1. Úvod
V praxi sa človek, ktorý sa zaoberá elektronikou  vývojár alebo konštruktér, ktorý zostavuje elektronické zariadenia podľa schém z časopisov, stretne viac-menej vždy s problematikou vyhotovenia plošných spojov (ďalej tiež len spojov alebo DPS) pre požadované elektrické zapojenie. Sú rôzne spôsoby zhotovenia spojov  napríklad ručné kreslenie, či už lievikovým pierkom alebo vodoodolným fixom až po priemyselnú veľkoobjemovú výrobu. Posledný spôsob je pekný, ale náročný na prípravu podkladov a pre dva kusy spojov veľmi drahý. Prvý je pomerne lacný, ale plošný spoj pri akejkoľvek snahe vyzerá neprofesionálne a často sa zabudne nejaký spoj nakresliť a musí sa v hotovom spoji po najdeni tejto chyby doplniť slušne zahnutým a prispájkovaným tenkým vodičom.

V následujúcom članku opíšeme výrobu plošných spojov fotocestou, vhodnú pre malé množstvá  pomocou masky na filme, jej prenose na cuprextit (cuprexkart), vyvolanie, vyleptanie a úpravy spoja po vyleptaní. V článku sa tiež budeme zaoberať zhotovením predlohy na filme. Ak používame vhodný program na návrh spojov, celý proces (od návrhu spoja po zhotovenie) je pomerne krátky, opakovateľný, prípadné chyby spoja je možné v programe na návrh spojov odstrániť a celý cyklus znova opakovať  táto vlastnosť je asi bezkonkurenčná oproti klasickému ručnému kresleniu spojov. Uvedeným spôsobom je možné dosiahnuť bežne spoj tahaný medzi plôškami integrovaného obvodu bežného DIL puzdra.

2. Príprava predlohy.
Základom úspechu pri výrobe plošného spoja je zhotovenie dobrej masky na fólii, ktorá musí byť kontrastná a spoje musia mať ostré hrany (nie rozmazané). Masku je možné zhotoviť klasicky fotocestou (pomocou fotografického aparátu a vyvolávaním ako čiernobiele fotografie)  tento spôsob je zastaralý a zdĺhavý. Ďalšia možnosť je zhotoviť masku pomocou počítača a tlačou na tlačiarni. Druhý spôsob je komfortnejší ako predošlý. Ako programové vybavenie na návrh spojov sme zvolili program EAGLE od firmy CadSoft. V minulosti sme pracovali tiež s programami ORCAD, REDAC, PCAD, SMARTWORK, FERDA  tieto programy nám nevyhovovali či už pre nekomplexnosť (dal sa kresliť iba spoj bez elektrickej schemy) alebo veľkú rozsiahlosť  ktorú obyčajný ľudový človek bežne neobsiahne. Program EAGLE umožňuje nakresliť elektrickú schému (dokonca podľa naších noriem a v metrickej sústave), previesť ju do návrhu plošných spojov, rozmiestniť na DPS súčiastky, spustiť autorouter (automatický návrh spojov) a príp. dotiahnuť spoj ručne. Samozrejme je možné využívať alebo vynechať zo spomínaného cyklu niektoré časti  je možné si nakresliť len schému, alebo navrhnúť spoj bez schémy, alebo vynechať autorouter. Program EAGLE je možné kúpiť, alebo používať bezplatne freeware verziu, ktorá oproti plnej má tieto obmedzenia: max.veľkosť spoja 100x80mm, max. 2 vrstvy, elektrická schéma môže mať len 1 výkres. Program je možné nahrať zo servera https://www.CadSoftUSA.COM/.

Spôsob zhotovenia predlohy sme zvolili nasledujúci: vytlačenie spoja v mierke 1:1 na priehľadnú fóliu na laserovej tlačiarni (používame pozitívny svetlocitlivý lak, a preto spoje musíme mať čierne). Je potrebné si zaobstarať vhodnú fóliu do tlačiarne, aby sa nám pri tlači neroztavila na zapekacom valci. Je možné ju dostať kúpiť v papiernictve ako Fólia do laserových tlačiarni  jeden kus A4 stojí cca 12,- SK. Alternatívou je vytlačenie predlohy na striekacej tlačiarni  Deskjet, ale fólia je drahšia  cca 40,- SK. Známa vlastnosť laserovej tlače  zlé krytie tonerom väčšej tlačenej plochy, sa prejaví pri spojoch hrubších cca 3 mm (výnimka je viac-menej čerstvý toner). Uvedenú vlastnosť sme eliminovali vytlačením spoja dvakrát a tieto dve fólie sme vzájomne prekryli a spojili lepiacou páskou (izolepou) na protiľahlých krajoch. Tlač sme zvolili tak, aby strany folií s vytlačenými spojmi boli pri sebe, čím eliminujeme hrúbku fólie (čiže musíme mať zrkadlovo vytlačené predlohy).
Takto zhotovená predloha má dostatočný kontrast medzi priehľadnou a čiernou plochou, v opačnom prípade môže nastať čiastočné vyleptanie spoja zhotoveného pomocou nevhodnej predlohy. Pretože fólia je pomerne drahá, ak je to možné, rozstrihneme foliu na formát A5 a je možné na takýto list vytlačiť dva spoje vedľa seba (fóliu preženieme tlačiarňou dva razy  raz normálne a raz otočenú o 180 stupňov). Pri tlači je možné, že kresby sa rozmerovo odlišujú  zrejme z dôvodu pracovnej teploty tlačiarne  odporúčame pred tlačou na fóliu, vytlačiť spoj na papier. Ak napriek tomuto rozmery nesedia  musíme vytlačiť viac predlôh a vybrať tie, ktoré sú najvhodnejšie.

3. Príprava kuprextitovej, kuprexkartovej dosky pre osvit.
Ďaľším krokom je príprava kuprextitovej, kuprexkartovej dosky (ďalej len KKD :-)) s medenou vrstvou, z ktorej chceme vyrobiť plošný spoj. Pripravíme si KKD (napr. odstrihnutím ručnými nožnicami na plech :-))), ktorá bude mať rozmery o 10 mm väčšie ako skutočný spoj  prídavok 5mm pre každú stranu (neskôr nanesená svetlocitlivá vrstva sa na krajoch pri tvrdnutí môže zmrštiť). Medenú plochu tejto KKD vyčistíme (ja používam domácu pastu TORO a trochu vody), čím zbavíme med okysličenej vrstvy. Ako svetlocitlivú vrstvu používame prípravok – spray POSITIV RESIST (niekde uvedený tiež ako POSITIV 20), ktorý je bežne dostat v zasielkových službách (treba si pozriet ceny – bývajú rozdielne). KKD pred nástrekom pretrieme na sucho handrou, ktorá nepúšťa chlpy  čím viac-menej odstránime prach z KKD. Uvedený POSITIV nastriekame na KKD (na medenú stranu 🙂 ) rovnomerne, v tenkej vrstve zo vzdialenosti cca 20 cm (nie je kritické), čím sa na medi vytvorí tmavozelená vrstva, ktorá je citlivá na UV žiarenie. Vrstvu necháme vytvrdnúť  pri teplote 20°C – 24 hodín, alebo necháme túto vrstvu zaschnúť cca 15 min. a dosušíme ju fénom na vlasy cca 15 min. Vyrobca udáva pre teplotu 70°C dobu 15 min.

4. Osvit dosky
Na osvit je potrebné použiť svetlo bohaté na UV žiarenie. Je možné použiť horské slnko, alebo len výbojku z neho (!!!pozor je ju potrebné zapojiť do serie s vhodnou tlmivkou!!!). Ja som po dlhšom čase zohnal výbojku  bol to problém.

KKD so svetlocitlivou vrstvou hore položíme na podložku, kde ju budeme nasvecovať. Na svetlocitlivú vrstvu položíme predlohu na fólii  je potrebné dať pozor, aby nebola stranovo obrátená. KKD s fóliou zaťažíme priehľadným sklom (napr. z knižnice  skrinky na knihy :-), čím dosiahneme priľahnutie fólie ku KKD. Na takto pripravenú sústavu postavíme UV výbojku vo vzdialenosti cca 30 cm a zapneme ju. Osvit má trvať podľa výrobcu POSITIV laku 3-8 min. Mne sa osvedčilo 6 až 7 min (ak je dobre spravená predloha, t.z. že spoje sú sýto čierne, táto doba nie je kritická, pri pokusoch doba musela byť min. 3 min  bude závisieť zrejme aj od výkonu výbojky). Je potrebné si uvedomiť škodlivosť UV žiarenia, a preto je potrebné zaistiť, aby sa počas osvitu nikdo nezdržiaval v dosahu svetla žiarivky!!! Po skončeni nasvietenia vypneme žiarivku  pozor je horúca. V prípade, že chceme nasvietiť ďalší spoj, musíme počkať, až sa žiarivka trochu ochladí  v opačnom prípade nemusí nabehnúť a nebude svietiť. Po nasvietení vyberieme KKD a vyvoláme ho.

5. Vyvolanie nasvietenej dosky, vyleptanie
V úvode tejto časti chceme hlavne upozorniť, že sa bude manipulovať so žieravinou (NaOH  hydroxid sodný), ktorá pri kontakte s pokožkou ju likviduje až do krvi (vlastná skúsenosť ). Preto je potrebné byť pri manipulácii s vývojkou príslušne opatrný a pri akomkoľvek styku s ňou (a podozrení) postihnuté miesto vymyť prúdom vody. Preštudujte si obal tejto chemikálie – postupy pri jej zasiahnutí!!!

Na vyvolanie nasvietenej dosky ja možné použiť k tomu určenú vývojku Atznatron (dostať ju možno tiež v zásielkových službách v 10g balení pre 1 liter). Uvedená vývojka je vlastne NaOH  hydroxid sodný, ktorý je možné bežne kúpiť v predajňach farby-laky v 1kg balení za cca 90 SK, čo je omnoho lacnejšie ako Atznatron (cca 35,- Sk / 10g). Doporučenie: pri kúpe plechovice sa jej nechytajte, nechajte si ju zabaliť do tašky alebo papiera predavačom.

V prípade, že použijete balenie NaOH v plechovici, je potrebné mať na odváženie potrebného množstva  7 az 10 g pre 1 liter vody, váhy. Je možné použiť váhu malých hmotností, zakúpenú v kuchynských potrebách. Kryštáliky NaOH kladieme na váhu, na pripravený papier a naberáme ho tiež papierom. Po zvážení potrebného množstva nasypeme opatrne kryštáliky do pripravenej 1L fľaše s uzáverom a papieriky vyhodíme do smetí. Kryštálikov sa nechytáme! Fľašu doplníme studenou vodou do 1L. Po rozpustení kryštálikov je možné nasvietenú dosku v tomto roztoku vyvolať. Pokiaľ je to možné, nepoužívame na chemikálie potravinové nádoby (aby nedošlo omylom k požitiu chemikálií). Doporučujeme tiež nalepiť na fľaše s chemikáliami nálepky s výstrahou POZOR JED a popisom čo tam je.

KKD vyvolávame, až kým sa nerozpustí nasvietená svetlocitlivá vrstva  bude vidno medenú plochu, zostane len obrazec s plošnými spojmi. Ak je predloha dobre urobená, nevadí, ak spoj zostane vo vývojke aj dlhšie. Približná doba vyvolávania je cca 1 až 4 min. Vyvolanú KKD umyjeme opatrne pod tečúcou vodou. Na vyvolanie sa odporúča používať čerstvo namiešanú vývojku.

6. Vyleptanie, povrchová úprava spoja
KKD po vyvolaní je možné vyleptať klasicky v chloride železitom, alebo v HCl+H2O2. Po vyleptaní svetlocitlivú vrstvu zotrieme pomocou handry, namočenej v acetóne – riedidlo C6xxx (iné  benzín, toluen, S6xxx neskúšajte, nejde to). Na záver zastrihneme spoj podľa rozmerov, prípadne zabrúsime hrany, nastriekame letovacím lakom, necháme uschnúť, vyvŕtame diery, atď, atď, atď  ale to už určite poznáte.

7. Sumár vecí potrebných na výrobu
V tejto časti zosumarizujeme potrebné predmety – chemikálie k výrobe plošných spojov fotocestou v malom:

a) Svetlocitlivá vrstva POSITIV 20 – dostať ju kúpiť v predajniach s elektrosúčiastkami, alebo v zásielkových službách s elektrosučiastkami.
b) Vývojka  dostať ju kupiť v spomínaných predajniach ako ATZNATRON, alebo je možné použiť NaOH  hydroxid sodný v predajniach farby-laky. Pozor je to žieravina!!!
c) Kuprextitová, kuprexkartová doska  doska na ktorej budú zhotovené plošné spoje.
d) Výbojka bohatá na UV žiarenie  je možné použiť horské slnko, alebo výbojku k tomu určenú.
e) Fólia  druh podľa tlačiarne na ktorej budeme tlačiť predlohu so spojmi  pre laserové, alebo deskjet tlačiarne. Druhý typ je drahší. Fólie dostať kupiť v papiernictve.
f) Chemikálie pre vyleptanie medi  výber podľa toho kto ako je zvyknutý  chlorid železity, alebo HCl+H2O2..
g) Acetón  čiže riedidlo C6000, pre odstránenie svetlocitlivej vrstvy po vyleptaní spoja.
h) Letovací lak  pre povrchovú úpravu vyleptaného plošného spoja.
i) Počítač s tlačiarňou  plus program na návrh plošných spojov.
j) Ostatné  sem patria predmety, ktoré sme vyššie nespomenuli napr.: nádoby na chemikálie, voda (najlepšie tečúca), náradie na opracovanie spojov, handry atď.

8. Záver
V článku som popísal výrobu plošných spojov fotocestou v malých množstvách v tzv. domácich podmienkach, kedy nemáme k tomu vyhradené priestory, zariadenia. Snažil som sa klásť dôraz na bezpečnosť pri praci  ja tieto spoje robím doma v kuchyni, nie je to ideálne, ale dá sa to  rodina má naštastie pochopenie pre moje hobby. Možno niektoré spôsoby, ktoré som opísal, sa budú zdať smiešne, …ale nie som chemik a robiť plošné spoje chcem…

• O autorovi
• Najnovšie príspevky

zawin

Administrátor webu SVETELEKTRO.COM. Pracujem vo firme GOSPACE TECH ako HW a SW inžinier v oblasti IoT - www.fleximodo.com

Najnovšie články od zawin (zobraziť všetky)

• Novinky na webe SVETELEKTRO - 12. decembra 2020
• TEPLOMĚR DO UDÍRNY - 21. júla 2020
• Výsledky súťaže o najlepší výrobok–4. kolo - 23. decembra 2019