Изготовление печатной платы устройства – процесс, на который требуется довольно много времени, и сбой в этом процессе, например из-за выдохшегося травильного раствора, может сильно испортить настроение. В этой статье я хочу предложить вашему вниманию подробное описание технологии изготовления печатных плат в домашних условиях, которая, я надеюсь, будет особенно интересна тем, кто делает печатные платы от случая к случаю и хочет быть уверен в успешном исходе. Предлагаемые технологические приемы – результат собственного опыта, а также проверки и отбора решений, найденных в интернете и других источниках.

 

 

Итак, приступим…

 

 Данный технологический процесс предполагает изготовление двухсторонней печатной платы без металлизации отверстий. В его основе лежит фотоспособ с применением негативного сухого пленочного фоторезиста. Главной особенностью техпроцесса является использование минимальных количеств реактивов, что позволяет готовить необходимые растворы непосредственно перед их применением, отказавшись от необходимости их хранения и гарантируя, таким образом, повторяемость результатов.

Вместе с тем, при таком подходе требуется отвешивать небольшие количества ингредиентов, что требует наличия аптекарских весов с разрешением в десятки миллиграммов. От этих весов не требуется высокая точность, погрешность в 5-10% вполне допустима, поскольку пропорции важнее абсолютных величин. Кроме весов потребуется мерный стакан, дополнительная емкость 100-200 мл и две кюветы, в качестве которых удобно использовать полиэтиленовые лотки, в которых в некоторых магазинах продают фасованные продукты.

Объем приготавливаемых растворов должен быть таким, чтобы раствор лишь слегка покрывал находящуюся в кювете плату. Для большинства плат, обычно, достаточно 50 (пятидесяти) миллилитров раствора. Все химические операции рекомендуется выполнять в наполненной водой раковине ванной комнаты, пуская в нее плавать кювету с раствором. Меняя воду в раковине можно регулировать температуру раствора, вынутую из раствора плату можно быстро промыть в воде, кювету легко покачивать для ускорения реакции, а в случае, если что-то пойдет не так, реакцию можно быстро прекратить, заполнив кювету водой из раковины.

 

С точки зрения контрастности, наилучшим из доступных способов изготовления фотошаблона является его печать лазерным принтером на прозрачной пленке. Очень желательно дополнительно повысить контрастность распечатанного фотошаблон аккуратным нагревом его на подошве перевернутого утюга до расплавления тонера. Чтобы избежать коробления фотошаблона, перед нагревом нужно, используя тестовые кусочки пленки для печати, подобрать максимальную температуру подошвы, при которой коробление еще не наступает (примерно между одной и двумя точками регулятора утюга).
После подготовки фотошаблонов для обеих сторон платы, их необходимо совместить и склеить, нанеся клеящим карандашом одну полосу клея как можно дальше (желательно не ближе 3 см) от границы рисунка. Фотошаблоны также можно скрепить степлером (одной-двумя скобками не ближе 3 см от рисунка).

 

 

Поверхность заготовки фольгированного стеклотекстолита нужно очистить от окислов и обезжирить. Кроме традиционного способа (зачистка мелкой шкуркой с последующим обезжириванием, например, натиранием кашицей стирального порошка), можно использовать химический способ. Для этого в одной кювете нужно растворить в 50 мл воды 5 г персульфата аммония, а в другой в 50 мл воды растворить 2 г лимонной кислоты. Заготовку следует предварительно обезжирить каким-либо моющим средством и промыть водой. Затем, ее нужно поместить в первую кювету, а когда она очистится от окислов – во вторую, предварительно промыв в воде. Выдержка в первой кювете не должна быть долгой, поскольку персульфат травит медь. Раствор из первой кюветы нужно слить в дополнительную емкость, он понадобится для основного травления. Освободившуюся кювету нужно промыть водой. Заготовку из второй кюветы вынуть, промыть водой, осторожно промокнуть бумажной салфеткой и высушить. Прикасаться руками к поверхности заготовки нельзя. Раствор из второй кюветы выливать не нужно, он понадобится в дальнейшем.

 

 

Основной проблемой при нанесении фоторезиста в домашних условиях является недостаточность его адгезии к медной фольге. Эта проблема усугубляется при долгом хранении фоторезиста. Значительно улучшить адгезию можно путем нанесения фоторезиста на плату, слегка увлажненную 20% раствором этилового спирта в воде. Для этого в одноразовый шприц нужно набрать около 1 мл водки и такое же количество воды, после чего размешать содержимое встряхиванием. Перед нанесением фоторезиста, на плате нужно провести этим раствором линии по направлению продвижения, избегая образования лужиц и капель, которые необходимо стряхнуть с платы. Далее, с одного конца листа фоторезиста (размерами чуть большими, чем размеры заготовки) отгибается полиэтиленовая пленка (матовая), фоторезист, открывшимся краем, прикладывается к фольге и разглаживается пальцем или ватным тампоном. Граница касания фоторезиста к фольге должна быть заполнена небольшим количеством раствора спирта. Пленка сдвигается дальше и фоторезист разглаживается до тех пор, пока полностью не покроет сторону заготовки. Нужно тщательно следить, чтобы под фоторезистом не образовывались пузырьки воздуха или раствора спирта. Фоторезист следует нанести на обе стороны заготовки. После этого плата укладывается внутрь сложенного вдвое листа писчей бумаги и тщательно проглаживается через тонкую ткань с двух сторон утюгом, разогретым до температуры 70-90 градусов (одна точка регулятора). Вместо утюга с тканью можно использовать ламинатор. Такая процедура еще больше улучшит адгезию и устранит мелкие пузырьки, которые могли оказаться под пленкой фоторезиста во время нанесения.

 

 

На нижний край заготовки платы с фоторезистом, вне зоны будущей печатной платы, нужно нанести клеящим карандашом полоску клея, после чего заготовка укладывается между совмещенными фотошаблонами, так, чтобы она приклеилась этой полоской к нижнему фотошаблону. Сверху заготовку с фотошаблонами нужно накрыть прижимным стеклом и провести экспозицию светом ультрафиолетовой лампы сначала верхней, а затем нижней стороны.

 

 

Для получения стабильного результата, очень важно знать рабочий интервал времен экспозиции. Процедуру определения этого интервала необходимо проделывать для каждого нового типа используемого фоторезиста и желательно повторять при переходе на новую упаковку или тип принтера. Для определения рабочего интервала, нужно изготовить фотошаблон рисунка миры и нанести на стеклотекстолит фоторезист.

 

 

Мира. BMP-файл с зеркальным рисунком находится в прикрепленном архиве.

 

Необходимо также нарезать из пищевой фольги требуемое количество полосок шириной большей, чем полоса миры. Стеклотекстолит с фоторезистом и фотошаблоном размещают в установке экспонирования, накрыв полосы миры полосками фольги таким образом, чтобы каждая новая полоска последовательно перекрывала одну новую полосу миры. Последнюю полосу миры следует оставить незакрытой. Сверху все нужно накрыть прижимным стеклом и начать экспозицию, выдергивая по одной полоске фольги через фиксированный интервал времени (скажем, 1 мин.) до тех пор, пока все полоски не будут выдернуты. Выждав еще один интервал времени, экспозицию прекращают, и в результате получается образец фоторезиста с различным временем экспонирования. Далее производится проявление фоторезиста и определяется интервал времен, при котором получается наилучший результат. В качестве времени экспозиции следует выбирать середину этого интервала.

 

 

Перед проявлением рисунка печатной платы с обеих сторон заготовки необходимо снять прозрачную защитную пленку. В случае если фоторезист наносился с избытком раствора этилового спирта, это может оказаться затруднительным – пленка может приклеиться к фоторезисту. Однако, как правило, после экспозиции она остается приклеенной только к тем участкам фоторезиста, которые не подвергались воздействию ультрафиолетовых лучей. Чтобы облегчить снятие пленки, заготовку можно опустить в раковину с водой или начать проявление с частично не снятой пленкой, сняв ее через некоторое время.

Для проявления рисунка, нужно растворить в кювете в 100 мл воды 1-2 г кальцинированной (стиральной) соды (1-2% раствор) и поместить туда заготовку. Температура проявления не должна превышать 30 градусов (вода в раковине должна быть слегка прохладной). Если все нормально, рисунок печатной платы сразу станет виден. Для ускорения проявления рисунка и для того, чтобы удалить остатки фоторезиста с незасвеченных участков, плату следует протирать мягкой малярной кистью. Эта процедура, заодно, служит тестом качества адгезии и задубливания фоторезиста, позволяя вовремя обнаружить проблемы и избежать порчи заготовки.

После окончания проявления, заготовку нужно промыть от проявляющего раствора и положить в воду (например, в раковину) не давая ей высохнуть. Это действие убережет фоторезист от отслаивания из-за неравномерного высыхания. Убедившись, что плата проявилась нормально, проявляющий раствор можно слить в канализацию он больше не понадобится. Кювету нужно промыть водой.

 

 

Для травления печатной платы, нужно отвесить 5 г персульфата аммония и 5 г поваренной соли. Оба компонента нужно добавить в сохраненный на этапе подготовки стеклотекстолита раствор (5 г персульфата аммония в 50 мл воды). Таким образом получается 50 мл травящего раствора с 10 г персульфата аммония (200 г/л) и 5 г поваренной соли (100 г/л). Выливаем раствор в кювету, помещаем туда нашу плату, наливаем в раковину теплой воды (45-50 градусов), пускаем плавать туда кювету и начинаем интенсивно покачивать ее, следя, чтобы раствор равномерно омывал всю плату. Травление происходит быстро, плата протравливается примерно за 10 минут. Нужно следить, чтобы пузырьки кислорода практически нигде не образовывались. При появлении значительного пузырения, нужно уменьшить температуру раствора, например, частично сменив воду в раковине на более холодную.

 

 

После окончания травления, плату нужно промыть водой, а травящий раствор можно слить в канализацию вместе с избытком воды, чтобы предотвратить коррозию. Кювету также нужно промыть водой.

 

 

Фоторезист легко удаляется раствором средства для прочистки канализационных труб “Крот”, состоящий, в основном, из технической щелочи. Здесь точная концентрация несущественна, некоторое количество гранул средства заливается в кювете минимальным количеством воды и плата помещается в этот раствор. Через некоторое время фоторезист, частично растворившись, отойдет от меди. Плату опять нужно промыть водой и поместить в раствор лимонной кислоты, оставшийся во второй кювете после этапа подготовки. Раствор щелочи нужно слить в канализацию, а кювету тщательно вымыть.

 

 

Для проведения процедуры химического лужения нужно растворить в освободившейся кювете в 50 мл воды 0.3 г (300 мг) двухлористого олова, 2.5 г тиомочевины и 1.8 г винной кислоты. Туда же можно добавить каплю любого средства для мытья посуды. Плата, без промывки, переносится из раствора лимонной кислоты в раствор для лужения. Проводники платы через некоторое время покроются слоем олова.

Следует заметить, что полученное оловянное покрытие служит лишь для облегчения пайки и придания красивого внешнего вида плате. Оно не является защитным и поэтому, после монтажа, отладки и отмывки от флюса, плату рекомендуется покрыть слоем защитного лака.

После окончания лужения, плату нужно промыть и высушить, а растворы из обеих кювет слить в канализацию вместе с избытком воды. Далее плата сверлится и обрезается по контуру. Процесс завершен.

 

 

Исходная заготовка. Для подготовки будем использовать химический способ.

 

Подготовленная заготовка. Можно наносить фоторезист.

 

Сначала нанесем раствор спирта. Как потом оказалось, этого количества многовато.

 

С помощью утюга нанесен фоторезист МПФ-ВЩ с трехкратно просроченным сроком годности.

 

 

Плата проявлена без проблем, хотя защитная пленка отдиралась с трудом.

На фото плата в воде. Ее нельзя сушить.

 

Начат процесс травления. Пузырения практически нет.

 

Травление близко к окончанию.

 

 

Химическое лужение платы.

 

Результат.