Můj první (skutečný) plošný spoj!

Tak se mi konečně zase po dlouhé době něco doopravdy povedlo! Včera jsem poprvé v životě vyrobila podle vlastního návrhu ve vlastní dílně, s vlastním vybavením a zcela sama svou první destičku plošných spojů fotocestou. Jak jsem to dokázala?


Přiznám se, že s výrobou vlastních DPS jsem se patlala neskutečně dlouho. S přestávkami vlastně víc, než rok. Veškerou elektroniku, kterou jsem do teď postavila kromě kupovaných stavebnic jsem udělala buď z hotových modulů, na univerzální DPS nebo jako kombinaci obojího. To je samozřejmě dost omezující a už dávno padlo rozhodnutí posunout se dál.

První pokusy jsem dělala s tím nejjednodušším, tedy s fixem na plošné spoje. Jelikož kreslení rukou opravdu nepatří k mým velkým talentům, tak výsledek dopadl zpravidla dosti žalostně a načmáraný obrazec potkal hořký konec v podobně ubrousku s lihem. Nakonec jsem tuto techniku loni v srpnu k zhotovení jedné primitivní destičky plošných spojů použila. Jedná se o optoelektrický převodník z 12 na 5 voltů pro kapacitní senzor vzdálenosti sloužící ke kalibraci mojí 3D tiskárny. Jak moc se mi (ne)povedla můžete posoudit sami… 
Takový výsledek mě samozřejmě nemohl uspokojit a další na řadu přišel termotransfer toneru přímo na DPS. Naprosto upřímně, tahle metoda je asi ze všech nejhorší. Ne proto, že by nefungovala vůbec. To by bylo v pohodě, člověk by to prostě párkrát zkusil a šel dál. Jenže ona funguje! Znám lidi, kteří ji úspěšně používají, youtube je plný videí, kde je předváděna s elegancí a lehkostí sobě vlastní při dosažení skvělých výsledků. Tak kde je problém?
Inu problém je to, že to je tak trochu šarlatánství. Termotransfer je totiž brutálně nekonzistentní a nepředvídatelná metoda. Je třeba mít správný toner, správný papír, správnou žehličku, správně odmaštěnou DPS, měsíc a planety musí být ve správné poloze, kočky nesmí zrovna mrouskat a tak dále. Zkoušela jsem ho asi 15x, ale nikdy se mi nepovedl správně. A jelikož ani trpělivost (především trpělivost s blbostmi) nepatří k mým velkým ctnostem, ocitly se hrátky s tonerem v brzké době zapomenuty na smetišti dějin mého života.

Několik dnů jsem také zkoumala možnost výroby DPS přímou mechanickou cestou tj. obráběním na CNC routeru. Tato metoda má celkem dobré výsledky, jak můžete vidět například tady: https://hackaday.com/2018/01/04/guide-why-etch-when-you-can-mill/
Vypadá to slibně, jenže routery čínské výroby jsou bohužel tak nekvalitní, že se nedají dlouhodobě používat s konzistentními výsledky, a za skutečně kvalitní stroj bych musela utratit vyšší desítky tisíc korun, což se mi kvůli pár deskám týdně moc nechtělo. Tudy tedy také ne.

Nakonec mé oko spočinulo na královské metodě výroby DPS v domácích a poloprofesionálních podmínkách. Na metodě, která je pracná, pomalá, vyžaduje spoustu kroků, vybavení a která neodpouští jedinou chybu. A také na metodě, jenž jako jediná umožňuje vytvářet desky pro součástky v TQFP pouzdrech a podobně opakovatelně a v konzistentní kvalitě. Na metodě výroby desek plošných spojů fotografickou cestou neboli fotocestou.


Z fotocesty jsem měla respekt a vítr už jako dítě. Přišla mi tajemná a neproniknutelná. Jako kombinace alchymie, magie a řemeslného umu, který nelze získat jinak, než léty zkušeností. Někomu, kdo celé dětství strávil bastlením ve Stanici mladých techniků to možná přijde k smíchu, ale mě osobně nebylo něco takového dovoleno, takže jsem si o fotocestách a dalších pokročilých věcech jako je třeba práce s osciloskopem mohla jako dítě maximálně číst v knížkách.

