Domácí výroba plošných spojů fotocestou

Úvod      Tato stránka přináší kompletní popis výroby plošných spojů fotocestou v domácím prostředí. Metoda je vhodná pro výrobu vývojových vzorků, popř. pro menší počty desek.
Jde o to, že občas je třeba při vývoji konstrukce ověřit zapojení a z důvodu ceny a hlavně rychlosti zpracování nelze využít objednání jednoho kusu desky u firem specializujících se na výrobu PCB. Pokud se totiž zjistí potřeba úpravy desky a deska je vyrobená firmou, pak úprava ssebou nese výrobu nové filmové předlohy, nové desky a obojí znamená nejen náklady, poštovní poplatky, ale hlavně čas.
     Popsaná metoda se nehodí pro výrobu většího množství desek plošných spojů. Začínáme      Je třeba upozornit na to, že existuje více postupů. Uvedený postup je pro desky s fotorezistem z GME (jedná se o desky s pozitivním fotorezistem - osvětlené části se odleptávají). Pro výrobu budeme potřebovat návrh plošného spoje v elektronické podobě (např. ve formátu TIFF, PDF, BMP, nebo výstup z nějakého návrhového systému např. Eagle, Formica ap.).

Tisk filmové předlohy      Filmovou předlohu vytiskneme laserovou tiskárnou na průhlednou folii určenou do laserových tiskáren (v copy centru za cca 15,- CZK/kus). Doporučuji tisknout tak, aby tisk (resp. toner) ležel na desce, u smt montáže je třeba horní stranu tisknout zrcadlově. Dalším doporučením je tisk nějakého textu ap. aby při umisťování na osvit bylo jasné, která strana je líc a která je rub. Po vytištění není motiv neprůsvitný, plné plochy při pohledu např. proti žárovce vykazují prosvícení. S tímto by došlo k prosvícení motivu a k odleptání celé desky. Proto použíjeme k zhomogenizování toneru na folii nasycení v toluenových parách. K tomuto účelu se nejlépe hodí velká plechová krabice (např. od sušeného mléka), kde je na dně umístěn ubrousek, namočený do toluenového ředidla. Na víku krabice je zevnitř připájena krokosvorka, do které je folie uchycena tak, aby na toner měly toluenové páry přístup. V uzavřené krabici ponecháme folii cca 60 - 90 minut. Po uvedeném čase ji opatrně vyjmeme (je třeba dávat pozor na motiv na folii kvůli rozmazání, toner je v tomto okamžiku v konzistenci inkoustu do inkoustové tiskárny). Následuje vysušení folie - cca 15 minut ponechání na volném vzduchu.
     Já pro jistotu dělám folie dvě a lepím je slícované přes sebe, aby byla jistota nepropustnosti motivu 100% (pak není člověk tolik vázán dodržením nějakého času osvitu).

Dva motivy přes sebe

Předloha musí být opravdu neprůhledná

Osvit Na pákových nůžkách (popř. opatrně pilkou na železo) odstřihneme odpovídající kus cuprextitové desky s fotocitlivou vrstvou. Pokud tuto činnost nebudeme dělat na přímém slunci, pak denní světlo ani svit žárovky emulzi neaktivuje (samozřejmě je nutno pracovat v mezích možností rychle). Doporučuji desku střihnout na každé straně o cca 0,5 až 1 cm větší, při stříhání se poruší v okolí místra střihu emulze a cesty na desce by pak byly v tomto místě porušené. Pro umístění motivu na desku při osvitu použijeme dvě tabulky obyčejného skla. Na jednu umístíme desku s fotovrstvou směrem vzhůru. Na ni přiložíme vytištěnou předlohu (resp. dvě slícované a slepené). Pozor na orientaci motivu, aby nedošlo ke stranovému převrácení. Následně tento celek opatrně přiklopíme druhou tabulí skla. Zkontrolujeme, zda se motiv po destičce neposunul. Pak k sobě tabule zafixujeme (buď pomocí svěrek, nebo obyčejných kolíků na prádlo).
Pro osvit používám klasické horské slunce dřívější československé výroby. Při osvitu záleží jak na vzdálenosti desky od zdroje světla, tak na době expozice. Používám dvě židle otočené opěradlem o sebe. Na sedáku židle je umístěno horské slunce, napříč mezi opěradly je položena sestava skel s deskou PCB. Vzdálenost osvicované desky je tedy cca 30 cm od výbojky horského slunce. Před umístěním desky ke zdroji světla doporučuji výbojku nechat asi dvě minuty svítit, aby byl výkon stabilní. Po umístění desky nad zdroj světla začneme měřit čas. Doba nad výbojkou není kritická (při delší době záleží na nepropustnosti předlohy). Potřebná doba se pohybuje většinou od 3 do 4 minut (ale ani 5 nebývá kritických). Když uplyne doba osvitu deska PCB se vyjme ze skleněných tabulek a následuje vyvolání motivu. U některých fotorezistů je vidět mírně nažloutlá část, která byla osvícena, u jiných na desce nelze vůbec rozlišit osvícená a neosvícená místa !

Umístění mezi skleněné tabule

Horské slunce - výbojka

Osvit - skleněné tabule jsou zatížené
pro přitlačení předlohy k desce

Osvícené desky po expozici

Vyvolání      Vývojku na vyvolávání si míchám sám. Je to podstatně levnější než hotová koupená vývojka, navíc vyrobená vývojka pracuje jemněji a dokonaleji.
Návod na výrobu:
20g NaOH (dvě plastové polévkové lžíce, používám práškový NaOH z drogerie)
100 ml vodního skla (drogerie)
1.5 litru vody (klasická z vodovodu)
Postup: Do uvedeného množství vody postupně vsypeme uvedené množství NaOH. Směs řádně promícháme, NaOH má snahu se držet pohromadě, popř. se přilepit. Pozor, dochází k ohřevu lázně. Po řádném promíchání a rozpuštění přilijeme 100 ml vodního skla. Směs opět promícháme. Tímto je vývojka připravena. Uložíme na temném místě, pozor na plastové lahve od nápojů, jednak by se na toto neměly používat (když už, tak řádně přeznačit !), a hlavně časem (díky NaOH) křehnou některé jejich části a může dojít až k proděravění lahve.

     Po osvícení tedy vložíme desky do plastové misky a zalijeme přiměřeným množstvím vývojky. Po určité době (cca 30 sekund) se začnou odplavovat osvětlená místa. Pro lepší práci vývojky je dobré miskou pohybovat a trvale sledovat práci vývojky. Po dostatečném odplavení všech osvětlených míst je nutno desku řádně opláchnout pod vlažnou tekoucí vodou. Já již jednou použitou vývojku znovu nepoužívám. Postup je detailně vidět na níže uvedených videích.
     Desku(ky) řádně prohlédneme a zkontrolujeme vyvolání.V případě potřeby dovyvoláme, nebo motiv vyretušujeme. Tato vývojka má výhodu v tom, že u ní není kritickým parametrem čas. U prodávaných vývojek byla velmi tenká hranice mezi okamžikem odplavení osvíceného a neosvíceného fotorezistu, takže se snadno mohlo stát, že se z lázně vyjmula deska s poškozeným motivem. Naproti tomu namíchaný typ vývojky se vyznačuje pomalejší, ale za to jemnější prací a ani po deseti a více minutách není vidět poškození motivu. Na tomto místě bych chtěl poděkovat Jiřímu Rottovi za vytvoření postupu míchání této vývojky.

Vyvolání ve vývojce 1

Vyvolání ve vývojce 2

Výsledná nasvícená a vyvolaná deska (omluvte nízkou kvalitu fotografie)

Leptání      Leptání provádím ve směsi kyseliny chlorovodíkové (solné) HCL a peroxidu vodíku H2O2. Při leptání nejsou poměry kritické a většinou chemikálie dávkuji již podle praxe odhadem. Pro začátky je vhodné dodržet následující množství: 3 díly vody, 2 díly kyseliny solné (HCl) a jeden díl 30% peroxidu vodíku. Dobře promícháme. Zásadně přiléváme vždy kyselinu do vody, ne naopak, pak přilejeme peroxid.
     Vložíme desku do leptací lázně a pozorujeme proces leptání. Doporučuju leptat buď venku nebo v dobře větrané místnosti, při leptání se uvolňuje chlór. Zastaví-li se nebo rapidně zpomalí leptání, opatrně přilijeme peroxid vodíku a několikrát pohneme miskou, aby došlo k promíchání. Při správném postupu leptání dostává lázeň zelenou barvu a měď na neosvětlených místech tmavne a ubývá. Nedoporučuji odcházet od leptací lázně, neboť leptání s kyselinou HCl je velmi rychlé.
     Po vyleptání desku vyjmeme z lázně (samozřejmě plastovou pinzetou ap.), řádně opláchneme a zkontrolujeme pohledem proti světlu. Následně odstraníme fotorezist, který kryje motiv, nejlépe acetonovým ředidlem. Po vysušení desku natřeme pájecím lakem - doporučuji kalafunu v lihu. Po zaschnutí pájecího laku desku vyvrtáme (doporučuji vrtat po nalakování, jinak lak nateče do otvorů, zalepí je a součástky se špatně vkládají).

Leptání 1

Leptání 2

Leptání 3

Odstranění fotorezistu acetonovým ředidlem

Výsledná deska proti světlu

Výsledná deska...

Oboustranné desky Oboustranné desky plošných spojů tímto postupem vyrábím s úspěchem také, jediný rozdíl je v tom, že se vytisknou obě strany desky (opět dávám dvakrát přes sebe), ponechám folii větší a slepím izolepou tak, aby byly otvory pro součástky na folii slícované. Nejprve lepím vždy dvě folie jedné strany k sobě, nakonec slepím dohromady dvě lícové a dvě rubové folie . Důvod větší velikosti okolní folie je ten, že deska má určitou tloušťku, a pokud by folie byla slepená těsně, došlo by k prohnutí jedné z nich a k chybnému "soutisku" stran.

POZOR - přestože se veškeré zmiňované chemikálie dají běžně koupit v drogerii, jedná se o dosti silné žíraviny, jak kyselina, peroxid tak hydroxid. Proto je nutné dbát na osobní bezpečnost, používat ochranné pomůcky atd. Autor nenese odpovědnost za případné úrazy, způsobené použitím uvedených postupů.