Изготовление печатной платы с помощью фоторезиста

Администрация ресурса open-tager.ru благодарит  Pingvin'а за предоставленный материал.

Изготовление печатной платы с помощью пленочного фоторезиста.

Материалы:

Односторонний фольгированный текстолит

Кусок одностороннего фольгированного текстолита размером, примерно, 11×7 см.

Фольгированный текстолит

Пленочный фоторезист

Пленочный фоторезист

Уточняем, к какому типу он относится — к негативному или позитивному?

Негативный фоторезист

В данном случае у нас негативный фоторезист марки ПФ-ВЩ-50 (Пленочный Фоторезист Водно-Щелочного проявления, толщина светочувствительного слоя — 50 мкм). Это значит, что те участки, которые будут засвечены ультрафиолетом, «задубеют» и будут стойки к щёлочи, после травления под ними останется медь. Те же участки, которые останутся в тени фотошаблона, будут смыты «проявителем» (щёлочью). Следовательно, фотошаблон у нас будет так же негативным.

Прозрачная пленка для лазерного принтера

Для распечатки фотошаблона нам понадобится прозрачная пленка для лазерного принтера.

прозрачная пленка для принтера

Мне удалось приобрести пленку для черно-белых лазерных принтеров LASER FILM от производителя LOMOND.

 

Оборудование.

Ультрафиолетовая лампочка

Для засветки фоторезиста нам понадобиться ультрафиолетовая лампа. Я использовал 20-Ваттную черную «дискотечную» УФ энергосберегающую лампу Feron E27.

Ультрафиолетовая лампа

Настольная лампа

Лампу можно установить в любую настольную лампу со стандартным цоколем. У меня вот такая:

Настольная ультрафиолетовая лампа

Стекло

Кроме того, нам нужно стекло, чтобы плотно прижить фотошаблон к плате. Стекло должно быть без царапин, чистое.

Стекло. Просто стекло.

Кювета

Ещё нам необходима кювета, в которой мы будем производить манипуляции с реактивами — растворами щелочи (для проявки) и хлорного железа (для травления). Я выпросил у нашей кладовщицы пустую канистру из под жидкого мыла и распилил её пополам (вдоль шва) пилкой по металлу:

Кювета из канистры

Получались две, вполне пригодные для использования, кюветы. Нам хватит и одной.

Инструменты:

Ножовка по металлу

Ножовка по металлу

Пригодится на тот случай, если текстолита нужного размера под рукой не окажется и его придется пилить, а так же для отпиливания «лишнего» текстолита после травления платы.

Канцелярский нож

Отрезать от рулона фоторезиста куски нужного размера я предпочитаю не ножницами, а канцелярским ножом.

Миниатюрная электродрель

Миниатюрная электродрель со сверлышками ( я использовал два сверла на 0,6 мм и на 1 мм). Для сверления монтажных и переходных отверстий на плате.

Минидрель

Кисточка и щетка. При проявке, а также для удаления продуктов реакции при травлении будем использовать мягкую кисть. Щеткой (и «Пемолюксом») будем обезжиривать плату.

Кисточка и щетка

Реактивы:

Средство для прочистки труб «Крот»

По сути это концентрированный раствор щёлочи. Нам он нужен для проявки фоторезиста и удаления его с платы после травления.

Средство Крот

Хлорное железо

Потребуется для травления плат.

Хлорное железо

Изготовление фотошаблона

Здесь трудностей быть не должно. Так как залог хорошего результата — это качественный фотошаблон, то, главное — найти хороший лазерный принтер с качественной печатью. Или, как минимум, поставить в него хороший (желательно новый оригинальный) картридж. При печати в настройках принтера убираем любую «экономию» тонера и выставляем максимальное качество печати. Кроме того, изображение должно печататься в масштабе 1:1 — то есть в настройках печати убираем всякие «подгонки размера изображения». Итак, если у вас негативный фоторезист, то скачиваем файл с рисунком печатной платы (в формате pdf) отсюда https://github.com/PingvinOpenTag/LTPingvin/raw/master/hardware/PCB/PCB_V02_negative.pdf.