Ale konec nostalgie. Fotocesta má několik kroků. Nejdříve je třeba vytisknout obrazec plošných spojů na speciální papír nebo fólii, čímž vznikne předloha. Dále je třeba si pořídit čistou DPS pokrytou fotoresistivní vrstvou reagující na UV světlo. Takové DPS se dají buď koupit hotové v různých rozměrech nebo je možno si je vyrobit svépomocí, což při větším počtu desek vyjde levněji. Fotoresisty se dále dělí na pozitivní a negativní. U pozitivního fotoresistu dochází při expozici UV světlem k vytvrzení těch ploch desky, které jsou zakryty předlohou, u negativního je tomu naopak. Desky s negativním fotorestistem jsou levnější, ale náročnější na manipulaci.
Samotný proces výroby probíhá tak, že se do UV osvitky vloží předloha, na ni se přiloží foto DPS a nechá se exponovat UV světlem asi 15 minut. Čas expozice je závislý na typu osvitky, fotoresistu a tak dále. Exponovaná DPS se následně vyvolá v 1,5% roztoku hydroxidu sodného. Osvícené části fotoresistu při vyvolání odpadnou a na desce zůstane jen obrazec plošného spoje promítnutý z předlohy. Celý proces expozice a vyvolání musí probíhat v temné místnosti osvětlené pouze červeným nebo žlutým světlem, jak můžete vidět na fotce.
Deska se následně vyleptá v chloridu železitém (ten je asi nejpoužívanější, ale existují i jiná leptadla), opláchne v teplé vodě a voilà DPS jako na úvodním obrázku je hotová. Pak je ještě třeba ji natřít pájitelným lakem, aby měď neoxidovala.

Máme tedy 4 základní kroky: Tisk předlohy, expozice UV světlem, vyvolání desky a vyleptání plošného spoje. Vyvolání a vyleptání jsou ty jednodušší kroky, na kterých není moc co zkazit, pokud člověk není úplné jelito a nemá volšový ruce. Prostě se hodí deska do misky s roztokem a stopkách se zmáčkne start. Pak se deska pořádně opláchne v destilce, hodí do druhé misky a počká se, až se odleptá přebytečná měď. Žádná velká věda. 
Tisk předlohy je ta část procesu, která spolu s kvalitou fotovrstvy na DPS asi nejvíc rozhodují o kvalitě. Předlohy se dají tisknout buď na pauzovací papír nebo na transparentní folie. Na začátku jsem zvolila transparentní folie značky Xerox, protože mám i tiskárnu Xerox a čekala jsem, že spolu budou fungovat dobře. Chyba!
Toner na folii drží špatně a vytištěný obrazec v sobě má průsvitná místa. Patlala jsem se s tím docela dlouho a můj závěr je tento: Pokud nemáte tiskárnu, která vyloženě podporuje tisk na takové folie, tak se jim radši vyhněte. Na základě diskuse za FB jsem dala šanci pauzovacímu papíru. Zvolila jsem střední gramáž 70-75 g/dm2 a výsledek byl víc, než uspokojivý, jak můžete vidět na fotce. Příště vyzkouším ještě nižší gramáž.

Pro exponování DPS jsem si postavila vlastní UV osvitku stylem “co dům dal”. Jako základ mi posloužila rozbitá multifunkční tiskárna Canon MP550, ze které jsem vykuchala vnitřek a vyřezala spoustu plastů, abych vytvořila potřebný prostor. To byla mimochodem dost šichta, protože se dovnitř nevešla žádná z mých pilek a musela jsem to dělat samotným listem z pilky na železo omotaným na jednom konci páskou. Jako osvitovou plochu jsem ponechala původní sklo skeneru o rozměrech cca 300 x 200 mm.
Zdrojem UV světla jsou 4 UV zářivky PL-S 230V/11W do patice G23. Ty jediné jsem koupila nové za cenu 56 korun za kus. Zářivky jsou napájeny předřadníky, které jsem vykuchala ze starých nástěnných svítidel vyrobených v NDR 😀
Zatím jí používám v kombinaci s externí spínanou zásuvkou s časovým spínačem ZSD-16. Výhledově plánuji dodělat vlastní interní časový spínač a předělat osvitku na UV LEDky pro rovnoměrnější osvit velkých DPS.

Tak a to je vše 🙂 Na závěr bych snad jen ráda řekla, že mám z tohohle úspěchu opravdu velikou radost, protože se mi po delší době něco opravdu povedlo a posunula jsem se zase někam dál. Konečně můžu vyrábět skutečně vlastní elektroniku a ne jen patlat dohromady hotové moduly a univerzální desky. Teď ještě zvládnout nepájivou masku, prokovování otvorů a vlastní silk screen a bude to úplně cajk! 😎

Příspěvek byl publikován v rubrice Bastlení. Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

6 reakcí na Můj první (skutečný) plošný spoj!

