Печатные платы с помощью фоторезиста своими руками

Изготовление печатной платы с помощью пленочного фоторезиста.

Автор: Sailanser
Опубликовано 15.09.2006

Итак, для работы нам понадобятся следующие материалы и инструменты:
1. Фольгированный стеклотекстолит.
2. Пленочный фоторезист.
3. Небольшая иголка.
4. Кальцинированная сода.
5. Ультрафиолетовая лампа на стандартный патрон 220V.
6. Пленка для струйного принтера.
7. Компьютер, струйный принтер, программа для разводки печатных плат.
8. Стирательная резинка.
9. Ножницы.
10. Стекло толщиной 4 мм.
11. Пластиковая емкость.

Для начала нам необходимо изготовить фотошаблон, через который мы впоследствии будем делать экспонирование нашей будущей печатной платы.
Открываем программу для создания печатной платы, тут предпочтения у каждого свои кто то любит P-CAD кто то Eagle сам же я предпочитаю платы делать в Sprint-Layout 4.0. В программе открыли файл будущей печатной платы.

проверили что нет косяков неразведенных цепей и прочего. Провели, нет ничего вызывающего сомнения можно идти дальше.

Нажимаем на кнопочку, и открывается окно для вывода на печать.

Т.к фоторезист негативный (белые области на черном поле) то необходимо поставить соответствующую галочку напротив опции негатив, а также отключить ненужные при печати слои.

Также следует подумать над тем отображать зеркально изображение при выводе или нет т.к пленка для струйного принтера имеет только одну рабочую сторону и этой стороной необходимо будет прикладывать впоследствии к заготовке, для того чтобы увеличить контрастность и исключить боковую засветку. Сам обычно рисую на слое Ф2, а надписи располагаю на слое М1, так что в моем случае ничего отзеркаливать не надо.

Теперь жмем кнопку и открывается окно настроек принтера, тут уж у кого как, я например, использую струйный принтер Canon Pixma 1000.
В настройках принтера ставим галочки как на рисунке:

Нажимаем кнопку «Задать» и в открывшимся окошке сдвигаем ползунок интенсивности до упора вправо.

В результате этих действий мы говорим принтеру, что бы он лил побольше краски на те участки, которые будут черными. Далее жмем на кнопочку ОК, в окошке настройки цветов, и кнопку ОК в свойствах принтера.
Таким образом, мы создали фотошаблон, настроили принтер и все это дело у нас готово к печати.
Берем пачку с пленкой

достаем лист и ставим в принтер.
Помним, что у пленки для струйного принтера только одна сторона рабочая. Она МАТОВАЯ, определить ее очень просто к ней липнут пальцы.
Печатаем наш фотошаблон.

После того как напечатали, откладываем, куда-то в сторону минут на 10, чтобы дать ему просохнуть

Пока сохнет наш фотошаблон займемся подготовкой стеклотекстолита и нанесем на него фоторезист.

Из заготовленного ранее стеклотекстолита вырезаем небольшой по размерам кусочек, в идеале примерно с припуском 3-5 мм, больше с каждого края,чем размеры нашей будущей платы.

Берем стирательную резинку

и тщательно проходимся по всей поверхности фольгированного стеклотекстолита. Это необходимо для того, чтобы убрать все пальцы, грязь и прочее, а также обеспечить хорошее прилегание пленочного фоторезиста. После того как прошлись по стеклотекстолиту стирательной резинкой, сдуваем все оставшиеся, после этого пылинки и остатки резинки. Промывать все это ацетоном или каким-то растворителем нельзя, не ляжет фоторезист, если что-то сдуть не получилось, то проходимся чистенькой тряпочкой. Не касаясь очищенной поверхности заготовки руками, (допускается держание за торцы) кладем на стол и отрезаем ножницами кусок фоторезиста.

После того как отрезали, берем иголку, и с матовой стороны подцепляем матовую пленку и сдвигаем ее примерно на 0,5 сантиметра при этом пальцами не касаясь клеевого слоя на самом фоторезисте.

Удерживая кусочек снятой пленки пальцами прикладываем его на край заготовки из стеклотекстолита и разравниваем пальцами с умеренным давлением для того, что бы пленка прилипла, как следует.
После того как пленка прилипла к краю пальцы правой руки помещаем с правой стороны под пленку, на тот кусочек матовой пленки, что снимали вначале.

