Китайский гетинакс Kinsten с нанесённым фоторезистом
Сегодня я хочу рассказать вам об ещё одной китайской диковинке. Речь пойдет о гетинаксе с нанесенным фоторезистом. Гетинакс был заказан одновременно с чудо-бумагой для термопереноса на пробу, но до обзора руки долго не доходили.
А сегодня был повод, решил поздравить Игоря (Datagor) с днём рожденья и статейку доделал!
Содержание статьи / Table Of Contents
Китайцы в описании называют это стеклотекстолитом. Я бы сказал, что это не текстолит, а махровый гетинакс с характерными для него нехорошими свойствами: ломается (нельзя резать ножницами по металлу как стеклотекстолит), медь держится хуже — чуть перегреешь и дорожка отвалилась. Поэтому и в заголовке пишу «гетинакс».
Попытка отрезать привычным способом. Хрум, хрум, дрись.
↑ Процесс изготовления печатной платы на основе Kinsten
Для первого знакомства я решил засветить небольшой кусочек. Печатаем фотошаблон на лазерном принтере на плёнке для лазерных принтеров. Я не делал никаких улучшаизингов контраста тонера. Но уплотнять тонер любым доступным способом рекомендую, так как это положительным образом сказывается на результате. Можно будет увеличить время экспонирования без боязни пересветить участки под тонером.
Отрезаем небольшой кусочек гетинакса, снимаем защитную пленку.
Кладём в установку для УФ-засветки фоторезиста фотошаблон, а сверху кладём заготовку.
У меня фотошаблон был готовый, поэтому наблюдается такое несоответствие размеров. Для теста нормально.
Ставим время экспонирования на 10 минут, курим бамбук. Нет, курить не круто, пойдем лучше помоем посуду! Через 10 минут процесс засвечивания завершился, вынимаем плату и проявляем фоторезист в растворе сантехнического спецсредства типа «Крот».
Берём 30 мл «Крота» на 200 мл холодной воды. Пропорция примерная, на скорость проявки сильно влияет температура воды. Осторожнее! Чем горячее тем быстрее и следовательно менее контролируемо, можно за секунды смыть весь фоторезист. Поэтому я пользуюсь водой комнатной температуры.
У нас всё получилось!
Конечно не будем травить эту недоплату, а попробуем сделать что-то полезное. Печатаем фотошаблон и повторяем процесс набело.
↑ Лужение платы
↑ Промывание платы
↑ Несколько фоток плат из гетинакса Kinsten
↑ Резюме
Кому пригодится такой материал?
1) Если у вас есть трудности с нанесением фоторезиста, будь то пленочный или аэрозольный фоторезист. Для первого необходим опыт и оборудование — ламинатор, валик для прокатки. Для второго — проветриваемое помещение, далеко не всегда есть возможность заниматься этим дома.
2) Для изготовления качественных односторонних ПП. Качественных в отношении возможности получения минимальных зазоров и дорожек.
3) Использование заготовок Kinsten уменьшает время на изготовление печатных плат. Для меня это важно, времени у меня как правило катастрофически не хватает.
"Ставим" процесс на пленочном фоторезисте ( глава III, собственно процесс)
С предыдущих публикациях из этой серии я описал теорию, необходимые материалы и оборудование. Самое время перейти непосредственно к описанию процесса.
Итак последовательность действий такая:
0. Подготавливаем заготовку.
1. Наносим фоторезист.
2. Экспонируем.
3. Проявляем.
4. Экспонируем второй раз (дубление)
5. Травим.
Напоминаю: все этапы связанные с полосканием заготовки в жидкости лучше делать в перчатках. А если перчатки достаточно удобные, то вообще весь процесс лучше делать в перчатках.
Еще раз (на всякий случай) напоминаю: я описываю процесс как он есть. В нем есть свои слабые места и простор для улучшений. Я готов выслушать любые идеи, но для теоретических предложений существуют другие топики. Просьба сюда постить только те предложения по улучшению, которые уже проверены в работе и которые позволяют достичь лучших результатов и/или упростить/оптимизировать процесс без потери повторяемости и максимального разрешения.
Подготовка заготовки
Вырезаем заготовку с припусками примерно 1см по всем размерам. Затем губку смачиваем водой и тщательно отжимаем. На сухую заготовку наливаем немного моющего средства и губкой тщательно шлифуем всю поверхность заготовки. Затем тщательно смываем моющее средство теплой водой. После такой обработки вода должна как бы липнуть к заготовке, крайне неохотно с нее стекая: 
Если остались места, которые ведут себя не так, повторяем процесс. Когда чистка закончена, смачиваем и тщательно отжимаем от воды влаговпитывающую салфетку, затем на нее кладем заготовку и слегка прижимаем: 
Затем переворачиваем заготовку второй стороной и снова слегка прижимаем.
