Výroba DPS fotocestou - Veľmi podrobný manuál

Publikované: 15.08.2010, Kategória: Návody a teória

www.svetelektro.com

Ak ste sa už zamýšlali, čo je to DPS alebo taktiež anglický ekvivalent tejto skratky PCB, ste na správnej adrese. Pojmy si nielen vysvetlíme, ale taktiež vám ukážem krok za krokom pekne fotograficky zdokumentované ako si vyrobiť vlastnú dosku plošných spojov. Rozhodol som sa napísať tento článok, lebo keď som začínal s DPSkami, mal som plnú hlavu najrôznejších otázok. Čítal som veľa návodov, veľa dobrých ale niektoré veci mi tam chýbali. Preto som sa rozhodol napísať vlastný, pričom som sa snažil mimo iného pokryť aj moje základné otázky.

Začnime teda pekne od Adama Ako som už v úvode článku naznačil, slovenská skratka DPS znamená Doska Plošných Spojov. Američania pre túto vecičku s obľubou používajú skratku PCB, čo vyjadruje Printed Circuit Board (V preklade znamená doska tlačených spojov). Dosky plošných spojov sa používajú v elektronike pre “pekné”, praktické a hlavne jednoduché prepojenie jednotlivých súčiastok obvodu. Začiatočníci sa ich často obávajú, respektíve metódy ako ich vyrobiť. Preto si často kupujú univerzálne dosky, ktoré už na sebe majú cestičky a preto musíme prispôsobiť náš návrh dispozíciam danej dosky. Naopak, ak sa rozhodneme dosku vyrobiť sami, tak sa žiadne medze našej fantází nekladú. Stačí dodržiavať pár jednodúch pravidiel.

Poďme sa teda pozrieť na to ako si DPS vyrobiť. Ešte by som chcel dať na vedomie, že tento článok v žiadnom prípade nie je reklamným, iba uvádzam linky na dané produkty, s ktorými som pracoval ja osobne.

V podstate existujú 2 metódy výroby DPS:
1. Nažehlovacia metóda
2. Metóda Fotocestou

V tomto článku sa budeme zaoberať 2. spomínanom metódou a to práve Fotocestou. Je to preto, že je podla mňa jednoduchšia, presnejšia a možno s ňou vyrobiť podla môjho názoru lepšie dosky. Len pre informáciu uvediem, že nažehlovacia metóda spočíva v nažehlení toneru na vrstvu medi, ktorá je takto chránená a neodleptá sa. Poďme ale späť k téme článku.

Najprv trošku teórie a potom sa poberieme k fotodokumentácí krok za krokom.
Ako teda funguje ? Ako už názov napovedá bude sa jednať o niečo so svetlom, presvecovaním. Na nejaký materiál – buďto pauzovací papier (pre Atramentovú Tlačiareň) alebo priesvitná fólia (Laserová Tlačiareň – POZOR !! Fólia musí byť určená pre potlač do laserovej tlačiarne, inak by sa mohla roztopiť a “upchať” resp. omotať valec tlačiarne -> z tohto stavu cesty niet a môže skončiť opravou). Len pripomeniem, že s tým mám skúsenosť, avšak mal som šťastie a po hodinovom kuchaní laserjetky sa mi podarilo dať fóliu z valca dole. Odvtedy používam len atramentovku a pauzák. Čiže budeme pracovať s pozitívnou predlohou. To znamená že si na jeden zo spomínaných materiálov vytlačíme predlohu plošného spoja. Následne predlohu presvietime na fotocitlivú vrstvu (lak nanesený na vrstve medi). Tam kde papier presvital (nebol potlačený) sa lak naruší, naopak tam kde sa svetlo nedostalo ostane vcelku. Osvietený spoj vložíme do vývojky – tá zabezpečí že narušený lak sa rospustí a “odplaví”. Takto nám ostanú zakryté len budúce cestičky. Po ponorení do leptadla sa vyleptá len lakom nepokrytá časť, takže na neosvietených miestach ostane meď. Zmyjeme zvyšný fotolak, vyvŕtame dierky, dobrúsime spoj, natrieme konzervantom a hotovo.