Теперь, не спеша, правой рукой примерно по 2-3 мм вытаскиваем матовую пленку, одновременно пальцами левой руки прижимая и разравнивая ее по поверхности фольги. Торопиться тут нет смысла т.к чем лучше придавите, тем лучше она ляжет на поверхность фольги стеклотекстолита.
После того как пригладили всю пленку, излишки обрезаем и получаем стеклотекстолит, покрытый пленочным фоторезистом.

Пока мы занимались подготовкой стеклотекстолита и нанесением на него пленочного фоторезиста, наш фотошаблон, который мы приготовили ранее, напечатали на пленке и оставили сушить, подсох. Так что берем ножницы и вырезаем его.

Теперь у нас все готово для начала экспонирования фоторезиста через шаблон.
Берем ультрафиолетовую лампу, я например пользуюсь такой

Просто и экономично а главное городить ничего лишнего не надо. Это энергосберегающая лампа УФ света на стандартный патрон 220V.
Кладем на ровную поверхность стеклотекстолит с нанесенным на него пленочным фоторезистом, а сверху пленку с напечатанным шаблоном, стороной на которой печатали к фоторезисту, для чего это нужно и зачем это говорил ранее.

Сверху все это дело прижимаем стеклом вынутым из полки с книгами.

И поверх всего этого, я обычно ставлю две коробки с компактами, это обеспечивает еще лучший прижим фотошаблона к плате и определяет расстояние на которое удалена ультафиолетовая лампа от поверхности.
Время и расстояние подобрать под конкретную лампу очень просто. Берем маленький кусочек стеклотекстолита наносим на него фоторезист. Потом делаем шаблон, на котором пишем циферки 1,2,3,4,5,6,7,8, и т.д , это будет время в минутах. Ставим лампу, включаем, берем какой-то непрозрачный материал, например, еще один кусочек стеклотекстолита, и постепенно через указанные промежутки двигаем его постепенно закрывая части с циферками. После этого проявляем и смотрим на результат. Где он самый лучший, то время для этого расстояния и оставляем.

После этого включаем лампу на 10 минут.

Пока наша лампа будет светить в течение 10 минут и формировать нашу плату, пойдем в ванну и приготовим раствор для проявления фоторезиста.
В пластиковую посуду подходящего размера, куда поместиться плата, наливаем 0,25 литра воды (половина 0,5 л. бутылки из-под сока), температура воды не играет никакой роли, я наливаю прямо из-под крана. Достаем с полки пакетик с кальцированной содой. (Если у вас нет на полке кальцинированной соды, то его туда надо сначала положить, а уже потом доставать. Если же у вас нет полки, то дальше можно не читать — все равно ничего не получится. Прим. Кота)

Берем чайную ложку и набираем в нее соды, после чего тщательно до растворения всех комочков размешиваем ее в воде.

После того как вся сода растворилась, дожидаемся, окончания экспонирования, как помним, раньше оно у нас было 10 минут. Как только время вышло, снимаем стекло и наш фотошаблон. Берем плату и идем в ванную, при этом, не забыв захватить с собой иголку.
Придя в ванную, иголкой аккуратно подцепляем вторую (прозрачную) пленку и снимаем ее.

После того как сняли вторую пленку, кладем плату в пластиковую ёмкость с разведенной содой и ждем примерно секунд 30. По истечении этого времени, рисунок начинает проявляться, видны будущие дорожки и в тех местах, где дорожек быть не должно, фоторезист растворяется. Теперь берем ненужную зубную щетку и начинаем ей водить по нашей плате для того, что бы ускорить процесс смывания фоторезиста с ненужных нам участков.
Показатель того, что фоторезист смылся там, где надо, поверхность меди светлая и блестящая, как и до приклеивания фоторезиста.
После того как смыли весь ненужный фоторезист и оставили нужный, вытаскиваем плату из раствора соды и промываем под струей воды. Делается это для того, что бы смыть с поверхности платы проявляющий раствор. После того как промыли под струей воды, откладываем в сторону, и выливаем ненужный нам проявляющий раствор.

Теперь дело осталось за малым наливаем в другую пластиковую емкость раствор хлорного железа и травим. После того как протравили, вынимаем, снова промываем под струей воды, на этот раз для того, что бы смыть остатки хлорного железа.
Вот и весь нехитрый процесс, по окончании которого мы получаем печатную плату высокого качества.

Таким образом, мы сделали печатную плату, на ней виден фоторезист, который был нам нужен. Осталось только снять его. Берем ватку, мочим в ацетон, и сначала промокаем всю поверхность платы, потом трем. Примерно через 1-2 минуты фоторезист начинает сползать кусками, полностью оттираем весь фоторезист. Дальше, как обычно, лудим, сверлим дырки, обрезаем, выравниваем и запаиваем компоненты.