Внимательно осматриваем заготовку на предмет прилипших частиц с салфетки. В принципе, такой способ минимизирует вероятность их появления, но она, все же, не нулевая. Если что-то прилипло, то акуратно уголком салфетки снимаем загрязнение. После такой сушки
на поверхности заготовки остается тонкий слой воды: 
но он очень быстро испаряется, не оставляя следов. Если на поверхности заготовки видны белесые следы и разводы, то необходимо еще раз тщательно ополоснуть и отжать салфетку, затем промыть заготовку и снова высушить. Затем заготовку желательно поставить в место, где циркулирует теплый воздух, что бы окончательно ее высушить. Я, обычно, ставлю ее на батарею и прислоняю верхним краем к стенке.
Напоминаю, отмытую заготовку нельзя трогать голыми руками за поверхность.
Важное замечание: моющее средство может подсыхать на выходе из горлышка бутылки, особенно при длительном использовании. Необходимо следить за тем, что бы сухие частицы моющего средства не попадали на заготовку, они оставляют довольно глубокие царапины, которые не удается убрать последующей чисткой.
Описанный выше процесс подготовки отличается двумя важными качествами — предельной простотой и высоким качеством результата. Ключевой момент здесь то, что моющее средство наносится на сухую заготовку.
Нанесение фоторезиста
Я долго выбирал способ нанесения, который давал бы минимум дефектов и при этом обеспечивал надежную адгезию фоторезиста к меди. В конечном итоге я остановился на описанном ниже способе, который отличается простотой, высокой повторяемостью, низким уровнем дефектов и весьма качественной адгезией. Очевидно его достоинства объясняются тем, что фоторезист наносится практически так же, как это делается в промышленных условиях и именно под эти условия его и «точили» в процессе разработки.
Сначала вырезаем кусок фоторезиста нужного размера. Нужным, в данном случае, является размер такой же как у заготовки с припусками примерно по 1см по трем сторонам и примерно 2-2.5см по четвертой стороне. Если заготовка прямоугольная, то большой припуск делается по длинной стороне. Соответственно вдоль узкой стороной заготовку будем отправлять в ламинатор. Включаем ламинатор и подставляем подставку вплотную к механизму. На подставку кладем чистый лист бумаги. Затем делаем из скотча «ушки»: 
«Ушки» клеятся на узкий край (если заготовка прямоугольная, естественно)
фоторезиста, одно «ухо» на верхнюю сторону, второе — на нижнюю таким образом,
что бы неклейкая петля оказалась на пределами фоторезиста, а клейкая сторона
чуть-чуть выступала за край фоторезиста. Выступающие края клейких стороны обеих
«ушек» должны склеиться между собой, вот так: 
Затем акуратно тянем «ушки» в противоположные стороны перпендикулярно плоскости
фоторезиста: 
(на фото я удерживаю «ушки» одной рукой, в реальности это делается, конечно, двумя руками)
В результате такой экзекуции нижняя защитная пленка должна отслоиться на краю фоторезиста. Если этого не произошло, сводим снова «ушки» вместе и повторяем. Аккуратно разделяем фоторезист и защитную пленку по всему краю и отгибаем край защитной пленки вниз: 
Теперь необходимо закрепить свободный от защитной пленки край фоторезиста на бумаге с помощью скотча (сама операция описана чуть ниже). Для удобства лучше заготовить кусок скотча нужной длины (чуть длиннее ширины фоторезиста) сразу. Для удобства изложения я буду называть этот край фоторезиста передним, а противоположный ему — задним. Итак, фоторезист должне располагаться передним краем параллельно валам ламинатора и, соответственно, перпендикулярно длинной стороне бумаги. Передний край должен быть как можно дальше от ламинатора, но так что бы задний край оставался в пределах бумаги (минимум за 1-2см от края): 
Прежде чем крепить край фоторезиста, отслоенную защитную пленку слегка подворачивают и только затем кладут фоторезист на бумагу. Сразу после того, как фоторезист оказался на бумаге с него снимают верхнее «ухо». Для этого само ухо достаточно медленно потянуть его в сторону, параллельно переднему краю фоторезиста: 
«Ухо» лучше сохранить, оно еще понадобится. Операция закрепления переднего края слегка отличается для разных фоторезистов. Ристон заметно более липкий, поэтому его достаточно прилепить к краю и затем сверху приклеить скотч. С фотеком этот номер не проходит, поэтому я действую так: одной рукой растягиваю в стороны край фоторезиста и прижимаю его к бумаге (можно прижимать не все, а только средину, если заготовка широкая). Затем второй рукой клею средину полоски скотча к средине натянутого края фоторезиста. Постепенно разглаживаю в разные стороны и доклеиваю край по всей длине: 
(матовый скотч плохо видно на фоне бумаги, так что мне пришлось поднять лист, что бы сделать фото, в реальном процессе поднимать бумагу, конечно, не нужно). Кажется очевидным, что край скотча оказывается на бумаге, а край на фоторезисте, но, тем не менее, я обращаю внимание, что следует крепить именно так.
Когда край закреплен, откидываем фоторезист вперед и акуратно отделяем еще несколько милиметров защитной пленки и снимаем с нее «ухо»: 
Снимать «ухо» удобно так же как и раньше — медленным движением параллельно переднему краю фоторезиста: 
Затем кладем заготовку и убеждаемся, что фоторезист полностью ее накрывает, но сама заготовка не должна попадать под край фоторезиста сверху которого приклеен скотч: 
Когда ламинатор начнет тянуть заготовку, времени на то, что бы исправлять ошибки уже не будет. Наконец, на задний край фоторезиста сверху клеим «ушки» так, что бы петли выступали за пределы фоторезиста: 
Наконец, когда все подготовительные шаги сделаны, берем фоторезист за «ухо» и поднимаем вертикально. Второй рукой акуратно подталкиваем лист в щель ламинатора. Как только ламинатор захватил край бумаги, следует быстро отделить защитную пленку полностью… 
… и подхватить второе «ухо»: 
Теперь фоторезист следует все время удерживать в слегка натянутом состоянии вертикально или даже чуть подавая вперед, таким образом, что бы фоторезист скользил по верхнему краю щели ламинатора. Щель тут играет сразу две роли: она убирает «морщины» и предварительно прогревает фоторезист перед нанесением. 
Остается только дождаться пока заготовка полностью проползет через механизм: 
Внимание: ни в коем случае нельзя «бросать» фоторезист когда задний край заготовки только-только исчез в щели ламинатора. Сами валы расположены глубже, так что такое бросание практически гарантированно приводит к «пузырю» на заднем крае заготовки. Так что держать следует «до последнего», к счастью «ушки» здорово упрощают эту задачу.
По окончанию прокатывания всего листа через ламинатор, заготовку аккуратно вырезают из «конверта» просто прорезая край верхней защитной пленки ножом или обрезая лишний фоторезист вместе с бумагой ножницами. Затем заготовке нужно дать остыть до комнатной температуры, обычно это занимает 3-5 минут. При соблюдении описанных выше рекомендаций заготовка получается практически идеально покрыта фоторезистом: 
Ключевой момент, в данном случае, это «натягивание» фоторезиста на верхний край щели ламинатора. Именно он позволяет получить высокую повторяемость и крайне низкий уровень дефектов.
Такой способ наложения довольно редко приводит к дефектам наложения, но если все же они случаются, то пузырьки можно аккуратно проколоть ножом или иголкой и прокатать заготовку еще раз через ламинатор. Увы, вероятность полного исправления дефекта не велика, но, как минимум, это будет уже не дырка на фольге размером во весь дефект, а только кольцо неправильной формы. Иногда такой дефект можно разместить на безопасном месте (свободный от фольги участок заготовки) правильно располагая фотошаблон. В любом случае от дефекта следует избавиться как минимум для того, что бы он не мешал плотному прилеганию фотошаблона к фоторезисту.
Не смотря на кажущуюся сложность описанного выше процесса нанесения, при небольшом навыке он выполняется быстрее чем традиционное «сухое» нанесение и по времени сравним с «мокрым» способом, но дает не в пример более качественную адгезию.
Экспозиция
Для экспозиции нам понадобятся два стекла, которые я упоминал в списке оборудования. Одно стекло служит подложкой, вторым накрывается заготовка во время экспозиции. Перед экспозицией оба стекла следует протереть салфеткой для протирки экранов, что бы убрать возможную пыль, мелкие частицы, а с верхнего стекла еще и возможные следы пальцев, разводы и прочую муть. Заготовку размещают на подложке, под лампой, по центру светового пятна: 
Поскольку для ультрафиолета такое пятно «на глаз» определить трудно, на моем УФ-светильнике есть отвес, который значительно упрощает задачу. Затем на заготовку кладется фотошаблон, тонером/краской на фоторезист (напоминаю, что именно с этой целью фотошаблон делается в зеркальном отображении). Наконец, сверху кладем второе стекло и прижимаем грузами. Следует тщательно проверить, что стекло плотно прижимает фотошаблон по всей поверхности заготовки. Наконец, устанавливаем нужное время экспозиции на таймере и включаем засветку: 
По окончанию засветки осторожно снимаем грузы, затем стекло, фотошаблон и, наконец, достаем заготовку. Заготовку накрываем чем-нибудь непрозрачным для УФ (лист бумаги вполне подойдет) и оставляем на 5-6 минут. Эта выдержка положительно влияет на качество адгезии фоторезиста к меди.
Проявка
После выдержки снимаем с фоторезиста защитную лавсановую пленку и помещаем заготовку в проявочный раствор и даем заготовке полежать в нем примерно минуту, затем начинаем медленно «полоскать» заготовку, приподнимая и опуская в проявочном растворе за четыре угла пальцами рук. Спустя какое-то время над поверхностью рисунка может появиться «дымок». Это один из индикаторов проявки, но его может и не быть. Спустя какое-то время открытые участки фольги полностью очистятся от фоторезиста. Обычно это выглядит как исчезновение вот таких «теней» на свободных участках фольги: 
(на фото «тень» хорошо заметна на промежутке между платами, особенно в самом низу)
В этот момент заготовку следует достать и тшательно промыть под струей холодной воды среднего напора: 
Я, обычно, называю это «водяной щеткой».
Струей воды следует несколько раз медленно пройтись по всей поверхности платы, стараясь выдерживать скорость прохождения и особенно стараясь не пропустить ни одного участка платы. Затем заготовка помещается обратно в проявочный раствор и выдерживается дополнительное время (это время устанавливается в процессе калибровки, описанной в следующей части статьи). Затем заготовку быстро достаем и еще раз так же тщательно промываем в холодной воде.
Вторая экспозиция
После проявки заготовку снова помещаем под УФ лампу и засвечиваем в течении минимум удвоенного (луше утроенного) времени первой экспозиции. После этого заготовку можно травить.
Травление
Травление выполняется традиционным способом, в растворе хлорного железа. Сайчас я травлю практически так же как делаю прояку — медленно поднимаю и опускаю плату в растворе удерживая ее за четыре угла.
Удаление фоторезиста
После травления и тщательной промывки платы ее помещают в емкость с растворителем (чуть приподнимаем крышку и забрасываем плату). В 646-м растворителе процесс смывки происходит очень быстро, буквально за несколько секунд. При этом фоторезист превращается в чешуйки, которые оседают в растворе, а поверхность платы очищается. Затем быстро достаем заготовку, ополаскиваем теплой водой, капаем несколько капель моющего средства и тщательно губкой протираем всю поверхность платы. Затем промываем в теплой воде и промакиваем влаговпитывающей салфеткой так же как делали это на этапе подготовки. После высыхания воды получаем готовую плату.
Изготовление печатных плат с помощью пленочного фоторезиста в домашних условиях
Здравствуйте дорогие друзья! Вот и пришло время очередной статьи на моем блоге. Сегодня речь пойдет о технологии изготовления печатных плат с помощью пленочного фоторезиста в домашних условиях.
Существует достаточно много различных технологий изготовления печатных плат. Есть как совершенно дедовские методы, когда печатные проводники формируются методом прорезания фольги, так и технологии максимально приближенные к заводскому технологическому процессу. Обычно при этом печатные проводники на текстолите формируются методом химического травления.
На мой взгляд самой распространенной технологией изготовления печатных плат в домашних условиях является технология ЛУТ, о ней я как-то писал на страницах своего блога. Основное ее преимущество заключается в том, что для нее не требуется каких-то дорогих и специфичных инструментов и материалов. Как правило все находится в шаговой доступности. Причем используя ЛУТ технологию можно добиваться очень хороших результатов.
Отрицательные стороны ЛУТ технологии
Основной проблемой ЛУТа является то, что с увеличением площади печатного рисунка качество начинает неуклонно снижаться. Это связано с тем, что рисунок, созданный тонером на фольгированном материале имеет относительно малое разрешение. Тонером сложно сформировать действительно тонкие элементы рисунка. Но даже если это и получается сделать то такие элементы очень плохо держатся на поверхности медной фольги.
Суть метода и ее отличие от технологии ЛУТ
При изготовлении печатных плат с помощью фоторезиста многие проблемы отпадают сами собой. Фоторезистивные материалы в отличие от тонера используемого в ЛУТ, изначально создавались для их последующего нанесения на различные поверхности. Причем площадь поверхности не имеет критически важного значения. Я на своем опыте убедился, что такие характеристики как равномерность нанесения и качество приклейки у фоторезиста значительно выше.
Но в методе изготовления плат фоторезистивным способом есть также и свои недостатки. Основной недостаток это включение в технологический процесс дополнительных операций (наклейка фоторезиста, экспонирование, проявка), и это как правило отпугивает начинающих. Еще один недостаток состоит в том, что для этой технологии требуется использование дополнительных материалов и оснащения. Нужно найти фоторезист, пленку для изготовления фотошаблона и т.д.
Но несмотря на недостатки, фоторезистивным методом можно получить результат еще более качественный чем результат полученный ЛУТом.
Фоторезистивная технология
Подготовка фотошаблона
Создание фотошаблона
Для начала нам нужно подготовить фотошаблон нашей будущей платы. Для этого подойдет какая-нибудь CAD система с возможностью печати в негативе, например Sprint Layout вполне подойдет для этих целей. Я же для этих целей использую программу Dip Trace. В качестве примера я нарисовал вот такую платку. Теперь рисунок платы нужно подготовить для вывода на печать. Для этого захожу в предварительный просмотр и подключаю необходимые слои.
Кликнуть для увеличения
Меня интересуют следующие слои: выводы, отверстия, проводники, заливка, плата. Слои паяльной маски и маркировки сейчас трогать не будем, в дальнейшем их можно будет использовать для нанесения на плату паяльной маски и шелкографии.
Так как у меня фоторезист негативный то я обязательно включаю галочку «негатив». В дальнейшем, при засветке фоторезиста незакрашенные (незащищенные от ультрафиолетовых лучей) участки становятся более стойкими к щелочным растворам чем закрашенные участки. На этом наш фотошаблон создан, осталось его распечатать.
Вывод фотошаблона
Файл фотошаблона создан, теперь для дальнейшего использования его нужно вывести на печать. Выводить фотошаблон нужно на пленку, для этих целей я использую прозрачную пленку Lomond, матовая с одной стороны и глянцевая с другой. Эта пленка предназначена для струйных принтеров. Если у вас лазерный то можно конечно попробовать но прежде чем засовывать в лазерник попробуйте погреть пленку утюгом. Если ничего не расплавиться и не приклеится то думаю можно испольовать и для лазерной печати. В продаже также имеются пленки универсальные они подходят как для струйного принтера так и для лазерного.
Подготовка поверхности
Нанесение фоторезиста на плату
Поверхность платы подготовили, теперь пришло время наносить фоторезист на плату. Фоторезист у меня негативный, пленочный, куплен на алиэкспресс. Вырезаем фоторезист по размерам нашего фотошаблона. Теперь пришло время нанести фоторезист на текстолит. Я нашел информацию о двух способах нанесения фоторезиста сухой и мокрый.
При сухом способе с фоторезиста постепенно снимается целофановая защитная пленка (она как правило с внутренней стороны рулона) одновременно с этим фоторезист наносится на поверхность текстолита и приглаживается резиновым валиком. Очень важно чтобы при этом не оставалось воздушных пузырьков.
В своем случае я воспользуюсь мокрым способом нанесения фоторезиста. Для этого в подготовленный текстолит опускаем в холодную воду. С фоторезиста снимаем защитную пленку, я для этих целей использую полоску канцелярского скотча. Далее фоторезист также опускается в воду и прикладывается к поверхности текстолита. Теперь достаем этот бутерброд из воды и начинаем тщательно приглаживать фоторезист к плате. Приглаживать можно резиновым валиком или пластиковой картой, я для этих целей использую чистую тряпку. Чтобы фоторезист схватился и качество приклейки было еще выше очень важно пропустить этот бутерброд через ламинатор. Именно так на производстве прикатывают фоторезист. У меня ламинатора нет поэтому я сделал следующим образом.
Засветка фоторезиста (экспонирование)
Следующим этапом фоторезистивной технологии идет экспонирование (засветка) фоторезиста. Время засветки подбирается опытным путем. Выбор времени очень критичен когда плотность изображения фотошаблона не на высоте. О том как правильно выбрать время засветки фоторезиста у меня есть отдельная статья.