  1. Petr napsal:

    Tak to gratuluju. Také jsem od fixy zkoušel toner, dokonce jsem ho i úspěšně provozoval a několik desek touto cestou vytvořil. Úspěšnost byla dá se říct 90%. S těmi planetami to máš naprostou pravdu, protože jsem se od té doby jednou přestěhoval, stejná žehlička, stejná tiskárna, stejnej papír a za boha už nemůžu desku tonerem udělat. 😀
    Asi mě teda také bude čekat fotocesta, ale pořád je to pro mě ta alchymická cesta, byť na škole jsme DPS fotocestou dělali.
    Jenom pozor na levné UV diody. Bral jsem jich kdysi z AliExpresu výhodně několik stovek v jednom balení za vcelku směšnou cenu za stejným účelem. V třetině pájení na připravenou desku jsem zjistil, že jsou skoro všechny po smrti. 🙂 Šetřit se mi nevyplatilo a mohlo mě to napadnout…
    S tou tiskárnou je to skvělej nápad. 🙂 Asi navštívím smeťák 🙂

    • Gabi napsal:

      Mě se ta fotocesta celkem daří 🙂 Jedna deska se mi zatím nepovedla, měla jsem malou koncentraci hydroxidu sodného a špatně se vytvrdila. Taky jsem si koupila LEDky z Číny, ale napadlo mě je přezkoušet 😉 První stovka z tisíce byla na 100% v pohodě, ta doufám, že bude i ten zbytek 😀

  2. Viktor napsal:

    Perfektní. Tisk na fólii je to nejtěžší na celém procesu. Mám proto schovanou starou laserovou tiskárnu Minolta. Stejně, ale netiskne tak jako dřív. Zkoušel jsem všelijaké fólie, ale pauzák ještě ne. Stříkáš po tisku pauzák nějakým sprejem typu transparent?

    Osvětlovací zařízení mám uděláno ze starého skeneru a svítím v něm LEDkami.
    Podobnými jako tyto: https://www.ebay.com/itm/20-50-100PCS-5mm-Straw-Hat-UV-Purple-Super-Bright-LED-Light-Emitting-Diode-New/172427588331?hash=item28257c32eb:m:mKi8xAHfaH9Iv4fqQHflGSg

    Světlocitlivou fólii používám negativní nalepovací. Mám s ní lepší výsledky než s pozitivní z gme, nebo stříkané doma sprejem Positiv.

    Délku osvitu mám vyzkoušenou na 1 minuta a 10 sekund. Takže je to fofr.

    • Petr Pom Ehm napsal:

      jak říkáš, přenos tonerem, koupil jsem i special papiry, u nas je prodava asi Rasel nebo Arduino shop (Roboshop ??) a dočet jsem se i o: nejlepší papír na to je ten z lidl letáků, prý.
      Pro výrobu fotocestou si ušetřite trápení a doporučuji zkompilovat víc (různých desek (nebo jen vrstev)
      na jednu A4 a poslat to na osvitku do AMOSu, kde to vyjedou NEPRŮSVITNÉ na film 200g/m
      co se používá na ofset. Taková matrice je nesmrtelná a neprůhledná tam, kde má být, A4 vyšla na nějaký 2 kila.
      Dá se to tam i donést, dělávali nonstop, a tohle udělaj, maj-li čas, i na počkání, jsou naproti UK kolejím v Opletalce, teda ten blok kudy se jde nejkratší cestou z Hlaváku na Masaryčku. Zdar, a nezapomeň, že nejvíc sexy je holka s páječkou, co umí přeprogramovat pračku,) Petr Pom Ehm

  3. Ondrej napsal:

    Horské slunko, 15 minut, tisk na obyčejný pauzák, bez chemie. Konzistentní výsledky již léta. Ještě chci zkusit nažehlování světlocitlivé folie…

  4. Tom napsal:

    Ahoj, pěkné čtení 🙂 jen pokud můžu poradit, i toto se dá velmi zjednodušit.

    1/ vykasli se na folii, stačí obyčejný bílý papír. Vykasli se na transparent sprej, místo něho můžeš použít jakýkoliv olej ve spreji. Je to úplně jedno, mám to vyzkoušené.
    Na tom papíru, je lepší si velké plochy černé zaretusovat fixem, potom se to prostě neprosviti. Malé cestičky jsou v pohodě.

    2/ Vyvojka-louh. Vždycky je lepší začínat s menší koncentraci a postupně prilevat do vody již rozpuštěné kuličky louhu z další malé nádobky. Nic nemerit nevážit. Jakmile se začne odleptavat osvícený plochy, tak je lepší aby se to dělo pomalu a pomáhat tomu jemným štětečekem, než aby byla vysoká koncentrace vyvojky.

    3/ Kašli na chlorid. Sezen h2o2 a hcl. Na foto cestu je to o hodně lepší a hlavně za pár minut hotový. Dělám tqfp dokonce se mi bez problémů povedlo pouzdro s 0.13mm rozchodem. Zase nic nemerit, zbytečný.. Na dno nádoby vodu aby zakrejvala akorát dps. Na to zhruba stejnou vrstvu kyseliny spíš víc. Zatím se nic neděje, jenom to smrdí chlorem. Nakonec prikapnes z flasky trochu h2o2 a začne to. H2o2 čím min tím líp, je to pak pomalejší ale o to lepší. Prikapnout se dá dycky.. A neboj, když ti to klapne na ruku, neumres, dokonce se ti ani nic nestame a nedělá tto fleky jako chlorid.. Ffuj jak já ten sajrajt nesnáším, potom co sem zkusil kyselinu.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *