезист негативный, и шаблон ему соответствует. Подробнее о печати шаблонов я расскажу отдельно.

Нанесение фоторезиста. Фотошаблон готов, пришло время нанести фоторезист на заготовку. Первое что стоит сделать - подготовить поверхность меди. Правила здесь точно такие же, как и в способе ЛУТ / ЛЛТ: чистим поверхность и руками в дальнейшем не трогаем.

Далее с запасом отрезается фоторезист.

Внимание!

При работе с фоторезистом избегайте попадания прямых солнечных лучей и длительной засветки от комнатного освещения.

Если работать быстро, то под одеяло прятаться не нужно, эта статья - тому доказательство. Но если Вы забудете рулон фоторезиста под лампами дневного света на длительное время, то вероятнее всего его придется выбросить.

С обеих сторон фоторезиста имеется защитная пленка. И она разная. С одной стороны матовая, а с другой - глянцевая. При наклеивании удаляется матовая пленка. Вообще перепутать стороны сложно, даже на фотографии видно, где какая сторона.

Процесс нанесения будет больше понятен тем, кто имел дело с тонировочной пленкой или наклейкой рекламы. Но даже если у вас такого опыта нет, то уверяю, не так это и сложно. Самое главное - не допустить попадания воздуха между медью и фоторезистом.

Защитная пленка легко цепляется за уголок при помощи иголки.

Далее необходимо отклеить ее по всей длине фоторезиста, но не слишком много. Вполне достаточно 1,5 - 2 см.

enabledevice.ru

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 пойти другим путем и попробовать метод, альтернативный ЛУТ. Метод этот 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!

Fun fact! Оргстекло еще называют плексигласом, акриловым стеклом, метаплексом, а также другими словами. Это все одно и то же.

Fun fact! Оргстекло легко обрезать до нужных размеров, используя обычный канцелярский нож и металлическую линейку в качестве направляющей, с последующим приложением небольшого усилия. Также оргстекло превосходно сверлится при помощи шуруповерта. Такая легкость в обработке делают оргстекло крайне интересным материалом, например, для изготовления прозрачных корпусов. Пример такого корпуса можно посмотреть в заметке о паяльной станции Simple Solder MK936.

Описание процесса

Первая плата, которую вы сделаете при помощи ФР, будет особенной. С ее помощью вы не только затестите весь процесс от начала до конца, но и определите очень важный параметр — 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. Дайте ему какое-то время, чтобы подсохнуть. Затем обрежьте негатив до удобного вам 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 вполне 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 или его аналог 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 или его аналог. Я лично пользуюсь средством под названием Degreaser 65. В итоге у меня получилось 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. Но для покупки пленочного фоторезиста все же не лишено смысла дойти до оффлайн-магазина ногами. Ко всему этому стоит добавить, что для использования фоторезиста медь на стеклотекстолите не должна быть сильно окислена. Наконец, конкретно в EAGLE при экспорте платы в формат .ps кое-где дорожки могут получиться чуть короче или чуть длиннее. Плату вам EAGLE вряд ли запорет, а вот сделать ее немного другого размера может запросто. Нужно быть внимательным.

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. Кроме того, для лучшего прилипания старого фоторезиста к меди, ее не лишено смысла прогревать феном (если нет ламинатора).

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.

eax.me

Изготовление платы по фоторезистивной технологии

В предыдущей публикации на эту тему я обещал рассказать подробнее о процессе изготовления плат с нормами 0.15/0.15, но прежде чем давать описание мне хотелось довести процесс до более-менне стабильного и воспроизводимого состояния. Так что пришлось закатать рукава и приступить к полномасштабным експериментам… (это ответ на вопрос «почему так долго»). Были истрачены квадратные метры текстолита и пленки, метры фоторезиста и скотча, литры реактивов (преувеличиваю, конечно, но не сильно) на выяснение несметного количества тонкостей и нюансов, опробованы многочисленные вариации и подвариации всех этапов, прежде чем, наконец, был получен более-менее стабильный результат (в моих условиях).

