Moja metoda robienia pcb metodą fotochemiczną z soldermaską, cynowaniem i opisami

Nigdy nie sądziłem, że będę pisał o robieniu płytek w domowych warunkach. Jest już w necie tyle poradników, opisów i informacji na ten temat, że wydawało mi się zawsze, że ten temat jest już totalnie wyczerpany… A jednak kilka osób prosiło mnie, abym opisał, jak ja to robię. A więc jeśli chcesz robić powtarzalne płytki jak na poniższym zdjęciu, to zapraszam do lektury 😉

Zamiast się rozpisywać opiszę w punktach (niestety bez fotek) krok po kroku, jak to u mnie wygląda. No to lecimy!

1. Wycinamy odpowiedni kawałek laminatu. Powinien on być nieco większy od wzoru ścieżek. Najlepiej jeśli jest to laminat typu FR4 na podłożu szklano-epoksydowym. Jest on bardziej odporny na działanie wysokiej temperatury i trzeba się bardziej postarać, aby go „upalić” 😉
2. Laminat porządnie czyścimy. Ja to robię gąbeczką do garnków, z taką ostrą stroną do zdzierania oraz przy użyciu płynu Ludwik.
3. Wyczyszczony laminat odtłuszczamy. Ja używam zamiennie albo acetonu, albo izopropanolu. Nie zaobserwowałem, by miało to jakiekolwiek znaczenie w całym procesie.
4. Następnie nakładam na tak przygotowaną płytkę folię światłoczułą. Jest to zielona folia zabezpieczona od środka „mleczną”, a od góry przezroczystą folią. Zrywamy tę mleczną, środkową folię, a następnie nakładamy delikatnie na płytkę. Lekko dociskam palcem, aby odprowadzić bąbelki powietrza, i następnie przepuszczam to przez laminator. Laminator ustawiony na „80”, co nie oznacza 80 stopni Celsjusza, tylko tzw. „laminowanie na chłodno”, podczas którego temperatura wynosi około 100 stopni. Płytkę z fotomaską przepuszczam 2-3 razy. Folię można znaleźć na eBay pod hasłem „negative dry film”. Należy pamiętać, że jest to folia negatywowa, a nie pozytywowa, jak inne tego typu wynalazki!
5. Drukuję kliszę w negatywie, czyli na czarno to, co ma zostać wytrawione, ścieżki nie zadrukowane. (Folia to jakiś światłoczuły polimer, który się utwardza pod wpływem promieniowania UV). Kliszę drukuję na kalce technicznej Canson 90g/m^2 i tylko na takiej.
6. Płytkę + kliszę wstawiam do naświetlarki. Moja naświetlarka to stary skaner z zamontowanymi w środku czterema świetlówkami UV 9W, które pochodzą z naświetlarki do tipsów 😉 Czas naświetlania to zawsze (!) 25 sekund.
7. Po naświetleniu zrywam folię przezroczystą z nalepionej na płytkę folii światłoczułej i odkładam płytkę w ciemne miejsce na 10 minut. Jest to konieczne, aby zaszły pewne procesy w polimerze.
8. Przygotowanie wywoływacza. Ja wywołuję w roztworze węglanu sodu (tzw. soda kalcynowana). Nic innego się nie nadaje. Należy pamiętać, że nie jest to soda kuchenna i ta z kuchni się nie nadaje. No chyba że weźmiemy patelnię i ją sobie wyprażymy. 😉 Stężenie roztworu wywoływacza to 5g na 0,5 l wody.
9. Wywoływanie. Tutaj zupełnie na oko. Wkładam płyteczkę i idę zrobić kawę. Wywoływacz jest na tyle łagodny dla naszej folii, że nie ma tragedii, jak się na chwilę o nim zapomni. Gdy folia zaczyna się robić galaretowata w miejscach nienaświetlonych, biorę mały pędzelek i delikatnie oczyszczam nim płytkę jeszcze zanurzoną w roztworze.
10. Płytkę płuczę pod bieżącą wodą i wkładam do wytrawiacza. Ja stosują wyłącznie B327, z tym że nie kupuję go w elektroniku, a od znajomego chemika z laboratorium jako nadsiarczan sodowy. Być może to placebo, jednak takie samo stężenie, teoretycznie tego samego preparatu pochodzącego z różnych źródeł, wystarcza na zupełnie inną ilość cm^2 wytrawionego laminatu. 😉
11. Po wytrawieniu płytkę przepłukuję pod bieżącą wodą i wkładam do roztworu wodorotlenku sodu (NaOH, tzw. soda kaustyczna). Mój roztwór to ok. 1 duża łyżka stołowa na pół litra wody. Stężenie nie ma tu właściwie znaczenia. Chodzi jedynie o umycie płytki, NaOH dosłownie rozpuszcza folię i dzięki takiej kąpieli mamy czyściutką płytkę bez zdzierania i babrania się rozpuszczalnikami typu aceton.