Если позитивный — то отсюда https://github.com/PingvinOpenTag/LTPingvin/raw/master/hardware/PCB/PCB_V02_positive.pdf

(прим. редактора. ссылки ведут на шаблоны для платы LTAscetic. Если товарищ Pingvin не обманет, скоро будет опубликовано smiley)

Открываем в любом PDF-просмотрщике, я «сижу» под Kubuntu, у меня  файл открылся в «Окуляре». Под виндой это будет Adobe-reader, скорее всего, но это не важно…

Файл шаблона

Для начала, давайте распечатаем шаблон на простой бумаге — убедимся, что принтер печатает качественно и без искажения размеров.

Приложим панельку для Atmega к распечатанному рисунку и убедимся, что ножки четко попадают на свои контактные площадки — значит все нормально, иначе — ищем, чего мы не так выставили в настройках принтера. Теперь можно печатать фотошаблон на прозрачной пленке. Изучите внимательно все надписи на упаковке вашей пленки — пленки бывают односторонние и двусторонние. Если на упаковке написано, что плёнка двусторонняя — то не паримся и печатаем на любой стороне. Если попалась односторонняя пленка — внимательно изучаем все надписи. Возможно, производитель «снизошёл»  и указал, какая сторона «рабочая» и как её отличить от «нерабочей». Мне не повезло, даже намека на то, какая сторона у плёнки «рабочая»  не было. Пришлось определять методом проб. На ощупь одна сторона пленки оказалась гладкой, а другая — слегка шершавой. Так вот, «рабочей» оказалась гладкая сторона.

Готовый фотошаблон

Достаем пленку из упаковки, вставляем в принтер так, чтобы рисунок оказался на «рабочей» стороне и отправляем файл на печать ещё раз. Можно отрезать лишнюю пленку ножницами, чтобы фотошаблон стал поменьше — работать с ним станет удобней. Фотошаблон готов. Пора подготовить нашу заготовку из текстолита к наклеиванию на неё фоторезиста.

 

Нанесение фоторезиста

Перед тем, как клеить фоторезист, текстолит нужно должным образом подготовить — убрать оксидную пленку с меди и обезжирить поверхность меди для лучшего «прилипания» фоторезиста. Оксидную плёнку убираем мелкой наждачной бумагой («нулёвкой»).

Зашкуриваем текстолит

Перед промывкой платы заранее приготовим лоскут фоторезиста нужного нам размера.

Отрезаем фоторезист

Клейкая сторона у фоторезиста находится с внутренней стороны рулона. Она защищена целлофановой пленочкой.

Задерем уголочек этой пленочки канцелярским ножом, чтобы потом мы смогли легко удалить её. Пока спрячем наш лоскут от света между страниц журнала, сами займемся платой. Обезжирить плату можно, помыв её жесткой щеточкой с «Пемолюксом».

Обезжириваем заготовку

 Не забываем потом хорошенько промыть в проточной воде и высушить.

Заодно плата прогреется до 70 градусов, как рекомендовано производителем фоторезиста. Пока плата не остыла, бежим наклеивать фоторезист.

 

Всю защитную пленку сразу не отклеиваем!!!

Начинаем приклеивать «оголенный» участок к краю платы.

Затем, левой рукой потихоньку тянем за плёночку, а пальцами правой тут же прижимаем и разглаживаем фоторезист, стараясь не допускать образование воздушных пузырей. Не торопимся!

Наклейка фоторезиста

После приклеивания, отрезаем лишний фоторезист с краев платы.

Обрезаем края фоторезиста

Теперь нужно дать фоторезисту время как следует «прилипнуть» к меди. По-научному это называется «адгезия». :-) Чтобы ускорить процесс адгезии производитель фоторезиста предлагает пропустить плату через ламинатор.

У меня такой «роскоши» нет. Можно было бы, как вариант, попробовать «прогладить» платку утюгом, но увы, утюга тоже под рукой не оказалось. Остается последнее средство, так же рекомендованное производителем — пресс.

Положим на плату сверху чистый лист бумаги

 и «нагрузим» тем, что есть под рукой.

У меня «под рукой» оказалась пачка конторских книг  и винчестер на 2 Терабайта.  :-)

Объём жесткого диска, в данном случае, не критичен! ;-)

Производить рекомендует подержать плату под прессом не менее 3 часов. Для подстраховки давайте подождем часа 4.

(голос за кадром) — Прошло четыре часа …   :-)

Извлекаем плату из под «пресса». Ну вот, фоторезист крепко приклеился к меди, пора засвечивать.

Готовим стенд для засветки, проявка фоторезиста и травление платы.

Накладываем на плату наш фотошаблон так, чтобы сторона прозрачной пленки, на которую нанесен рисунок, была прижата к меди. Не перепутайте! Иначе у вас получиться «зеркальная» плата.Сверху фотошаблона накладываем  чистое, без царапин, стекло. Слегка нагрузим края стекла, чтобы фотошаблон плотнее прижался с плате.

Лампу ставим на такую высоту, чтобы расстояние от ультрафиолетовой лампы до стекла  было около 25 см.

Ну все готово для засветки. Время засветки зависит от многих факторов (типа и мощности УФ лампы, марки фоторезиста, его «возраста» и пр.), поэтому определяется опытным путём. Мои эксперименты показали, что оптимальное время засветки около 12 минут. Берем в руки какой-нибудь хронометр или секундомер и включаем лампу на 12 минут.

Пока ультрафиолет делает свое ультрафиолетовое дело, подготовим «проявитель».В кювету наливаем стакан обычной воды из крана.Туда же добавляем пол-колпачка средства «Крот».

Работаем с щелочью, лучше, конечно, надеть резиновые перчатки, если таковые имеются. Если нет — стараемся не допускать попадание средства на кожу, если всё же такое произошло — быстро смываем водой.

Перемешиваем кисточкой.

Все, проявитель готов!

Еще осталось время попить кофе, в ожидании, когда истечёт 12 минут (время засветки фоторезиста)!

Ну вот, мой хронометр показывает, что пора выключать лампу.

Извлекаем плату на свет божий и идем в «проявочную». ;-)

Прежде чем приступать к проявке, мы должны удалить ещё одну защитную пленку. Так сделаем это, благо, это совсем не трудно, главное — зацепить уголочек.

Я проявляю так — не опускаю плату в раствор, а смачиваю её кисточкой, держа в руках.

Смачивания чередую с ополаскиванием в проточной воде.

Так проще отслеживать равномерность проявки по разным участкам платы.

Если видим, что где то проявляется медленнее — чаще (дольше) смачиваем этот участок щелочным раствором.

Процесс контролируем визуально.

Ну вот и готово — проявка завершена.

заготовка готовая к травлению.

Оцениваем качество полученного результата — нет ли разрывов дорожек, не отслаивается ли фоторезист, нет ли каких других дефектов. Если имеются явные, трудно устранимые дефекты — лучше смыть фоторезист (далее я расскажу как) и повторить процесс заново, проверив качество фотошаблона. Если все хорошо — приступаем к травлению. Опорожняем нашу кювету, можно и сполоснуть

Теперь наливаем в неё раствор хлорного железа.

 

Раствор хлорного железа я готовил так — на стакан воды бросил комок сухого хлорного железа, размером с грецкий орех (думаю, это примерно столовая ложка с «горкой»). Не берите сухое хлорное железо мокрыми руками! При растворении сухого хлорного железа выделяется тепло (проверено на собственном печальном опыте :-))! Да руки потом будут, как у иранца какого-нибудь — жёлтые, как от хны! :-) Периодически следим за процессом, приподнимая кисточкой плату над уровнем раствора.

Процесс травления

Также, для ускорения процесса, все той же кисточкой удаляем продукты реакции с поверхности платы. И вот, наконец, очередная проверка «на просвет» говорит нам, что дорожки протравились.

Травление завершено

Сливаем раствор в герметичную ёмкость — он нам ещё пригодиться. Промываем плату в проточной воде, заодно и кювету помоем. Теперь надо избавиться от ставшего ненужным фоторезиста. «Крот» опять спешит на помощь! :-) Только на этот раз мы его водой разбавлять не будем, а просто нальём его на плату тонким слоем.

Минут 10 свободного времени у нас есть. Можно чего-нибудь и для конторы полезного сделать! ;-)

Через какое то время фоторезист, под действием «Крота», начинает отслаиваться от платы.

Дольше — больше.

Поможем «Кроту» кисточкой. Результат не заставит себя долго ждать!

Ну вот, практически, и все.

Смываем ошметки фоторезиста в унитаз, чтобы не засорить раковину (хотя о чем я?! С нами же «Крот» :-)). Прополаскиваем плату. Вот теперь — все!

Сушим и снова — визуальный контроль.

Опа! А вот тут у нас недотрав! :-(

Проверка омметром подтвердила опасения — дорожка «сидит» на «земле».

Скорее всего, чуть-чуть недодержали в растворе.

Что делать?!!!

Главное — без паники! :-)

Берём тоненькую иголочку и устраняем дефект.

Теперь все как надо!

Ещё раз проверяем омметром — так и есть!

Все нормально, больше дефектов не выявлено.

Отпиливаем ненужный текстолит по периметру платы и слегка «шлифуем» плату наждачной бумагой.

Готовая печатная плата

Ну не красавица разве?! :-)


25 комментариев: Изготовление печатной платы с помощью фоторезиста

  1. Naiman говорит:

    и где теперь взять чипы? которые крепятся на этой печатной плате

  2. Pingvin говорит:

    Эта печатка для "Аскета" первого релиза (сейчас уже выложен третий релиз).

    https://github.com/PingvinOpenTag/LTAscetic

  3. Pingvin говорит:

    Все вопросы удобней обсудить на форуме.

    Либо на open-tag.ru, либо на ltascet.ru (домен недавно зарегистрировали, сайт ещё не наполнен контентом).

  4. Naiman говорит:

    напишите, где вы брали все эти микроконтроллеры, ик-диоды и прочее ? и что еще нужно для того чтобы собрать KIT ?

    • Pingvin говорит:

      Брал кое что и в интернет магазинах, и в местном.

      Регистрируйтесь на форуме — там есть ветка, посвященная проекту, есть и выкладки по стоимости комплектующих.

      Кроме того — есть печатные платы заводского изготовления — то что надо для КИТа!

      плата

  5. Naiman говорит:

    и ,могу ли я лично связаться с вами(Pingvin) по электронной почте ?

  6. Pingvin говорит:
  7. Pingvin говорит:
    Для 3 релиза
    
    ====+ Parts List +====
     
    R35,R36,R37,R38,R39,R40 6 0,Resistor,1206
    C16 1 100u 16v,Electrolitic Capacitor
    R1,R14,R17,R20,R5 5 10k,Resistor,0603
    R3 1 10k,Resistor,1206
    D1,D2,D3 3 1N4007
    D4 1 1N5822
    R21,R22,R23,R24,R25,R26,R27,
    R28,R29,R30,R31 11 1k,Resistor,0603
    R10,R7,R8,R9 4 1k,Resistor,1206
    U3 1 24LC512,512 Кбит (64К x 8) SEEPROM, I2C 400 КГц, 2.5- 5.5 V, SOIC-8
    R2 1 270k,Resistor,1206
    R15 1 3,Resistor,1206
    R6 1 330,Resistor,1206
    R13,R16 2 3k,Resistor,0603
    R4 1 3k,Resistor,1206
    R11,R12 2 4.7k,Resistor,1206
    C12,C13,C14 3 470u 25v,Electrolitic Capacitor
    C11 1 47u 16V,Electrolitic Capacitor
    R18 1 51,Resistor,1206
    R19 1 63-68k*,Resistor,1206
    U1 1 Atmega32,TQFP44
    Con4 1 BATT_CONTROL,New symbol,Conn2
    C3,C39,C4,C5,C6,C7,C9,C10 8 0.1u,Ceramic Capacitor,1206
    C1,C2 2 22,Ceramic Capacitor,1206
    K1, 1 PLS-40 (6 pin), 2,54мм
    K3,K5,K6 3 PLD80 (2×5 pin), 2.54мм
    L1 1 68uH 3A,INDUCTOR
    K4 1 PLS-40 (5 pin), 2,54мм
    U5 1 LM2596T-5.0,Step-Down DC/DC convertor 5V 3A, TO-220-5
    U2 1 MAX232,Dual Full-Duplex RS232 Transceiver,SOIC-16
    K2 1 PLS-40 (3 pin), 2,54мм
    U4 1 TDA7267,DIP8
    X1 1 16MHz,Crystal Oscillator,
    Z1,Z2,Z3 3 irlml2502,SOT23
    Con2,Con3,Con4,Con5 4 DG308-2.5-02P-14-00A(H)
    Con1 1 2xDG308-2.5-02P-14-00A(H)
  8. Naiman говорит:

    можно ли использовать STM микроконтроллер вместо Atmega32a?

  9. Naiman говорит:

    и еще говорят что скоро уже выйдут беспроводные лазертаги, незнаете как их сделать?

  10. Pingvin говорит:

    SMT и Atmega совершенно разные контроллеры. Тут и плату разводить надо будет по SMT и прошивку писать. 

    Про беспроводку — знаю, платка уже разведена, но модулей пока нет в наличии.

  11. Naiman говорит:

    а вы не можете развести плату на STM и прошивку написать? извините за мою наглость!

    • Pingvin говорит:

      Да и смогу, наверное… через годик — другой.  :-)

      Если, конечно, интерес к теме не пропадет.

  12. Naiman говорит:

    вчера походил по магазинам где продаются радиотовары, не нашел ATmega32a в наличии только ATmega128A, можете  подсказать можно ли вместо  ATmega32a поставить ATmega128a , в ту схему которую вы выложили?

  13. Naiman говорит:

    ATmega32A

    Диапазон min-max для reset pull-up увеличился с 30-60 кОм до 30-85 кОм

    Добавилсяь errata и тепер вона соответствует errata ATmega16A

    ATmega128A

    Немного увеличился уровень Uol для выходов портов.

    Диапазон min-max для reset pull-up увеличился с 30-60 кОм до 30-85 кОм

    Добавился один пункт в errata.

    Вроде все одно и тоже!!

    • Pingvin говорит:

      С ходу не могу ответить, надо даташиты перелопачивать и сверять аппаратную часть и размер памяти.

      В chip-nn Atmega32A стоит 95 р.

      Там же и остальные микрухи купить можно (кроме усилителя и DC/DC) и тсопы и ИК-диоды.

      В Сибирь посылка шла 2 недели.

      Если хотите быстрый надежный результат — лучше заказать детали в соответствии со схемой.

      Если есть желание и творческий зуд — можете поэкспериментировать.

      Для начала попробуйте скомпилировать исходники под 128 и запустите полученный hex в эмуляторе.

      Если сработает — можно рискнуть.

      Если нет — ничего не попишешь, прийдется портировать исходники.

  14. Naiman говорит:

    можете написать маркировку ATmega32A !?

  15. Naiman говорит:

    Спасибо!

  16. Wepr говорит:

    Pingvin здравствуйте, вы бы не могли сделать плату в формате лей для 3 релиза и прошивку. я ни чего не могу понять а собрать очень хочется

    • Pingvin говорит:

      Мне проще выслать вам печатки готовые заводского исполнения.

      А прошивка есть для 3 релиза. Ищите в репозитории.

      Что Вы имели ввиду под прошивкой? 

       

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


+ 2 = 9

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>