Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Изготовление печатной платы с помощью плёночного фоторезиста.

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

2.Подготовка текстолита.
Здесь всё однозначно, на одном из форумов удалось вот что найти.

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.

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.

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Спектр излучения ртутных ламп, используемых для экспонирования фоторезистов содержит три основные линии в ближнем УФ-свете. Эти линии в фотолитографии носят названия g – линия (длина волны 436 нм), h – линия (длина волны 405 нм) и i – линия (длина волны 365 нм). (см рис.)

Спектр поглощения фоторезистов должен находиться в диапазоне эмиссии ртутных ламп, чтобы обеспечить необходимую спектральную чувствительность. (см. рисунок, жирная линия)

Все предлагаемые позитивные фоторезисты соответствуют спектру излучения ртутных ламп. По специальному заказу могут быть изготовлены фоторезисты с более узкой спектральной чувствительностью, которые чувствительны h – и i – линиям, но не чувствительны к g – линии.

Для получения наилучшего качества изображения (высокое разрешение, контраст и т.д.) необходимо контролировать интенсивность падающего света. При этом разброс интенсивности УФ – света в поперечном сечении не должен превышать 10%.

Для измерения интенсивности УФ – необходимо использовать УФ – радиометры, чувствительные в ультрафиолетовом свете. Такие радиометры есть в продаже. Люксметры, часто используемые на предприятиях электроники, непригодны для этой цели, поскольку спектральная чувствительность люксметров находится в видимой области спектра.

Светочувствительность фоторезиста является важной характеристикой, которая указывается в паспорте на фоторезист. Этот параметр, являющийся, по сути, дозой экспонирования, представляет собой произведение интенсивности света на время экспонирования. На практике при определении оптимальной дозы экспонирования необходимо учитывать следующие данные:

  1. Является ли источник света широкополосным или монохроматическим?
  2. Чувствителен ли УФ – радиометр к широкополосному излучению или отдельно к g -, h – , и i – линиям?
  3. К какому спектральному диапазону относится паспортная светочувствительность фоторезиста?

Для позитивных фоторезистов паспортная светочувствительность дается, как правило, к интегральному спектру излучения (g -, h -, и i – линиям). Поэтому при определении параметра светочувствительность фоторезиста следует использовать УФ – радиометр с чувствительностью к сплошному УФ – спектру.

Часто, в производственных условиях контролю дозы экспонирования пленки фоторезиста не уделяют достаточного внимания. Результатом этого является либо плохое качество изображения, либо невозможность вообще получить рисунок. Особенно важен контроль дозы экспонирования для контрастных фоторезистов, обеспечивающих субмикронное разрешение. Так, фоторезист ФП-383, который выпускался до 1999 г. был слабоконстрастным, стойкость пленки в проявителе не превышала 5-6 минут, а разрешение 2-х микрон. Современный фоторезист ФП-383 имеет контраст изображение примерно в 10 раз выше, а разрешающая способность составляет около 0,5 мкм. Это один из лучших фоторезистов, обеспечивающий высокое разрешение, адгезию и кислотостойкость.

Читайте также:  Вибромоторы своими руками

Переэкспонирование фоторезиста приводит к ухудшению разрешения, из-за дифракционных эффектов на маске, недоэкспонирование фоторезиста не позволяет проявить пленку. Недоэкспонирование часто пытаются компенсировать использованием сильного проявителя (большая концентрация щелочи). Однако при этом не только ухудшается разрешение, но, что еще хуже уменьшается толщина пленки. В результате пленка не выдерживает травление.

Существует простой эмпирический способ для оценки оптимального времени экспонирования. Рекомендуется экспонировать в течение различного времени ряд пленок фоторезиста и определить времена их проявления. После определенной дозы экспонирования дальнейшее увеличение времени экспонирования не меняет времени проявления. Эта доза является оптимальной, но на практике для стабильности процесса используют время экспонирования на 20% выше оптимального.

Последствия недостаточного контроля дозы экспонирования сведены в таблицу:

НедоэкспонированиеПереэкспонирование
Стандартный проявительСильный проявительСтандартный проявитель
Пленка не проявляетсяПленка проявляетсяРазрешение элементов падает, из-за дифракции света на маске (уширения) и интерференции света в пленке (неровные края линий)
Нет рисункаРисунок появляется, но остаточная толщина пленки мала. Пленка не выдерживает травления, наблюдаются подтравыНа пленке проявляются дефекты маски в виде проколов (отверстия в слое хрома), утончения

Под стандартным проявителем понимается проявитель, рекомендованный в технических условиях и прошедший контроль концентрации проявляющего вещества. Однако на практике очень трудно обеспечить стандартизацию условий приготовления и контроля проявителя в условиях предприятия электроники. По этой причине целесообразно использовать готовые буферные концентраты проявителей, предлагаемые поставщиками фоторезистов. Подобным проявителем является универсальный проявитель для фоторезистов УПФ-1Б, поставляемый нашим предприятием и пригодный для проявления любых типов позитивных фоторезистов, как отечественных, так и импортных (Проявление фоторезистов).

На основании материалов фирмы MicroChemicals

Записки программиста

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 LH26-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 30 x 40 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 5 x 10 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.

Читайте также:  Регулировка прожектора с датчиком света и движения

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).

схемопедия

Каталог электронных схем

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Автор – Дмитрий Марченко (RK3AOR), Москва.

Времена ручного рисования печатных плат уходят в прошлое и на настоящий момент радиолюбители разделились на два лагеря – приверженцев лазерно-утюжной технологии (далее ЛУТ) и фоторезистивной. Автор начинал с ЛУТ технологии, но под влиянием приверженцев фоторезиста решил освоить этот метод и настоящая статья представляет собой обобщённый результат создания простой установки для изготовления плат фотоспособом.

О том, что такое фоторезист и как его применять есть достаточно много информации в интернете и углубляться в это в настоящем материале мы не будем. Для нас достаточно знать одно – для экспонирования фоторезиста надо иметь источник УФ излучения с длиной волны 330-470 нм. Поскольку ждать ясного солнечного дня в средних широтах можно очень долго, то посмотрим, что есть у нас из подручных источников УФ излучения.

1. Горелки из ламп ДРЛ-125 и выше, которые висят на столбах вдоль дорог.

2. Подобные им специальные лампы типа ДРШ-250 и ДРТ-250 и мощнее.

3. Бактерицидные лампы ДРБ, которые используются в медицине для обеззараживания и с некоторыми вариациями в соляриях.

Горелки из ламп ДРЛ, как и лампы ДРШ и ДРТ требуют мощного дросселя. Причем очень громоздкого и тяжёлого. Лампы ДРШ к тому же требуют искровой генератор для поджига, что тоже не может внушать оптимизма.

Лампы ДРБ запускаются со стандартными дросселями от соответствующих по мощности ламп дневного света и в той же арматуре, но большие линейные размеры трубок делают их использование в радиолюбительской мастерской проблематичным.

Сначала автор собрал фотопроекционную установку на лампе ДРШ-250. Её большим недостатком оказалась точечность источника света, что без использования соответствующей рассеивающей кварцевой оптики делает её непригодным для получения равномерной освещённости больших плат. Оптику достать не удалось: Поэтому следующий вариант был на лампе ДРТ-250 (трубчатой). С ней равномерность освещёния стала приемлемой (особенно при использовании 2-х штук параллельно, но выявился ряд больших неудобств в пользовании.

1.Большое время разогрева (не менее 15 минут) для стабилизации режима лампы и получения равномерного потока УФа, без чего практически невозможно получить стабильные результаты экспозиции.

2.Большая масса дросселя и необходимость тщательной световой экранировки лампы для предупреждения ожога глаз и кожи мощным ультрафиолетовым излучением.

3.Очень малое время выдержки (около 35 сек) из-за высокой мощности света. Это требует отточенных движений и не прощает заминок.

4.Трудности с укладкой платы и шаблона при работающей лампе (в режиме прогрева), так как высок риск паразитной засветки фоторезиста и ожога всего, что можно.

5.Сильное выделение озона, что делает невозможной работу без вытяжной вентиляции.

Сделать работоспособную конструкцию помог случай. Рядом с работой соседним банком были выкинуты старые детекторы валюты, в которых используется лампа КЛ-9/УФ, то есть компактная, люминесцентная 9 ватт ультрафиолетовая. Разумеется, я как радиолюбитель мимо контейнера с такими ценными вещами пройти не мог. На базе трёх разобранных детекторов и старого БП от компьютерного сервера формата АТ была сделана следующая конструкция:

Для этого в блок питания с выкинутыми внутренностями на дно были установлены платы электронных балластов. Так как автор успел спасти только две платы, то для третьей лампы был использован типовой электромагнитный дроссель на 9 ватт. Так как эти лампы уже оснащены встроенным в цоколь стартёром и емкостью для разогрева катодов, то включены они по двухпроводной схеме.

В связи с относительно низкой мощностью этих ламп и их малым нагревом при работе было сделано минимальное расстояние между плоскостью установки ламп и столиком для экспонирования величиной в 60 мм. Сам столик для экспонирования (он же защитная крышка над платами ПРА) сделан из жестяной крышки старого CD-ROMа. .Она отлично подходит по ширине к формату блока АТ , только ножницами по металлу её надо укоротить по длине. Закреплена она на металлических стойках заведомо большей длины, чем детали на платах ПРА. Отверстия в корпусе блока питания заклеены продающейся на рынках самоклеющейся алюминиевой лентой, применяемой для систем вентиляции. Она препятствует выходу ультрафиолетового излучения наружу и за счёт рассеивания и переотражения УФ излучения внутри отсека улучшает равномерность освещёния шаблона при экспозиции.

В электрическую схему входят три соединённых параллельно ПРА с лампами, включёнными по типовой схеме. Для обеспечения выдержки времени автор использовал реле времени на DIN рейку с возможностью установки выдержки от 30 до 300 сек. В данной конструкции выдержка получилась равной 250 сек. Параллельно реле установлен тумблер типа МТ для возможности предварительного прогрева ламп. После прогрева в течении 1-2 минут тумблер размыкается и отрабатывается выдержка, установленная на реле времени.

Три лампы установлены в ряд по горизонтали на планке из стеклотекстолита для равномерного освещения зоны экспонирования. При использовании указанного блока питания АТ максимальный размер экспонируемой платы 160Х150 мм, чего вполне хватает для большинства домашних конструкций.

Собственно сама фотопечать.

Для прижимания шаблона очень удобно кварцевое стекло. К сожалению, официально кварцевое стекло размерами 160Х160Х4 стоит около 1000 руб, что для домашней конструкции несколько дороговато. Можно использовать и оконное стекло минимально возможной толщины. Теория говорит, что оконное стекло задерживает от 85 до 98% падающего ультрафиолета. Так что стекло надо брать потоньше, а экспозицию увеличивать. По результатам испытаний хорошо подходят прозрачные поликарбонатные крышки от CD дисков. Указанная выше выдержка в 250 сек. была получена с кварцевым стеклом толщиной 3 мм. С крышкой CD выдержка составила 300 сек.

Производители фоторезиста рекомендуют использование так называемого просветлителя (TRASPARENT) который увеличивает оптический контраст шаблона, напечатанного на обычной бумаге. По своей структуре это что-то типа сольвента или уайт-спирита, который относительно медленно испаряется и промасливает бумагу. По крайней мере практические испытания автора не выявили каких-либо преимуществ фирменного баллона перед уайт-спиритом с хозяйственного рынка. Кроме цены. Следует отметить, что использования бумаги и кальки нежелательно даже с транспарантом. Намного лучшие результаты даёт печать шаблона на прозрачной плёнке для лазерного принтера. Использование такой плёнки позволяет получить хорошее качество печатной платы даже начинающему осваивать этот процесс. Для редактирования шаблона хорошо подходит продающийся в магазинах черный маркер для несмываемых надписей с тонким стержнем 0,1 мм. Им можно улучшить черноту заливки дорожек на маске до начала экспонирования. Шаблон (маска) накладывается на покрытый фоторезистом кусок стеклотекстолита напечатанными дорожками вниз, к фоторезисту. Это позволяет уменьшить боковую засветку. Затем маска придавливается стеклом и вдвигается под прогретые лампы.

Проявка осуществляется как обычно, в растворе КОН или NaOH с концентрацией 5-7 г/литр. Желательно использовать раствор комнатной температуры для повторяемости результатов. В принципе не столь важна температура, как её стабильность для данной экспозиции засветки УФ излучением. Опустив плату в раствор и покачивая, ждём начала растворения засвеченного фоторезиста. Визуально это видно как тонкие фиолетовые облачка, срывающиеся с поверхности платы. Если начинает подтравливаться фоторезист на дорожках (это можно заметить по смене их отблеска из глянцевого в матовый, а засвеченные участки ещё остались, то значит мал оптический контраст между дорожками и прозрачными участками шаблона. Обычно это бывает с бумажными и калечными шаблонами. Размытость дорожек говорит о плохом прижиме шаблона к плате. ВНИМАНИЕ! Несмотря на достаточно мягкий ультрафиолет от этих ламп и их относительно маленькую мощность при всех работах необходимо пользоваться защитными очками. Лучше всего используемые в медицине при работе с УФ излучением, так как они гарантированно задерживают УФ и плотно прижимаются к лицу, защищая глаза от боковой засветки

Можно использовать и солнцезащитные очки, но только как крайний случай. При экспонировании необходимо закрывать блок его штатной крышкой. Вентиляция не обязательна, эти лампы озон не выделяют.

В заключение автор просил бы не судить строго эту конструкцию, так как она была сделана за один день из подручных материалов. Пользуясь случаем, хочу поблагодарить Ю. Харламенкова (г. Кострома) за ценные советы и разумную критику, а также Митрофанова А.В. (г. Москва) и Солодухина И.Б. (г. Жуковский) за бескорыстную помощь в изготовлении различных вариантов фотопроекционной установки и подборе материалов для них.

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 и задаем максимальное качество печати и контрастность

В результате этих действий мы говорим принтеру, что бы он лил побольше тонера 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

берем получившийся шаблон и внимательно осматриваем его, черные поля не должны иметь просветов. Если контрастность черных полей не достаточна можно воспользоваться таким средством – Усилитель оптической плотности тонера Density Toner

Теперь 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. ( Автор использовал отечественный фоторезист, мы рекомендуем
использовать Фоторезист Ordyl Alpha 340 , значительноп превосходящий наш по многим параметрам)

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.

Берем ножницы и вырезаем наш фотоаблон по нужному размеру.

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.

Попытка №2 создания печатной платы с помощью лазера и фоторезиста

После первой попытки, были выяснено что китайский фоторезист очень плохо клеится к плате, если его просто накатить на плату, и положить плату с фоторезистом например в книгу, и сверху добавить хорошего веса. То в итоге после промывки в соде (кальцинированной) дорожки просто отпадают.

В процессе поиска информации о схожих фоторезистах, нашел такую информацию:

Технические характеристики фоторезистов ALPHA.

Условия процесса для типов ALPHA
Подготовка поверхностиБез подготовки
пемзовая обработка
микротравление
ЛаминированиеТемпература предварительного
прогрева
Температура платы на входе 30 – 60 0 С
Скорость1 – 3 м/мин
Давление2,5 – 3,5 бар
Температура90 – 120 0 С
Температура на выходе55 ± 10 0 С

Т.к. у меня китайский фоторезист, без доступной информации о нем, решил придерживаться информации в таблице от другого фоторезиста.

Т.к. ламинатора у меня нет, но есть паяльная станция с феном, то я при накатке фоторезиста ещё выполнял прогревание феном с температурой 100 градусов, после накатки плату с фоторезистом положил в книгу, на книгу небольшую фанерку, и стянул 2-мя струбцинами.

В итоге получилась плата, с хорошо приклеенным фоторезистом.

После этого собственно процесс засветки, тестовой траекторией:

В результате чего получили вот такой результат (по клику можно увидеть в большем размере):

Засвечиваемая линия лазером у меня имеет толщину 0.1 мм, но я в основном пользуюсь дорожками толщиной 0.2 мм, поэтому засвечивал дорожки именно толщиной 0.2, с низу вверх, с постепенным увеличением мощности.

G-код сгенерировал с помощью утилиты Powershell:

В итоге получил 20 дорожек, где каждая дорожка засвечивалась разной мощностью.

S значение% мощностиитоговая мощность мВт
10120
20240
30360
40480
505100
606120
707140
808160
909180
10010200
11011220
12012240
13013260
14014280
15015300
16016320
17017340
18018360
19019380
20020400

После промывки платы в соде получился следующий результат:

В начале засветка фоторезиста выполняется хорошо, но с увеличением мощности, фоторезист стал уже не засвечиваться, а прожигаться насквозь.

Для того что-бы посмотреть поближе результат я использовал недорогой китайский USB микроскоп:

В итоге при приближении видим что толщина дорожки соответствует 0.2

на всем протяжении толщина стабильна:

И только по краям немного толще (из-за разгона/торможения), т.к. ещё не применял настройку лазера в контроллере, где в местах разгона торможения установленная мощность занижается.

А в остальном результат получился на мой взгляд отличный, по сравнению с ранее применяемым ЛУТ-ом:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector