Изготовление печатных плат при помощи паяльной маски FSR8000

Качество любого самодельного электронного устройства очень сильно зависит от того, как качественно оно было изготовлено (да уж – полезная фраза, это же и так ясно! Ну, это да…. Но мне надо же с чего-то начать? Большую роль в этом играет печатная плата (это если у вас не слишком простенькая конструкция которую можно и объемным монтажом сделать).

Чем сложнее устройство, тем сложнее рисунок печатной платы, и тем качественнее она должна быть изготовлена. Об одном из способом изготовления печатной платы своими руками речь и пойдет.

Предисловие

Существует несколько способов изготовления печатной платы в домашних условиях. На самом начале (это еще когда на электронщика в училище учился) я дорожки рисовал лаком для ногтей (получались очень зверские печатные платы), потом пробовал водоустойчивый маркер (уже лучше). Но только когда я освоил лазерно-утюжную технологию (ЛУТ) (а это относительно недавно произошло) я наконец-то смог получить то качество плат, которое радовало глаз. Ведь я изготавливаю электронные поделки чисто ради самого процесса. Ну хобби у меня такое  . А какой интерес паять что-то на страшной печатной плате? Но через пару лет меня и эта технология перестала устраивать. Хотя достоинств у ЛУТа много:

• быстрота (при наличии принтера – от распечатки до начала пайки у меня получалось добиться около 10 минут);
• простота (хотя за эту простоту придется заплатить добрым десятком неудачных дублей в самом начале использования этой технологии. Т.е. нужно «набить руку».)
• хорошая повторяемость. (у меня получалось около 90% всех попыток. Первый десяток в статистику я не включал!  ).

При помощи лазерно-утюжной технологии – можно было даже наносить надписи, чего я и делал в некоторых случаях.
Но ЛУТ давал точность не более 0.3 мм. Это практический потолок. Я пытался сделать дорожки тоньше, и у меня получалось, хотя при этом процент брака весьма сильно возрастал. В общем, я и так затянул предисловие к статье, поэтому перейдем к, собственно паяльной маске.

Что такое паяльная маска?

FSR8000 — двухкомпонентный чувствительный к ультрафиолетовому излучению состав. Имеет три состояния.
1. «Сырое состояние». После того, как два компонента были смешаны. В этом виде он может быть смыт либо ацетоном либо раствором кальцинированной соды.
2) «Отвердевшее состояние».
2а) Незасвеченная ультрафиолетом. Растворяется ацетоном и раствором кальцинированной соды.
2б) После засветки ультрафиолетом маска получает стойкость к раствору кальцинированной соды, но все еще может быть смыта ацетоном.
3) «Запечённое состояние». Получается после нагревания до 160 градусов с последующей выдержкой в течении нескольких десятков минут. Не растворяется ацетоном, обладает большой механической стойкостью.
Говоря простым языком: маска – это защитный слой, который часто можно наблюдать на печатных платах заводского изготовления. Очень часто зеленого цвета. В этой статье пойдет речь о нестандартном применении этой маски в качестве фоторезиста.
Для этого нужно воспользоваться первыми двумя состояниями, т.е. при помощи засветки и последующей проявки получить на текстолите рисунок проводников. А после травления этот рисунок смыть ацетоном.
Потом маску можно использовать по назначению, покрыв маской область всей платы, кроме контактных площадок, предназначенных для запайки деталей. Потом перевести маску в третье состояние. А теперь о том же, но детально и из фотографиями.

Список того, что нужно для технологического процесса изготовления печатных плат

1. Паяльная маска — FSR8000 (самое слабое место во всей технологии, потому что ее нужно где-то достать.
2. Термостат. Несмотря на грозное название, можно использовать обычный утюг с возможностью регулировки температуры. Еще нужен термометр (до 160 градусов), чтобы запомнить положения регулятора при 70 градусах и 160 градусах. После этого термометр по сути уже будет не нужен.
3.  Ультрафиолетовая лампа. Можно просто использовать обычную энергосберегающую лампу с холодным светом. Просто время засветки будет очень долгое. Зато безопасно.
4. Рамка с сеткой. Рамка с натянутой сеткой. Можно использовать детский бант. А можно использовать пальца для вышивания, и органзу (органза – это такая ткань. Можете поспрашивать в любом соответствующем магазине).
5. Фотошаблон с рисунком платы и размещением контактных площадок.
6. Инсулиновые шприцы. Нужны для того, чтобы точно смешать компоненты маски.
7. Зубочистки. Для размешивания компонент маски.
8. Для равномерного нанесения маски на текстолит нам нужен: резиновый ракель, кредитка, кусок пенопласта. Я использую кредитку (уже ненужную, конечно же  ).
9. Для проявки нам нужна кальцинирования сода. Ищите рядом со стиральными порошками в магазинах.
10. Ацетон. Чтобы смыть маску после травления.
11. Емкость для проявки (любая пластмассовая посуда)

