Výroba plošných spojů fotocestou

      17.3.2007 Každý elektro-bastlíř dříve či později narazí na potřebu vyrobit si pro svoje zapojení plošný spoj. Uznávám, že vrabčí hnízdo má taky co do sebe (leckdy tato konstrukce funguje i lépe díky menším parazitním kapacitám a vazbám) nebo znám lidi, co na nepájku dokážou postavit divy, ale přecijen mechanická odolnost, spolehlivost a rozměry takových bastlů trochu pokulhávají za pěkně udělaným tišťákem.
      Já jsem doposud vyráběl plošné spoje doma pomocí lihové fixy a standardního kuprexitu. S nějakým návrhem jem se moc nezalamoval, prostě jsem vzal schéma, rozmístil součástky na kousku desky a začal malovat online. Občas jsem se dostal do úzkých a pak přišel na řadu hadřík namočený v lihu, kterým jsem to (nebo jen část) umyl a začal znovu. Výhodu to mělo v jednoduchosti a rychlosti, během hodinky jsem už mohl začít pájet.
      S rozmachem součástek SMD ale nastal problém, protože tato pouzdra už mají příliš malou rozteč vývodů na to, aby se to dalo kreslit od ruky. I když některé menší obvody jako FTDI232 nebo ATMega8 v TQFP jsem ještě dával, ale představa kreslení třeba takového SMD CompactFlash konektoru je děsivá. Ve škole jsem se seznámil s profi programem na návrh schémat a plošných spojů OrCAD v rámci MPS (předmět MPS vyučuje na HELLu Vít Záhlava) a dotlačil i 2 desky do výroby, které naštěstí platila škola. V práci jsem pak navrhoval další desky a tento způsob si celkem oblíbil. Háček byl ale v ceně. Podklady jsem posílal do firmy PragoBoard, částky na fakturách byly v řádech tisíců za pár kousků (nejvíce stojí filmová předloha, takže čím více kusů se vyrobí, tím vyjdou levněji), tudíž nic pro amatéry/kusovou výrobu.
      Teď jsem zrovna potřeboval vyrobit malou destičku - redukci pro OLED displej, na které je konektor s pady šířky 0,4 mm a roztečí 0,8 mm. Takže ruční kreslení už moc nehrozí a profi výroba by zas cenově vyšla na několikanásobek ceny displeje. Dal jsem tedy na rady kolegů a pokusil se o domácí výrobu fotocestou. Tato metoda není rozhodně výsadou velkých firem, ale s trochou toho vybavení ji zvládne každý šikovnější kutil doma i když možná ne hned napoprvé.
      Esenciální pro výrobu PCB fotocestou je vytvoření kvalitní filmové předlohy. V domácích podmínkách k tomu lze použít LASERovou nebo inkoustovou tiskárnu s dostatečným rozlišením, já jsem dostal od kamaráda starou NEC SuperScript 660 a po repasi toneru tiskne jako nová. Tisknout budeme na průhlednou fólii (podle typu tiskárny), kterou lze koupit např. v nejbližším v copy centru za 15 - 20 Kč. Před tiskem na fólii doporučuji napřed tisk na papír a přeměřit si kritické rozměry, případně přiložit součástky, jestli sedí. Takto jsem zjistil, že moje tiskárna (asi kvůli ovladačům, jenž jsou pro jiný typ) netiskne přesně 1:1 ale o něco míň. Spravilo to zvětšení na 101%. Vypněte režim úsporného tisku a kontrast dejte co nejvíce - chceme co nejsytější černou. Obrazec je dobré orientovat tak, aby rozměrově kritická součástka měla řadu padů kolmo na směr posuvu, neboť se fólie při zahřátí může trošku natáhnout. Obrazec vytiskneme zrcadlově otočený (mirrored) tak, abychom mohli fólii potištěnou stranou přiložit přímo na měď, jinak hrozí pronikání světla vlivem nenulové tloušťky fólie tam kam nemá. Někdo doporučuje vytisknout motiv 2x a přeložit přes sebe, aby bylo lepší krytí, ale v mém případě se to ukázalo zbytečné.
      Materiál pro PCB jsem koupil v GMu, cena asi 50 Kč za 1 dm2 oboustranné desky s továrně naneseným fotorezistem mi přijde celkem OK. Je možné také koupit fotorezist ve spreji a nastříkat ho na libovolnou desku kuprexitu, ale s tím už je moc patlání... Fotocitlivý kuprexit se prodává v černém pytlíku, aby se na něj nedostalo světlo, ale bez obav ho můžeme vyndat a nařezat při tlumeném světle. Destičku položíme na vodorovnou plochu a přes ni naši fólii s předlohou (tonerem na měď). Celé to zatížíme skleněnou nebo plexisklovou deskou, aby fólie na kuprexit dokonale dolehla. Běžné sklo sice částečně pohlcuje UV záření, ale není to tak dramatické. Já sem použil sklo tloušťky 2 mm.
      Nyní se dostáváme k fázi osvitu. Ten se provádí vhodným zdrojem UV záření (fotorezist je citlivý zhruba na rozsah vlnových délek 350 - 400 nm). Na to se prodávají speciální UV výbojky, ale můžeme použít i levnější řešení. Jedna možnost je použít klasickou rtuťovou výbojku, které se používají ve veřejném osvětlení a té opatrně rozbít vnější baňku. Ta je pokryta bílým luminoforem za účelem konverze UV záření do viditelného spektra. Uvnitř je menší baňka (tzv. hořák) z křemenného skla, naplněná rtuťovými parami a směsí vzácných plynů, která vyzařuje maximum v UV spektru. Druhá možnost je vybrakovat UV trubici z horského slunce. Celé horské slunce by bylo možno také použít, jenže ke svému chodu potřebuje mít zapnuté i topné spirály (slouží jako předřadník výbojky), které budou desku nadměrně ohřívat a tak by se měla chladit aspoň větrákem. Já sem kdysi jedno horské slunko zrušil, když jsem ho zapomněl dlouho zapnuté při mazání pamětí EPROM, jež se rozteklo a následně i vznítilo - uhasil jsem ho ještě pod proudem hrnkem vody právě za 5 minut 12. Kupodivu jsem pak ale z těch škvarků vydoloval UV trubici živou a zdravou:

UV lampa z horaka

Každá výbojka potřebuje předřadník, který omezí procházející proud výbojem (jinak se rozprskne). Já mam pro tento účel v napájecím zdroji 70W tlumivku z pouliční lampy.
      Před začátkem expozice se doporučuje výbojku nechat asi 2 minuty nažhavit, aby se stabilizovalo spektrum a výkon, během této doby necháme naši desku zakrytou. Pak ji odkryjeme a necháme osvěcovat ze vzdálenosti asi 25 cm po dobu 10 minut. Během osvitu se nedíváme do světla výbojky, neboť má za následek nepěkný zánět spojivek. Potřebná doba se může lišit podle výkonu výbojky, 10 minut v mém případě stačilo. Po osvitu by mělo být patrné zesvětlání fotocitlivé vrstvy, když sundáme folii, musí být obrazec vidět.

osvit PCB

      Následuje vyvolání ve vývojce - vodný roztok NaOH. Mně se osvědčila hmotnostní koncentrace ~ 1%. Prve jsem namíchal asi 5% roztok a po ponoření desky se během pár vteřin skoro všechno smylo :(. Během vyvolávání desku lehce šmrdláme štětečkem. Osvícená část by měla tmavnout a odplavovat se až nakonec asi po minutě zbyde čistá měď. Neosvícené části by měli mít stejnou barvu jako měla deska před osvitem. Desku ve vývojce nenecháváme déle, než je nezbytně nutné. Po vyjmutí ji opláchneme proudem vody. Vývojku slijeme a uschováme pro další použití. Dlouhodobé skladování se však nedoporučuje, protože NaOH na sebe váže ze vzduchu CO2 a vývojka tak postupně slábne.

vyvolávání

      Pak už jen zbývá desku vyleptat klasicky v roztoku FeCl3. Nutno vyzdvihnout, že vrstva fotorezistu je odolnější než vrstvička lihovky, takže nedochází k žádnému proleptání i když u jemných spojů může dojít k podleptání ze stran. Po vyleptání smyjeme zbylý fotorezist acetonem (hint: odlakovač na nehty) a můžeme vesele pájet.

vyleptaná deska

Já sem vyráběl zatím pouze jednostrannou destičku (skoro celá druhá strana tvoří zemní plochu, jejíž jednoduchý motiv sem dokreslil klasicky lihovkou a vyleptal). Prokovy jsem vyrobil pomocí kousku drátku na těsno nacpaného a zapájeného do vyvrtané dírky.

osazená deska s OLEDem

      Z dosaženého výsledku mám velkou radost. Celkem jsem vyrobil úspěšně 3 kousky (nepočítám ten první sežraný silnou vývojkou). Velká výhoda tohoto postupu je v jednoduchosti a rychlosti opakované výroby. Pokud už máme jednou hotový film, můžeme osvěcovat do aleluja. Když mě napadne, vyrobím za hodinu další kousek. Nevýhoda je zdlouhavější příprava podkladů a nutnost kupovat další věci navíc. To už je na každém, aby zvážil podle okolností. Jednoduché desky budu i nadále malovat lihovkou on the fly a složitější udělám fotocestou, díky které budu moci mnohem snáze použít moderní SMD součástky.



Zpět

Aktualizováno 28.3.2008 v 2:27

Crossové trenažery a elipticaly pro trénink