Tak a teraz pekne po poriadku so sľubovanou fotodokumentáciou


1, Pomocou počítača si vytvoríme obrázok budúceho plošného spoja. Ja používam program Eagle. Je dostupná aj free verzia, avšak sú tu isté obmedzenia, napríklad maximálna veľkosť dosky 100x100mm.

2, Pripravíme si materiál, na ktorý vytlačíme počítačovú predlohu. Ako som spomínal. Pre atramentové tlačiarne odporúčam pauzovací papier, avšak POZOR ! Papier nesmie byť mastný ani “ochytaný”. Tetuška v obchode totiž rada naslintaným prstom ráta papiere a potom sa stane že atrament niekde nechytí tak pozor na to. Ak je to možné, upozornite ju na to už pri kúpe nech zbytočne nemastí a neobchytkáva papier Pre laserovú tlačiareň zvolíme potlačitelnú fóliu. Aj to má svoje úskalie a to, že láka použiť obyčajnú fóliu. Dávajte si pozor, fólia musí byť určená do laserovej tlačiarne. Ona navonok vyzerá rovnako, avšak je tepelne stálejšia. Zo samotnej technológie laserovej tlače vyplýva použitie tepla, čo môže v lepšom prípade obyčajnú fóliu zdeformovať, v horšom omotať nanášací valec, dokonca aj zničiť, takže tu sa šetriť a špekulovať neoplatí. Ja som si teda nachystal môj “pauzák” / “pauzovací papier”. Ako vidíte mám ho uložený v Euroobale, aby sa mi pri manipulácí zbytočne nemastil.. Krok 2 - Príprava Papiera

3, Vytlačíme si papierovú predlohu. Len dodávam, že nakolko je médium presvitné, nepotrebujem otáčať a zrkadliť predlohu. Jednoducho vytlačíme a na plošný spoj neskôr položíme “naopak”. Ja si väčšinou na plošák napíšem nejaký text, názov zariadenia – jednak viem čo to robí ak to po pár rokoch vyhrabem zo skrine, jednak mi to pomôže aby som sa nepomýlil a nevysvietil naopak. Pri vytlačení bude text “naopak”, pri osvecovaní papier obrátime a text by mal byť čitateľný…Pozor na nastavenie. Nezabudnite zaškrtnúť BLACK (farebné atramenty sú priesvitnejšie), SOLID, taktiež ak je to možné, tlačiarni nastavíme GRAYSCALE PRINTING, kvalitu na HiGH (vtedy tlačí pomalšie a atrament sa nerozmazáva). Ja som robil 2 plošné spoje, takže tu mám 2 malé predlohy. mám ho uložený v Euroobale, aby sa mi pri manipulácí zbytočne nemastil.. Krok 3 - Vytlačené predlohy

4, Pripravíme a naznačíme si rezy na Cuprextit. Buďto použijeme dosku s už nanesenou foto-rezistívnou vrstvou alebo si kúpime špeciálny fotorezistívny sprej. Ja rád využívam prvú alternatívu. Každá ma svoje pre a proti. Jednak si doma sprej nikdy tak dobre nenanesiete ako na hotovej doske, na druhú stranu pri väčšom počte dosiek to výde lacnejšie. Ja som ale zástanca skôr kvality ako kvantity.. Ja som kúpil túto dosku. http://www.sos.sk/?str=371&artnum=46435 Všimnite si ochrannej modrej fólie. Je tam nato aby sme mohli s doskou manipulovať a neosvietili ju už pri rezaní napríklad slnkom alebo iným zdrojom svetla. Pravítkom si teda pripravíme čiary podľa ktorých budeme rezať. Vždy si spravte radšej o 0,5 – 1cm viac pre jednu stranu, vždy je lepšie obrúsiť nadbytok, ako potom zistiť že vám pílka trochu “ušla” a nezmestí sa vám tam cestička. Krok 4 - Narysovanie rozmerov

5, Dva krát meraj, raz rež. Ešte raz si skontrolujeme či sa vôjde celá predloha a ostane “nazvyš” pre prípadné opravy a manipulovanie.. Krok 5 - Dva krát meraj, raz rež

6, Pílime. Dosku si prichytíme rukou o stôl tak, aby dopredu trčal centimeter alebo dva a pílime pod uhlom, nie kolmo ! Obrázok povie všetko. Opäť platí staré známe “Trpezlivosť ruže prináša”. Neoplatí sa ponáhlať a trepať rukou ako ryba na suchu. Náhodou sa vám pílka zasekne a celá doska pukne, to predsa nechceme… Krok 6 - Pílime

Krok 7 - Odrezáné kúsky dosky

8, Ideme svietiť. Existuje viacero spôsobov ako svietiť – rôzne ortuťové, sodíkove a kadejaké výbojky. Ja som však vsadil na klasiku a na to, čo sa v rodinnom dome zväčša nájde – halogén. Keďže toto je svietidlo určené aj na svietenie, nie len pre moje potreby, je na ňom mriežka kvôli ochrane. Tá musí preč (inak by neosvietila lampa spoj dokonale). Takisto sklo. Jednak sklo pohlcuje nejaké žiarenie, jednak halogény produkujú obrovské množstvo tepla a pri natočení lampy ako uvidíte zachvíľu nemá teplo kam unikať (teplý vzduch stúpa) – takže by sa držal v reflektore. A do tretice, toto sklo použijem zachvíľu ako krycie. Už sa mi tak podarilo zničiť jednu žiarovku – vlákno sa prepálilo skrz sklo von. Takže rozoberieme kryt, odmontujeme mriežku a sklo. Tesnenie tam nechajte, je tam nalepené, načo to ničiť. Krok 8 - Príprava Halogénu

9, Nažeravenie halogénu. Ja pre istotu nechávam halogén chvílu “rozpáliť sa” aby dosiahol plného jasu. Za ten čas si prilepím predlohy plošáčikov na dosky.. V pozadí je žeraviaca sa lampa, vpredu detajl žiarovky, ktorú používam. Je to Philips s príkonom 200W, ktorá má údajne svietiť ako 300W klasická halogénka. Krok 9 - Žeravenie Žiarovky

Krok 9 - Plný Jas

Krok 9 - Pauzák presvitá, atrament nie

10, Opatrneme zlúpneme modrú fóliu (je to akoby velká izolepa), na odrezanú doštičku položíme našu predlohu a na jednej strane prichytíme lepiacou páskou (stačí obyčajná priesvitná), aby sa nám predloha pri pokladaní skla nezošuchla dole. Snáď nikomu netreba pripomínať, že pod fóliou sa nachádza fotocitlivá vrstva takže čo najmenej okolo slnka a zdrojov svetla s tým “behať”. Z mojej skúsenosti ale môžem povedať že nalepenie fólie to bohate zvláda. Ešte sa mi nestalo, aby sa mi zničila fotovrstva počas nalepovania.. Pripomínam však, že obrázok prikladáme naopak, t.j aby boli písmenká, ktoré sme si vytlačili čitatelné. Krok 10 - Odstránenie modrej fólie

11, Založenie – Ako vidíte na obrázku, celú plochu si podložíme niečim pevným a hlavne rovným – v mojom prípade to bol kúsok parkety. Položíme plošné spoje a zakryjeme krycím sklom (použil som to z halogénu). Krok 11 - Založenie

