Maak een juiste PCB-belichtingseenheid uit een goedkope UV-nageluithardingslamp - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Wat hebben PCB-productie en nepnagels met elkaar gemeen? Ze maken allebei gebruik van UV-lichtbronnen met een hoge intensiteit en het toeval wil dat die lichtbronnen precies dezelfde golflengte hebben. Alleen die voor PCB-productie zijn meestal vrij duur en die voor nepnagels zijn wat scherper geprijsd.

Deze instructable gaat over het gebruik van een dergelijk apparaat om een goedkope lichtbron te bouwen, geschikt voor het blootstellen van de verschillende UV-gevoelige materialen die worden aangetroffen bij de productie van printplaten, zoals droge filmfotoresist en UV-uithardend soldeermasker.

Deze build is niet alleen erg goedkoop (ongeveer $ 20 voor alle benodigde materialen), maar lost ook een paar problemen op die ik op andere apparaten op de intertubes heb gezien:

• Collimatie: om eenvoudigweg een bord met vrij grove kenmerken bloot te leggen, zou u dit allemaal niet hoeven te doen. Je zou de nageldroger gewoon kunnen gebruiken zoals hij is en het een dag noemen. Maar om kleine objecten (tot 5mil, volgens deze site) te kunnen belichten, moet je ervoor zorgen dat al je UV-stralen uit dezelfde richting komen, die precies loodrecht staat op het bord dat je belicht.
• Uniformiteit van verlichting over het hele belichtingsvlak. Stel je voor dat je een heel groot bord wilt laten zien, b.v. A4 of letter formaat. Je wilt dezelfde hoeveelheid energie over het hele bord, zonder hete of donkere plekken. Hiervoor moet de energiebron een bepaalde afstand tot het belichtingsvlak hebben en heb je ofwel een zeer dicht opeengepakte reeks UV-bronnen nodig (zoals UV-LED's, die nogal prijzig kunnen zijn), of een effectief reflectorontwerp voor de UV-bronnen je hebt bij de hand, dat is wat ik bedacht.
• Belichtingstijd: ik heb geen idee hoe snel deze bron is met vooraf gevoelig gemaakt positief met koper bekleed materiaal, omdat ik dat spul nog nooit heb gebruikt, maar met droge filmfotoresist voelt het heel snel aan. Net als minder dan twee minuten snel. Het punt is dat ik niet echt gekwalificeerd ben om de resultaten goed te interpreteren, dus ik moet hier nog een paar meningen over verzamelen.

Dus hoewel de kosten zeer laag zijn, kunt u met deze build resultaten behalen die overeenkomen met, of (in sommige gevallen) zelfs overtreffen die van apparaten die tot 10 keer duurder zijn.

Stap 1: Benodigd gereedschap

• Sterke schaar
• Een soort zaag of (bij voorkeur) CNC-frees om de reflectorsjablonen uit te snijden
• Hete draad schuimsnijder (heel gemakkelijk te maken!)
• Heet lijmpistool
• Oude schroevendraaier (elke soort is voldoende)
• Soldeerbout, draadknipper
• Warme lucht bron. Een aansteker is voldoende, maar een hetelucht-reworkstation is leuker:)

Stap 2: Materialen

• UV-nageluithardingslamp zoals deze
• 300x220x100mm stuk XPS of soortgelijk foamboard (als je het spul van 100mm niet kunt krijgen, kun je dunnere bouillon gebruiken, zorg er gewoon voor dat het minimaal ~60mm is)
• loodgieters aluminium tape
• draad
• krimpkous
• kabelbinders
• soldeer
• duct tape
• hete lijmsticks
• twee stukken multiplex, dik karton, PCB-materiaal of iets dergelijks, minimaal 110x60 mm groot

Stap 3: Downloaden

Hier zijn de bestanden om de reflectorsjablonen en de verbeterde illustraties van het kalibratiebord te maken.

Voor de reflectorsjabloon zijn er twee g-code-bestanden, één voor frezen en één voor lasersnijden. Er is ook een SVG. Het bordkunstwerk wordt geleverd als een adelaar-bestand en als een omgekeerd PS-bestand.

Stap 4: Scheur de UV-nageluithardingslamp uit elkaar

Eerst moet je de verlichtingsarmaturen en de PCB van de nageluithardingslamp halen. Draai alle schroeven los, haal alle stekkers eruit en soldeer de draden voor de armaturen los, want deze moeten toch allemaal langwerpig zijn.

Snijd vervolgens de armaturen uit de behuizing. Zorg ervoor dat u dit niet doet terwijl de lampen zijn geïnstalleerd, anders kunnen ze breken! Je hoeft niet super schoon te werken, zorg er wel voor dat je al het overtollige materiaal afsnijdt aan de kant waar de lamp naar binnen gaat, aangezien deze aan de reflector wordt gelijmd en dus vlak moet zijn.

Stap 5: Bereken de reflector en maak een sjabloon

Als dit niet jouw ding is, kun je deze stap overslaan, want ik heb het voor je gedaan.:)

Voor degenen die het willen weten, hier komt:

Een parabolische reflector is een mooie manier om parallelle stralen in één punt te bundelen, maar het werkt ook andersom.

Zoals je misschien al hebt gemerkt, zijn de UV-buizen in de nagellakdroger niet je gewone ronde TL-buizen met één contact aan elk uiteinde, zoals ze worden gebruikt in de meeste commerciële hobbyisten.

Onze reflector heeft dus ook geen gewone paraboolvorm, maar twee overlappende.

Hier zijn de metingen van de buizen:

Buisdiameter = 11 mm

Buis offset vanaf het midden = 7,5 mm

Totale reflectorbreedte = 110 mm (helft van het belichtingsvlak)

Gewenst brandpunt = 12 mm (laat ongeveer 6 mm over tussen buitenste buiswand en reflectorwand. Zou voldoende moeten zijn, omdat de buizen niet erg heet worden)

Voor een regelmatige, enkele parabool die zich vertaalt naar deze waarden:

Paraboolbreedte = 95 mm

Parabool focus = 12 mm

De vergelijking voor een parabool (inclusief de focus) gaat als volgt:

y = x^2 / 4f waarbij x de halve breedte of diameter is, f de brandpuntsafstand en y de hoogte die we willen weten.

Met onze waarden aangesloten, ziet de vergelijking er als volgt uit:

y = 47,5^2 / 4*12 = 2256,25 / 48 = 47

Dus onze y bij x=47,5 is 47. Nu hoeven we alleen maar twee van deze parabolen te plotten en ze 15 mm uit elkaar te laten overlappen. Er zijn verschillende manieren om dit te doen. Ik heb freeCAD gebruikt, wat waarschijnlijk niet de beste manier is om het te doen, dus ik zal er niet op ingaan.

Als je eenmaal een grafische weergave van je reflectorvorm hebt, hoef je alleen nog maar een manier te vinden om deze over te brengen naar een fysiek object, wat kan worden gedaan door middel van een lasersnijder, een CNC-frees of de ouderwetse manier met een figuurzaag en veel gevloek. Houd er rekening mee dat uw sjabloonmateriaal bestand moet zijn tegen de hitte van de hetedraadsnijder.

Stap 6: Knip de reflector

Voordat u in uw enige stuk schuimvoorraad snijdt, is het een goed idee om een beetje te oefenen. Voordat u de eigenlijke reflectorvorm snijdt, moet u ook alle andere uitsparingen in uw schuimblok snijden (voor montage en om de voedingskaart voor de UV-lampen op te nemen). U kunt montagegaten maken door een oude schroevendraaier met een aansteker of een heteluchtpistool te verhitten en in het schuim te prikken.

Plak de sjablonen op de foamboard, zodat ze precies tegenover elkaar liggen. Je kunt hiervoor hete lijm gebruiken, maar zorg ervoor dat je niet te veel gebruikt, zodat je ze eraf kunt halen zonder het schuim later te vernietigen. Knip vervolgens het schuim onder de sjablonen uit met een hete draadknipper. Houd er rekening mee dat de snijlengte van uw hete draad minimaal de gehele breedte van de reflector moet zijn, d.w.z. 300 mm.

Als de ene helft van de reflector klaar is, verwijder dan voorzichtig de sjablonen en plak ze op de andere helft. Knip het schuim uit, verwijder de sjablonen en je bent klaar met deze stap.

Een paar woorden over het maken en gebruiken van een draadknipper:

Ik heb een heel eenvoudige gemaakt van een paar stukjes sloophout, wat draad en een E-snaar van een elektrische gitaar (.009 gauge, als ik me goed herinner). Het lastige is om een geschikte voeding te vinden. Als je geen voeding voor een labbank hebt, zul je moeten experimenteren met welke voedingsbron je de juiste temperatuur krijgt. Mensen op internet lijken succesvol te zijn geweest met verschillende soorten muurwratten of batterijen. De beste manier die ik heb gezien, is om een LiPo-batterij te gebruiken met een geborstelde snelheidsregelaar en een servotester. Gebruik geen LiPo-batterijen zonder snelheidsregelaar, tenzij u absoluut weet wat u doet, ze kunnen op u ontploffen!

Hier is een zeer goede video die het hele ding in detail uitlegt.

Stap 7: Maak de reflector reflecterend

Hoewel UV-straling deel uitmaakt van het zichtbare licht dat overal om ons heen is, zijn de eigenschappen ervan heel anders dan die van zichtbaar licht. Een spiegel die werkt voor zichtbaar licht, werkt mogelijk helemaal niet voor UV. Van aluminium is echter bekend dat het sterk reflecterend is in het UV-spectrum. Daarom zullen we dit gebruiken om de reflector te bedekken.

Ik heb aluminium loodgieterstape gebruikt, die gemakkelijk te gebruiken is en werkt zoals geadverteerd (d.w.z. het reflecteert UV-straling), maar kost een beetje (tot $ 10 per rol). Als je een krap budget hebt, kom je misschien weg met keukenaluminiumfolie, maar ik zou het afraden, simpelweg omdat ik me kan voorstellen dat het een enorme pijn in de kont is om te proberen de gekreukte dingen neer te leggen. Bovendien is de loodgieterstape zelfklevend, wat je de hoofdpijn bespaart om een soort lijm te vinden die het schuim waarvan de reflector is gemaakt niet doet smelten.

Stap 8: Monteer de armaturen

Nu kun je eindelijk de lampen in de armaturen installeren. Dat klopt, je installeert de lampen voordat je de armaturen op de reflector lijmt. Dit komt omdat het een stuk eenvoudiger is om de lampen zo af te stellen dat ze in het brandpunt van de reflector staan, dan zonder dat de lampen zijn geïnstalleerd.

Nu is dit onderdeel belangrijk:

Het brandpunt van de reflector bevindt zich precies 12 mm boven het diepste punt van de reflector, dus het midden van je UV-buizen moet zo dicht mogelijk bij dat brandpunt liggen. Merk ook op dat de reflector niet echt één parabool is, maar twee overlappende, in plaats daarvan, aangezien uw UV-lampen twee parallelle buizen hebben.

Stap 9: Bedrading

Met alle lampen op hun plaats kun je alles aansluiten en de voeding monteren in de uitsparing die je eerder hebt gesneden. Verleng de draden voor de lamparmaturen en zorg ervoor dat u alle punten met netspanning of hoogspanning goed isoleert.

Start het op voor een test en als alles werkt, gaat u verder met de laatste stap.

Stap 10: Montage en kalibratie

Om de collimerende en homogeniserende effecten van de reflectoren goed te laten werken, heeft u een afstand van ongeveer 40 cm nodig tussen de rand van uw reflector en uw belichtingsvlak. Ik vond het het gemakkelijkst om de belichter onder een plank te monteren en mijn belichtingsvlak op een andere plank eronder te plaatsen.

Om je printplaat en artwork op hun plaats te houden, kun je een glasplaat gebruiken (beter twee aan elkaar geklemd) of een vacuümtafel/zak (veruit de beste oplossing). Ik heb een zeer ruwe (maar werkende) vacuümzak gemaakt van een middelgrote diepvrieszak, een stuk plastic slang en een beetje hete lijm. Plak het kunstwerk op je bord, stop het in de zak, sluit het aan op een soort vacuüm (er zijn goedkope aquariumpompen die kunnen worden aangepast, een grote (>=50 ml) spuit zal ook werken, of, als al het andere faalt, steek de slang in je mond en zuig erop:))

EDIT: Ik ontdekte dat een spuit van 60 ml en een klem van de bouwmarkt de ideale vacuümpomp waren. Zie de foto!

Voordat u uw belichter kunt gebruiken, moet u deze echter kalibreren, zodat u weet hoe lang u moet belichten. Ik ken twee manieren om dit te doen en er kan er maar één worden gedaan zonder extra dingen te hoeven kopen, dus dit is degene die ik hier zal bespreken.

Ik heb een kleine (echt, kleine!) bordlay-out gemaakt die een tabel is met een "teller" in de ene kolom en sporen van afnemende breedte in de andere. Nadat je de belichter ongeveer 10 minuten hebt opgewarmd (je moet dit elke keer doen als je een bord wilt belichten, voor consistente resultaten), begin je het bord te belichten met alles behalve de "10 minuten"-rij bedekt met iets ondoorzichtigs (bijv. een plastic cadeaubon, zorg er wel voor dat deze echt ondoorzichtig is!). Na een minuut trek je een beetje aan de kaart om de "9 minuten"-rij bloot te leggen, enzovoort. Laat de plank na het belichten een paar minuten (5-30) op een donkere koude plek staan en ontwikkel hem zoals gewoonlijk. Zelfs zonder het bord te etsen, zou je een schatting moeten hebben van hoe lang je je borden moet blootleggen voor het best mogelijke resultaat. Hier is een foto van hoe een goed belicht en ontwikkeld spoor eruit zou moeten zien.

De andere manier om dit te doen is om een Stouffer Scale te gebruiken zoals hier beschreven.

Stap 11: Conclusie en dankbetuigingen

Hoewel in de fabriek gemaakte PCB's gemakkelijker toegankelijk zijn dan ooit, zijn er nog steeds een paar niches waar doe-het-zelf een haalbaar alternatief is. Stel je voor dat je een board nodig hebt dat nu gemaakt is, of slechts één, maar een grote, of de vele iteraties die een board kan doorlopen terwijl het in ontwikkeling is. In dergelijke gevallen kan het een beetje duur worden om 10 boards te laten maken elke keer dat je er een nodig hebt, om nog maar te zwijgen van het feit dat je +4 weken moet wachten voordat ze bij je aan de deur aankomen.

Ook zijn er talloze mogelijkheden om thuis PCB's te maken, inclusief isolatieroutering en toneroverdracht, maar de traditionele methode (fotochemische bewerking) levert verreweg de beste resultaten op.

De belichter in deze instructable is sterk gebaseerd op de hier beschreven UV-bron, maar hun ontwerp is nog steeds tien keer duurder om te bouwen dan dit. Een ding dat hun ontwerp heeft, maar dat ik nog niet heb toegevoegd, is het collimatieraster, voornamelijk omdat de lasersnijder bij onze lokale makerspace wekenlang kapot was, dus ik kon er geen maken. Misschien voeg ik er later een toe en rapporteer ik over de resultaten, maar voor nu ben ik erg blij met de resultaten van deze super goedkope build.

Een andere grote inspiratiebron waren de verschillende video's en instructies van de briljante David Windestål op rcexplorer.se. Deze man heeft echt gekke vaardigheden!

Als je opmerkingen, correcties of wat dan ook hebt, reageer dan. Als je geïnteresseerd bent in mijn andere projecten, kun je mijn blog bekijken.

Stap 12: Meer kalibratie en real-world resultaten

Het eerste ontwerp van het kalibratiebord dat ik maakte, was een snelle en vuile lay-out die ik maakte zonder er al te veel over na te denken. Maar ik wilde weten waar mijn nieuwe belichter echt toe in staat was, dus maakte ik een verbeterde, deze keer met vier groepen verticale sporen, 7, 6, 5 en 4 mil met bijbehorende spaties. Merk op dat de geadverteerde 5/5mil-resolutie afkomstig was van het oorspronkelijke denk- en knutselontwerp, dat een collimatieraster heeft. Zoals de foto's laten zien, lijkt dit raster niet nodig om 5/5mil te bereiken.

BEWERKING:

Ik maakte nog een ander kalibratiebordontwerp, dat ik op film had laten zien, om voor eens en voor altijd te weten wat wat is. Nou, ik weet het. Zelfs met echt fotografisch artwork is 5/5 mil het beste dat praktisch haalbaar is. 4/4mil werkt wel, maar op dat niveau is elk vuiltje van belang, en mijn thuislab is gewoon niet schoon genoeg. Het is niet zo dat ik meestal toch iets gebruik dat kleiner is dan 10 mil (behalve voor bepaalde voetafdrukken natuurlijk), zelfs als ik mijn boards in een fabriek laat maken.

Dus, ben ik blij met hoe dit is afgelopen? Reken maar dat ik dat ben! Een belichtingseenheid voor minder dan 30 euro die in staat is tot 5/5mil-functies (en in theorie zelfs meer), het enige nadeel is dat het niet zo gestroomlijnd is als die mooie nieuwe LED-boxen die iedereen nu aan het bouwen is. Maar ongetwijfeld een stuk goedkoper!