Возможные косяки на выходе после проявления фоторезиста:
1.Фоторезист полностью растворяется в соде — недостаточное время экспонирования или большое расстояние до лампы.
2.Фоторезист не смывается вообще нигде — прозрачный фотошаблон на темных участках, вследствие чего, через них проходят ультрафиолетовые лучи и засвечивают, то чего не надо засвечивать.
3.Фоторезист не смывается вообще нигде, но на тех участках где он должен смыться он слегка мутноватый, виден рисунок, и рисунок четкий — прозрачный шаблон на темных участках, но в данном случае он гораздо темнее, чем в предыдущем варианте.
4.Фоторезист смылся, как надо, но дорожки получаются шире, чем на фотошаблоне, особенно это заметно на тех дорожках, что проходят между выводов микросхем (слипание), например, на фотошаблоне дорожка при измерении линейкой 1 мм на плате 1,2-1,5 мм — недостаточный прижим фотошаблона к поверхности заготовки, еще такое может быть, когда сам стеклотекстолит кривой, поэтому рекомендую обратить на его ровность внимание при покупке, т.к сам с кривизной продаваемого стеклотекстолита сталкивался не однократно.

Ну вроде все.
Вопросы, как обычно, складываем тут.

Источник

Изготовление печатных плат с помощью пленочного фоторезиста в домашних условиях

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 6 мая 2017 · Обновлено 25 августа 2018

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.

Еще один момент! Есть информация, что при печати на лазерном принтере сложно добиться нужной плотности рисунка. Изображение должно быть непрозрачным для УФ лучей а видимо у лазерника с этим проблемы но с этим можно бороться. Для этих целей народ применяет состав для увеличения плотности тонера. Свой фотошаблон я буду распечатывать на струйном принтере HP Desk Jet 2130. Печатаем на матовой стороне пленки предварительно отключив все возможные режимы экономии краски и смотрим результат

Подготовка поверхности

Теперь нужно подготовить поверхность текстолита к дальнейшим работам. Если при изготовлении плат по технологии ЛУТ требовалось зачищать поверхность фольги наждачной бумагой то здесь достаточно воспользоваться чистящим средством для кафеля и жесткой губкой. После этого промываю плату в мыльном растворе.

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.

Обернул все это дело в офисную бумагу и два — три раза прошелся утюгом на минимальной температуре.Вот такой результат у меня получился.

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.

Размещаем над этим бутербродом установку для экспонирования. Установка у меня колхозная, сделанная, как обычно бывает, на скорую руку из того что было под рукой.В моем случае время засветки составит 4 минуты. Поэтому засекаю таймер на телефоне и иду пить чай)

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.

В растворе кальцинированной соды незасвеченный фоторезист прекрасно растворяется но этому процессу можно помочь мягкой кисточкой или губкой. Процесс нужно постоянно контролировать поэтому периодически достаем плату и промываем под струей проточной холодной воды.Вот такой результат получился, здесь очень важно проследить чтобы весь ненужный фоторезист ушел, иначе это может помешать следующему этапу -травлению.

Травление печатной платы

Свои платы я травлю в растворе хлорного железа, пропорции здесь простые и интуитивно понятные. Обычно на три части воды беру одну часть FeCL3 но все зависит от свежести раствора и размера платы. Если процесс затягивается то можно будет подсыпать немного еще или поставить на водяную баню — это только ускорит процесс.На то как травится печатная плата можно смотреть вечно но не забываем постоянно контролировать, боковые подтравки дорожек нам не нужны. Вот такой результат получился.

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.

Для снятия фоторезиста очень хорошо подходит жидкость для прочистки труб типа «Крот». Наливаем немного этой жижи в кювету и добавляем горячей воды. После того как опустил плату в этот раствор не прошло и 2-х минут как весь слой фоторезиста отделился от текстолита и плавал на поверхности.

Сверление отверстий

Основные операции фоторезистивной технологии окончены, осталось только просверлить отверстия и, если нужно, залудить. Для сверления плат я использую сверлилку из моторчика типа ДПМ, на вал моторчика насажен цанковый патрон а на корпусе закреплена кнопочка. Она прекрасно подходит для сверления односторонних плат но если нужно просвелить плату с двумя слоями фольги требуется строго вертикальная подача сверла. Здесь следует использовать штатив для вертикальной подачи.

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!

Источник