Killer PCB'er: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Denne instruerbare demonstrerer processen til fremstilling af printkort med funktioner så små som 0,005, der er egnede til LQFP- eller QFN -IC'er ved hjælp af negativ tørfilmfotoresist. Dette vil gøre dig i stand til at håndtere næsten enhver form for integreret kredsløb til rådighed-endda kuglegitterarray! På billedet ses brædder med en TSSOP-14, QFN-40 pakker, der anvender en.65 mm afstand og nul indsættelsesstyrke flex stikdåser med. 5 mm afstand.

Trin 1: Baggrund

Efter at have eksperimenteret med hjemmebeskyttet PCB i et stykke tid, har jeg endelig udarbejdet en proces, der giver rimeligt konsistente resultater, der faktisk ser ret gode ud. Jeg brugte masser af tid på at prøve at bruge toneroverførselsmetoden med varierende succes (OK, forskellige grader af fejl kan være mere præcise). Jeg har også prøvet Philmore/Datak negativ foto resist spray med konsekvent forfærdelige resultater (tingene smeltede til sidst spraydysen, der fulgte med og lækkede over det hele). Ikke grøn og anbefales ikke. Nu kunne jeg have købt presensibiliserede plader og sparet mange problemer, men jeg synes, at materialet er for dyrt for mængden af plader, jeg producerer. Jeg forsøgte til sidst tørfilmfoto resist, og jeg vil ikke gå tilbage! Jeg vil ikke gå ind i det vanskelige ved skematisk indfangning eller ætsning, da disse emner er godt dækket af andre instruktører. Der bruges ingen flygtige forbindelser-kun enkle baser, der kan gøres miljøsikre ved filtrering af faste stoffer og neutralisering med HCl (se producentens anvisninger for korrekte bortskaffelsesprocedurer). Denne proces, når den kombineres med en ætsningsproces af peroxid/kobberklorid, danner en miljømæssigt ansvarlig, grøn PCB -udviklingsproces. Hvis du ikke har prøvet toneroverførselsmetoden, skal du gøre det. Medmindre du er velsignet med magisk toner og/eller papir, vil tørfilmresistmetoden give bedre resultater, men processen er lidt mere involveret. Hvis du er tilfreds med toneroverførselsresultaterne, skal du på alle måder holde dig til denne metode. Standardadvarslerne gælder naturligvis: PCB-ætsning og tørfilmbehandling involverer ætsende materialer-sørg for at bruge beskyttelsesudstyr og have en øjenvaskestation til rådighed (eller i det mindste en spand vand). Bemærk også, at tørfilmudvikling og fjernelse involverer stærke baser-hold dem langt væk fra dine ætsningskemikalier, eller de kan reagere voldsomt. Hidtil har jeg brugt tre typer tørfilmresistens, som alle fungerede godt:- MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Omkring $ 20,00 for 12 "x 5 fod på Frys, Altex og online. MG nægtede at angive større mængder og vil ikke afsløre producenten af deres film.-Dupont Riston M115 tilgængelig på Think & Tinker Excellent resist, meget mere økonomisk end MG, hvis du vil have større mængder (12 "x50ft for $ 96,75, 12" x100ft for $ 116,26). Fremragende outfit, meget hjælpsomme, venlige mennesker og masser af god information. Fantastisk sted!-Kolon Dry Film Resist Korean producent sælger til noget mindre end Think & Tinker's Riston, men med mindst 500 fod sager. Hvad du skal bruge- Laserprinter- Laminator til hjemmet/kontoret- Laserprinter-transparenter- Sprøjteklæbemiddel- Negativ tørfilm-foto-modstand- Modstå udvikler (natriumcarbonat) - Modstå stripper (sodi umhydroxid)- Glasplader- Klarbånd- Gulbuglys- Lys-sikkert område Valgfri- Vakuumpose eller vakuumramme- Kollimeret UV-eksponeringskilde- Roterende papirtrimmer- 21 trin Stuffer Følsomhedsguide til kalibrering