12, Osvecujeme. Toto je už časť, pri ktorej treba troška zalaborovať a porobiť pokusy. Najlepšie je ak si napríklad odrežeme 1 cm široký a 10 cm dlhý pásik dosky. Zopakujeme všetky predchádzajúce kroky a skúsime svietiť na časti prúžku rôzny čas. Ja som to robil tak, že celý spoj som nechal osvecovať 15 minút a po každých 5 minútach som zakryl o 1 dielik viac. To znamená že najkratšie osvecovaná časť sa svietila 15 minút, najdlhšie osvecovaná 60 minút. Po “vyvinutí” vo vývojke som stanovil optimálny čas podľa najlepšej viditeľnosti. Jednoducho keď som to ponoril do vývojky a vyvinul tak na jednom konci nebol lak narušený – nič nebolo vidno, na druhom konci tiež nie, lebo svetlo rozbilo aj lak pod atramentom a niekde medzi nájdete svoje optimum. Najlepšie je si to vyskúšať, záleží to od strašne veľa faktorov (Vzdialenosť reflektora od spojov, wattáž halogénky, okolné svetlo, hrúbka a čistota kricieho skla, kvalita reflektora…) – univerzálny recept neexistuje. Treba to raz vyskúšať, potom to už pôjde, ako sa dočítate ďalej. Postrehol som ale jednu veľmi zaujiimavú vec a síce. Pôvodný halogén (asi neznačkový) mal údajne 500W a osvecoval som asi 30-33 minút. Po zmene na 200W šetrný s výkonom 300 mi tiež stačilo 30 minút, takže skúsiť !! Takže 30 minút svietime. Na fotke si môžte všimnúť ventilátor. Ako som spomenul, podarilo sa mi jednu staršiu žiarovku prepáliť zvnútra jej vlastným vláknom, preto som použil jeden inak nevyužitý ventilátor z PC, síce hlučný ale účel to splní, na ochladzovanie žiarovky. Uistite sa ale, že pod vetrákom nemáte bordel, nech to nefúka prach a piliny na žiarovku. Halogény vo všeobecnosti nemajú radi mastnotu, špinu a znečistenie.. Krok 12 - Osvecujeme

Krok 12 - Osvecujeme II

13, Pripravíme si vývojku. Ja som použil vývojku http://www.sos.sk/?str=371&artnum=3845 . Je to Naoh prášok, 7 gramov, ktoré sa rozpustia v 1 litri vody. Ja ju mám naliatu vo velkej flaši a vždy si odlejem potrebné množstvo do misky. Ak nie je po vyvinutí veľmi “znečistená” zlejem ju naspäť. Krok 13 - Vývojka NaOH

14, Dosvietili sme. Vypneme halogén, už ho nebude potreba. Ja som pre istotu žiarovku ešte chvílu vypnutú chladil ventilátorom.
Ak všetko vyšlo podľa plánov, tak cestičky (predtým atramentom zakryté časti) sú žltšie od okolia. Prikladám 2 fotečky. dúfam že to je dobre vidno.
Krok 14 - vysvietená doska

Krok 14 - Vysvietená doska II

15, Vyvíjame. Aby som nemusel používať rukavice a rýpať sa v chemikáliach, vždy si doštičku takto chytím do umelohmotnej sťahovacej pásky. Dobre sa s ňou dá aj hýbať, čím pohýbeme aj s kvapalinou a vyvinutie prebehne rýchlejšie a lepšie. Vyvíjam stranou laku smerom nadol. Pred naliatím do misky treba roztok premiešať alebo pohrkať. Krok 15 - Uchytenie Doštičky

Osvietený fotolak “opadá” takmer okamžite, čo sa prejaví čiernym povlakom nad doštičkou, avšak pre istotu to tam nechávam 2 minúty ako radí návod od vývojky, pričom občas s tým potrepem a pre istotu skontrolujem, či mi náhodou už neodbíja aj cestičky. Istota je gulomet. Krok 15 - Vyvíjanie

A takto to vyzerá po vyvinutí. Na osvietených miestach neostal žiaden fotolak, vidno holú meď, neosvietené miesta sú stále pokryté lakom. Neviem ako reaguje fotolak s leptadlom, preto ak si musím nechať leptanie na ďalší deň, vždy radšej dosku schovám do krabičky, aby sa mi neosvietila. Krok 15 - Vyvinuté doštičky

Ako vidno na neosvietených miestach je stále lak, ktorý zabráni pri leptaní odleptaniu miest, ktoré nechceme odleptať. Ak náhodou došlo k tomu, že sa vám presvietila nejaká tenká cestička a vývojka ju “vyvinula”, nezúfajte, spoj znova nakreslite liehovou fixkou. http://www.sos.sk/?str=371&artnum=7882 Po vyvinutí doštičky vždy pre istotu opláchem pod tečúcou vodou. 16, Leptanie. Na leptanie používam FeCl3, chlorid železitý. Tie litrové balenia, hotové roztoky sa mi zdajú drahé, tak si kupujem radšej granule a sám si ich miešam do vody. Ja som kúpil tieto. http://www.sos.sk/?str=371&artnum=56686 . Je to 1kg, ktorý je vraj až na 4 litre vody, ale keďže smo nechcel špekulovať, do litra vody som dal asi tretinu balíčka – 333 gramov (to je len číslo, sypal som odoka). Chvíľu to trvalo kým sa rozpustilo, občas tebalo aj pomiešať. Nezabudnite však väčšiu flašu. Lebo ja ako blbec som si nepripočítal objem tých granúl a pri zlievaní do litrovej flaše mi zrazu začalo tiecť bokom Takže na to pozor. Namiešaný roztok si nalejeme do nejakej nádoby, ja mám najradšej takúto vaničku ako je na obrázku. Má veľkú plochu, takže možno leptať aj viac plošáčikov naraz. Pred nalievaním z flaše je dobré pohrkať, aby sa usadenia na spodu flaše dostala do celého objemu, vtedy lepšie leptá. Krok 16 - FeCl 3

Na manipuláciu s doštičkami som opäť použil sťahovacie umelohmotné pásky ako pri vyvíjaní a takisto leptám smerom nadol. Leptanie s mojím roztokom trvá asi 20 minút, dnes trvalo 30, lebo roztok bol už slabší, resp. vyčerpanejší. Nezabudnime plošáčikmi občasne hýbať a skontrolovať ich ako prebieha leptanie. Pozor ! Nenechajte sa nachytať ako ja pri prvom plošáčiku. Všetko okolo ciest zmizlo asi po minúte, okolie ostalo pekné červené. Po očistení bol spoj strašne flakatý a tak mi to nedalo, zmeral som 2 ľubovolné body na doske a bol som jasný. To červené bola zreagovaná meď. Celý plošák bol v skrate ! Takže pozor. Tento typ ktorý používam ja je hotový až keď je taký slabučko zelený, pri pohlade do svetla dobre presvitá. Ak by sa náhodou stalo, že vám niekde ostal kúsok fotolaku a spoj sa na tomto mieste nechce vylaptať, nezúfajte. Zoberte niečo ostrejšie – napríklad šrobovák, lámací nôž, škrabkajte dané miesto a dajte spoj ešte na chvílu leptať. Krok 16 - Leptanie

Halfway there / alebo sme napolceste. Na obrázku môžte vidieť vyleptané plošné spoje. Krok 16 - Vyleptaný plošný spoj

Krok 16 - Vyleptaný plošný spoj II

Niektoré zdroje odporúčajú doštičku po finálnom leptaní “prebehnúť” šmirgelpapierom. Neveril som tomu, avšak po dnešnej skúsenosti odporúčam, doska sa bude lepšie spájkovať. Prebehnite ho naozaj len zľahka, nie zas aby tam boli obrovské škrabance, nebodaj aby ste strhli nejakú cestičku..
17, Predsa už sme mali byť hotoví nie ? Nie. Ešte nemáme dierky, doštička je neforemná, má ostré hrany. Ja osobne spoj najprv obrúsim. Keďže máme doma stolovú brúsku, tak mi to trvá chvíľu. Najprv tie najväčšie hrany a prebytky obrúsim nahrubo, čo však “otrhá hranu” – ostané taká zúbkatá, tak ju potom ešte prebehnem jemným kotúčom. Na obrázku máme naznačené ako obrúsime, resp. pokial budeme brúsiť. Ak nemáte stolovú brúsku, nezúfajte, ide to aj pilníkom na železo, ale potrvá to dlhšie. Taktiež ako núdzové riešenie sa dá použiť karbobrúska a brúsny kotúč. Na to vás ale nechcem navádzať, nakolko je to celkom nebezpečné.
Krok 17 - Pred brúsením

