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.

[contents]

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

1. 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  

2. 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.

3. 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.

4. 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)

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8.  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!

С н/п Владимир Васильев