Trin 2: Opret illustrationer

Jeg går ud fra, at du har fanget din skematiske og lagt dit PCB i noget som Eagle-hvis du ikke ved, hvad jeg taler om, kan du hellere starte med at lære skematisk capture og PCB-layout. Når du har lagt printkortet ud, skal du oprette negative fotomasker. En negativ fotomaske er en gennemsigtighed, der er tydelig, hvor du vil have kobber og sort, hvor du vil fjerne kobber. Et tip: Hvis du har for vane at fylde dine PCB -lag med jord- eller strømplaner, sparer du meget toner. Bemærk også, at du kan flise dit PCB -layout i Eagle ved hjælp af kommandoen group copy, hvis der ikke er en tilknyttet skematisk fil (ellers klager du over, at du skal gøre dette i skematikken "). Jeg fandt processen med at vende farverne i dit output var overraskende svært, men til sidst besluttede jeg mig for denne temmelig enkle fremgangsmåde ved hjælp af open source -vektortegningssoftwaren Inkscape: 1. Sørg for, at du kun har valgt de lag, der er nødvendige til ætsning (f.eks. Top/Bottom, Pads, Vias). 2. Brug Eagles printfunktion til at sende til en PDF -fil. Selvom vi udskriver på transparenter, vil du stadig gerne spejle det øverste lag for at placere den udskrevne side tættest på brættet og forhindre blødning. du ikke allerede har Inkscape installeret, download det og installer det nu.4. Åbn PDF -filen i Inkscape (accepter standardindlæsningsparametrene).5 Åbn Lagruden (Menulag: Lag).6. Klik på knappen + for at tilføje et lag. Navngiv det, hvad du vil (jeg kaldte mit "b").7. Klik pil ned for at flytte det nye lag til bunden. Vælg rektangelværktøjet i værktøjsruden. Højreklik på den blå farveprøve nederst på skærmen, og vælg Indstil streg.10. Højreklik på den grå farveprøve, og vælg Indstil udfyldning.11. Klik og træk for at tegne et rektangel omkring dit bræt. 12. Vælg pilværktøjet, og vælg derefter og træk hver side af dit rektangel til højre på kanten af dit bord. Displayet skal se sådan ud: 13. Højreklik på den sorte farveprøve nederst på skærmen, og vælg Set Fill. Højreklik på den sorte farveprøve igen, og vælg Indstil slag.14. Klik på øjenikonet i lagpaletten for at slukke b -laget. Klik og træk for at vælge dit bord (eller klik på ikonet Vælg alle synlige på værktøjslinjen).16. Negere billedet (menueffekter: farve: negativ) 17. Klik på øjenikonet for b -laget igen. Du skulle nu have noget i stil med dette: 18. Klik på Gem-som, og skift derefter filtypen til PDF via Kairo, og tilføj _out til filnavnet (f.eks. Test_out.pdf) for ikke at overskrive originalen. Klik på Gem-som igen for at gemme som standard SVG-format.

Trin 3: Lav transparenter

Denne del var også lidt af en udfordring. Problemet er, at de fleste laserprintere ikke laver rigtig mørke udskrifter, så der lækker noget lys gennem de sorte områder. Jeg prøvede masser af fremgangsmåder til selektivt at mørkere toneren: tør-slet markører, stempelpudeblæk, farveblyanter, trækul, grafit, blødgøring/opvarmning + ekstra tonerapplikation osv. Intet af det virkede. Her er hvad der konsekvent fungerer for mig:

1. Start med små illustrationer-jeg bruger en roterende papirtrimmer til at skære gennemsigtighedsark i kvarte (4,25 x 5,5) 2-3 ark ad gangen. Små kunstværker er bedre, fordi varmerelaterede forvrængninger i gennemsigtighedsmaterialet reduceres. 2. Åbn PDF'en fra det sidste trin med Adobe Reader, og udskriv til en laserprinter, der er fyldt med dine gennemsigtighedsark. Til min printer (Brother HL-5250DN) bruger jeg følgende indstillinger: Brugerdefineret papirstørrelse (4,25 x 5,5), ingen dupleks, manuel fremføring, 1200 dpi, mørkeste densitet. Stort tip her: Du kan have flere kopier af den samme printer installeret i Windows, så tilføj en ny printer kaldet PCB_Laser som en kopi af din eksisterende laserprinter, højreklik derefter og rediger standarderne efter behov til print af PCB-gennemsigtighed. 3. Udskriv top og bund illustrationer. Hold kunstværket op mod lyset: Ser du noget lys sive gennem de sorte områder? Hvis dine resultater ligner mine, har du nok nedsivning til at forårsage problemer med din resist. Bemærk, at du virkelig skal have nogle større sorte områder for nøjagtigt at bedømme tonertætheden. Hvis du er velsignet med super tæt toner, skal du gå til trin 8, ellers skal du udskrive en anden kopi af hver af dine transparenter. 4. Dernæst har du brug for et provisorisk lysbord for at justere kunstværket. Dette kan være så simpelt som et stykke papir, der er tapet på et solbelyst vindue, eller en lavbakke, der indeholder et lys i hockey-puck-størrelse dækket af et ark papir og en rude af glas. Baggrundsbelysningen fra en scanner gør et godt lysbord. Bare kør en scanning i gennemsigtighed/negativ tilstand-det er sandsynligt, at det vil lade baggrundslyset være tændt i flere minutter efter scanning, fjern derefter låget og vend det om. Anvendelsen af et hovedmonteret forstørrelsesglas vil hjælpe betydeligt med at tilpasse dit kunstværk. 5. Derefter bindes gennemsigtighedsparene (2x top, 2x bund) for at fordoble tonertætheden. For at gøre dette skal du tage en kopi af hver gennemsigtighed og påføre sprayklæbemiddel på tonersiden. Du kan se, hvilken tonerside der er ved at observere refleksion af lys fra overfladen af gennemsigtigheden; toneren ser kedelig ud på tonersiden. 6. Læg den ikke-klæbende-coatede transparente tonerside nedad på lysbordet-du vil måske løst tape tape på dette ark på lysbordet (fold tapen om for enden, så du let kan pille den op bagefter). 7. Juster (registrer) forsigtigt den klæbende belagte transparens med den ikke-belagte transparens. Når de er justeret, skal du trykke godt på for at klæbe de to ark. 8. Før de justerede transparenter gennem laminatoren på den koldeste indstilling for permanent at binde lagene sammen. 9. Juster det øverste og nederste kunstværk (tonersiden ind) og tapen sikkert, så der er nok plads til at skubbe printkortet imellem. Alternativt, hvis du har en kant, der er mindst en tomme rundt om brættet, kan du anvende sprayklæbemiddel på en 1/2 "strimmel langs to kanter ved at dække resten af masken med hjørnet af et stykke papir-bare Sørg for ikke mindre end 1/4 "mellem klæbebåndet og kanten af brættet.