Ďalší obrázok ukazuje dobrúsené spoje. Krok 17 - Po brúsení

18, Vŕtanie. Tu nie je veľmi čo písať. Snáď len, že osobne vždy prevŕtam dierku čo najmenším vrtákom (rozumej najnižší priemer), až následne hrubším, resp. finálnou hrúbkou. Pozor pri 2. vŕtaní, zvádza to vŕtať, zhora (nie strana spojov) , avšak neodporúčam to, lebo vrták akoby vytlačí, resp. odltáča meď od odštičky..
19, Po vyvŕtaní, ak sme už so spojom spokojný, očistíme ho liehom. technickým benzínom, benzín-alkoholom, čo ho odmastí a zároveň zbaví zvyškov fotolaku (ten je rozpustný v spomínaných kvapalinách). Takisto očistite aj vrchnú stranu doštičky – je totiž od zbytkov rôznych chemikálií..

Krok 19 - Očistené a odmastené DPS

20, Po očistení liehom dosku zakonzervujte. Buď použite na to určený sprej Flux, alebo jednoduchšie a často lacnejšie domáce riešenie je do benzín-alkoholu, liehu, technického benzínu “nastruhať” a rozpustiť kolofóniu a takto potrieť spoj. Zlepšuje to spájkovatelnosť a konzervuje spoj pre prípad neskoršieho spájkovanie. Tiež zabraňuje oxidácí medi so vzduchom. K home-made laku by som mal len zopár postrehov. Najprv som sa snažil spraviť čo najhustejší roztok – nebolo to dobre, naniesť sa dal, ale po zaschnutí to vyzeralo ako lak na drevo, moc hrubá vrstva. Takže menej je niekedy viac. Nanášam vždy 2 krát. Najprv horizontálne, minutku počkám a potom vertikálne. Tiež pozor na ruky. Nie, nie je to nebezpečné, ale vzniknutý roztok je po zaschnutí dosť lepkavý, pričom voda nerozpúšťa lieh, takže vám to ostane na rukách. Pri dôkladnejšom umytí rúk mydlom to nejak zíde dole. Krok 20 - Sušiaci sa lak

21, Po zapájkovaní spoja pretrite takisto roztokom ako v bode 20, pre zakonzervovanie, alebo použite špeciálny sprej na to určený – Plastik.
Dočítali ste sa až sem ? Gratulujem Vám, a prajem veľa úspechov vo výrobe ako prvého tak aj ďalších dosiek plošných spojov. Určite sa netreba toho báť. Ten návod vyzerá zložito práve kvôli jeho detajlnosti a dĺžke, ale ak si to 2 krát prečítate a zamyslíte, zistíte že je to celkom lahučké. Na záver ešte upozornenie. Hore používané kvapaliny a roztoky (FeCl3, NaOh) sú žieraviny, spôsobujú poleptanie, popálenie kože ! Preto na ne pozor. (Tak to aspoň hovorí návod, mne sa už podarilu položiť ruku do kvapky FeCl3 na stole, a nič mi to nespravilo. Tak isto je to s NaOh, ale varoval som vás ! Hotový a zaspájkovaný plošák môže vyzerať nejak takto.

Hotový Plošný Spoj

Privítam vaše nápady a návrhy na vylepšenie tohto článku. Prípadné návrhy, skúsenosti s halogénmi, leptadlami, vývojkami napíšte dole. Otázky taktiež prosím dole Ak sa vám článok páčí, dajte o ňom vedieť priatelom elektronikom