Сразу хочу огорчить тех, кто ожидает увидеть инструкцию в стиле «делай раз, делай два, нажми на кнопку и получишь результат» — эта публикация не готовый рецепт. То есть я, конечно, по возможности подробно опишу как это делаю я, но каждый желающий повторить процесс должен будет приспосабливать его под свои условия и возможности. С учетом этого я постараюсь рассказать обо всех (которые смогу вспомнить) встреченных во время экспериментов нюансах, удачных и не очень находках. Вторая, не менее важная, цель публикации — оставить памятку для себя по горячим следам. Память, блин, не резиновая…

Существенное уточнение: статья расчитана на людей, которые знают, что такое фоторезист, с какой стороны у него лавсан и почему фотошаблоны делаются зеркальными. Это не инструкция для начинающих.

Несколько самых важных моментов:

  • Плату, от момента окончания подготовки к нанесению фоторезиста и до конца процесса трогать нельзя, ни в перчатках, ни, тем более, голыми руками. Это же относится к всевозможным «ускорителям проявки» в виде кисточек и прочей ерунды. При правильно поставленом процессе в них нет никакой необходимости, а испортить ими плату проще простого.
  • Работать нужно в перчатках (в том числе при печати фотошаблона), если интересует результат, а не процесс. Заодно и руки целее будут. Обычные медицинские вполне подходят.

Всего было наработано три варианта процесса, отличающиеся по нескольким ключевым моментам. Дальше я пойду по каждому этапу и опишу особенности этапов применительно к каждому варианту. Для (моего) удобства варианты будут просто пронумерованы и ссылки будут даваться по этим номерам. У некоторых вариантов есть работоспособные подварианты, отличающиеся способом накатывания фоторезиста.

Варианты и их условные названия:

  1. «принтер 600dpi и денсити тонер».
  2. «принтер 1200dpi и двойная засветка»
  3. «экзотический с одинарной засветкой»

(почему последний вариант называется именно так будет понятно когда я дойду до описания способов накатки фоторезиста)

Описание процессов я буду давать по приведенным ниже этапам:

  • Подготовка фотошаблона
  • Подготовка платы
  • Нанесение фоторезиста
  • Экспозиция
  • Проявка
  • Промывка
  • Вторая экспозиция
  • Вторая промывка
  • Травление

Вторая экспозиция есть не во всех вариантах процесса.

Подготовка фотошаблона

Для изготовления плат с нормами 0.15/0.15 (и, возможно, меньше), желательно иметь принтер с аппаратным разрешением 1200dpi. Причина банальна — для таких норм размер деталей фотошаблона вплотную приближается к физическим возможностям самого принтера. Но оказалось, что если слегка модифицировать разводку, то можно делать вполне работоспособные фотошаблоны и на принтере с 600dpi. Достаточно сделать дорожки шириной кратной разрешению принтера и качество фотошаблона становится заметно лучше. Применительно к 0.15/0.15 и 600dpi такой «правильной» шириной будет 0.17мм (почему именно так легко установить с помощью калькулятора). Сразу оговорюсь, что этот вариант я проверял только с денсити тонером. Для варианта 1 фотошаблон я делал на Canon MF-4520, относительно новый родной картридж. Для двух остальных вариантов — на Samsung ML-2851ND с демо картриджем (принтер новый). На фотошаблоны сделанные самсунгом денсити тонер производства Kruse (вот такой) не действует. Все фотошаблоны я теперь тщательно просматриваю и, если есть необходимость, переделываю.

Теперь нюансы:

  • Поверхность фотошаблона должна быть чистой и без царапин. Царапины, даже мелкие, рассеивают ультрафиолет не так как пленка. Поскольку экспозицию для вариантов №2 и №3 приходится делать маленькую, то на месте царапин на готовой плате будут «перебитые» дорожки.
  • Для разных принтеров и разной пленки нужно тщательно подбирать параметр печати «тип бумаги». Это совершенно не обязательно будет «пленка», в моих условиях кэнон дает нормальный результат, в зависимости от пленки, в режимах «пленка» и «обычная бумага». Самсунг — «обычная бумага» и «тонкая бумага». К сожалению, пленка даже таких именитых производителей как Xerox не отличается стабильностью параметров, иногда приходится подбирать этот параметр даже для одинаковой пленки приобретенной в разное время.
  • Некоторые виды пленки изменяют размер при печати (тянутся). В этом случае приходится прогонять пленку минимум раз через принтер (просто напечатать пустую страницу). Количество прогонов имеет смысл подобрать один раз и потом просто придерживаться найденого варианта, это поможет сохранить одинаковый «уход» пленки при печати фотошаблонов для разных задач (например, для маски).
  • Для вариантов 2 и 3 важной оказалась не плотность шаблона, а его однородность по всей площади платы. Неоднородности сильно влияют на проявку.
  • Лучше быть параноиком и проверять фотошаблон тщательно просматривая его с помощью лупы, чем теряться в догадках «откуда на плате залипухи» или «почему вместо двух дорожек одна». Не стоит ограничиваться просмотром только тонких дорожек, налажать принтер может где угодно 🙁
  • Зачастую качество нанесения тонера на пленку заметно отличается в пределах листа, применительно к конкретному принтеру/картриджу положение фотошаблона на листе придется подбирать, а выбранного места придерживаться при печати фотошаблонов для разных плат, иначе стабильность проявки может плавать от платы к плате.
  • Даже хорошо отработанный и налаженый процесс подвержен случайностям и не имеет 100% повторяемости, поэтому имеет смысл изготавливать платы панелями по несколько штук за раз, даже если нужна всего одна. Собственно, это тот же подход, который применяется при производстве микросхем.

Подготовка платы

Для своих плат я преимущественно использую стеклотекстолит толщиной 1мм и только если на плате стоит что-то тяжелое (например, трансформатор или радиатор) — 1.5мм. Причина банальна — тонкий стеклотекстолит легко режется резаком для бумаги. При этом срез достаточно чистый, стеклотекстолит не расслаивается и не образуется пыли. Но гораздо важнее то, что резак для бумаги не перегибает стеклотекстолит как, например, ножницы по металлу. Давно целюсь купить маленькие гильотинные ножницы специально предназначенные для резки листовых материалов, но найти их не так просто, а цена кусается (видел, например, на Лукьяновке за 1500грн, но жаба задавила).

Поверхность фольги не должна иметь сильно выраженой текстуры от основы. При наличии выраженой текстуры не получается нанести фоторезист так, что бы избежать подтравов. В экспериментах я использовал стеклотекстолит с фольгой 35мкм, но была сделана попытка использовать стеклотекстолит с фольгой 18мкм. К сожалению, имеющийся у меня стеклотекстолит с такой фольгой имеет сильно выраженную текстуру на фольге, поэтому стабильно получить с ним платы без дефектов у меня не получилось. Из положительных моментов следует отметить, что травление проходит значительно быстрее и заметно равномернее, а боковые подтравы существенно меньше.

Плату необходимо тщательно отмыть губкой с моющим средством, желательно с мягким абразивом. Я применяю Cif (о чем неоднократно писал). Плату нельзя обрабатывать наждачкой, даже самой мелкой. Она оставляет царапины, которые не удается заполнить фоторезистом и это приводит к «подныриванию» травителя под фоторезист. Поскольку дорожки узкие, многочисленные «пробоины» в дорожках практическ гарантированы. Начинать очищать плату мне показалось удобнее «на сухую», то есть на еще сухую заготовку наношу моющее средство и губкой тщательно зачищаю. Затем тщательно смываю моющее средство и отмытую грязь и повторяю процесс. Критерий традиционный — вода должна хорошо смачивать медь.

В процессе экспериментов было опробовано и внедрено в повседневную практику микротравление — после отмывки плата погружается в раствор персульфата натрия на 15-20секунд, после чего еще раз тщательно промывается. Я не пробовал применять для этой цели хлорное железо. В промышленности для микротравления, насколько я знаю, применяется персульфат аммония и персульфат натрия. Такая обработка дает отличную поверхность с микрошероховатостями, адгезия фоторезиста значительно улучшается, а количество мелких дефектов на поверхности меди уменьшается. Не менее важным является еще и то, что обработанная таким образом медь значительно лучше смачивается травителем и процесс травления протекает более равномерно. Для всех трех вариантов платы готовились именно таким способом. Негативный момент (куда ж без него) — при сухом варианте накатывания фоторезиста исчезает возможность исправления дефектов, при попытке оторвать фоторезист от платы он отрывается от лавсановой пленки и остается на плате. К слову, после микротравления вода плату не просто смачивает, а не хочет стекать с вертикально расположенной заготовки.

Нанесение фоторезиста

Во всех экспериментах я использовал фоторезист «Riston 200» приобретенный в «Радиомаге» на все тех же Кардачах. Судя по описанию, Photec H-6300 не должен сколько-нибудь заметно отличаться по поведению, но я его не пробовал.

Для вариантов 1 и 2 были вполне успешно опробованы традиционные мокрый и сухой способы. Для них же был опробован и «почти промышленный» вариант (см. описание ниже). Традиционные способы я описывать не буду (и так писанины много) исходя из того, что те, кто пользуется фоторезистом давно освоили один или несколько вариантов.

Для варианта 3 был придуман несколько необычный вариант нанесения фоторезиста: обрезки фоторезиста я растворил в спирте (понятное дело, лавсан не растворился, но он не мешает, просто валяется в банке), затем с помощью мягкой кисточки получившийся раствор был нанесен на плату. Когда раствор высох (это важно!), на него ручным сухим способом был накатан фоторезист. Прокатка в ламинаторе при таком способе не требуется. Не стоит ложить фоторезист на мокрый раствор, поскольку спирт начинает растворять фоторезист и тот просто «плавает» под пленкой, что приводит к неравномерности толщины фоторезиста (со всеми вытекающими, тут и 0.2/0.2 получить не удастся). Адгезия у такого варианта накатки зверская, не требуется даже повторная экспозиция. Снятие лавсановой пленки делается так же как и при мокром способе — под тонкой струей холодной воды. Я волновался, что из-за неопределенного состояния обрезков фоторезиста (они валялись под освещением неизвестно сколько) могут быть проблемы с проявкой, но ничего такого не произошло, проявка и промывка прошли как обычно.

«Почти промышленный» способ накатки: я снял корпус с ламинатора, что бы подобраться поближе к роликам (это важно!):

Подготовленная плата кладется на чистый лист бумаги так, что бы задний край платы (тот который последним попадет в ламинатор) был ближе к заднему краю листа бумаги (но не впритык, должно остаться место для заднего края фоторезиста, если вы хотите, что бы он остался на бумаге, а не в ламинаторе):

Затем передний край платы приклеивается к бумаге скотчем:

С одного края фоторезиста отделяется нижняя защитная пленка так же как и для сухого способа накатки. Край фоторезиста клеится на бумагу чуть выше платы, при необходимости его можно дополнительно закрепить скотчем:

Затем вся эта конструкция подается в ламинатор. Пока начало листа ползет через ламинатор, акуратно отделяем нижнюю защитную пленку от фоторезиста, стараясь не допустить слипания фоторезиста или прилипания его к плате и бумаге до того, как он попадет в ламинатор. Затем берем фоторезист за углы и дожидаемся пока ламинатор протянет всю конструкцию через ролики. Фоторезист надо стараться поддерживать в слегка натянутом состоянии, примерно под углом в 45 градусов к плоскости в которой прокатывается заготовка (сорри, тут фотки не будет, рук для того, что бы снимать и выполнять накатку у меня не хватает). По окончанию прокатки готовая плата вырезается из полученной «упаковки». К сожалению, когда почти вся плата прокатана, край фоторезиста приходится отпускать (ролики, блин, горячие), поэтому задний край платы, как правило, накатывается с дефектами:

Аналогичная проблема есть и в начале (там где фоторезист накладывается на скотч, которым закреплена плата). Поэтому при использовании этого способа я делаю заготовку с припуском примерно 5мм вначале и 1см в конце и после накатывания просто их обрезаю. Такой способ нанесения фоторезиста врядли может претендовать на лидерство по удобству, но качество нанесения фоторезиста лучшее из того, что мне удавалось когда-либо получать.

Экспозиция

Экспозицию во всех экспериментах я делал своей рабочей УФ установкой. Ниже приведены несколько фоток этого агрегата:




Лампы вот такие. В Киеве они есть, например, в павильоне 13В на Кардачах. Они под обычный цоколь и балласт у них встроенный, поэтому их можно питать просто от розетки.
Конструкция получилась не очень удачная, в частности я ошибся с развесовкой, поэтому для улучшения устойчивости конструкции на ней постоянно лежит тороидальный трансформатор (видно на фотке), функциональной нагрузки, кроме как в качестве груза, он не несет. Собственная высота конструкции недостаточна для нормальной работы даже с нормами 0.2/0.2. Что бы получить необходимую высоту ее приходится водружать на несколько картонных коробок. Расстояние от ламп до подложки на которой лежит плата во время экспозиции — 45 или 50см, в зависимости от того, как лежат коробки. Разницы в качестве засветки между этими вариантами я не обнаружил. Установка оснащена самодельным таймером, который позволяет задавать время экспозиции с точностью до секунды. Таймер с таким разрешением это необходимость в моем варианте процесса (дальше станет понятно почему).

Сразу оговорюсь, что длительность эспозиции каждому придется подбирать индивидуально. В виденных мною описаниях работы с фоторезистом, почему-то, длительность экспозиции менее минуты не упоминается, вместо этого фигурируют цифры по несколько минут. Нужно быть готовым к тому, что, на самом деле, время может оказаться значительно меньше минуты (например, см. ниже мои рабочие выдержки). В процессе экспериментов во время освоения работы с фоторезистом я доводил время экспозиции до 10секунд и при этом плату удавалось нормально проявить.

При подборе времени выдержки для вариантов 2 и 3 она должна быть максимально возможной при которой плату удается надежно проявлять после засветки через шаблон подготовленный на конкретном принтере. В моей системе это 50 секунд, но я сделал чуть-чуть меньше, так проявка происходит стабильнее и легче. После засветки в 60 секунд проявить плату до конца не удается, на широких участках остается «борода» из фоторезиста засвеченного через неплотности в тонере на фотошаблоне. Выдерживать стабильное время в таких интервалах (что необходимо для стабильного результата) можно только таймером. Итого, первая экспозиция у меня имеет длительность 45 секунд для вариантов 2 и 3. Для варианта 1 экспозиция одна, длительность 90 секунд.

Проявка

Я делаю проявку в силикатном клее (жидком стекле). Выбирать клей нужно внимательно, поскольку далеко не всегда под названием «канцелярский клей» продается именно силикатный клей. Я пользуюсь вот таким:

В магазинах стройтоваров я встречал бутылки с надписью «жидкое стекло», вполне возможно, что это то, что нужно, но я его применять не пробовал.
Концентрация делается «на глаз», примерно десертная ложка на 0.7л холодной воды. Поскольку проявитель готовится не каждый раз, то обычно раствор имеет комнатную температуру. Греть его не нужно — возрастает риск передержек, да и в той документации на фоторезисты, которую я читал, максимальная температура проявочного раствора до 30 градусов. Для варианта 1 в случае недопроявки плату можно дополнительно промыть в проявителе после начала травления. Это можно делать и для вариантов 2 и 3, но вероятность того, что это поможет после второй экспозиции не 100% (как раз что бы максимально сохранить такую возможность я и сделал вторую экспозицию относительно короткой). Как и в случае с экспозицией время проявки придется подбирать.

Я делаю проявку в такой последовательности: кладу плату примерно на минуту в проявитель, затем начинаю «полоскать» плату в растворе, поднимая и опуская плату вверх-вниз так, что бы раствор перекатывался через плату. По мере того, как фоторезист смывается, я начинаю следить за большими открытыми участками (обычно это зазоры между платами). Когда растворение фоторезиста на открытых участках близится к концу, остатки фоторезиста на них выглядят как «тень от облака» (фольга имеет чуть более темный цвет), в отраженном свете эти участки блестят. Когда последняя видимая глазом «тень» исчезает я начинаю отсчет времени продолжая все так же полоскать плату. Примерно через 80 секунд плата полностью промыта. Главное условие — время должно быть минимальным, при котором после проявки плата гарантированно будет чистой от остатков фоторезиста. К сожалению, способ который я использовал вначале для контроля проявки (ополаскивание в травителе) дает нестабильный результат и часто приводит к подтравам, поэтому пришлось от него отказаться и ориентироваться только на время.

Промывка

Промывать плату можно только в холодной воде, не выше комнатной температуры. Я делаю промывку под струей средней силы, опуская плату так, что бы струя падала с некоторой высоты и прохожусь несколько раз такой «водяной щеткой» по всей поверхности платы, уделяя особое внимание участкам с плотной разводкой. Тщательность промывки в значительной степени определяет равномерность последующего травления.
Производители фоторезиста рекомендуют применять для промывки жесткую воду, для мягкой, согласно документации, требуется дополнительное ополаскивание в кислотном растворе. У меня из крана течет жесткая, поэтому вариант промывки мягкой водой я не проверял.

Вторая экспозиция

Для варианта 2 необходима вторая экспозиция. Я сразу после промывки просто помещаю плату под УФ еще на 45секунд. Из обнаруженных нюансов упоминания стоит только один, но существенный — плата должна оставаться влажной во время экспозиции. Нельзя допускать пересыхания фоторезиста, это приводит к потере адгезии и подтравам. Мне для решения этой проблемы оказалось достаточно чуть менее тщательно стряхивать воду с платы после промывки, но при более длительной экспозиции возможно потребуется искать варианты увлажнения платы.

Вторая промывка

Вторая промывка нужна не во всех вариантах, но практически во всех вариантах могут понадобиться промежуточные промывки во время травления. И в том и в том случае промывку я делаю одинаково — так же как в первой промывке тщательно промываю поверхность «водяной щеткой», затем удерживая плату вертикально даю воде стечь, дожидаясь пока вода уйдет из промежутков между дорожками. Оказалось, что такой вариант обеспечивает лучшее последующее смачивание промежутков (особенно узких) травящим раствором, что дает более равномерное начало травления и, как следствие, более равномерное травление вцелом. Точной причины такого поведения я не знаю, подозреваю, что дело в растворенном в воде воздухе, который образует пузырьки в узких промежутках между дорожками. При стекании воды эти пузырьки лопаются и это улучшает смачиваемость поверхности.

Травление

Травление я делаю в растворе персульфата натрия подготовленном согласно инструкции 100грамм порошка на 0.5л воды. Важно, что бы раствор не был давно в использовании и травил достаточно быстро (старый раствор травит медленно и весьма неравномерно, так что проблемы практически гарантированы). В ванночке постоянно болтается аквариумный обогреватель выставленный на максимум (35 градусов):

Я (возможно пока) не использую барботаж (проще говоря, перемешивание раствора с помощью пузырьков воздуха из, например, аквариумного компрессора), поэтому приходится «полоскать» плату руками (так же как при проявке — удерживая плату за края и двигая вверх-вниз). Просто бросить плату в раствор и через некоторое время достать готовое тут не получается, процесс требует активного перемешивания раствора для обеспечения равномерного травления.
Начало травления — самый ответственный момент, важно как можно более одновременно начать процесс по всей поверхности меди (только в этом случае плату удается вытравить без применения дополнительных приемов типа заклеивания вытравленных частей платы скотчем). Для этого я окунаю плату на несколько секунд в раствор, затем достаю и удерживая плату вертикально даю возможность раствору стечь, дожидаясь стекания из промежутков между дорожками (как и при второй промывке). После одного-двух таких окунаний медь начинает менять цвет. Я слежу за этими изменениями и если обнаруживаю, что какие-то участки не смачиваются — промываю плату (см. «Повторная промывка» выше). Если после пары промывок на плате остались места с медью цвет которой остался прежним (обычно они хорошо видны, когда плата погружена в раствор), я делаю дополнительную короткую (около 20секунд) проявку и промывку. Когда вся поверхность меди изменяет цвет я продолжаю травление уже как обычно, то есть «полощу» плату. Периодически я ее достаю и дожидаюсь стекания раствора. Это необходимо потому, что на поверхности платы могут образовываться пузырьки (особенно если температура раствора падает и воздух растворенный в растворе начинает выделяться), что может приводить к характерной «пятнистости» в конце травления. Такую «пятнистость» редко удается дотравить не повредив плату. Возможно эта проблема специфична именно для персульфата натрия.
Когда почти вся плата вытравлена и остались только участки с плотным рисунком, начинается этап «дотравливания». Чем качественнее удалось промыть плату и равномернее начать травление, тем проще и короче процесс дотравливания. Делаю я его так же как и промежуточные доставания из раствора (держу вертикально и даю стечь раствору, открытая медь некоторое время еще продолжает травиться даже в таком состоянии) и периодически окунаю плату в раствор что бы смыть продукты травления и подать свежий травитель. Как только все промежутки открываются (то есть дорожки отделены одна от другой), я еще раз опускаю плату в раствор, слегка стряхиваю и затем тщательно промываю.

