Killer-printplaten: 12 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Dit instructable demonstreert het proces voor het maken van printplaten met functies zo klein als 0,005 geschikt voor LQFP of QFN IC's met behulp van negatieve droge film fotoresist. Dit stelt u in staat om zowat elk soort geïntegreerd circuit aan te kunnen - zelfs een balrasterarray! Afgebeeld zijn boards met een TSSOP-14, QFN-40-pakket met een pitch van 0,65 mm en flex-sockets zonder inbrengkracht met een pitch van 0,5 mm.

Stap 1: Achtergrond

Na een tijdje te hebben geëxperimenteerd met PCB-fabricage voor thuis, heb ik eindelijk een proces uitgewerkt dat redelijk consistente resultaten oplevert die er eigenlijk best goed uitzien. Ik heb veel tijd besteed aan het proberen om de toneroverdrachtsmethode te gebruiken met wisselend succes (oké, verschillende gradaties van mislukking zijn misschien nauwkeuriger). Ik heb ook Philmore/Datak-negatieve fotoresistspray geprobeerd met consequent afschuwelijke resultaten (het spul smolt uiteindelijk de sproeikop die erbij hoorde en lekte overal). Niet groen en niet aanbevolen. Nu had ik gesensibiliseerde platen kunnen kopen en veel moeite kunnen besparen, maar ik vind het materiaal te duur voor het aantal platen dat ik produceer. Ik heb uiteindelijk droge filmfoto-resist geprobeerd en ik zal niet teruggaan! Ik ga niet in op de fijne kneepjes van schematisch vastleggen of etsen, aangezien die onderwerpen goed worden behandeld door andere instructables. Er worden geen vluchtige verbindingen gebruikt - alleen eenvoudige basen die milieuvriendelijk kunnen worden gemaakt door vaste stoffen te filteren en te neutraliseren met HCl (zie de instructies van de fabrikant voor de juiste verwijderingsprocedures). Dit proces, in combinatie met een peroxide/koperchloride-etsproces, vormt een milieuvriendelijk, groen PCB-ontwikkelingsproces. Als u de toneroverdrachtsmethode nog niet hebt geprobeerd, doe dat dan. Tenzij je gezegend bent met magische toner en/of papier, zal de droge film resist-methode betere resultaten opleveren, maar het proces is iets ingewikkelder. Als u tevreden bent met de toneroverdrachtsresultaten, blijf dan zeker bij die methode. Uiteraard zijn de standaardwaarschuwingen van toepassing: bij het etsen van PCB's en het verwerken van droge films zijn bijtende materialen betrokken - gebruik beschermende uitrusting en zorg dat u een oogspoelstation bij de hand hebt (of op zijn minst een emmer water). Houd er ook rekening mee dat het ontwikkelen en strippen van droge film sterke basen met zich meebrengt - houd ze ver weg van uw etschemicaliën, anders kunnen ze heftig reageren. Tot nu toe heb ik drie soorten droge filmresist gebruikt, die allemaal goed presteerden: MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Ongeveer $ 20,00 voor 12" bij 5 voet bij Frys, Altex en online. MG weigerde grotere hoeveelheden aan te geven en zal de fabrikant van hun film niet onthullen.--Dupont Riston M115 verkrijgbaar bij Think & Tinker Excellent resist, veel zuiniger dan MG als u grotere hoeveelheden wilt (12"x50ft voor $96,75, 12"x100ft voor $116,26). Uitstekende outfit, zeer behulpzame, vriendelijke mensen en veel geweldige info. Geweldige site!--Kolon Dry Film Resist Koreaanse fabrikant verkoopt voor iets minder dan Think & Tinker's Riston, maar met een minimum van 500 ft gevallen. Wat je nodig hebt- Laserprinter- Thuis/kantoor Laminator- Laserprinter transparanten- Spuitlijm- Negatieve droge film fotoresist- Resist ontwikkelaar (natriumcarbonaat) - Weersta stripper (sodi um hydroxide)- Glasplaten- Doorzichtige tape- Geel insectenlicht- Lichtveilig gebied Optioneel- Vacuümzak of vacuümframe- Gecollimeerde UV-blootstellingsbron- Roterende papiersnijder- 21-staps Stouffer Gevoeligheidsgids voor kalibratie

Stap 2: Maak een kunstwerk

Ik neem aan dat je je schema hebt vastgelegd en je PCB hebt ingedeeld in iets als Eagle - als je niet weet waar ik het over heb, kun je beter beginnen met het leren van schematisch vastleggen en PCB-lay-out. Zodra je de printplaat hebt opgemaakt, moet je negatieve fotomaskers maken. Een negatief fotomasker is een transparant dat helder is waar je koper wilt hebben en zwart waar je koper wilt verwijderen. Een tip: als je er een gewoonte van maakt om je PCB-lagen te vullen met grond- of stroomvlakken, bespaar je veel toner. Merk ook op dat u uw PCB-lay-out in Eagle kunt betegelen met behulp van het groepskopie-commando als er geen bijbehorend schemabestand is (anders zal het klagen dat u dit in het schema moet doen"). Ik vond het proces van het omkeren van de kleuren in je output was verrassend moeilijk, maar uiteindelijk koos ik voor deze vrij eenvoudige benadering met behulp van de open source vectortekensoftware Inkscape: 1. Zorg ervoor dat je alleen de lagen hebt geselecteerd die nodig zijn voor het etsen (bijv. Top/Bottom, Pads, Vias). 2. Gebruik de afdrukfunctie van Eagle om uit te voeren naar een PDF-bestand. Ook al drukken we op transparanten, u wilt toch de bovenste laag spiegelen om de bedrukte zijde het dichtst bij het bord te plaatsen en bloeden te voorkomen. 3. Als je hebt Inkscape nog niet geïnstalleerd, download het en installeer het nu 4. Open de PDF in Inkscape (accepteer de standaard laadparameters) 5. Open het deelvenster Lagen (Menu Laag: Lagen). 6. Klik op de knop + om een laag toe te voegen. Noem het zoals je wilt (ik heb de mijne "b" genoemd).7. Klik op de pijl omlaag om de nieuwe laag naar beneden te verplaatsen.8. Selecteer het rechthoekgereedschap in het gereedschapspaneel.9. Klik met de rechtermuisknop op het blauwe kleurstaal onder aan het scherm en selecteer Lijn instellen.10. Klik met de rechtermuisknop op het grijze kleurstaal en selecteer Vulling instellen.11. Klik en sleep om een rechthoek rond je bord te tekenen.12. Selecteer het pijlgereedschap, selecteer en sleep vervolgens elke zijde van je rechthoek naar de rand van je bord. Het display zou er ongeveer zo uit moeten zien:13. Klik met de rechtermuisknop op het zwarte staal onder aan het scherm en selecteer Opvulling instellen. Klik nogmaals met de rechtermuisknop op het zwarte staal en selecteer Lijn instellen.14. Klik op het oogpictogram in het lagenpalet om de b-laag uit te schakelen.15. Klik en sleep om uw bord te selecteren (of klik op het pictogram Alles zichtbaar selecteren op de werkbalk).16. Negeer de afbeelding (Menu Effecten:Kleur:Negatief)17. Klik nogmaals op het oogpictogram voor de b-laag. Je zou nu zoiets als dit moeten hebben: 18. Klik op Opslaan als, wijzig vervolgens het bestandstype in PDF via Cairo en voeg _out toe aan de bestandsnaam (bijv. test_out.pdf) om het origineel niet te overschrijven.19. Klik nogmaals op Opslaan-als om op te slaan als de standaard SVG-indeling.

Stap 3: Maak transparanten

Dit deel was ook een beetje een uitdaging. Het probleem is dat de meeste laserprinters niet echt donkere afdrukken maken, dus er lekt wat licht door de zwarte gebieden. Ik heb veel manieren geprobeerd om de toner selectief donkerder te maken: droog uitwisbare markeringen, stempelkusseninkt, kleurpotloden, houtskool, grafiet, verzachten/verwarmen + extra toner aanbrengen, enz. Geen van alle werkte. Dit is wat consistent werkt voor mij:

1. Begin met kleine illustraties - ik gebruik een roterende papiersnijder om transparanten in vieren (4,25 x 5,5) 2-3 vellen per keer te snijden. Kleine illustraties zijn beter omdat warmtegerelateerde vervormingen in het transparantmateriaal worden verminderd. 2. Open de PDF van de laatste stap met Adobe Reader en druk af op een laserprinter die is geladen met uw transparanten. Voor mijn printer (Brother HL-5250DN) gebruik ik de volgende instellingen: Door gebruiker gedefinieerd papierformaat (4,25 x 5,5), geen duplex, handmatige invoer, 1200 dpi, donkerste dichtheid. Grote hint hier: u kunt meerdere exemplaren van dezelfde printer in Windows hebben geïnstalleerd, dus voeg een nieuwe printer toe met de naam PCB_Laser als een duplicaat van uw bestaande laserprinter, klik vervolgens met de rechtermuisknop en wijzig de standaardinstellingen indien nodig voor het afdrukken van PCB-transparanten. 3. Print de bovenste en onderste illustraties. Houd het kunstwerk tegen het licht: Zie je licht door de zwarte vlakken sijpelen? Als je resultaten vergelijkbaar zijn met de mijne, heb je genoeg lekkage om problemen met je resist te veroorzaken. Merk op dat je echt wat grotere zwarte gebieden nodig hebt om de tonerdichtheid nauwkeurig te kunnen beoordelen. Als u gezegend bent met superdichte toner, ga dan verder met stap 8, anders kunt u een tweede exemplaar van elk van uw transparanten afdrukken. 4. Vervolgens heb je een geïmproviseerde lichttafel nodig om het kunstwerk uit te lijnen. Dit kan zo simpel zijn als een stuk papier dat op een zonovergoten raam is geplakt, of een ondiep dienblad met een lampje ter grootte van een hockeypuck, bedekt met een vel papier en een ruit. De achtergrondverlichting van een scanner is een geweldige lichttafel. Voer gewoon een scan uit in de transparantie/negatieve modus - de kans is groot dat de achtergrondverlichting na het scannen enkele minuten aan blijft, verwijder dan het deksel en draai het om. Het gebruik van een op het hoofd gemonteerde vergrootlens zal aanzienlijk helpen bij het uitlijnen van uw illustraties. 5. Vervolgens lijmen we de transparanten (2x boven, 2x onder) om de tonerdichtheid te verdubbelen. Neem hiervoor een kopie van elke transparant en breng lijmspray aan op de tonerzijde. U kunt zien welke de tonerzijde is door de weerkaatsing van licht op het oppervlak van de transparant te observeren; de toner lijkt dof aan de tonerzijde. 6. Plaats de niet-klevende transparant met de tonerzijde naar beneden op de lichttafel - u kunt de hoeken van dit vel losjes op de lichttafel plakken (vouw de tape aan het uiteinde om zodat u het gemakkelijk kunt oppellen nadien). 7. Lijn (register) de gelijmde transparanten zorgvuldig uit met de ongecoate transparanten. Eenmaal uitgelijnd, drukt u stevig om de twee vellen te hechten. 8. Haal de uitgelijnde transparanten door de laminator op de koudste stand om de lagen permanent aan elkaar te hechten. 9. Lijn de boven- en onderkant (tonerzijde naar binnen) en tape goed uit, zodat er voldoende ruimte overblijft om de printplaat ertussen te schuiven. Als alternatief, als u een rand hebt die minstens 2,5 cm rond het bord is, kunt u spuitlijm aanbrengen op een strook van 1/2 "langs twee randen door de rest van het masker te bedekken met de hoek van een stuk papier - gewoon zorg ervoor dat er niet minder dan 1/4" tussen de plakstrip en de rand van het bord zit.

Stap 4: Bereid met koper beklede

Reinig het met koper beklede materiaal zorgvuldig met een schuursponsje en een bleekmiddelhoudend schuurmiddel (bijv. Soft Scrub w/Bleach). Schuur met nat/droog schuurpapier korrel 320 of 400 om het oppervlak op te ruwen en een goede hechting te garanderen. Droog het board en zorg ervoor dat je het board niet aanraakt zonder handschoenen (om te voorkomen dat huidoliën op het board terechtkomen).

Stap 5: Laminaat

Er zijn een paar verschillende mogelijke benaderingen voor het lamineren van de PCB. MG Chemicals stelt een folder over en lamineer benadering voor. Anderen stellen voor om warmte of water (of beide) te gebruiken om het resistmateriaal voorafgaand aan het lamineren aan de PCB te hechten. Ik heb veel succes gehad met deze aanpak: 1. Maak uw werkgebied lichtveilig: schakel het insectenlampje in en schakel alle tl-lampen of gloeilampen van >40 watt uit 2. Snijd laminaatmateriaal 1/2 inch groter dan karton (dubbel de lengte als u een dubbelzijdig bord maakt) 3. Trek voorzichtig net de eerste halve inch van de binnenfilm terug (altijd aan de binnenkant van de krul) 4. Lijn het laminaat zorgvuldig uit en zorg ervoor dat het laminaat het bord volledig bedekt aan beide zijden (indien dubbelzijdig). 5. Druk de eerste halve inch blootliggend laminaat op het bord. 6. Trek de resterende binnenlaag voorzichtig een halve inch per keer naar beneden, terwijl u tegelijkertijd het blootliggende laminaat op het bord drukt. Pas op dat u geen rimpels introduceert. Ga zo nodig op dezelfde manier verder naar de achterkant. 8. Haal het bord door de laminator (zodra de laminator volledig op temperatuur is). Draai om en ga weer door de laminator.

Stap 6: Expose

Plaats de gelamineerde printplaat tussen de vooraf geregistreerde transparanten en de tape stevig op zijn plaats. Plak een Stouffer 21-staps gevoeligheidsgids over een open gedeelte van de PCB als u van plan bent uw belichtingsproces te kalibreren. Je wilt het artwork strak tegen de print drukken om te voorkomen dat er licht onder je sporen lekt. U kunt dit doen met twee glasplaten, of u kunt bij voorkeur een vacuümzak of vacuümframe gebruiken. U kunt dit geheel vervolgens ongeveer 5-8 minuten per kant in fel zonlicht plaatsen of een andere UV-bron naar keuze gebruiken. Merk op dat, ondanks de strakke pasvorm van PCB & artwork, collimatie (het parallel maken van lichtstralen) belangrijk is om fijne sporen te verkrijgen - zie hier voor instructies voor het construeren van een gecollimeerde UV-lichtbron.

Stap 7: Ontwikkelen

Volg de aanwijzingen van de fabrikant voor het bereiden van de ontwikkelaaroplossing (meestal natriumcarbonaat of kaliumcarbonaat) en het ontwikkelen van uw bord (ontwikkelverwijderaars die niet worden blootgesteld aan UV-licht).

Stap 8: Etsen

Gebruik uw favoriete etsmiddel -- zorg ervoor dat u goed nadenkt over toekomstige verwijdering en overweeg een groen proces zoals het etsproces met peroxide/koperchloride (het is ook letterlijk groen). En als je in de kern van de chemie wilt duiken, is deze pagina iets voor jou.

Stap 9: Strippen

Je hebt hiervoor natriumhydroxide (NaOH) nodig - dit is het spul dat Brad Pitt gebruikt om de hand van Edward Norton te verbranden in Fight Club. Het lost vet op en je huid bestaat grotendeels uit vet, dus wees voorzichtig. Kijk eens bij de plaatselijke chemische bevoorradingshuizen - ik had geluk: mijn buurman maakt zeep, dus ik kwam even langs en vroeg of ik een kopje loog mocht lenen!

Stap 10: Soldeermasker en zeefdruk

Breng een soldeermasker aan door de geëtste plaat te schrobben en opnieuw te lamineren met een nieuwe laag resist, verwijder vervolgens de beschermende buitenste film en breng een tweede laag resist aan om de dikte te verdubbelen. Belicht nu met stop- en zeefdruklagen en ontwikkel zoals voorheen (belichting kan iets langer duren door extra dikte van de resist). Bak in de broodrooster op 200-220 graden F gedurende ongeveer 10 minuten (zorg ervoor dat u het bord ondersteunt zodat de weerstand niet aan de broodrooster blijft kleven). Haal het bord uit de broodrooster en vul met wit krijt de zeefdruktekst in terwijl het bord nog warm is. Veeg overtollige was uit met een handdoek en gebruik een tandenstoker om overtollig was uit groeven en sporen te verwijderen.

Stap 11: Soldeerpasta Stencil

Als je zo ver bent gekomen, moet je een paar late nachten hebben gehad en grote hoeveelheden koolzuurhoudende (en cafeïnehoudende) dranken hebben gedronken. Pak dan zo'n blikje frisdrank en knip de boven- en onderkant eraf met een schaar of lichte schaar. Probeer het netjes te knippen zonder rafelige randen. Snijd vervolgens in de lengte om een strook aluminium te maken van ongeveer 8 "bij 4". Deze strip zal erg gekruld zijn, maar je kunt hem niet "ontplooien" zonder rimpels te maken. Voor de volgende stappen kun je ofwel omgaan met de krul, of je kunt het metaal uitgloeien door het in een broodroosteroven te verwarmen tot ongeveer 450 graden F en laat het dan langzaam weer afkoelen. Vervolgens moet u zowel de binnenkant als de buitenkant van het blik schuren met nat/droog schuurpapier met korrel 220 tot 320 om de verf te verwijderen (merk op dat er heldere verf aan de binnenkant van het blik zit - anders zou de frisdrank er doorheen vreten). Je kunt hiervoor een heavy-duty verfafbijtmiddel gebruiken, maar schuurpapier lijkt een beetje groener. Als je alle verf eraf hebt gehaald, schrob je goed met SoftScrub met bleekmiddel om elk spoortje olie te verwijderen. Laminaat vervolgens aan beide zijden fotoresist, net als bij de PCB. Maak je artwork met de tcream-laag zoals je eerder deed, maar maak deze keer geen negatieven - de uitvoer van Eagle is al een negatief! Zorg ervoor dat u elk twee transparanten maakt voor de voor- en achterkant (en zorg ervoor dat u de voorkant spiegelt zodat de toner recht tegen de resist aanligt). Ontwikkelen zoals eerder en etsen in verdund HCl. Ik heb de HCl verdund tot ongeveer 50% (giet zuur in water, niet andersom). Het etsen begint langzaam totdat de oxidelaag is verwijderd en versnelt dan aanzienlijk. Ets niet te snel, anders wordt het bord warm en komt de resist los. Als je de resist op zijn plaats laat, heb je een stencil van ~ 5 mil, of je kunt de resist strippen om een stencil van ~ 2 mil te krijgen - maar pas op, NaOH zal het aluminium aantasten met net iets minder vasthoudendheid dan de HCl (afhankelijk van de concentraties). Gebruik vervolgens je defecte borden (je zou er nu een paar moeten hebben) om een soldeerpasta-mal op te zetten. Breng de soldeerpasta aan met een verfkrabber of iets dergelijks, plaats je onderdelen en ga verder met het reflowen…

Stap 12: Opnieuw stromen

Vrij eenvoudige dingen hier: verhitten tot soldeerpasta smelt en vervolgens afkoelen. Zorg ervoor dat je een redelijk stevige koperen of aluminium plaat gebruikt om de warmte gelijkmatig over het bord te verdelen. Zodra al het soldeer gesmolten is, haalt u de metalen plaat van de kookplaat en plaatst u deze op een koellichaam om de temperatuur snel terug te brengen - cement garagevloeren werken geweldig - zorg er gewoon voor dat u ovenmits gebruikt (maar bak geen koekjes daarna met hen…). Mogelijk moet u enkele overbrugde verbindingen opschonen na het opnieuw plaatsen. Gebruik hiervoor gewoon soldeerlont en veel flux (ik hou van Orange Crush). Zet kracht en vuur het aan! Trouwens, ik heb per ongeluk de temperatuur op het eerste bord te hoog laten lopen en kreeg daardoor het koele kleurverloopeffect op het soldeermasker (zie de intro-foto). Ik denk dat de componenten nog steeds in de specificaties waren, maar ik had er op dat moment geen goede warmteverspreider onder, dus ik weet niet zeker of de sonde dezelfde temperatuur aangaf die het bord zag. Het bord lijkt tot nu toe echter OK…Nou, dat is het - makkelijk hè? Zorg ervoor dat u mijn aankomende website IncoherentLabs.com in de gaten houdt. Nu veel plezier en ga de wereld redden!