Использование фоторезиста для приготовления печатной платы. Как я делаю печатные платы с фоторезистом. Вступление с отступлением

Для засветки фоторезиста в домашних условиях, решил использовать сканер формата А4, который у меня благополучно «скон-чался», да и приобрести бу-шный для этой цели, например можно, начиная от 100 целковых (пачка сигарет дороже стоит, а неисправный и так могут отдать).
В общем решил вдохнуть в сканер "вторую жизнь", тем более, что там стоит кварцевое стекло, которое очень хорошо пропускает ультрафиолет (простое оконное, как нам известно - максимум 10%). Ещё преимущества данного способа - это равномерный прижим платы к стеклу крышкой сканера и постоянное расстояние до источника ультрафиолета, благодаря которому стаёт и постоянным время засветки, которое можно зафиксировать простым таймером.
В итоге вот что получилось:

Рисунок 1.
Приспособление для засветки ПП с фоторезистом.

Разобрал сканер, выкинул внутренности и установил на их место четыре лампы. Использовал для этой цели фурнитуру от обыкновенных люминесцентных ламп, только лампы установил УФ (все это продаётся в магазинах хоз. товаров). Может быть вполне хватило бы и двух ламп, платы всё равно не очень большие в основном, но, как говорится - запас не тянет, поэтому решил, что делать, так уж делать с видом на будущее (для платы формата А4), поэтому и установил четыре, да и время засветки в этом случае будет меньше.
Для управлением процессом засветки используюсь таймером с обратным отсчётом времени, который собрал на микроконтроллере PIC16F628. В итоге весь процесс засветки данной конструкции занимает 30-40 секунд....

Рисунок 2.
Конструкция устройства.

Кто-то может быть скажет, что можно было бы собрать таймер внутри сканера и не заморачиваться с корпусом. Не спорю, вполне кому-то подойдёт и этот вариант, но вдруг мне таймер будет нужен отдельно, для каких то других целей, поэтому решил делать его в собственном корпусе и в виде отдельной законченной конструкции.

Рисунок 3.
Схема таймера.

В интернете, если чуть покопаться, выложено много различных схем всевозможных таймеров. Я остановился на этой схеме, просто у меня PIC16F628 был в наличии, и я решил пустить его в дело.
Может быть Вам понравится другая схема таймера - это Ваш выбор, я просто рассказываю сам процесс, ну и даю описание своих конструкций.

Рисунок 4.
Схема таймера, силовая часть.

Рисунок 5.
Таймер в корпусе.

Рисунок 6.
Силовая часть.

Рисунок 7.
Платы и соединения.

Максимальное время, которое можно установить на таймере - 12 ч 00 м 00 с. После установки времени и нажатии кнопки "Пуск/Стоп" - включается нагрузка и начинается отсчёт времени в обратном порядке от установленного. За 10 секунд до окончания времени - подается короткий звуковой сигнал на «пищалку».
Когда остается 3 секунды до завершения времени - включается «пищалка» до окончания времени. По окончанию времени нагрузка выключается, время на таймере устанавливается то, которое было установлено в начале кнопками.

Теперь кратко опишу сам процесс изготовления печатных плат при помощи фоторезиста. Всё, что описано выше, предназначалось для упрощения данного процесса.
Для работы я использую плёночный негативный фоторезист. Негативный, значит шаблон для его засветки нужно печатать в негативе, то есть те места, где будут дорожки - должны быть прозрачные, а там, где дорожек (фольги) быть не должно - наносится тонер. Если Вы будете использовать позитивный фоторезист, то естественно фотошаблон нужно будет печатать в позитиве.

Распечатываем шаблон через программу для проектирования плат в негативе на прозрачной пленке (я применяю пленку "LOMOND" для струйных принтеров) на струйном принтере. Пробовал на лазерном, только получалось как-то блекло, черноты не было, и платы получались не совсем качественные.
Говорят, что можно гораздо улучшить качество таких плат, если напечатать на лазерном принтере два шаблона на плёнке, затем вырезать их и совместить (т.е. сделать из двух - один).
Ещё можно распечатать рисунок платы лазерным принтером на обычной бумаге. Чем тоньше бумага, тем лучше. Далее, для повышения контрастности (если она не достаточна) на доли секунды погрузить его в банку с растворителем (например автомобильный 647). Дать ему подсохнуть, и потом пропитать подсолнечным маслом, чтобы сделать прозрачным для ультрафиолета, правда я так не пробовал.

Подготавливаем заготовку нашей будущей платы по размерам чуть больше, чем требуется. Затем фольгу необходимо подготовить для приклеивания фоторезиста.
Как всё это делается - нет смысла повторяться, так как этот процесс описан на десятках сайтов. Просто наберите в поисковике "изготовление пп с помощью фоторезиста", и у Вас выскочит куча вариантов, после прочтения пары из них, у Вас наметится вариант, который подойдёт именно для Вас.

Будем считать, что плата уже подготовлена и фоторезист наклеен (или нанесён из баллончика) на нашу плату.
Прикладываем шаблон к плате. Как правило шаблон прилегает к плате плотно. И кладем на стекло сканера с УФ лампами. Засвечиваем. Убираем засвеченную заготовку в темное место и готовим раствор для проявления, в качестве которого я пользуюсь кальцинированной содой (продается в хоз. магазинах применяется для смягчения воды и стоит копейки).
Для этого чайную ложку соды с горкой, растворяем в литре воды (если плата большая), или ложку без горки в 0,5 литре воды.
Берем нашу плату из тёмного места, снимаем верхнюю защитную плёнку с фоторезиста и кладем её в наш раствор с разведенной содой и ждем примерно секунд 30. Потом берем кисточку и начинаем ей водить по нашей плате для того, что бы ускорить процесс смывания фоторезиста с ненужных нам участков. Там где фоторезист смылся, поверхность меди светлая и блестящая. После того как смыли весь ненужный фоторезист, вытаскиваем плату из раствора соды и промываем под струей воды.

Рисунок 8.
Печатная плата, подготовленная для травления.

После того как промыли, просушиваем плату. Осматриваем. Может такое случится что есть протравы (там, где фоторезист не был хорошо приклеен). Используем маркер для рисования печатных плат. Где необходимо ретушируем. На фото №8 видно, что там, где фоторезист не качественный, (срок годности у моего уже вышел) те места подретушированы чёрным маркером.

В прикреплении ниже, собраны файлы для изготовления таймера. Исходник, прошивка, пп.

Архив для статьи.

Таити!.. Таити!..
Не были мы ни на каком Таити!
Нас и тут неплохо кормят!
© Кот из мультика

Вступление с отступлением

Как в бытовых и лабораторных условиях делали платы раньше? Способов было несколько — например:

1. рисовали будущие проводники рейсфедерами;
2. гравировали и резали резаками;
3. наклеивали скотч или изоленту, потом рисунок вырезали скальпелем;
4. изготавливали простейшие трафареты с последующим нанесением рисунка с помощью аэрографа.

Недостающие элементы дорисовывали рейсфедерами и ретушировали скальпелем.

Это был длительный и трудоемкий процесс, требующий от «рисователя» недюжинных художественных способностей и аккуратности. Толщина линий с трудом укладывалась в 0,8 мм, точность повторения была никакая, каждую плату нужно было рисовать отдельно, что сильно сдерживало выпуск даже очень маленькой партии печатных плат (далее — ПП ).

Что же мы имеем сегодня?

Прогресс не стоит на месте. Времена, когда радиолюбители рисовали ПП каменными топорами на шкурах мамонтов, канули в лету. Появление на рынке общедоступной химии для фотолитографии открывает перед нами совсем иные перспективы производства ПП без металлизации отверстий в домашних условиях.

Коротко рассмотрим химию, используемую сегодня для производства ПП.

Фоторезист

Можно использовать жидкий или пленочный. Пленочный в данной статье рассматривать не будем вследствие его дефицитности, сложностей прикатывания к ПП и более низкого качества получаемых на выходе печатных плат.

После анализа предложений рынка я остановился на POSITIV 20 в качестве оптимального фоторезиста для домашнего производства ПП.

Назначение:
POSITIV 20 — фоточувствительный лак. Используется при мелкосерийном изготовлении печатных плат, гравюр на меди, при проведении работ, связанных с переносом изображений на различные материалы.
Свойства:
Высокие экспозиционные характеристики обеспечивают хорошую контрастность переносимых изображений.
Применение:
Применяется в областях, связанных с переносом изображений на стекло, пластики, металлы и пр. при мелкосерийном производстве. Способ применения указан на баллоне.
Характеристики:
Цвет: синий
Плотность: при 20°C 0,87 г/см 3
Время высыхания: при 70°C 15 мин.
Расход: 15 л/м 2
Максимальная фоточувствительность: 310-440 нм

В инструкции к фоторезисту написано, что хранить его можно при комнатной температуре и он не подвержен старению. Категорически не согласен! Хранить его нужно в прохладном месте, например, на нижней полке холодильника, где обычно поддерживается температура +2…+6°C. Но ни в коем случае не допускайте отрицательных температур!

Если использовать фоторезисты, продаваемые «на розлив» и не имеющие светонепроницаемой упаковки, требуется позаботиться о защите от света. Хранить нужно в полной темноте и температуре +2…+6°C.

Просветитель

Аналогично, наиболее подходящим просветителем я считаю постоянно используемый мной TRANSPARENT 21.

Назначение:
Позволяет непосредственно переносить изображения на поверхности, покрытые светочувствительной эмульсией POSITIV 20 или другим фоторезистом.
Свойства:
Придает прозрачность бумаге. Обеспечивает пропускание ультрафиолетовых лучей.
Применение:
Для быстрого переноса контуров рисунков и схем на подложку. Позволяет значительно упростить процесс репродуцирования и сократить временны е затраты.
Характеристики:
Цвет: прозрачный
Плотность: при 20°C 0,79 г/см 3
Время высыхания: при 20°C 30 мин.
Примечание:
Вместо обычной бумаги с просветителем можно использовать прозрачную пленку для струйных или лазерных принтеров — в зависимости от того, на чем будем печатать фотошаблон.

Проявитель фоторезиста

Существует много различных растворов для проявления фоторезиста.

Советуют проявлять с помощью раствора «жидкое стекло». Его химический состав: Na 2 SiO 3 *5H 2 O. Это вещество обладает огромным числом достоинств. Наиболее важным является то, что в нем очень трудно передержать ПП — вы можете оставить ПП на не фиксированное точно время. Раствор почти не изменяет своих свойств при перепадах температуры (нет риска распада при увеличении температуры), также имеет очень большой срок хранения — его концентрация остается постоянной не менее пары лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП. Рекомендуют смешивать 1 часть концентрата с 180 частями воды (чуть более 1,7 г силиката в 200 мл воды), но возможно сделать более концентрированную смесь, чтобы изображение проявлялось примерно за 5 секунд без риска разрушения поверхности при передержке. При невозможности приобретения силиката натрия используйте углекислый натрий (Na 2 СO 3) или углекислый калий (K 2 СO 3).

Не пробовал ни первое, ни второе, поэтому расскажу, чем проявляю без каких-либо проблем уже несколько лет. Я использую водный раствор каустической соды. На 1 литр холодной воды — 7 граммов каустической соды. Если нет NaOH, применяю раствор KOH, вдвое увеличив концентрацию щелочи в растворе. Время проявления — 30-60 секунд при правильной экспозиции. Если по истечении 2 минут рисунок не проявляется (или проявляется слабо), и начинает смываться фоторезист с заготовки — значит, неправильно выбрано время экспозиции: нужно увеличивать. Если, наоборот, быстро проявляется, но смываются и засвеченные участки, и незасвеченные — либо слишком велика концентрация раствора, либо низкое качество фотошаблона (ультрафиолет свободно проходит сквозь «черное»): нужно увеличивать плотность печати шаблона.

Растворы травления меди

Лишнюю медь с печатных плат стравливают с помощью разных травителей. Среди людей, занимающихся этим дома, зачастую распространены персульфат аммония, перекись водорода + соляная кислота, раствор медного купороса + поваренная соль.

Я всегда травлю хлорным железом в стеклянной посуде. При работе с раствором нужно быть осторожным и внимательным: при попадании на одежду и предметы остаются ржавые пятна, которые с трудом удаляются слабым раствором лимонной (сок лимона) или щавелевой кислоты.

Концентрированный раствор хлорного железа подогреваем до 50-60°C, в него погружаем заготовку, стеклянной палочкой с ватным тампоном на конце аккуратно и без усилия водим по участкам, где хуже стравливается медь, — этим достигается более ровное травление по всей площади ПП. Если не выравнивать принудительно скорость, увеличивается требуемая продолжительность травления, а это со временем приводит к тому, что на участках, где медь уже стравилась, начинается подтравливание дорожек. В итоге имеем совсем не то, что хотели получить. Очень желательно обеспечить непрерывное перемешивание травильного раствора.

Химия для смывки фоторезиста

Чем проще всего смыть уже ненужный фоторезист после травления? После многократных проб и ошибок я остановился на обыкновенном ацетоне. Когда его нет — смываю любым растворителем для нитрокрасок.

Итак, делаем печатную плату

С чего начинается высококачественная печатная плата? Правильно:

Создание высококачественного фотошаблона

Для его изготовления можно воспользоваться практически любым современным лазерным или струйным принтером. Учитывая, что мы используем в рамках данной статьи позитивный фоторезист, — там, где на ПП должна остаться медь, принтер должен рисовать черным. Где не должно быть меди — принтер ничего не должен рисовать. Очень важный момент при печати фотошаблона: требуется установить максимальный полив красителя (в настройках драйвера принтера). Чем более черными будут закрашенные участки, тем больше шансов получить великолепный результат. Цвет не нужен, достаточно черного картриджа. Из той программы (рассматривать программы не будем: каждый волен выбирать сам — от PCAD до Paintbrush), в которой рисовался фотошаблон, печатаем на обычном листе бумаги. Чем выше разрешение при печати и чем качественнее бумага, тем выше будет качество фотошаблона. Рекомендую не ниже 600 dpi, бумага не должна быть сильно плотной. При печати учитываем, что той стороной листа, на которую наносится краска, шаблон будет класться на заготовку ПП. Если сделать иначе, края у проводников ПП будут размытыми, нечеткими. Даем просохнуть краске, если это был струйный принтер. Далее пропитываем бумагу TRANSPARENT 21, даем просохнуть и… фотошаблон готов.

Вместо бумаги и просветителя можно и даже очень желательно использовать прозрачную пленку для лазерных (при печати на лазерном принтере) или струйных (для струйной печати) принтеров. Учтите, что у этих пленок стороны неравнозначны: только одна рабочая. Если будете использовать лазерную печать, крайне рекомендую сделать «сухой» прогон листа пленки перед печатью — просто прогоните лист через принтер, имитируя печать, но ничего не печатая. Зачем это нужно? При печати фьюзер (печка) прогреет лист, что неизбежно приведет к его деформации. Как следствие — ошибка в геометрии ПП на выходе. При изготовлении двусторонних ПП это чревато несовпадением слоев со всеми вытекающими… А с помощью «сухого» прогона мы прогреем лист, он деформируется и будет готов к печати шаблона. При печати лист во второй раз пройдет сквозь печку, но деформация при этом будет куда менее значительной — проверено неоднократно.

Если ПП несложная, можно нарисовать ее вручную в очень удобной программе с русифицированным интерфейсом — Sprint Layout 3.0R (~650 КБ).

На подготовительном этапе рисовать не слишком громоздкие электрические схемы очень удобно в также русифицированной программе sPlan 4.0 (~450 КБ).

Так выглядят готовые фотошаблоны, распечатанные на принтере Epson Stylus Color 740:

Печатаем только черным, с максимальным поливом красителя. Материал — прозрачная пленка для струйных принтеров.

Подготовка поверхности ПП к нанесению фоторезиста

Для производства ПП используются листовые материалы с нанесенной медной фольгой. Самые распространенные варианты — с толщиной меди 18 и 35 мкм. Чаще всего для производства ПП в домашних условиях используются листовые текстолит (прессованная с клеем ткань в несколько слоев), стеклотекстолит (то же самое, но в качестве клея используются эпоксидные компаунды) и гетинакс (прессованная бумага с клеем). Реже — ситтал и поликор (высокочастотная керамика — в домашних условиях применяется крайне редко), фторопласт (органический пластик). Последний также применяется для изготовления высокочастотных устройств и, имея очень хорошие электротехнические характеристики, может использоваться везде и всюду, но его применение ограничивает высокая цена.

Прежде всего, необходимо убедиться в том, что заготовка не имеет глубоких царапин, задиров и тронутых коррозией участков. Далее желательно до зеркала отполировать медь. Полируем не особо усердствуя, иначе сотрем и без того тонкий слой меди (35 мкм) или, во всяком случае, добьемся разной толщины меди на поверхности заготовки. А это, в свою очередь, приведет к разной скорости вытравливания: быстрее стравится там, где тоньше. Да и более тонкий проводник на плате — не всегда хорошо. Особенно, если он длинный и по нему будет течь приличный ток. Если медь на заготовке качественная, без грехов, то достаточно обезжирить поверхность.

Нанесение фоторезиста на поверхность заготовки

Располагаем плату на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности и наносим состав из аэрозольной упаковки с расстояния примерно 20 см. Помним, что важнейший враг при этом — пыль. Каждая частица пыли на поверхности заготовки — источник проблем. Чтобы создать однородное покрытие, распыляем аэрозоль непрерывными зигзагообразными движениями, начиная из верхнего левого угла. Не применяйте аэрозоль в избыточных количествах, так как это вызывает нежелательные подтеки и приводит к образованию неоднородного по толщине покрытия, требующего более длительного времени экспозиции. Летом при высокой температуре окружающей среды может потребоваться повторная обработка, либо необходимо распылять аэрозоль с меньшего расстояния — для уменьшения потерь от испарения. При распылении не наклоняйте баллон сильно — это приводит к повышенному расходу газа-пропеллента и как следствие — аэрозольный баллон прекращает работу, хотя в нем остается еще фоторезист. Если вы получаете неудовлетворительные результаты при аэрозольном нанесении фоторезиста, используйте центрифужное покрытие. В этом случае фоторезист наносится на плату, закрепленную на вращающемся столе с приводом 300-1000 оборотов в минуту. После окончания нанесения покрытия плата не должна подвергаться воздействию сильного света. По цвету покрытия можно приблизительно определить толщину нанесенного слоя:

• светло-серый синий — 1-3 микрона;
• темно-серый синий — 3-6 микрон;
• синий — 6-8 микрон;
• темно-синий — более 8 микрон.

На меди цвет покрытия может иметь зеленоватый оттенок.

Чем тоньше покрытие на заготовке, тем лучше результат.

Я всегда наношу фоторезист на центрифуге. В моей центрифуге скорость вращения 500-600 об/мин. Крепление должно быть простым, зажим производится только по торцам заготовки. Закрепляем заготовку, запускаем центрифугу, брызгаем на центр заготовки и наблюдаем, как фоторезист тончайшим слоем растекается по поверхности. Центробежными силами излишки фоторезиста будут сброшены с будущей ПП, поэтому очень рекомендую предусмотреть защитную стенку, чтобы не превратить рабочее место в свинарник. Я использую обыкновенную кастрюлю, в днище которой по центру сделано отверстие. Через это отверстие проходит ось электродвигателя, на которой установлена площадка крепления в виде креста из двух алюминиевых реек, по которым «бегают» уши зажима заготовок. Уши сделаны из алюминиевых уголков, зажимаемых на рейке гайкой типа «барашек». Почему алюминий? Маленькая удельная масса и, как следствие, меньше биения при отклонении центра массы вращения от центра вращения оси центрифуги. Чем точнее отцентрировать заготовку, тем меньше будут биения за счет эксцентриситета массы и тем меньше усилий потребуется для жесткого крепления центрифуги к основанию.

Фоторезист нанесен. Даем ему просохнуть в течение 15-20 минут, переворачиваем заготовку, наносим слой на вторую сторону. Даем еще 15-20 минут на сушку. Не забываем о том, что попадание прямого солнечного света и пальцев на рабочие стороны заготовки недопустимы.

Дубление фоторезиста на поверхности заготовки

Помещаем заготовку в духовку, плавно доводим температуру до 60-70°C. При этой температуре выдерживаем 20-40 минут. Важно, чтобы поверхностей заготовки ничто не касалось — допустимы только касания торцов.

Выравнивание верхнего и нижнего фотошаблонов на поверхностях заготовки

На каждом из фотошаблонов (верхний и нижний) должны быть метки, по которым на заготовке нужно сделать 2 отверстия — для совмещения слоев. Чем дальше друг от друга метки, тем выше точность совмещения. Обычно я их ставлю по диагонали шаблонов. По этим меткам на заготовке с помощью сверлильного станка строго под 90° сверлим два отверстия (чем тоньше отверстия, тем точнее совмещение — я использую сверло 0,3 мм) и совмещаем по ним шаблоны, не забывая о том, что шаблон должен прикладываться к фоторезисту той стороной, на которую была произведена печать. Прижимаем шаблоны к заготовке тонкими стеклами. Стекла предпочтительнее всего использовать кварцевые — они лучше пропускают ультрафиолет. Еще лучшие результаты дает оргстекло (плексиглас), но оно имеет неприятное свойство царапаться, что неизбежно скажется на качестве ПП. При небольших размерах ПП можно использовать прозрачную крышку от упаковки компакт-диска. За неимением таких стекол можно использовать и обычное оконное, увеличив время экспозиции. Важно, чтобы стекло было ровным, обеспечивая ровное прилегание фотошаблонов к заготовке, иначе невозможно будет получить качественные края дорожек на готовой ПП.

Заготовка с фотошаблоном под оргстеклом. Используем коробку из-под компакт-диска.

Экспозиция (засветка)

Время, требуемое для экспонирования, зависит от толщины слоя фоторезиста и интенсивности источника света. Лак-фоторезист POSITIV 20 чувствителен к ультрафиолетовым лучам, максимум чувствительности приходится на участок с длиной волны 360-410 нм.

Лучше всего экспонировать под лампами, диапазон излучения которых находится в ультрафиолетовой области спектра, но если такой лампы у вас нет — можно использовать и обычные мощные лампы накаливания, увеличив время экспозиции. Не начинайте засветку до момента стабилизации освещения от источника — необходимо, чтобы лампа прогрелась в течение 2-3 минут. Время экспозиции зависит от толщины покрытия и обычно составляет 60-120 секунд при расположении источника света на расстоянии 25-30 см. Используемые пластины стекла могут поглощать до 65% ультрафиолета, поэтому в таких случаях необходимо увеличивать время экспозиции. Лучшие результаты достигаются при использовании прозрачных плексигласовых пластин. При применении фоторезиста с длительным сроком хранения время экспонирования может потребоваться увеличить вдвое — помните: фоторезисты подвержены старению!

Примеры использования различных источников света:

Лампы УФ-излучения

Каждую сторону экспонируем по очереди, после экспозиции даем выстояться заготовке 20-30 минут в затемненном месте.

Проявление экспонированной заготовки

Проявляем в растворе NaOH (каустическая сода) — подробнее смотрите в начале статьи — при температуре раствора 20-25°C. Если до 2 минут проявления нет — мало время экспозиции. Если проявляется хорошо, но смываются и полезные участки — вы перемудрили с раствором (слишком велика концентрация) или слишком велико время экспозиции при данном источнике излучения или фотошаблон низкого качества — недостаточно насыщенный печатаемый черный цвет позволяет ультрафиолету засвечивать заготовку.

При проявлении я всегда очень бережно, без усилий «катаю» ватным тампоном на стеклянной палочке по тем местам, где должен смыться засвеченный фоторезист, — это ускоряет процесс.

Промывка заготовки от щелочи и остатков отслоившегося засвеченного фоторезиста

Я делаю это под водопроводным краном — обычной водопроводной водой.

Повторное дубление фоторезиста

Помещаем заготовку в духовку, плавно поднимаем температуру и при температуре 60-100°C выдерживаем 60-120 минут — рисунок становится прочным и твердым.

Проверка качества проявления

Кратковременно (на 5-15 секунд) погружаем заготовку в подогретый до температуры 50-60°C раствор хлорного железа. Быстро промываем проточной водой. В местах, где фоторезиста нет, начинается интенсивное травление меди. Если где-то случайно остался фоторезист, аккуратно механически удаляем его. Удобно это делать обычным или офтальмологическим скальпелем, вооружившись оптикой (очки для пайки, лупа часовщика, лупа на штативе, микроскоп).

Травление

Травим в концентрированном растворе хлорного железа с температурой 50-60°C. Желательно обеспечить непрерывную циркуляцию травильного раствора. Плохо стравливающиеся места аккуратно «массируем» ватным тампоном на стеклянной палочке. Если хлорное железо свежеприготовленное, время травления обычно не превышает 5-6 минут. Промываем заготовку проточной водой.

Плата вытравлена

Как готовить концентрированный раствор хлорного железа? Растворяем в слегка (до 40°C) подогретой воде FeCl 3 до тех пор, пока не перестанет растворяться. Фильтруем раствор. Хранить нужно в затемненном прохладном месте в герметичной неметаллической упаковке — в стеклянных бутылках, например.

Удаление уже ненужного фоторезиста

Смываем фоторезист с дорожек ацетоном или растворителем для нитрокрасок и нитроэмалей.

Сверление отверстий

Диаметр точки будущего отверстия на фотошаблоне желательно подбирать таким, чтобы впоследствии было удобно сверлить. Например, при требуемом диаметре отверстия 0,6-0,8 мм диаметр точки на фотошаблоне должен быть около 0,4-0,5 мм — в таком случае сверло будет хорошо центроваться.

Желательно использовать сверла, покрытые карбидом вольфрама: сверла из быстрорежущих сталей очень быстро изнашиваются, хотя сталь можно применять для сверления одиночных отверстий большого диаметра (больше 2 мм), так как сверла с напылением карбида вольфрама такого диаметра слишком дорогие. При сверлении отверстий диаметром менее 1 мм лучше использовать вертикальный станок, иначе ваши сверла будут быстро ломаться. Если сверлить ручной дрелью — неизбежны перекосы, ведущие к неточной стыковке отверстий между слоями. Движение сверху вниз на вертикальном сверлильном станке самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент. Карбидные сверла изготавливают с жестким (т.е. сверло точно соответствует диаметру отверстия) или с толстым (иногда называют «турбо-») хвостовиком, имеющим стандартный размер (обычно, 3,5 мм). При сверлении сверлами с карбидным напылением важно жестко закрепить ПП, так как такое сверло при движении вверх может приподнять ПП, перекосить перпендикулярность и вырвать фрагмент платы.

Сверла маленьких диаметров обычно вставляются либо в цанговый патрон (различных размеров), либо в трехкулачковый патрон. Для точной фиксации закрепление в трехкулачковом патроне — не самый лучший вариант, и маленький размер сверла (меньше 1 мм) быстро делает желобки в зажимах, теряя хорошую фиксацию. Поэтому для сверл диаметром меньше 1 мм лучше использовать цанговый патрон. На всякий случай приобретите дополнительный набор, содержащий запасные цанги для каждого размера. Некоторые недорогие сверла производят с пластиковыми цангами — выбросите их и купите металлические.

Для получения приемлемой точности необходимо правильно организовать рабочее место, то есть, во-первых, обеспечить хорошее освещение платы при сверлении. Для этого можно использовать галогенную лампу, прикрепив ее на штативе для возможности выбирать позицию (освещать правую сторону). Во-вторых, поднять рабочую поверхность примерно на 15 см выше столешницы для лучшего визуального контроля над процессом. Неплохо было бы удалять пыль и стружку в процессе сверления (можно использовать обычный пылесос), но это не обязательно. Надо отметить, что пыль от стекловолокон, образующаяся при сверлении, очень колкая и при попадании на кожу вызывает ее раздражение. И, наконец, при работе очень удобно пользоваться ножным включателем сверлильного станка.

Типичные размеры отверстий:

• переходные отверстия — 0,8 мм и менее;
• интегральные схемы, резисторы и т.д. — 0,7-0,8 мм;
• большие диоды (1N4001) — 1,0 мм;
• контактные колодки, триммеры — до 1,5 мм.

Старайтесь избегать отверстий диаметром менее 0,7 мм. Всегда держите не менее двух запасных сверл 0,8 мм и менее, так как они всегда ломаются именно в тот момент, когда вам срочно надо сделать заказ. Сверла 1 мм и больше намного надежнее, хотя и для них неплохо бы иметь запасные. Когда вам надо изготовить две одинаковые платы, то для экономии времени их можно сверлить одновременно. При этом необходимо очень аккуратно сверлить отверстия в центре контактной площадки около каждого угла ПП, а для больших плат — отверстия, расположенные близко от центра. Положите платы друг на друга и, используя центрующие отверстия 0,3 мм в двух противоположных углах и штифты в качестве колышков, закрепите платы относительно друг друга.

При необходимости можно зенковать отверстия сверлами большего диаметра.

Лужение меди на ПП

Если нужно облудить дорожки на ПП, можно воспользоваться паяльником, мягким низкоплавким припоем, спиртоканифольным флюсом и оплеткой коаксиального кабеля. При больших объемах лудят в ванных, наполненных низкотемпературными припоями с добавлением флюсов.

Наиболее популярным и простым расплавом для лужения является легкоплавкий сплав «Розе» (олово — 25%, свинец — 25%, висмут — 50%), температура плавления которого 93-96°C. Плату при помощи щипцов помещают под уровень жидкого расплава на 5-10 секунд и, вынув, проверяют, вся ли медная поверхность покрыта равномерно. При необходимости операцию повторяют. Сразу же после вынимания платы из расплава его остатки удаляют либо с помощью резинового ракеля, либо резким встряхиванием в направлении, перпендикулярном плоскости платы, удерживая ту в зажиме. Другим способом удаления остатков сплава «Розе» является нагрев платы в термошкафу и встряхивание. Операция может проводиться повторно для достижения монотолщинного покрытия. Чтобы предотвратить окисление горячего расплава, в емкость для лужения добавляют глицерин, так чтобы его уровень покрывал расплав на 10 мм. После окончания процесса плата отмывается от глицерина в проточной воде. Внимание! Данные операции предполагают работу с установками и материалами, находящимися под действием высокой температуры, поэтому для предотвращения ожога необходимо пользоваться защитными перчатками, очками и фартуками.

Операция лужения сплавом олово-свинец протекает аналогично, но более высокая температура расплава ограничивает область применения данного способа в условиях кустарного производства.

Не забудьте после лужения очистить плату от флюса и тщательно обезжирить.

Если у вас большое производство — можно использовать химическое лужение.

Нанесение защитной маски

Операции с нанесением защитной маски в точности повторяют все, что было написано выше: наносим фоторезист, сушим, дубим, центруем фотошаблоны масок, экспонируем, проявляем, промываем и еще раз дубим. Само собой, пропускаем шаги с проверкой качества проявления, травлением, удалением фоторезиста, лужением и сверлением. В самом конце дубим маску в течение 2 часов при температуре около 90-100°C — она станет прочной и твердой, как стекло. Образованная маска защищает поверхность ПП от внешнего воздействия и предохраняет от теоретически возможных замыканий при эксплуатации. Также она играет не последнюю роль при автоматической пайке — не дает «сесть» припою на соседние участки, замыкая их.

Все, двусторонняя печатная плата с маской готова

Мне приходилось таким образом делать ПП с шириной дорожек и шагом между ними до 0,05 мм (!). Но это уже ювелирная работа. А без особых усилий можно делать ПП с шириной дорожки и шагом между ними 0,15-0,2 мм.

На плату, показанную на фотографиях, я маску не наносил — не было такой необходимости.

Печатная плата в процессе монтажа на нее компонентов

А вот и само устройство, для которого делалась ПП:

Это сотовый телефонный мост, позволяющий в 2-10 раз снизить стоимость услуг мобильной связи — ради этого стоило возиться с ПП;). ПП с распаянными компонентами находится в подставке . Раньше там было обыкновенное зарядное устройство для аккумуляторов мобильного телефона.

Дополнительная информация

Металлизация отверстий

В домашних условиях можно выполнить даже металлизацию отверстий. Для этого внутренняя поверхность отверстий обрабатывается 20-30-процентным раствором азотнокислого серебра (ляпис). Затем поверхность очищается ракелем и плата сушится на свету (можно использовать УФ-лампу). Суть этой операции в том, что под действием света азотнокислое серебро разлагается, и на плате остаются вкрапления серебра. Далее производится химическое осаждение меди из раствора: сернокислая медь (медный купорос) — 2 г, едкий натр — 4 г, нашатырный спирт 25-процентный — 1 мл, глицерин — 3,5 мл, формалин 10-процентный — 8-15 мл, вода — 100 мл. Срок хранения приготовленного раствора очень мал — готовить нужно непосредственно перед применением. После осаждения меди плату промывают и сушат. Слой получается очень тонким, его толщину необходимо увеличить до 50 мкм гальваническим способом.

Раствор для нанесения медного покрытия гальваническим способом:
На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) и 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка, подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, плотность тока — 0,02-0,3 A/см 2 , температура — 18-30°C. Чем меньше ток, тем медленнее идет процесс металлизации, но тем качественнее получаемое покрытие.

Фрагмент печатной платы, где видна металлизация в отверстии

Самодельные фоторезисты

Фоторезист на основе желатина и бихромата калия:
Первый раствор: 15 г желатина залить 60 мл кипяченой воды и оставить для набухания на 2-3 часа. После набухания желатина поставить емкость на водяную баню при температуре 30-40°C до полного растворения желатина.
Второй раствор: в 40 мл кипяченой воды растворить 5 г двухромовокислого калия (хромпик, порошок ярко-оранжевого цвета). Растворять при слабом рассеянном освещении.
В первый раствор при интенсивном перемешивании влить второй. В полученную смесь пипеткой добавить несколько капель нашатырного спирта до получения соломенного цвета. Фотоэмульсия наносится на подготовленную плату при очень слабом освещении. Плата сушится до «отлипа» при комнатной температуре в полной темноте. После экспонирования плату при слабом рассеянном освещении промыть в теплой проточной воде до удаления незадубленного желатина. Чтобы лучше оценить результат, можно окрасить участки с неудаленным желатином раствором марганцовки.

Усовершенствованный самодельный фоторезист:
Первый раствор: 17 г столярного клея, 3 мл водного раствора аммиака, 100 мл воды оставить для набухания на сутки, затем греть на водяной бане при 80°C до полного растворения.
Второй раствор: 2,5 г бихромата калия, 2,5 г бихромата аммония, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды, 6 мл спирта.
Когда первый раствор остынет до 50°C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную смесь профильтруйте (эту и последующие операции необходимо проводить в затемненном помещении, солнечный свет недопустим! ). Эмульсия наносится при температуре 30-40°C. Дальше — как в первом рецепте.

Фоторезист на основе бихромата аммония и поливинилового спирта:
Готовим раствор: поливиниловый спирт — 70-120 г/л, бихромат аммония — 8-10 г/л, этиловый спирт — 100-120 г/л. Избегать яркого света! Наносится в 2 слоя: первый слой — сушка 20-30 минут при 30-45°C — второй слой — сушка 60 минут при 35-45°C. Проявитель — 40-процентный раствор этилового спирта.

Химическое лужение

Прежде всего, плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3 секунды в 5-процентном растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.

Достаточно просто осуществлять химическое лужение погружением платы в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такой раствор соли олова, в котором потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенциала в нужном направлении способствует введение в раствор соли олова комплексообразующей добавки — тиокарбамида (тиомочевины). Такого типа растворы имеют следующий состав (г/л):

Среди перечисленных наиболее распространены растворы 1 и 2. Иногда в качестве поверхностно-активного вещества для 1-го раствора предлагается использование моющего средства «Прогресс» в количестве 1 мл/л. Добавление во 2-й раствор 2-3 г/л нитрата висмута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута, что улучшает паяемость покрытия (препятствует старению) и многократно увеличивает срок хранения до пайки компонентов у готовой ПП.

Для консервации поверхности применяют аэрозольные распылители на основе флюсующих композиций. Нанесенный на поверхность заготовки лак после высыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует окислению. Одним из популярных веществ является «SOLDERLAC» фирмы Cramolin. Последующая пайка проводится прямо по обработанной поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответственных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.

Искусственные растворы для лужения ухудшаются с течением времени, особенно при контакте с воздухом. Поэтому если у вас большие заказы бывают нечасто, то старайтесь приготовить сразу небольшое количество раствора, достаточное для лужения нужного количества ПП, а остатки раствора храните в закрытой емкости (идеально подходят бутылки типа используемых в фотографии, не пропускающие воздух). Также необходимо защищать раствор от загрязнения, которое может сильно ухудшить качество вещества.

В заключение хочу сказать, что все же лучше использовать готовые фоторезисты и не заморачиваться с металлизацией отверстий в домашних условиях — великолепных результатов все равно не получите.

Огромное спасибо кандидату химических наук Филатову Игорю Евгеньевичу за консультации по вопросам, связанным с химией.
Также хочу выразить признательность Игорю Чудакову ».

Процесс состоит из следующих операций: изготовление диапозитива на фотопластинке или фототехнической пленке нужного размера, приготовление светочувствительной эмульсии и полив ее на стеклянную пластину, печать изображения, запыление его керамической краской, перенос полученного изображения со стеклянной пластины на керамическое изделие и его обжиг.

С выбранного негатива обычным путем получают диапозитив, который должен иметь хорошую проработку деталей в тенях и светах. Белые точки и другие дефекты устраняют ретушью. Затем берут стеклянную пластинку, промывают с мылом и обезжиривают в растворе, состав которого приведен ниже.

Состав обезжиривающего раствора:

Калий двухромовокислый - Юг Кислота серная конца ггрировашгая - 100 мл Вода - 1 л

В качестве такой пластинки можно использовать обычную фотографическую пластинку с предварительно отмытой эмульсией. Стеклянную пластинку выдерживают в обезжиривающем растворе не менее 1 ч, после чего тщательно промывают под струей воды и обсушивают папиросной бумагой или ватным тампоном. К обезжиренной поверхности пластинки нельзя прикасаться руками. Брать ее можно только за ребра. Пока пластинка сохнет, готовят светочувствительную эмульсию. Эту операцию и все последующие производят при слабом освещении.

Светочувствительная эмульсия (составляется из 2 растворов)

Раствор № 1

Декстрин -20 г

Сахар -Юг

Вода горячая (40 50°С) -75 мл

Раствор № 2

Аммоний двухрочонокислый-10 г Вода горячая (40 50 С) -85 мл

Аммоний двухромовокислый перед растворением необходимо измельчить в ступке.

Раствор № 1 доводят, помешивая, до кипения, снимают с огня и вливают в него

раствор № 2. После охлаждения полученную эмульсию фильтруют через капроновую ткань и сливают в какую-либо посуду с носиком. Готовить светочувствительную эмульсию желательно за сутки до ее использования. При отсутствии декстрина можно использовать светочувствительные эмульсии другого состава.

Светочувствительные эмульсии

1 -й рецепт

Гуммиарабик -15 г

Калий двухромовокислый - 6 г Вода горячая - 100 мл

2-й рецепт

Аммоний двухромовокислый - 2 г Яичный белок (взбитый и отстоявшийся) - 20 мл Вода горячая - 100 мл

Полив эмульсии на стеклянную пластинку производят при очень слабом освещении. Взяв пластинку за ребра, наливают на нее небольшое количество эмульсии и, плавно наклоняя стекло в разные стороны, дают эмульсии растечься по всей поверхности пластинки. Избыток эмульсии сливают обратно в посуду. Если изделие имеет плоскую форму (например, керамическая плитка), полив эмульсии производят прямо на само изделие, что упрощает процесс получения изображения, так как в этом случае отсутствует этап переноса эмульсионного слоя со стеклянной пластинки на изделие. Керамическое изделие при этом, конечно, должно быть хорошо обезжирено и высушено.

После полива пластинку или изделие сушат в горизонтальном положении в сушильном шкафу при температуре около 50°С примерно 10... 15 мин.

Сразу же после сушки, пока эмульсия не успела остыть, приступают к печати изображения контактным способом. Для этого диапозитив нагревают до температуры пластинки и, сложив пластинку и диапозитив слоем к слою, помещают под лампу мощностью 500 Вт. Для этой цели лучше всего использовать перекальные фотолампы, обладающие повышенной светоотдачей. При средней плотности диапозитива экспонирование продолжается 6...8 мин. Полученное изображение получается видимым, но слабым. Нормальное по плотности изображение гово

Что нам нужно:

• Фоторезист пленочный негативный (например в AliExpress)
• ПК и (как вариант SL5-SL6)
• Прозрачная пленка для струйного или лазерного принтера (например такая)
• Принтер (для соответствующей пленки - у кого какой)
• Фольгированный стеклотекстолит
• Бумага (обыкновенная) и стирательная резинка
• Острый предмет (иголка, скальпель и т.п.)
• Ультрафиолетовая лампа
• Кальцинированная сода (пищевая не подойдет)
• Ровные руки

Итак, пленочный негативный фоторезист являет собой полимерный светочувствительный материал, покрытый с обеих сторон тонкой защитной пленкой (такой бутерброд на рис. 1). Воздействие света на него либо разрушает полимер (позитивный фоторезист), или, наоборот, вызывает его полимеризацию и понижает его растворимость в специальном растворителе (негативный фоторезист). При последующей обработке происходит травление в «окнах», образованных засвеченными (позитивный фоторезист) или не засвеченными (негативный фоторезист) участками полимера.

Например, имеется готовая разводка некого девайса (пусть в ):

Для изготовления печатной платы необходимо сначала изготовить фотошаблон для фоторезиста. Для этого:

1. лезем в меню "Файл"->"Печать"
2. отключаем печать ненужных слоев
3. масштаб 1:1
4. и ставим галку "Негатив" (если забыли поставить и пустили в печать на принтер - придется перепечатывать)!!!
5. на прозрачную пленку нужно выбросить побольше краски. Поэтому, лезем в настройки принтера и выставляем:
   1. качество печати: очень высокое
   2. тип печати: черно-белый
   3. если есть другие настройки - смотрим сами

Еще раз проверяем п. 2-4 и посылаем шаблон на печать (см. рисунки ниже).

После – проверяем наш шаблон на прозрачность – рисунок должен быть четким и не просвечиваться (если сквозь него все видно – плохо дело – можно пустить его еще раз на печать или напечатать новый (изменив настройки печать принтера))

Вот результат:

А пока наш шаблон подсыхает (не оставляйте на нем свои отпечатки), подготовим основу для нанесения фоторезиста - фольгу текстолита. Для этого, медное покрытие текстолита надо зачистить и обезжирить: берем нужного размера текстолит и протираем медный слой стирательной резинкой, дабы удалить грязь с меди. Всё, трогать пальцами эту часть текстолита НЕЛЬЗЯ! Чтобы на фольге не осталось частиц резинки и снова не замазать ее жирными руками, медь стоит чуть полирнуть до блеска бумагой (но НЕ НАЖДАЧНОЙ!).

Далее берем наш фоторезист (тот, который рулончик). Отрезаем нужный кусок и прячем рулон куда подальше от света (иначе – со временем может засветиться и целый рулон пропадет). Нужно НЕМНОГО подцепить матовую защитною пленку (она находиться с внутренней стороны рулона см. рис.) с помощью иголки, например.

Не трогайте пальцами той части фоторезиста, с которой сдираем пленку, иначе он не прилипнет к меди .
Теперь легким движением руки прикладываем фоторезист к плате, прижимаем и постепенно снимаем матовую пленку (фото). Аккуратно разглаживаем все это дело (фоторезист должен прилипнуть весь и чтоб без пузырьков и т. п., после разглаживания плату можно положить между страницами книги и крепко прижать)

Пока мы лепили фоторезист к меди, наш фотошаблон успел высохнуть (надеюсь). Теперь прикладываем его к плате с фоторезистом (стороной, где напечатано, к фоторезисту – если печатали не зеркальный шаблон). Выравниваем шаблон по краям платы и кладем на него стекло (шаблон должен быть плотно прижат к плате, иначе может засветиться то, что не должно засвечиваться)
Теперь ставим ультрафиолетовую лампу на уровне 10-15 см над платой и засвечиваем наш фоторезист приблизительно на 7 минут.

Снимаем фотошаблон и сдираем прозрачную пленку с платы (фоторезиста). Эту операцию нужно проводить аккуратно, чтобы не содрать и сам фоторезист с платы.

Теперь нужно проявить наш фоторезист. Для этого замачиваем нашу плату в растворе кальцинированной соды на 30 секунд. Легкими движениями зубной щетки по поверхности платы смываем остатки не засвеченного фоторезиста (при этом окунаем плату в раствор соды). Когда будет четко видна медь, промываем плату обычной водой и пусть просыхает.

Какие могут возникнуть проблемы?

Если остается фоторезист, там, где его быть не должно, значит:

• Либо пересветили ультрафиолетом,
• Либо сделали плохой фотошаблон и через него ультрафиолет засвечивал все
• Фотошаблон плохо был прижат к фоторезисту (в этом случае дорожки могу быть шире нужного)

Если при проявке фоторезиста сдираются сами дорожки, то:

• Фоторезист плохо пристал к меди -> медь плохо подготовлена (жирная, грязная и т. п. или фоторезист битый (у меня такого не было, но всякое может быть))
• Нужно ЛЕГЧЕ тереть зубной щеткой
• Передержали плату в воде (растворе) – фоторезист ведь к меди не на суперклей клеился.

Ну и если фоторезист при проявке смывается полностью – значит недосветили УФ лампой

А далее все как по сценарию: хлорное железо…вытравливаем…смываем остатки железа…фоторезист можно снять ножом, а можно и растворителем (что есть гораздо легче), а можно оставить как защитное покрытие дорожек (если можно так выразиться).

С первого раза может выйти кривовато, но с практикой – приходит мастерство. Удачи!

Из немногочисленных известных способов любительского изготовления печатных плат наибольшую популярность получил так называемый утюжно-лазерный. Он позволяет выполнять платы весьма высокого качества Однако чем больше размеры платы, тем труднее достигнуть хороших результатов, так как одновременно и одинаково расплавить тонер на значительной площади проглаживанием утюгом очень непросто.

Поэтому я решил опробовать сравнительно новый способ, связанный с применением пленочного фоторезиста, появившегося в продаже. Уже первые опыты показали, что этот способ обеспечивает идеальную ровность краев печатных проводников, недостижимую при утюжном способе. Кроме этого, легко удается в зазоре шириной 1 мм "уложить" два печатных проводника шириной по 0,2 мм.

Работа с фоторезистом проста, а результат вполне предсказуем. Конечно же и здесь есть свои "подводные камни", однако небольшая практика и неукоснительное соблюдение технологии гарантируют высокое качество печатной платы. По рекламному объявлению был приобретен фоторезист ПФ-ВЩ-50 . Полоса фоторезиста шириной 200 и длиной 1000 мм обошлась с оплатой почтовых услуг в 600 руб.

Слой светочувствительного фоторезиста, который находится между двумя защитными пленками, имеет толщину 50 мкм. Это позволяет получить печатные проводники шириной 0,12 мм. После нескольких проб мне удалось провести на плате три проводника в зазоре шириной 1 мм. В радиолюбительской практике этого более чем достаточно, тем более, что никакой другой способ в домашних условиях такого результата обеспечить не может.

Подготовка фотошаблона

Процесс изготовления платы начинается, как обычно, с подготовки фотошаблона на компьютере. Программу для этого каждый выбирает по своим предпочтениям. Я использую Sprint Layout версии 5, обладающую широкими возможностями и при рисовании, и при распечатке на прозрачную пленку для лазерного принтера. Проводники и монтажные площадки я рисую на слое Ф2, а надписи и нумерацию элементов наношу на слое М1.

После подготовки и проверки раскладки будущих проводников на экране монитора открываем окно для вывода на печать. Поскольку фоторезист негативный, перед распечаткой в окне программы ставим галочку напротив опции "Негатив" и убираем галочки с ненужных для печати слоев. Надо иметь в виду, что пленка имеет сопоставимую со слоем фоторезиста толщину Поэтому, чтобы отпечаток на фоторезисте получился контрастным и не было боковой засветки границ проводников, фотошаблон нужно будет прикладывать к фоторезисту той стороной, где находится отпечаток. С учетом этого следует решить, как отображать рисунок при выводе на печать - зеркально или нет.

Теперь нажимаем на кнопку "Настройка", открывается окно настроек принтера (я использую Samsung SLP-300). Входим в "Свойства", а там выбираем вкладку "Бумага". Устанавливаем размер А4 или А5, чтобы уместился отпечаток, и тип - "Прозрачная пленка".