Skip to main content

Путь от схемы до устройства. Часть 5: фоторезист

Сегодня я хочу рассказать еще об одном материале для изготовления печатных плат - фоторезисте. Тему "священных войн" ЛУТ - фоторезист затрагивать не будем, этого "добра" в интернетах и так хватает, просто и беспристрастно рассмотрим очередной инструмент для нашей задачи.

А задача у нас, в общем-то, с прошлого раза совсем не изменилась: нам необходимо защитить медь текстолита от травильного раствора там, где должны остаться дорожки, и оставить ее открытой там, где она должна быть быть вытравлена.

Так что же такое фоторезист, и как он нам может помочь? Фоторезист - это светочувствительный полимерный материал, предназначенный для получения окон по шаблону, для доступа травящего раствора к обрабатываемой поверхности.

В нашем случае на поверхность меди наносится светочувствительный материал, который в дальнейшем экспонируется через фотошаблон, УФ-лампами с определенной длиной волны. В зависимости от типа фоторезиста засвеченные участки либо полимеризуются и становятся нерастворимыми (негативный фоторезист), либо наоборот растворяются (фоторезист позитивный).

По способу нанесения встречается фоторезист пленочный (гораздо чаще негативный) и аэрозольный (позитивный). По моему скромному мнению, с пленочным фоторезистом работать гораздо проще. Впрочем, имеется в продаже и текстолит с уже нанесенным фоторезистом, но цена у него гораздо выше, а нанести его самостоятельно совсем не проблема.

Изготовление платы можно разделить на следующие этапы:

Печать фотошаблона. Вообще в деле изготовления плат каждый этап важен, но в данном случае фотошаблон - основа всей платы. В идеале, непрозрачные детали фотошаблона должны совсем не пропускать свет, а прозрачные, соответственно, наоборот. На деле же полной непрозрачности в домашних условиях достигнуть сложно. И здесь среди радиолюбителей в ход идут такие хитрости как усилители оптической плотности тонера (для лазерного принтера), при чем как заводские (Density toner, например), так и кустарные (уплотнение в парах ацетона) шаблоны, склеенные стопкой, и даже обычная бумага, пропитанная растительным маслом.

Все это конечно увлекательно, но для моего струйного принтера (Epson L100) вполне достаточно выставить самое высокое качество печати, убрать яркость и поднять контрастность. Вообще струйные принтеры больше годятся для шаблонов, в них, как минимум, не происходит усадка пленки при нагреве в печке принтера. Да и печать получается плотнее, особенно если сравнивать с современными лазерными принтерами, которые печатают полигоны в виде мелкой сетки для экономии тонера. Но это, опять же, мое личное мнение.

Шаблоны я печатаю на предназначенной для этого пленке.

У этой пленки одна сторона гладкая, а вторая шершавая. Вот она-то и предназначена для печати. Фоторезист негативный, и шаблон ему соответствует. Подробнее о печати шаблонов я расскажу отдельно.

Нанесение фоторезиста. Фотошаблон готов, пришло время нанести фоторезист на заготовку. Первое что стоит сделать - подготовить поверхность меди. Правила здесь точно такие же, как и в способе ЛУТ / ЛЛТ: чистим поверхность и руками в дальнейшем не трогаем.

Далее с запасом отрезается фоторезист.

Внимание!
При работе с фоторезистом избегайте попадания прямых солнечных лучей и длительной засветки от комнатного освещения.

Если работать быстро, то под одеяло прятаться не нужно, эта статья - тому доказательство. Но если Вы забудете рулон фоторезиста под лампами дневного света на длительное время, то вероятнее всего его придется выбросить.

С обеих сторон фоторезиста имеется защитная пленка. И она разная. С одной стороны матовая, а с другой - глянцевая. При наклеивании удаляется матовая пленка. Вообще перепутать стороны сложно, даже на фотографии видно, где какая сторона.

Процесс нанесения будет больше понятен тем, кто имел дело с тонировочной пленкой или наклейкой рекламы. Но даже если у вас такого опыта нет, то уверяю, не так это и сложно. Самое главное - не допустить попадания воздуха между медью и фоторезистом.

Защитная пленка легко цепляется за уголок при помощи иголки.

Далее необходимо отклеить ее по всей длине фоторезиста, но не слишком много. Вполне достаточно 1,5 - 2 см.

После чего фоторезист приклеивается на заготовку. Просто ровно прикладываем, и разглаживаем. Удобнее это делать сложенной тканью.

В итоге край фоторезиста приклеен, а защитная пленка находится с обратной стороны, на меди.

Теперь остается постепенно вытягивая подложку, проглаживать фоторезист. Главное - не торопиться. Чем меньше будет шаг, тем меньше вероятность наловить пузырей.

Фоторезист наклеен, остается ножницами обрезать лишнее. Все же наловили пузырей? Конечно не очень хорошо, но если их совсем немного и они маленькие, то просто проколите их иголкой и выгоните воздух.  Далее для лучшей адгезии заготовка прокатывается в ламинаторе, на минимальной температуре. После чего она готова с к следующему этапу. Если нет ламинатора, допустимо воспользоваться утюгом, прогладив заготовку через несколько слоев бумаги. Только нужно быть очень осторожным с температурой, при ее превышении фоторезист расплавится и заготовка будет испорчена.

Экспонирование. У нас есть фотошаблон и есть заготовка, покрытая светочувствительным слоем. Нужно их совместить и засветить. Прижим шаблона к фоторезисту важен, нельзя допускать изгибания текстолита и неплотного прилегания фотошаблона. В моем случае для этой задачи используются два стекла от сканеров, у одного из которых по периметру проклеен двухсторонний скотч (чуть тоньше текстолита). Разумеется, защитная полоса снята только с одной стороны скотча. Прижимают стекла друг к другу канцелярские зажимы.

Позиционируем шаблон на заготовке, и собираем весь этот бутерброд.

Все готово к экспонированию. Производитель фоторезиста Ordyl ALPHA 340 (а именно такой фоторезист я использую) рекомендует экспонировать его УФ-лампами с длиной волны 360 - 380 нм. Для этой цели идеально подходят лампы черного света (лампы Вуда). Сфера применения этих ламп огромна: детекторы валют, косметология и дерматология, реклама, устранение сколов автостекол, ночные клубы и еще масса всего. Так что проблем с приобретением таких ламп нет совсем.

Да, на просторах интернета встречаются упоминания о засветке чем угодно, от солнышка до внутренних колб от ламп ДРЛ (рискуя остаться без глаз), но мы выберем более безопасный способ. В моей установке используются лампы с цоколем E27, это наиболее удобный вариант.

Установка позволяет настроить не только время засветки, но и количество ламп.

Можно конечно обойтись и без таймеров, это просто добавляет удобства в работе. Как и чем светить мы определились, а вот как понять, сколько времени светить? К сожалению, универсального ответа нет. Фоторезист, шаблон, тип ламп и расстояние до них - все это влияет на результат. Есть только один способ - сделать тестовый фотошаблон, и через определенные промежутки времени закрывать его участки чем-то светонепроницаемым. Далее проявить плату и уже по результату определить оптимальное время. Делается это однократно, но например при смене марки фоторезиста придется проделать эту операцию снова.

Экспонируем плату.

Этот фоторезист индикаторный, и после экспонирования видно рисунок платы. Рекомендуется оставить проэкспонированную плату на 15-30 минут для окончания процесса полимеризации.

Проявка. Выполняется в 1-2% растворе кальцинированной соды (Na2CO3). Средство очень популярное, используется для мытья посуды, смягчения воды и прочих бытовых нужд. Имеется практически в любом магазине бытовой химии, стоит очень недорого а хватает пачки надолго.

Для получения нужной концентрации необходимо растворить 10-20 гр. соды в литре воды. Одна чайная ложка соды = 10 гр. Для проявки вполне достаточно 250 мл воды, в которой растворяем пол чайной ложки соды (получая 2% раствор).

Перед проявкой не забудьте удалить вторую защитную пленку! Иначе плата будет проявляться вечно.

Бросаем плату в раствор и оставляем на минуту, чтобы ненужный фоторезист немного разбух. Далее периодически достаем плату, и смываем фоторезист ватным тампоном, или мягкой кистью. Главное, полностью смыть ненужный фоторезист. Может показаться что плата полностью проявлена, но не всегда это так. На фотографиях ниже видно, что в первом случае плата не проявлена до конца, во втором же проявка завершена, медь полностью чистая.

После проявки плату нужно промыть под проточной водой, для того чтобы остановить процесс проявки, и высушить заготовку.

Травление. Ни чем не отличается от ранее рассмотренных способов, раствор все тот же (подробнее в часть 3  и часть 4).

Удаление фоторезиста. После травления и ополаскивания заготовки, ставший ненужным фоторезист нужно удалить. С этим лучше всего справляется каустическая сода (NaOH). Главное - не перепутать, кальцинированная сода для проявки, а каустическая сода для удаления.

Внимание!
При работе с каустической содой соблюдайте меры предосторожности! В отличии от кальцинированной соды, каустическая —  едкая щелочь, обладающая свойством разъедать кожу, вызывая сильные ожоги. Работать необходимо только в перчатках, тщательно промывая проточной водой заготовку после удаления фоторезиста.

Найти каустическую соду так же не сложно, это основная составляющая всех средств для прочистки труб. Дорогое средство покупать смысла нет, прекрасно подходит дешевый "Крот". Плюс еще в том, что после удаления раствор не утилизируется, а сливается обратно в тару, своих свойств он не теряет.

Заготовка помещается в раствор на несколько минут. Через некоторое время фоторезист станет прозрачным и создастся впечатление, что он растворился. Но это не так, просто теперь его можно снять с платы цельным куском.

После удаления фоторезиста тщательно промываем заготовку и сушим феном.

Сверление. Здесь все без хитростей, как и раньше сверлим заготовку.

Лужение. Раньше мы этого не делали, процедура эта не обязательная, но залуженная плата дольше сохраняет кондиционный вид и легче паяется. Наносим флюс и лудим дорожки, стараясь сделать равномерный и тонкий слой.

Допустимо оставить и так, но лучше удалить неровности припоя при помощи демонтажной оплетки. Наносим на нее флюс, и проходим паяльником уже через эту оплетку. Лишний припой впитается, и покрытие станет более равномерным.

Обрезка. Обрезаем заготовку по контуру удобным для вас способом (ножницами по металлу, процарапывая и обламывая и прочее).

Сборка устройства. Наша плата готова, осталось запаять детали.


Вполне возможно кто-то задаст вопрос: а к чему вообще такие сложности? Ведь по сравнению с "утюжным" способом здесь все гораздо сложнее. С одной стороны да, здесь уже требуется и определенная химия, и оборудование. Но стоит все же понимать, что и фоторезист и ЛУТ  - это всего лишь инструменты. И выбирается каждый из них соответственно потребностям радиолюбителя.

Если нужда делать платы возникает пару раз в год, то не нужен ни утюг ни травящий раствор, вполне достаточно макетной платы. Если требуется быстро сделать прототип, и происходит это так же не очень часто, то лучше утюга не придумать. В лазерном принтере не сохнут чернила, утюг всегда есть под рукой, а плата при этом получается вполне годного качества.

Но если речь идет о постоянном изготовлении прототипов, и требуется предсказуемый результат, то лучше фоторезиста не придумать. При отработанной технологии можно совершенно точно сказать, что результат будет качественным. И немаловажен тот факт, что фотошаблон используется многократно, что для тиражирования устройств огромный плюс.

Я больше скажу, даже на этом наша плата не закончена. Будет еще одна часть, а на сегодня закончим.

2 комментарии в “Путь от схемы до устройства. Часть 5: фоторезист”

  1. Спасибо за знания умения!
    Есть вопросы о целесообразности:
    зачем после проявки и промывки сушить плату? Почему бы сразу после мытья не бросить плату травится?
    Почему бы для снятия фоторезиста после травления не использовать ту же кальцинированную соду? Это ненамного дольше, зато условно безопасно для здоровья.
    Сам я только начал набивать руку

    1. Здравствуйте.

      Конечно можно сразу бросить травиться, проблем обычно не бывает. Но все же после проявки фоторезист набухает, и мне спокойнее включать процедуру сушки в процесс изготовления. Особенно, когда дороги мелкие. Занимает это одну минуту, фен паяльной станции ведь всегда под рукой. Что же касается удаления фоторезиста той же содой, то скажу что дольше. И именно гораздо дольше. Если все сделано верно, то после качественной подготовки поверхности, накатки фоторезиста ламинатором и сушки после проявки, фоторезист очень сложно удалить. Сами представьте, если проявочный раствор был бы в состоянии легко смыть фоторезист после травления, то что ему мешало бы удалить его во время проявки? Я для эксперимента как-то на всю ночь плату оставлял... Если кипятить в растворе кальцинированной соды, то процесс ускоряется, да. А NaOH удаляет фоторезист за пару минут, максимум. Тем более, именно этот раствор указан в техническом бюллетене к фоторезисту Ordyl ALPHA для удаления оного после травления.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *