Chemia PCB

[david_usa]

Ostatnio na Zello powrócił temat fabrykowania płytek w warunkach domowych. Trochę moich doświadczeń - jako, że od niedawna zacząłem używać fotochemii.

Obecnie stosowane są obie metody - pozytywowa i negatywowa.

Pozytywowa - przy zakupie gotowych płytek
Negatywowa - przy samodzielnym nanoszeniu filmu światłoczułego na płytki

Dla osób, które nie bardzo interesowały się fotografią różnica może nie być oczywista, więc wyjaśniam:
Metoda pozytywowa - z naświetlonych obszarów laminatu usuwa się światłoczułą warstwę ochronną w procesie wywoływania i obszary te potem się wytrawia. Maskę do naświetlania drukuje się podobnie jak do termotransferu.
Metoda negatywowa - naświetlenie jakiegoś obszaru na płytce "utwardza" go i nie pozwala na jego usunięcie podczas wywoływania. Maskę do tego naświetlania drukuje się w negatywie (czyli ścieżki nie zadrukowane, przerwy między nimi - tak)

Metoda pozytywowa z profesjonalnie przygotowanymi płytkami dała mi lepsze rezultaty (i łatwiej się wywołuje moim zdaniem), ale jest droższa - więc trochę o kosztach
Laminat dwustronny światłoczuły 160x100mm - 18,90 (0,12/cm2)
Laminat jednostronny światłoczuły 150x100mm - 16,00 (0,11/cm2)

Laminat jednostronny 10x15cm - 3,36 (0,02/cm2)
Laminat dwustronny 9x20cm - 4,20 (0,02/cm2)
Folia światłoczuła 30cm x 5m - 34,00 (0,002/cm2) - nawet zakładając odpad - 20% - to nadal poniżej grosza za cm2

Czy potrzebna jest ciemnia? NIE - należy unikać naświetlania bezpośrednim światłem słonecznym i innymi źródłami, które mogą poza pasmem widzialnym promieniować UV. To tego trzymać wszystko pod jakimś przykryciem, jeśli akurat się tego nie używa.

Naświetlarka - Projektów jest cała masa - wystarczy wpisać pcb UV lightbox w youtube. Niektóre są zdecydowanie przerostem formy nad treścią . J użyłem starego skanera CCD (po to aby miał wyższą obudowę) za $1.99 i wykleiłem go paskami ledowymi UV - zużyłem praktycznie całą 5m rolkę aby diody były od siebie w miarę równej odległości (równomierność naświetlania jest tutaj chyba najważniejszym czynnikiem)
Bardzo dobrze sprawdzają się też świetlówki UV (np z utwardzaczy do paznokci) ale znowu - równomierność naświetlania jest bardzo ważna, więc albo trzeba mieć ich kilka albo muszą być w większej odległości od płytki podczas naświetlania.

https://ibb.co/10KB3F7
https://ibb.co/TBJNnxb

Zadecydowanie nie należy używać:
- lamp UV-C do dezynfekcji - https://silesia24.pl/wiadomosci/szczego ... lnia-19205
- świetlówek "black light" zajumanych z wiejskiej dyskoteki - te po prostu nie działają.

Materiały światłoczułe używane w fotochemii PCB potrzebują 380-400 nm światła.

...CDN...

[david_usa]

Przygotowanie płytki "negatywowej"

Sam laminat przygotowuje się podobnie jak to termotransferu - czyli oczyszcza powierzchnię z tlenków i innych powłok zabezpieczjących, a potem odtłuszcza. Ja do odtłuszczania używam acetonu. Jedna różnica polega na tym, że o ile do termotransferu lepiej płytkę lekko zmatowić, to tu lepiej ją wypolerować. Nie musi się świecić ale gładka powierzchnia pomoże przy wywoływaniu. Dużo natomiast ważniejsze jest zadbanie o czystość, żeby na płytce nie było paprochów i zadziorów na brzegach.

Film światłoczuły przychodzi zabezpieczony z obu stron folią, Ja wycinam kawałek ok cm większy z każdej strony niż płytka. Najlepiej sprawdza się do tego gilotyna. Teraz pora na kilka manualnych trików:
1. należy ściągnąć wewnętrzną folię zabezpieczającą - do tego potrzebne są dwa kawałki taśmy klejącej - naklejamy po jednym z każdej strony na rogu wyciętego kawałka i zdecydowanym ruchem - ale nie za szybkim ciągniemy w przeciwnych kierunkach. Jeśli zrobi się to za wolno do sama taśma się odklei i trzeba zacząć od nowa. Jeśli zrobi się to za szybko może nam się posklejać odbezpieczony film. Kwestia wprawy - ale już po 2-3 próbach nie powinno być żadnego problemu. Jeśli ktoś ma obawy - to mnie nie zdarzyło się, aby odkleiła się zewnętrzna folia, a film został na wewnętrznej..
2. teraz układam film luźno na płytce i lekko dociskam - ale tylko na jednym brzegu!!! film jest lekko lepki ale nie klejący - więc dla bezpieczeństwa trzymam płytkę pionowo pod lekkim kątem, aby film był przyklejony tylko do jej brzegu
3. brzegiem tym wkładam całość do laminarki rozgrzanej na około 80-100 stopni. Jak laminarka złapie płytkę, to podciągam delikatnie film, żeby był u góry i pozwalam, żeby dopiero wałki ścisnęły wszystko w całość i zgrzały. Inaczej zawsze zostawały bańki powietrza.
4. dla płytek dwustronnych każdą stronę robię osobno, a nie wkładam na raz całej "kanapki?

Drugą - zewnętrzną folię zabezpieczającą ściągam dopiero przed wywołaniem, albo przed naświetlaniem, jeśli używam małego rastra.

Tutaj to ładnie wychodzi myfriendowi z Indii - https://www.youtube.com/watch?v=cRCFGZxmob0.

[david_usa]

Osprzęt i chemia.

Rozumiem, ze jest to ta część, przez którą większość ludzi nie zamierza bawić się w fotochemie.



Co będziemy(możemy) potrzebować?

• podświetlany panel dla rysowników - www.amazon.com/gp/product/B07DYP468V/ bardzo przydatny przy ustawianiu wydrukowanych masek dla płytek dwustronnych

• laminarka - do przyklejania filmu negatywowego - z żelazkiem nie próbowałem bo nie bardzo widzę, że się to uda

• naświetlarka - omówiona wcześniej - ja dorobiłem sobie prosty timer z opcją dodania 10 minut po naświetlaniu (po naświetlaniu zachodzą dodatkowe procesy, więc płytki nie powinno się wkładać do wywoływacza od razu.

• kuwety - ja używam do tego celu szklanych naczyń żaroodpornych; ich zaletą są szczelne pokrywki, których można użyć, jeśli są potrzebne

• szkło - przynajmniej 250ml i 1l zlewki - takich najczęściej będzie się używało

• waga - będziemy potrzebowali ważyć od kilku do około 250g. O ile wytrawiacz można odważyć na wadze kuchennej, to do wywoływacza potrzeba mieć coś bardziej dokładnego

• lejek - przyda się do zlewania odczynników - najlepiej na tyle duży, żeby mieści papierowy filtr do kawy (przydatny to usunięcia tego so pozostaje przy wywoływaniu negatywów)

• pęsety (najlepiej plastikowe), pędzelek, wata kosmetyczna, rękawiczki, ręczniki papierowe itp

• mieszarka magnetyczna - bardzo przydatna ale nie niezbędna (ostatnia rzecz na potencjalnej liście zakupów) Ja używam nie tylko do robienia roztworów, ale także do trawienia małych płytek

• butelki najlepiej szklane lub plastikowe do trzymania chemii - lepiej mieć je za duże, niż za małe

• wytrawiarka - konstrukcja własna sklejona z plexy - temat na osobny artykuł. Beż żadnego specjalnego sterowania. Tylko zaworek na rurce napowietrzającej i 50W grzałka.

Chemia:

• Wodorotlenek sodu NaOH - w małym stężeniu (7-9g/l) jako wywoływacz do pozytywów; w większym do usuwania resztek filmu negatywowego po wywołaniu (chociaż ja zdecydowanie wolę aceton)

• Węglan sodu Na₂CO₃ - w stężeniu 10g/l używany do wywoływania w metodzie negatywowej

• Nadsiarczan amonu (NH4)2S2O8 - ja używam zamiast chlorku żelaza. Jest droższy, ale nie brudzi i jest przezroczysty (w miarę trawienia zabarwia się na błękitno) - więc dokładnie widać, kiedy płytka jest wytrawiona.

• MG Chemicals 421A Liquid Tin - nie wiem czy osiągalny w PL i do tego w zasadzie całkiem drogi dodatek do srebrzenia miedzi. Świetnie zabezpiecza druk, ułatwia lutowanie można go używać wielokrotnie - ale $30 za 125ml to i tak sporo, a większe opakowania są praktycznie niedostępne.

[david_usa]

Zróbmy sobie płytkę

Sama płytka jest dosłownie trywialna i potrzebowałem jej do zrobienia wyprowadzeń z czytnika kart chipowych. Właśnie dlatego warto mieć w domu jakąś alternatywę, a nie wysyłać każdego takiego projektu do Chin. Potrzebuję tylko jedną płytkę i to na dziś.

1. Wydruk rastra ścieżek. Ponieważ będę wykonywał PCB metodą negatytową do montażu SMD, potrzebuję wydruk wierzchniej warstwy w negatywie i odbiciu lustrzanym. Odbicie jest konieczne, aby raster przylegał to płytki wydrukiem.



Wydruk wykonany na kalce technicznej w najlepszej jakości, jaką jestem w stanie wycisnąć z mojej drukarki i zostawiony na około pół godziny w oparach acetonu. Nie udało mi się wykonać dobry zdjęć porównawczych przed i po potraktowaniu acetonem z powodu małej dynamiki kamery w komórce, ale różnica jest bardzo dobrze widzialna. Na końcu można jeszcze poprawić niedodrukowane dziurki i można się zabierać za przygodowanie laminatu.

2. Laminat przecieram wodnym papierem ściernym 2000, myję mydłem, a na końcu udtłuszczam acetonem.



3. Z rolki filmu wycinam kawałek większy od płytki i usuwam wewnętrzną folię z pomocą taśmy klejącej.





Odbezpieczony film kładę na płytkę, dociskam na jednym końcu i tym końcem wkładam do laminarki rozgrzanej do 100 stopni. Warto upewnić się, że film nie przykleił się do reszty płytki przed laminowaniem, bo wyjdą nam bąble i film będzie w tych miejscach pomięty. Płytkę przepuszczam tylko raz (nie ma co przegrzewać filmu) i odcinam zbędne kawałki.



4. Pora na naświetlanie. Umieszczam raster na środku płytki, mocuję go małym kawałkiem taśmy klejącej, przyciskam dodatkowo dwoma kawałkami blachy aluminiowej i naświetlam 50 sek.



Po naświetlaniu ścieżki są lekko ciemniejsze



5. Po naświetlaniu zdejmuję drugą folię zabezpieczającą z filmu i odstawiam w ciemności na ok 10 minut. W tym czasie nalewam sobie wywoływacz do "kuwety". Po 10 min wkładam do niego płytkę na 2 minuty i nie ruszam.



Po dwóch minutach moczę w wywoływaczu kulkę z waty i przecieram nią bardzo delikatnie płytkę. Niektórzy używają do tego pędzla z miękkim włosiem. W pierwszym momencie płytka wydaje się pokryta śluzem, który stopniowo się zmywa - za to ścieżki zaczynają być wyraźnie wyczuwalne. W momencie, gdy poczuję, że wata styka się bezpośrednio z warstwą metalu, wkładam płytkę pod ciepłą bieżącą wodę i spłukuję wszystkie pozostałości. Po osuszeniu, wkładam ponownie płytkę do naświetlania na 2 min aby utwardzić pozostały film. Po tym czasie wydruk ścieżek jest już bardzo dobrze widoczny i zabezpieczony przez wytrawieniem.



6. Płytkę zawieszam wewnątrz zlewki wypełnionej wytrawiaczem. wrzucam magnes i stawiam na mieszadle ustawionym na lekkie podgrzewanie. Do tak małych projektów szkoda mi się babrać z wytrawiarką.



7. Po wytrawieniu wrzucam płytkę znów do kuwety i zalewam małą ilością acetonu. Na początku aceton tylko się lekko zabarwi na niebiesko, ale po pewnym czasie film zacznie złuszczać się z warstwy miedzi.





8. Jak już wszystko dobrze namoknie, zaczynam ruszać kuwetą - film będzie sam się odklejał. Na końcu usuwam jego resztki wacikiem i płuczę płytkę.



9. Dewolaj - znaczy ten, no - voila