Экспериментов с травлением в хлорном железе я не проводил и пока не планирую.

Ну и напоследок несколько фоток готовой платы из одного из последних запусков:

Вот тут хорошо видно, что дорожки получились ровные по всей длине (качество не очень, что бы разглядеть дорожки хоть с какой-нибудь детализацией пришлось делать цифровое увеличение в мобильнике):

Советы (по делу) и идеи по возможным вариантам улучшению процесса приветствуются.

we.easyelectronics.ru

Пленочный фоторезист. Изготовление печатных плат в домашних условиях. CAVR.ru

Рассказать в:

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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!


Раздел: [Приспособления для пайки и конструирования плат]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

www.cavr.ru

про уплотнение шаблона. Опять (снова). / Технологии / Сообщество EasyElectronics.ru

В связи с патологическим невезением на лазерные принтеры, которые сегодня в массе своей идут под лозунгом экологичности (читай — экономии тонера и электроэнергии), Спрозин решил попробовать себя на фоторезисте. Нет, там тоже хватает нюансов, но с плотностью чернил-то все обстоит лучше… Думал я. Ну что же, индюк тоже думал…

Когда струйный принтер выдал вполне себе черный рисунок платы, это был успех! Казалось бы. По сравнению с лазерником результат просто радовал. Осталось только откалибровать время засветки и проявки — и дело в шляпе! Но как я ни прыгал с бубном вокруг этого процесса, зазоры в 0.3 мм проявляться никак не хотели. Точнее, они проявлялись, но так непредсказуемо, что было ясно: плотности распечатки явно недостаточно.

Первое спасение, которое выручало пару месяцев — это то, что в струйнике гораздо лучше позиционируется лист по сравнению с лазерным принтером. Это позволяло печатать шаблон два раза поверх друг друга. Результат получался отличным (если получался, о чем ниже), фоторезист замечательно проявлялся и все было отлично, за исключением одного «НО»… Это самое «но» можно наблюдать на картинке ниже:

И это жутко бесило. Иногда получалось уплотнить распечатку с первого раза, а иногда 3-4 листа запарывалось перед приемлемым результатом. Тогда мне в голову пришла мысль (очевидно не первому, но я этой идеи нигде не встречал). И начал я эту мысль думать: «а что если поверх рисунка платы печатать еще серый квадрат?». Звучало как бред: ведь ультрафиолету надо проходит через шаблон, а мы препятствуем этому?? Нехорошо! И все же идея засела той самой занозой из фильма «Начало», а потому пришлось проверять эту теорию на практике.

Набросав по-быстрому в Paint.Net линии, я распечатал их на пленке (да, тут не раз выкладывали шаблоны для такого дела, но мне лень было искать). После чего, поверх этих линий были распечатаны квадраты разной плотности: (60,60,60), (120,120,120), (180,180,180) и (255,255,255 — белый квадрат):

Это все дело отправилось на засветку, затем на проявку. В результате оказалось, что теория более чем жизнеспособна! «Белый» квадрат, как и самый бледный — проявились плохо. Самый темный квадрат не пропускал УФ, потому почти весь облез. А вот квадрат (120,120,120) проявился как надо. Затем я попробовал тот же способ на более сложном рисунке — аналогично. И вот результат:

Буду рад, если сие кому-то пригодится.

we.easyelectronics.ru

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *