Здоровье 

Пленочный фоторезист. Изготовление печатных плат в домашних условиях. Самодельная шелкография (silkscreen) для платы Подготовка и очистка текстолита

Еще в начале декабре я пытался сделать шелкографию, причем именно белую, для платы. Вот мои потуги в этой области.

Сразу было понятно, что в качестве трафарета только сухой пленочный негативный фоторезист, так как с полноценной шелкографией заморачиваться было лень, а других способов нанести по компьютерному трафарету я не знаю.

Далее надо было подобрать материал для краски. Перепробовал гуаши всякие, краски текстильные, и много чего другого, даже силикатный клей с белилами. Все испытания и требования выдержала только одна смесь: клей ПВО + титановые белила.

А требования были следующие: чисто белый цвет, полная стойкость к температуре до 350-400 градусов, полная стойкость к воде, растворителям и кислотам, неэлектропроводность, механическая прочность (ногтем не должна сниматься ни при каком усилии).

Вместо титановых белил можно использовать цинковые, но их я не нашел.

Самый первый пробный эксперимент: простая маска из фоторезиста, замешал ПВА с белилами «на глазок», намазал в щели в фоторезисте, протер губкой с водой. И плату в духовку на 250 градусов на 10 минут. Но, увы, забыл плату в духовке! Очнулся, когда по всей квартире уже распространялась ужасная вонь. Вот результат.

Заметьте, шелкография выжила!

Вторая попытка

Маска из фоторезиста:

Первоначальное намазывание смесью (мажу резиновым шпателем):

Помочил водой, снова шпателем прошелся:

Чуть посушил, убрал фоторезист кипячением в растворе кальцинированной соды и в духовку. Результат:

Проблемы

1) Фоторезист не может делать линии в 0.1мм! Может у меня просто такой тупой фоторезист, может аппарат засветки кривой, но дорожки 0.1мм это тяжко, практически 50/50. Я вообще не знаю никого, кто бы делал 0.1мм дорожки на фотоспособе. А все элементы маски по умолчанию именно такие. Приходится руками делать их все 0.15мм.

2) Снять фоторезист и не повредить маску из краски практически не реально! Я пробовал снимать фоторезист по разному, но самый нежный способ для маски, как это не странно, оказался именно кипячением платы в насыщенном растворе кальцинированной соды. Все равно местами фоторезист пристает к ПВА и при снятии отрывается вместе маской.

3) Заливки, как видно, выходят хреново.

Возможные решения

Проблема 1: Или править маску до толщины линии в 0.15-0.2мм до печати или использоваться фоторезист с разрешающий способностью 0.1мм и меньше, чем тоньше – тем лучше, с хорошей засветкой (без бокового подсвета),

Проблема 2: Посушить плату минут 5 в духовке на 100 градусах или очень горячим феном для волос, тогда маска сильнее прицепится к плате. Не надо пытаться оторвать все кусочки фоторезиста от маски, пусть остается, после духовки можно откалупнуть. Он хорошо откалупывается – проверно.

Проблема 3: Никак. Не делать заливок и все. Особенно на краях.

Решения эти я не проверял – лень мне уже было.

У большинства радиолюбителей есть свой способ изготовления печатных плат, отточенный временем, а возможно и годами. В данной статье хочу поделится своим "рецептом" с надеждой, что он будет интересен другим людям, сталкивающимся с изготовлением печатной платы дома из подручных средств. Сама по себе статья является краткой инструкцией как для самого себя, так и возможно другим людям и имеет вид некой пошаговой инструкции с иллюстрацией каждого этапа. Давайте начнем с необходимых компонентов.

Необходимые компоненты

  • фоторезист - я использую купленный на aliexpress
  • однокомпонентная паяльная маска - также купленная на aliexress
  • кальцинированная сода - для растворения незасвеченного фоторезиста
  • персульфат натрия - для травления печатной платы
  • прозрачная пленка для печати на принтере - в случае лазерной печати, пленка должна быть термически устойчива
  • графитовый стержень - лучше всего взять сердечник батарейки
  • скальпель - невероятно удобный скальпель купил на aliexpress
  • резиновый валик - достал его из старого картриджа лазерного принтера
  • фольгированный текстолит - для изготовления печатных плат
  • скотч - обычный тонкий скотч
  • ультрафиолетовая люминесцентная лампа 40w - купленная мною на aliexpress
  • стекло 3-4 мм - для прижима фотошаблонов
  • лавсановая пленка - можно купить в сувенирных магазинах, это та самая пленка, в которую заворачивают цветы
  • резервуары для растворов
  • ватные палочки
  • вата или ватные спонжики
  • ацетон
  • резиновые перчатки

Изготовление печатной платы

Для начала необходимо изготовить фотошаблоны, я делаю это в программе KiCad c сохранением шаблонов в svg формат и последующей их печатью через InkScape . В свое время сохранял файл в pdf формат и просто их печатал, но пришлось отказаться от такого варианта из-за низкой точности данного подхода. Сами фотошаблоны необходимо сохранить в виде:

  • фотошаблон печатных дорожек - зеркальный негатив
  • фотошаблон паяльной маски - зеркальный позитив

Для печати я использую обычный лазерный принтер, без каких либо дополнительных настроек, печатаю на специальной прозрачной пленке для лазерных принтеров. В итоге получаем 2 фотошаблона

как видите делаю несколько копий шаблонов, чтобы потом выбрать лучший из них. Следующим этапом, в случае печати на лазерном принтере, является уплотнение тонера, из всех испробованных вариантов остановился на обычном порошке графита. Для этого нам нужен графитовый стержень, который лучше всего взять из сердечника батарейки, но у меня под рукой был карандаш, и с помощью скальпеля делаем очень мелкую графитовую стружку

берем ватку, и очень аккуратно, с минимальным нажимом, начинаем растирать графитовую стружку по поверхности тонера, в результате тонер должен покрыться блестящим налетом графита

фотошаблоны готовы, кладем их в сторону, и приступаем непосредственно к печатной плате. Все работы с печатной платой рекомендую делать в резиновых перчатках, для исключения попадания жира на поверхность платы. Вырезаем плату нужных размеров, с 2-х сторон оставляем примерно полсантиметра технологичной зоны, которая пригодится нам в дальнейшем для нанесения паяльной маски. Очень тщательно вымываем плату под водой, я мою с обычным мылом для рук. Также отрезаем с запасом нужный кусок фоторезиста.

берем скотч, приклеиваем к внутреннему уголку фоторезиста и аккуратно снимаем тонкую пленку

далее кладем фоторезист на печатную плату и, придерживая одной рукой фоторезист, прикатываем его валиком, тут нужна небольшая сноровка, но в результате должны получить однородное покрытие без пузырьков воздуха. В случае если воздух все же попал, его можно проколоть тонкой иголкой, убрав таким образом, но все же лучше снять фоторезист полностью и попробовать заново

далее берем печатную плату с фоторезистом, кладем на нее наш фотошаблон с дорожками тонером вниз, позиционируем и прижимаем стеклом. Ставим УФ лампу на высоте 20 см и включаем на 5 мин. На картинке не показано, но дополнительно данную конструкцию накрываю картонной коробкой, поскольку УФ свет вреден для организма

через 5 мин получаем такой результат

потом нам нужно снять лавсановую пленку, для этого кладем нашу плату на 2-3 мин в морозилку, после чего достаем плату, скотчем приклеиваем уголок платы и снимаем пленку. Пленку оставляем, она нам пригодится в дальнейшем

готовим раствор кальцинированной соды, на данную плату я взял примерно пол чайной ложки соды и растворил примерно в 200 мл воды. Опускаем плату в раствор и ватной палочкой время от времени протираем поверхность. Примерно через 10 мин промываем под проточной водой и получаем плату где остался только засвеченный фоторезист

готовим раствор персульфата натрия, поскольку раствор практически одноразовый, то готовлю ровно столько сколько нужно на одно травление, в моем случае это опять же примерно пол чайной ложки на 200 мл теплой воды. Травление занимает примерно 20-30 мин, раствор время от времени нужно взбалтывать, также я протираю плату ватной палочкой в процессе травления

получаем такой результат

следущая задача - снять уже ненужный фоторезист, для этого капаем каплю ацетона на поверхность платы и накрываем лавсановой пленкой, которую мы сняли до травления платы, через 30 секунд фоторезист начнет отслаиваться

снимаем пленку и вытираем сухой ваткой, снимая при этом весь фоторезист.
Печатная плата готова

Нанесения паяльной маски

Перед нанесением паяльной маски плату необходимо хорошо обезжирить, промыть и просушить. Причем высушить ее нужно очень хорошо, сам текстолит может оставлять в себе небольшую часть влаги, поэтому сушке важно уделить особое внимание. В нашем случае будем использовать однокомпонентную зеленую паяльную маску, купленную на aliexpress. Примите, пожалуйста, во внимание, что время экспозиции маски другого цвета может отличаться, и его нужно подбирать отдельно.
Итак, отрезаем 2 одинаковых куска лавсановой пленки, размером больше чем ваша плата, кладем одну часть на ровную поверхность, сверху кладем печатную плату, и приклеиваем по краям скотч, залезая на плату примерно на 3-4 мм (помните техническую область о которой говорилось в начале статьи?). В данном случае скотч играет 2 роли

когда маска растеклась по плате, снимаем стекло, кладем сверху фотошаблон и прижимаем стеклом обратно. Аккуратно двигая стеклом, выставляем фотошаблон в точном соответствии с контактами печатной платы

после чего весь этот "бутерброд" кладем под УФ лампу на 60 минут. Через нужное время достаем нашу плату, снимаем стекло, фотошаблон и лавсановую пленку, берем ватку и вытираем маску, не отвердевшую под УФ светом, снимаем скотч, и вытираем окончательно плату по бокам. Нужно заметить, что некоторые люди промывают плату под водой с моющим средством, но в моем случае, я просто беру сухую ватку и вытираю поверхность. Также необходимо дополнительно, без стекла, положить плату на 60 минут под УФ лампу для полного закрепления паяльной маски.
Через дополнительные 60 мин паяльная маска готова

Спасибо за внимание, всем хорошего настроения.

Печатная плата с паяльной маской – самостоятельно

На сегодняшний день радиолюбители используют 2 основных способа изготовления печатных плат: ЛУТ (лазерно - утюжная технология) и фотолитографию - использование различных видов фоторезиста. Остальные работают по-старинке: лак, маркер, скотч и т.д. - оставим это для мазохистов. Во всех случаях встает вопрос защиты дорожек от окисления, коротких замыканий и прочих напастей.

В качестве решения зачастую любителями используется лужение проводников, из чего вытекают следующие недостатки: кустарный вид полученной платы, иногда - перегрев и отслаивание печатных проводников при лужении, опасность образования тонких перемычек из припоя, повышенная ёмкость между соседними дорожками. Решение всех вышеозначенных проблем - паяльная маска.
После изучения информации о промышленных способах ее нанесения, как современных - жидкие паяльные маски, так и ушедших в прошлое - плёночных масках, возникла идея нанесения маски в домашних условиях с помощью фоторезиста.

После N-го количества различных неудачных попыток, ошибок - я пришел к стабильному качественному результату. Рассмотрим технологию на наиболее сложном примере - двусторонней печатной плате.

Технология довольно трудоёмка и занимает приличное количество времени, особенно при отсутствии опыта, но результат с лихвой окупает эти затраты.

Для процесса понадобятся:

1) Плёночный фоторезист (желательно от нижегородского завода «Репер», у него самое высокое разрешение, низкая цена и проверенные свойства - я использовал ф/р марки «ПНФ-ВЩ»);

2) Ламинатор, пусть даже самый недорогой. В крайнем случае - просто утюг;

3) Лазерный или струйный принтер для печати фотошаблонов;

4) Ультрафиолетовая лампа с длиной волны примерно 365 нм (с чёрной колбой). Дело в том, что на 365 нм приходится пик чувствительности указанного фоторезиста;

5) Кальцинированная сода - проявитель фоторезиста, продается за копейки в любом хозяйственном магазине;

6) Обычный этиловый спирт, для снятия засвеченного фоторезиста;

7) Пакетики с замками, достаточного размера, чтобы разместить в них плату;

8) Листы стекла, о размерах которых будет рассказано ниже;

9) Металлическая линейка или штангенциркуль;

10) Канцелярский нож, чем острее - тем лучше;

11) Булавки - 4 шт;

12) Металлические канцелярские зажимы, позволяющие зажать предметы толщиной до 1 см.

Процесс изготовления начинается с печати фотошаблонов, причём одну из сторон надо печатать зеркально, для того, чтобы к обеим сторонам платы шаблоны прилегали чернилами - так получается более чёткий рисунок. Для начала лучше потренироваться на обычной бумаге.

Плёнки бывают разные, есть универсальные, а есть рассчитанные только на один вид печати - лазерную или струйную. Больше всего мне понравились плёнки «Folex», у их «струйных» и «универсальных» пленок очень мелкое зерно, малые деформации при лазерной печати. Плёнка для струйной печати «Lomond» оставила плохое впечатление: крупное зерно и как следствие - низкая чёткость краёв.

Внимание! Вышеуказанный фоторезист негативный, то есть затвердевают и не смываются засвеченные участки, следовательно при печати шаблона надо сделать его негатив! (Дорожки должны быть прозрачными).

При печати на лазерном принтере происходит деформация пленки, обусловленная температурными воздействиями и ошибками линейной развёртки, потому зачастую необходимо делать калибровку - для начала нарисовать и вывести на печать обычную линейку, затем штангенциркулем или металлической линейкой измерить ее фактическую длину, внести соответствующие поправки на деформацию. Программы SprintLayout и DipTrace, начиная с версии 2.1. (Ветка по DipTrace , Ветка по Sprint layout) поддерживают данную опцию. В любом случае, лучше проверить свой принтер на предмет искажения размеров. К тому же при использовании лазерной печати возможно понадобится оптическое уплотнение тонера специальным спреем «Density Toner», говорят, что еще помогает держание шаблона над парами ацетона.

У меня струйный принтер «Epson R270», чернила неоригинальные - «InkTec», тут столкнулся с весьма тяжёлыми граблями - у этих «водяных» чернил оказалась маслянистая основа, в результате чего некоторая часть чернил, которая почему-либо осталась не закреплена покрытием плёнки, не высыхает до конца и при касании чего-либо, это "что-либо" пачкает. При повторной протяжке загрязняет механизмы принтера и те в свою очередь оставляют следы на ненапечатанной части плёнки (До этого был «Epson R220» с чернилами «Profiline» - подобные проблемы отсутствовали). Решение было найдено - сначала подсушить шаблон феном в течении нескольких минут, затем посыпать мелким порошком, у меня прижилась для этой цели финишная шпаклёвка «Vetonit». Можно попробовать детскую присыпку. Порошок нужно легко втереть пальцем в рисунок, затем лишнее стряхнуть, затем удалить лишнее мягкой тряпочкой. После этого шаблон готов к дальнейшим действиям.

Рисунок 1 - Закрепление чернил

Следующий этап - совмещение и скрепление фотошаблонов. Для этого необходима ровная и не очень жёсткая поверхность: картон или десяток листов бумаги.

Фотошаблоны совмещаются в соответствии с рисунком 2 - напечатанными сторонами вовнутрь, друг к другу. Затем, как можно точнее к перпендикулярному к плоскости положению прокалываются 4-мя булавками.


Рисунок 2 - Совмещение фотошаблонов

Это позволит в дальнейшем точно совместить стороны при помещении между шаблонами заготовки платы и не допустить смещения относительно друг друга осей сквозных выводов.


Рисунок 3 - Схема совмещения сторон фотошаблонов

Как видно из рисунков 2 и 3 - необходимы два стекла, накрывающие с запасом в несколько миллиметров заготовку, но уже, чем расстояния между булавками, чтобы можно было корректировать положение шаблонов относительно друг друга. Толщина стёкол должна быть не менее 2,5 мм, иначе возможны прогибы и неплотное прилегание фотошаблонов. Пленка в местах проколов при сборке всего в единое целое, должна быть раздвинута на толщину, равную или немного большую, чем толщина заготовки.

Таких обрезков стекла я набрал целую коробку бесплатно в ближайшей стекольной мастерской, отдали с удовольствием. Так же нужно иметь стеклорез для точной подгонки размеров.

ВАЖНО! Техника безопасности: Работайте в очках, в перчатках или толстой тряпкой, не поленитесь затупить края стекол мелкой шкуркой под струей воды, так потом не порежетесь и не надышитесь вредной стеклянной пылью.

Всё! Теперь нужно подготовить текстолит, самый ответственный этап - обезжиривание, здесь очередные грабли не меньшего калибра: по идее, это можно сделать бензином/спиртом/ацетоном, но мне так и не удалось достать ничего из перечисленного без «левых» примесей - всегда оставались следы после обработки, и фоторезист никак не хотел прилипать так, как должен. Помогло следующее - моем руки со стиральным порошком (лучший эффект дал «Tide»), дабы обезжирить, берём мелкую шкурку, смачиваем водой её и заготовку, посыпаем мокрый текстолит тем же порошком и зачищаем (без фанатизма - медь не продерите) до блеска, смываем под струей горячей воды (хоть руки и вымыты, всё равно касаться подготовленной меди нельзя - держим заготовку за края). По окончании процесса заготовка протирается насухо, предварительно выстиранной х/б тряпкой. К поверхности, подготовленной таким образом, фоторезист приклеивается так, как нужно.

Затем нужно заламинировать заготовку платы фоторезистом, в моём случае он покрыт с разных сторон двумя плёнками - лавсановой (гладкой и блестящей) с одной стороны, и полиэтиленовой матовой с другой. Согласно инструкции производителя нужно снять полиэтиленовую плёнку, лавсановую оставить - она служит для защиты от кислорода воздуха, без неё фоторезист не будет полимеризоваться. Кусок фоторезиста вырезается с запасом, чтобы перекрыть заготовку с каждой стороны минимум на 2 см. Затем текстолит кладется на лист бумаги, накрывается фоторезистом и отправляется в ламинатор. Как только ламинатор захватит текстолит - свободный край фоторезиста надо слегка приподнять, при этом избегать натяжения, иначе возможны складки и перекосы. Это необходимо для исключения образования пузырьков воздуха, ну и разумеется, перед тем, как сунуть в ламинатор - убедиться в отсутствии пыли на поверхности заготовки.

В том случае, если каким-то образом Вы все же умудрились сделать пузырёк воздуха, то его можно попробовать проколоть иголкой, и снова пропустить через ламинатор.

После первого прохода необходимо канцелярским ножом обрезать лишний фоторезист по краям заготовки, причём надо кончиком ножа проколоть плёнку в середине, и двигаться к углам платы - так защитная пленка не будет сдираться. После обрезки аналогично заламинировать вторую сторону.

Как только обе стороны заламинированы, нужно все это пропустить через ламинатор еще пару-тройку раз, чтобы хорошо прогреть текстолит и намертво прикатать фоторезист. В случае же с утюгом - результат гораздо сильнее зависит от степени кривизны лап, но нет ничего невозможного . Главное - не перегреть, температура не должна превышать 150 °С.

Теперь можно и экспонировать. Собираем весь бутерброд, как показано на рисунке 2, выравниваем булавками положение фотошаблонов, зажимаем всё это между стеклами и скрепляем зажимами, в качестве которых отлично подойдут металлические канцелярские, которых у меня, к сожалению, на тот момент не было, потому воспользовался прищепками.

Главное, чтобы эта вся конструкция была надежна, стекла не смещались, иначе придётся все переделывать заново, начиная с этапа подготовки текстолита. Я применил 8W УФ-лампу «Vito». При расстоянии от лампы до платы 15 см требуемое время экспонирования фоторезиста около 2 мин.


Рисунок 4 - Процесс экспонирования

Если экспонирование прошло удачно, то сразу же разбираем бутерброд, удаляем защитную плёнку - так наша заготовка перестанет бояться света. Можно проявлять, для этого необходимо заранее приготовить (1-2) % раствор кальцинированной соды ((10-20) г на 1 л воды), температура значения не имеет.

Для ускорения процесса проявки - так меньше вероятность повредить тонкие проводники, мною была использована косметическая губка (в сухом состоянии она жёсткая, но при размачивании становится очень мягкой), подобная той, которая изображена на рисунке 5 - она эффективно смывает фоторезист и не повреждает дорожки. При проявке необходимо уделить особое внимание тонким зазорам и отверстиям в контактных площадках. Не делайте зазоры уже 0,25 мм без особой на то необходимости.


Рисунок 5 - Процесс проявки

Как только всё, что нужно, смоется, заготовку необходимо промокнуть х/б тканью и не промывая в чистой воде, дать просохнуть при комнатной температуре минимум полчаса, чтобы размягчённый содовым раствором фоторезист просох и затвердел. Если сразу начать травить, то возможно отслоение тонких дорожек. Хотя, возможно это происходит из-за того, что моему фоторезисту уже 2,5 года и его гарантийный срок хранения давно истёк.

Травление:

Обычно я сначала окунаю плату в раствор для травления секунд на 30, вынимаю, прополаскиваю в воде и смотрю: нет ли где несмытых участков фоторезиста или повреждений рисунка. В первом случае вам поможет иголка, во втором, если повреждения мелкие (обычно обходится без них) - лак для ногтей.

После травления фоторезист смывать пока не нужно, он ещё понадобится.

Важный момент : ещё на этапе проектирования платы все отверстия следует сделать диаметром (0,5-0,6) мм - это оптимальное значение, выявленное в результате проб и ошибок. Для чего это нужно: такое отверстие в меди и фоторезисте позволяет обойтись без накернивания, сверло само центруется. Сверлим отверстия.

В результате сверления, в местах выхода сверла образуются заусенцы, тут-то и помогает несмытый фоторезист! - зачищаем заусенцы мелкой шкуркой под струей воды, при этом прочная плёнка фоторезиста защищает дорожки. Как только кое-где начинает проступать медь - процесс шлифовки заусенцев можно считать оконченным (при изготовлении данной платы я забыл про этот этап, смыл фоторезист до сверления и пришлось потом немало повозиться.

Смывка фоторезиста:

Производитель рекомендует использовать каустическую соду или 10 % раствор нашатыря, но каустик, т.е. NaOH - едкий натр, опасное (сильнодействующая щёлочь) и сложно доставаемое вещество, нашатырь - как минимум неприятное, к тому же здорово окисляет медь, между тем фоторезист успешно смывается спиртом или ацетоном. Ацетон так же был забракован - эффективность намного ниже, чем у спирта и тоже окисляет медь. Спирт - вещество ценное , потому здесь я для экономии применил пакетик с замком - в него кладется наша многострадальная заготовка, заливается всего несколько миллилитров спирта - лишь бы хватило на смачивание всей поверхности, всё это необходимо пальцами разгладить так, чтобы спирт смочил всю поверхность платы. Теперь можно сходить попить чаю - по возвращении весь фоторезист отпадёт и медь будет в отличном состоянии.


Рисунок 6 - Смывка фоторезиста

Совет: по окончании процесса необходимо вынуть плату из пакетика и как можно быстрее поместить под струю воды, тогда будут начисто смыты все остатки фоторезиста, если же дать спирту испариться (а делает он это весьма быстро) - потом замучаетесь отдирать - снова потребуется отмачивать в спирте.

Теперь не забудьте ещё раз осмотреть плату на предмет непротравленных участков и «прозвонить» на отсутствие коротких замыканий. Это является залогом надёжной работы устройства, к тому же потом уйдёт куда больше времени и сил, если какая-нибудь многовыводная микросхема выйдет из строя лишь потому, что кое-кто поленился досконально проверить плату.

Теперь осталось только нанести паяльную маску, в качестве шаблона для неё используется изображение на плёнке одних лишь выводов, без отверстий. Обычно это можно задать в опциях печати. Почти все программы для разработки печатных плат имеют возможность вывести на печать паяльную маску сразу, но тут имеется особенность - маска идет с отступом от краев контактных площадок, что при малом расстоянии между выводами может привести к отсутствию разделения их маской. Лучше просто напечатать одни выводы - так выходит куда более качественная маска.

Весь процесс повторяется - обезжиривание (только уже без шкурки, одним порошком), ламинирование, засветка каждой стороны - причём уже не надо делать бутерброд - достаточно наложить фотошаблон маски и прижать стеклом. Снова проявка, сушка и получается вот это:


Рисунок 7 - Готовая к лужению плата

Всё! Можно лудить. Подсушенный фоторезист стоек к температуре паяльника, хотя я и использую припои с низкой температурой плавления (145 °С). Так же следует применять жидкие флюсы без канифоли, которая оставляет практически несмываемые следы, к тому же маска боится спирта. Я применял флюс «Для пайки алюминия». Алюминий он, конечно же, не позволяет залудить, зато медь - на ура, не портит вид платы и легко смывается водой всё с тем же стиральным порошком.

Опубліковано 23.03.2012

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

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

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

Фоторезистивная технология изготовления печатных плат

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

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

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

Что такое плёночный фоторезист?

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

Выбор текстолита

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

Подготовка и очистка текстолита

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

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

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

Наклейка Фоторезиста

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

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

Подготовка фотошаблона

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

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

Проецирование

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



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

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

Проявление фоторезиста

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

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

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

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



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

Травление

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

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

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

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

Отмывка фоторезиста, подготовка к лужению

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

Лужение

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



P.S.

Напоследок список материалов и инструментов, которые нам понадобились:

Материалы

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

Инструменты

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