12. Po kąpieli w sodzie kaustycznej płytkę przepłukuję pod bieżącą wodą i rozpoczynam proces od nowa, tym razem z soldermaską.
13. Wygląda to m/w tak samo. Folię światłoczułą (również negatywową), tyle że tym razem specjalną do robienia soldermaski (jest ona grubsza i ma ciemniejszy kolor), nakładam na laminat po uprzednim zerwaniu mlecznej folii zabezpieczającej i laminuję 2-3 razy w temperaturze ok. 100 stopni Celsjusza.
14. Drukuję kliszę negatywową z polami, które mają być odsłonięte. Odsłonięte pola muszą być zaczernione. Klisze również drukuję na kalce technicznej Cansona 90g^m2 i tylko na takiej.
15. Płytkę z kliszą wkładam do mojej naświetlarki i naświetlam przez 25 sekund.
16. Następnie odkładam płytkę na ok. 10 min w ciemne miejsce.
17. Wywołuję w tym samym wywoływaczu, do momentu aż odsłonięte pola zaczną robić się galaretowate. Wtedy biorę mały pędzelek i oczyszczam te pola.
18. Następnie płytkę przepłukuję pod bieżącą wodą i osuszam ręcznikiem papierowym.
19. W tym momencie solder maska jest jeszcze bardzo delikatna, nieutwardzona. Należy uważać, aby jej nie zniszczyć ani nie porysować. W celu utwardzenia wkładam ją na 60 min do naświetlarki.
20. Następny krok to nawiercanie. Wszystkie dziurki robię na wiertarce ze statywem wiertłami z węglika VHM. Prędkość wrzeciona to 20 tys. obrotów na minutę oraz posuw w osi Z 150mm/min.
21. Następny krok to naniesienie napisów przy pomocy metody termotransferu. W tym celu wykorzystuję papier kredowy, również ok. 90-100g/m^2. Transferu nie wykonuję przy pomocy laminatora (to bardzo ważne!), tylko przy pomocy żelazka.
22. Gdy napisy się już „złapią”, to płytka, jeszcze lekko gorąca, wędruje do roztworu wody z proszkiem do prania. Wsypuję zawsze na oko 4-6 łyżeczki proszku na 0,5 l wody. Dzięki tej kąpieli papier sam odchodzi i nie pozostawia żadnych śladów.
23. Soldermaska jest na tyle odporna, że napisy można nanieść również na niej, np. jeśli robimy płytkę dwustronną.
24. Ostatnia czynność to cynowanie padów lutowniczych. Jeśli mam taką potrzebę, to wykonuję to przy użyciu stopu Lichtenberga.
25. Do podgrzewanej kuwetki nalewam wody destylowanej i wsypuję kwasek cytrynowy, ok. 5g na każde 100 ml wody.
26. Roztwór ogrzewam do granicy wrzenia, ok. 95-100 stopni, i utrzymuję jego temperaturę na tym poziomie. Jest to kluczowe, aby zachować dokładnie temperatury, aby nie uszkodzić warstwy opisowej i soldermaski.
27. Wrzucam mały kawałeczek (parę odłupanych kuleczek) stopu Lichtenberga do gotującego się roztworu i czekam, aż zacznie się topić.
28. Następnie wkładam płytkę i przesuwam roztopione kuleczki przy pomocy kawałka miedzi (ja wykorzystuję powyginany gruby drut) po odsłoniętych polach lutowniczych, a ewentualny nadmiar wygładzam przy pomocy silikonowej packi do robienia ciasta. 😉
29. Po rozprowadzeniu stopu po wszystkich padach płytkę wyławiam i pozostawiam do ostygnięcia. Następnie przepłukuję pod bieżącą wodą i osuszam ręcznikiem papierowym. I to jest w zasadzie ostatni krok.

Powyższa metoda jest pracochłonna i na pewno nie jest tania. Materiały + odpowiedni sprzęt – to wszystko kosztuje. Dodam jeszcze, że w przypadku płytek dwustronnych cały proces wygląda dokładnie tak samo, z tym że folię nakładam od razu z dwóch stron i laminuję obydwie strony za jednym zamachem. A płytkę nawiercam przed rozpoczęciem całego procesu przy użyciu mojej frezarki cnc. Dzięki temu nie mam problemu z złożeniem stron góra/dół tak, aby nie były przesunięte. Gdy jeszcze nie byłem w posiadaniu cnc, to radziłem sobie z tym tak, że drukowałem mozaikę ścieżek na kartce papieru, którą przylepiałem do płytki, a następnie przez tę kartę robiłem kilka nawiertów w różnych miejscach płytki. W ten sposób miałem punkty odniesienia dla górnej i dolnej warstwy.

Mam nadzieję, że ten opis komuś się przyda. 😉