Кладем на стол нашу заготовку с уже нанесенным фоторезистом, сверху укладываем фотошаблон изображением вниз (там где матовая сторона) и все это дело прижимаем стеклом. Есть информация что использование оргстекла более предпочтительно, чем, допустим, оконное, оно лучше пропускает ультрафиолетовые лучи хотя я эту информацию не проверял.
В качестве прижимного стекла я использовал крышку от коробочки для CD-дисков. Далее все это дело я зафиксировал зажимами для бумаги.Вот такой получился пакет нижний слой которого текстолит с нанесенным фоторезистом, далее идет фотошаблон и прижимное стекло. Осталось засветить все это дело.
Проявление фоторезиста
Четыре минуты прошло, теперь смотрим что получилось.Незасвеченные участки фоторезиста не изменили свой цвет, в то время как засвеченные участки окрасились в ярко-фиолетовый цвет. В этом и есть положительная сторона индикаторного фоторезиста -качество засветки можно определить еще до травления платы.
Незасвеченный фоторезист хоть и не так сильно бросается в глаза но он на плате есть и от него нужно избавиться. А это очень просто сделать. После воздействия ультрафиолета фоторезист приобретает стойкость к щелочным растворам, но незасвеченный фоторезист все также легко растворяется в щелочи. Простейший щелочной раствор можно приготовить из кальцинированной соды, тем более что она всегда есть в шаговой доступности. У меня кальцинированная сода вот в такой пачке, она продается в хозяйственных магазинах, там где продают бытовую химию. Обычно стоит рядом со стиральными порошками. Да, и обошлась мне такая пачка в 60 рублей.
Готовим раствор для проявления фоторезиста. Растворяем чайную ложку кальцинированной соды в литре воды и хорошенько размешиваем. После чего в этот расвор нужно погрузить нашу плату. Но обязательно перед этим нужно снять вторую защитную лавсановую пленку.Чтобы было проще сделать эту процедуру плату следует положить в морозильную камеру на 1 минуту. После чего воспользовавшись полоской скотча в одно движение снимаем защитную пленку. Теперь уже можно погружать плату в раствор для проявки.
Травление печатной платы
Снятие фоторезиста
Плата протравился но фоторезист так и остался на поверхности платы и закрывает всю красоту. Фоторезист можно снять различными способами. Можно это сделать механическим путем, например наждачной бумагой или металлической губкой для мытья посуды. Можно воспользоваться растворителями, ацетон для этих целей прекрасно подходит. Но мне эти варианты не нравятся. Истончать фольгированный слой я не стану, не буду также вдыхать пары ацетона.
Сверление отверстий
Вот и весь технологический процесс изготовления печатных плат фоторезистивным методом. На самом деле здесь нет ничего сложного, важно лишь последовательно выполнять все операции.
При отлаженном процессе можно получить просто волшебные результаты. Это и не мудрено ведь на производстве именно этим способом изготавливаются платы. В этой технологии есть несколько моментов которые особенно сильно влияют на результат, эти моменты нужно внимательно контролировать.
Тонкие и важные моменты при изготовлении плат методом фоторезиста
- Качество приклейки фоторезиста — фоторезист должен быть хорошо приклеен к поверхности текстолита, для этого может быть даже стоит специально приобрести ламинатор. На поверхности не должно быть пузырьков и складок, В дальнейшем это очень сильно скажется на результате.
- Качество фотошаблона — непрозрачные участки должны быть достаточно плотными и не пропускать ультрафиолет. От фотошаблона во многом зависит успешность засветки и проявки и результат который получим в итоге.
- Качество засветки — очень важно откалибровать время засветки фоторезиста. Плохо засвеченный фоторезист просто отвалится при проявке в кальцинированной соде или отвалится уже в процессе травления а это критично.
- Качество проявки — процесс проявки фоторезиста нужно тщательно контролировать особенно если плотность фотошаблона на этапе засветки была недостаточной.
Ну чтож, а на этом у меня все. Надеюсь, что эта статья будет для вас полезной и в ней вы найдете ответы на свои вопросы. Обязательно пишите в комментариях свои вопросы и замечания. Все комментарии я читаю из них я беру идеи для новых постов.
Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления блога! Я желаю вам удачи и успехов в достижении всех всех ваших целей! До новых встреч!
Путь от схемы до устройства. Часть 5: фоторезист
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.
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.
После чего фоторезист приклеивается на заготовку. Просто ровно прикладываем, и разглаживаем. Удобнее это делать сложенной тканью.
В итоге край фоторезиста приклеен, а защитная пленка находится с обратной стороны, на меди.
Теперь остается постепенно вытягивая подложку, проглаживать фоторезист. Главное — не торопиться. Чем меньше будет шаг, тем меньше вероятность наловить пузырей.
Фоторезист наклеен, остается ножницами обрезать лишнее. Все же наловили пузырей? Конечно не очень хорошо, но если их совсем немного и они маленькие, то просто проколите их иголкой и выгоните воздух. Далее для лучшей адгезии заготовка прокатывается в ламинаторе, на минимальной температуре. После чего она готова с к следующему этапу. Если нет ламинатора, допустимо воспользоваться утюгом, прогладив заготовку через несколько слоев бумаги. Только нужно быть очень осторожным с температурой, при ее превышении фоторезист расплавится и заготовка будет испорчена.
Экспонирование. У нас есть фотошаблон и есть заготовка, покрытая светочувствительным слоем. Нужно их совместить и засветить. Прижим шаблона к фоторезисту важен, нельзя допускать изгибания текстолита и неплотного прилегания фотошаблона. В моем случае для этой задачи используются два стекла от сканеров, у одного из которых по периметру проклеен двухсторонний скотч (чуть тоньше текстолита). Разумеется, защитная полоса снята только с одной стороны скотча. Прижимают стекла друг к другу канцелярские зажимы.
Позиционируем шаблон на заготовке, и собираем весь этот бутерброд.
Все готово к экспонированию. Производитель фоторезиста Ordyl ALPHA 340 (а именно такой фоторезист я использую) рекомендует экспонировать его УФ-лампами с длиной волны 360 — 380 нм. Для этой цели идеально подходят лампы черного света (лампы Вуда). Сфера применения этих ламп огромна: детекторы валют, косметология и дерматология, реклама, устранение сколов автостекол, ночные клубы и еще масса всего. Так что проблем с приобретением таких ламп нет совсем.
Да, на просторах интернета встречаются упоминания о засветке чем угодно, от солнышка до внутренних колб от ламп ДРЛ (рискуя остаться без глаз), но мы выберем более безопасный способ. В моей установке используются лампы с цоколем E27, это наиболее удобный вариант.
Установка позволяет настроить не только время засветки, но и количество ламп.
Можно конечно обойтись и без таймеров, это просто добавляет удобства в работе. Как и чем светить мы определились, а вот как понять, сколько времени светить? К сожалению, универсального ответа нет. Фоторезист, шаблон, тип ламп и расстояние до них — все это влияет на результат. Есть только один способ — сделать тестовый фотошаблон, и через определенные промежутки времени закрывать его участки чем-то светонепроницаемым. Далее проявить плату и уже по результату определить оптимальное время. Делается это однократно, но например при смене марки фоторезиста придется проделать эту операцию снова.
Этот фоторезист индикаторный, и после экспонирования видно рисунок платы. Рекомендуется оставить проэкспонированную плату на 15-30 минут для окончания процесса полимеризации.
Проявка. Выполняется в 1-2% растворе кальцинированной соды (Na2CO3). Средство очень популярное, используется для мытья посуды, смягчения воды и прочих бытовых нужд. Имеется практически в любом магазине бытовой химии, стоит очень недорого а хватает пачки надолго.
Для получения нужной концентрации необходимо растворить 10-20 гр. соды в литре воды. Одна чайная ложка соды = 10 гр. Для проявки вполне достаточно 250 мл воды, в которой растворяем пол чайной ложки соды (получая 2% раствор).
Перед проявкой не забудьте удалить вторую защитную пленку! Иначе плата будет проявляться вечно.
Бросаем плату в раствор и оставляем на минуту, чтобы ненужный фоторезист немного разбух. Далее периодически достаем плату, и смываем фоторезист ватным тампоном, или мягкой кистью. Главное, полностью смыть ненужный фоторезист. Может показаться что плата полностью проявлена, но не всегда это так. На фотографиях ниже видно, что в первом случае плата не проявлена до конца, во втором же проявка завершена, медь полностью чистая.
После проявки плату нужно промыть под проточной водой, для того чтобы остановить процесс проявки, и высушить заготовку.
Травление. Ни чем не отличается от ранее рассмотренных способов, раствор все тот же (подробнее в часть 3 и часть 4).
Удаление фоторезиста. После травления и ополаскивания заготовки, ставший ненужным фоторезист нужно удалить. С этим лучше всего справляется каустическая сода (NaOH). Главное — не перепутать, кальцинированная сода для проявки, а каустическая сода для удаления.
Найти каустическую соду так же не сложно, это основная составляющая всех средств для прочистки труб. Дорогое средство покупать смысла нет, прекрасно подходит дешевый «Крот». Плюс еще в том, что после удаления раствор не утилизируется, а сливается обратно в тару, своих свойств он не теряет.
Заготовка помещается в раствор на несколько минут. Через некоторое время фоторезист станет прозрачным и создастся впечатление, что он растворился. Но это не так, просто теперь его можно снять с платы цельным куском.
После удаления фоторезиста тщательно промываем заготовку и сушим феном.
Сверление. Здесь все без хитростей, как и раньше сверлим заготовку.
Лужение. Раньше мы этого не делали, процедура эта не обязательная, но залуженная плата дольше сохраняет кондиционный вид и легче паяется. Наносим флюс и лудим дорожки, стараясь сделать равномерный и тонкий слой.
Допустимо оставить и так, но лучше удалить неровности припоя при помощи демонтажной оплетки. Наносим на нее флюс, и проходим паяльником уже через эту оплетку. Лишний припой впитается, и покрытие станет более равномерным.
Обрезка. Обрезаем заготовку по контуру удобным для вас способом (ножницами по металлу, процарапывая и обламывая и прочее).
Сборка устройства. Наша плата готова, осталось запаять детали.
Вполне возможно кто-то задаст вопрос: а к чему вообще такие сложности? Ведь по сравнению с «утюжным» способом здесь все гораздо сложнее. С одной стороны да, здесь уже требуется и определенная химия, и оборудование. Но стоит все же понимать, что и фоторезист и ЛУТ — это всего лишь инструменты. И выбирается каждый из них соответственно потребностям радиолюбителя.
Если нужда делать платы возникает пару раз в год, то не нужен ни утюг ни травящий раствор, вполне достаточно макетной платы. Если требуется быстро сделать прототип, и происходит это так же не очень часто, то лучше утюга не придумать. В лазерном принтере не сохнут чернила, утюг всегда есть под рукой, а плата при этом получается вполне годного качества.
Но если речь идет о постоянном изготовлении прототипов, и требуется предсказуемый результат, то лучше фоторезиста не придумать. При отработанной технологии можно совершенно точно сказать, что результат будет качественным. И немаловажен тот факт, что фотошаблон используется многократно, что для тиражирования устройств огромный плюс.
Я больше скажу, даже на этом наша плата не закончена. Будет еще одна часть, а на сегодня закончим.
5 комментарии в “Путь от схемы до устройства. Часть 5: фоторезист”
Спасибо за интересный и подробный рассказ. Искал как делаются микрополосковые платы, н завис тут на 2 часа) От души . )
PS. Если кто знает ссылку на технологию изготовления микрополосковых плат — буду очень признателен ) stacho@yandex.ru
как давно я освоил эту технологию. уже дети выросли давно
А кто-то только делает первые шаги. Ну мне хотелось бы верить, что делает. ��
Спасибо за знания умения!
Есть вопросы о целесообразности:
зачем после проявки и промывки сушить плату? Почему бы сразу после мытья не бросить плату травится?
Почему бы для снятия фоторезиста после травления не использовать ту же кальцинированную соду? Это ненамного дольше, зато условно безопасно для здоровья.
Сам я только начал набивать руку
Конечно можно сразу бросить травиться, проблем обычно не бывает. Но все же после проявки фоторезист набухает, и мне спокойнее включать процедуру сушки в процесс изготовления. Особенно, когда дороги мелкие. Занимает это одну минуту, фен паяльной станции ведь всегда под рукой. Что же касается удаления фоторезиста той же содой, то скажу что дольше. И именно гораздо дольше. Если все сделано верно, то после качественной подготовки поверхности, накатки фоторезиста ламинатором и сушки после проявки, фоторезист очень сложно удалить. Сами представьте, если проявочный раствор был бы в состоянии легко смыть фоторезист после травления, то что ему мешало бы удалить его во время проявки? Я для эксперимента как-то на всю ночь плату оставлял. Если кипятить в растворе кальцинированной соды, то процесс ускоряется, да. А NaOH удаляет фоторезист за пару минут, максимум. Тем более, именно этот раствор указан в техническом бюллетене к фоторезисту Ordyl ALPHA для удаления оного после травления.