Технологический процесс изготовления печатной платы в домашних условиях

Фотошаблон (фотонаборная пленка). Его можно сделать в типографии, в которой есть оборудование для фотонаборных пленок. Часто эта услуга не афишируется типографиями, так как является чисто внутренней. Но, как правило, они без проблем соглашаются вывести ваши рисунки платок на фотонаборную пленку. Формат файла, размеры рисунков нужно обязательно уточнить в конкретной типографии.
Для получения рисунка платы, шаблон должен быть инвертированный (белые дорожки на черном фоне). Для защитной маски – прямой (черные кружочки на белом фоне).

На фотографиях показан сам фотошаблон. Одна сторона кажется рельефной, другая – должна быть глянцевая и гладкая. Важно не перепутать стороны – фотослой на той стороне, где рельеф.

Деревянная рамка (из бальзы  , склеенная низковязким суперклеем!) с натянутым детским бантом.

Выпиливаем заготовку из текстолита. Даем некоторый запас по бокам.

Очищаем поверхность шкуркой. Не нужно сильно стараться, достаточно снять грязь. Маска обладает очень хорошей адгезией.

На фотографии очищенный текстолит. Металлическую стружку необходимо смыть водой.

Утюг с термометром. Не обязательно вот так всегда контролировать процесс. Сейчас я знаю положение регулятора для 60-80 градусов, и устанавливая его в это положение, уверен в том, что получаю нужную температуру. Осторожно,температура утюга должна быть не выше 100!

Набираем в маленькие шприцы компоненты маски.

Все, что нужно для работы
- компоненты маски в шприцах
- рамка
- фотошаблон
- зубочистка
- кусочек пенопласта

Выдавливаем на текстолит нужное количество реактивов.
Для такой платки это 3 мл маски (зеленый компонент) и 1 часть отвердителя (белый компонент). Т.е. пропорция должна быть 3 к 1.

Размешиваем зубочисткой. Стараемся хорошо размешать, так как от качества размешивания многое зависит.

Смешанная однородная маска

Придавливаем сеткой сверху. Вот тут, пожалуй, стоит сказать, о том, что в некоторых случаях (особенно тогда, когда маска уже с просроченным строком хранения) смешивать лучше большие порции, сразу для нескольких платок. Потом наложить на платку рамку с сеткой, и сверху на сетку уже нанести необходимое количество смешанной маски. Тогда сетка не даст плотным (загустевшим) комкам маски попасть на текстолит, тем самым испортив всю картину.

Распределяем маску по текстолиту. Смысл в том, чтобы маска осталась только в ячейках сетки. Тогда при снятии сетки – мы получим равномерно распределенную маску. Поэтому куском пенопласта как на фотографии (либо кредиткой) стараемся убрать с поверхности сетки излишки маски. Без фанатизма! Не порвите сетку 

Результат

Аккуратно снимаем сетку

Маска быстро расплывается по всей поверхности, образуя равномерный слой

Кладем платку на утюг

Накрываем платку чем нибудь, чтобы защитить от пыли. И ждем несколько минут (или десятков минут).

Тем временем сетку со следами маски кидаем в кальцинированную соду.

Важно поймать момент почти полного высыхания маски. Можно пробовать проверять маскупальцем на краю платки (там, где вы оставили допуск. Вы ж оставили допуск?!). Если при проведении пальца на поверхности не остается следов, а маска при этом слегка липнет к пальцам – это то, что нам нужно.
Платка с маской с вырезанным шаблоном.

Накладываем шаблон фотослоем к маске и хорошенько приглаживаем его к платке. НЕ ПУТАЕМ сторону! Если поверхность чуточку липкая – шаблон без проблем держится на платке. Если же поверхность уже почти сухая – не беда. Попробуйте либо смочить поверхность водой, чтобы шаблон прилип, либо чем нибудь прижмите шаблон к платке (можно скотчем примотать. Но аккуратно!) В общем – шаблон должен плотно прилегать к платке.

Кладем на засветку. Время засветки определяется экспериментальным путем. Могу сказать режимы своей засветки: 70 (можно даже 80) минут на расстоянии в 7 см, под энергосберегайкой на 22 ватта. УФ лампа даст намного меньшее время засветки, но при этом соответственно уменьшатся и допуски на время).

Готовим раствор для проявки (заранее, мы в него ведь как раз кидали рамку 

Вода комнатной температуры. Очищенная, мягкая. Дозировка – экспериментально, на фотографии дозировка для мягкой питерской воды (Как вы уже догадались, фотографии делал Термит). Для твердой воды – соды должно быть больше. Раствор должен быть слегка мылким на ощупь. Если соды будет слишком много – проявка будет быстрой, но при этом чуть недосвеченная маска «слезет» при проявки. А если соды будет слишком мало – проявка будет очень медленной. Причем нагрев раствора только помешает проявке.

После того как прошло время, необходимое для засветки – снимаем пленку, и кидаем платку в раствор

Платка в растворе.

Если все правильно, то уже через минуту вы должны увидеть легкий рисунок проводников.

Когда платка полностью проявилась, моем ее от остатков кальцинированной соды, кладем сушится на утюг.

То, что получилось

Одним из неприятных особенностей маски есть недопроявленные области. На сухой платке – их очень хорошо заметно как белесые пятна. Их не должно быть! Они не дадут раствору для травления добраться до меди. Кидаем тогда платку обратно в раствор, и легонько ваткой очищаем те области. Опять смываем, сушим, контролируем. И если все в порядке, то…

Травим платку.

В процессе травления контролируем, чтобы не было пузырьков воздуха. Часто они между дорожками находятся.

Травим, травим…

Вот то, что получилось

Смываем маску ацетоном. Можно проверить платку, прозвонить на обрывы и замыкания. Ведь мы сейчас будем наносить защитную маску, а тогда исправить обрывы, и особенно замыкания, будет очень сложно.

Повторяем весь процесс. Нанесение компонентов

Смешивание и распределение

Сушка

На этот раз сушить надо дольше. Чтобы маска вообще перестала липнуть. Ведь теперь нужно очень точно совмещать шаблон с уже готовыми дорожками, а когда шаблон прилипнет к маске – это будет очень сложно сделать.

Накладываем шаблон маски. Точность совмещение можно проверять на свет (если платка односторонняя)

Опять в засветку (да, да, опять на 70-80 минут, если у вас не УФ. Но ведь можно делать одновременно несколько платок!) Потом в проявку в тот самый раствор кальцинированной соды. Его в принципе надолго хватает. Правда менять все равно придется, потому что в зеленом растворе не видно самой платки, и того, как она делается все красивее и красивее

Мне, например, нравится наблюдать, как на зеленой поверхности постепенно проявляются блестящие медные площадки

Результат

И результат на просвет. Чуточку промахнулись мимо дорожек

Дальше сушим платку. На той же температуре (60…80). Это нужно чтобы вода не вскипела и маска не вспучилась.
После этого, поднимаем температуру до 160 градусов, и сушим платку еще около часа

А вот уже результат. Уже подрезанный, просверленный, залуженный и запаянный.

Итак, плюсы использования этого метода самостоятельного изготовления печатных плат:

• Очень и очень технологично и красиво
• Высокая точность. 0.15 мм – не проблема. Две дорожки между ножками DIP корпуса? При старании – не проблема.
• Почти 100% повторяемость (конечно же, это когда уже знаешь на каком расстоянии и сколько времени засвечивать и другие мелкие вещи, определяемые экспериментально на первых попытках изготовления платки)
• Защитная маска. Это очень хороший плюс – ведь паять при защитной маске становится очень просто – SMD компоненты просто сами ложатся на свое место.

А теперь минусы.

• Очень долго. При использовании обычных энергосберегаек – ОЧЕНЬ ДОЛГО. Но кто мешает делать платки партиями?
• Нужна фотонаборная пленка. (Можно, конечно же, использовать шаблоны с принтера. Но…, честно. Я не советую. Потому что тогда допуски на время засветки становятся очень и очень маленькими)
• Ну самое главное: маску FSR8000 сложно добыть.

Техника безопасности.

Имейте в виду — в описании FSR8000 написано много неприятного про ядовитые свойства паров маски. Как минимум — работайте с открытой форточкой. А лучше всего — под вытяжкой. Теперь насчет моих советов “коснитесь пальцем, высохло ли” — это лучше все же не делать. Попала маска на руки — быстренько смойте.
Ацетон. Тоже вреден. Растворяет жир, а значит и из подкожным жиром может что-то неприятное сделать. Лучше не допускать длительного контакта.

Хлорное железо. Лучше не вдыхать его пары. Вообще, у меня весь процесс идет на балконе, с открытым окном. Я на балкон захожу только тогда, когда мое присутствие необходимо. А после окончания — хорошо его проветриваю.

Выводы

Изготовить своими руками печатную плату почти заводского качества в домашних условиях — возможно, и даже не очень сложно! Еще бы освоить качественно изготовление переходных отверстий…

Источник: http://luckytech.ru/   Автор:Mechanic