Trin 4: Forbered kobberbeklædning

Rengør forsigtigt det kobberbeklædte materiale med en skrubbe og en blegemiddel indeholdende skuremiddel (f.eks. Soft Scrub w/Blegemiddel). Slib med 320 eller 400 grus vådt/tørt sandpapir for at ru overfladen og sikre korrekt modstandsklæbning. Tør brættet, og pas på ikke at røre brættet uden handsker (for at forhindre overførsel af hudolier til brættet).

Trin 5: Laminer

Der er et par forskellige mulige tilgange til laminering af printkortet. MG Chemicals foreslår en mappe over og laminat tilgang. Andre foreslår at bruge enten varme eller vand (eller begge dele) til at klæbe resistmaterialet til PCB før laminering. Jeg har haft held med denne fremgangsmåde: 1. Gør dit arbejdsområde let sikkert: Tænd fejllyset, og sluk for lysstofrør eller> 40 Watt glødelamper 2. Skær laminatmateriale 1/2 tommer større end bræt (dobbelt længden, hvis du laver et tosidet bræt) 3. Skræl forsigtigt bare den første halv tomme af den indvendige film tilbage (altid på indersiden af krøllen) 4. Juster forsigtigt laminatet for at sikre, at laminatet dækker brættet helt på begge sider (hvis dobbeltsidet). 5. Tryk den første halv tomme af eksponeret laminat på brættet. 6. Træk forsigtigt det resterende indre lag nedad en halv tomme ad gangen, mens du samtidig presser det eksponerede laminat til brættet. Pas på ikke at indføre rynker. Fortsæt om nødvendigt på bagsiden på lignende måde. 8. Før brættet gennem laminatoren (når laminatoren er helt op til temp). Vend om og før gennem laminatoren igen.

Trin 6: Afslør

Placer det laminerede printkort mellem de forhåndsregistrerede transparenter og tapen sikkert. Tape en Stouffer 21-trins følsomhedsguide over en åben sektion af PCB, hvis du planlægger at kalibrere din eksponeringsproces. Du vil trykke kunstværket tæt til printet for at forhindre lys i at lække under dine spor. Du kan gøre dette med to glasplader, eller du kan helst bruge en vakuumpose eller vakuumramme. Du kan derefter placere denne samling i stærkt sollys i cirka 5-8 minutter pr. Side, eller bruge en anden UV-kilde efter eget valg. Bemærk, at på trods af PCB's og kunstværkernes tætte tilpasning er kollimering (gør lysstråler parallelle) vigtig for at opnå fine spor-se her for instruktioner til konstruktion af en kollimeret UV-lyskilde.

Trin 7: Udvikl

Følg producentens anvisninger for at forberede udvikleropløsning (normalt natriumcarbonat eller kaliumkarbonat) og udvikle dit bord (udvikle fjerner resist, der ikke udsættes for UV -lys).

Trin 8: Æts

Brug dit foretrukne ætsemiddel-sørg for at tænke lidt over fremtidig bortskaffelse og overveje en grøn proces, f.eks. Ætsningsproces af peroxid/kobberklorid (den er også bogstaveligt talt grøn). Og hvis du vil grave i detaljerne i den involverede kemi, er denne side noget for dig.

Trin 9: Strip

Du skal bruge natriumhydroxid (NaOH) til dette-dette er de ting, Brad Pitt bruger til at brænde Edward Nortons hånd i Fight Club, det opløser fedt, og din hud består stort set af fedt, så vær forsigtig. Tjek lokale kemikalieforsyningshuse-jeg var heldig: min nabo laver sæbe, så jeg sprang lige over og spurgte, om jeg måtte låne en kop lud!

Trin 10: Loddemaske og silketryk

Påfør loddemaske ved at skrubbe og re-laminere ætset bræt med et nyt lag modstand, fjern derefter den beskyttende ydre film og påfør et andet lag modstand for at fordoble tykkelsen. Nu skal du blotlægge med stop og silketryk og udvikle dig som før (eksponering kan tage lidt længere tid på grund af ekstra tykkelse af resist). Bages i brødrister ved 200-220 grader F i cirka 10 minutter (sørg for at støtte brættet op, så modstanden ikke klistrer til brødristeren). Fjern tavlen fra brødristeren, og brug en hvid farveblyant til at udfylde silketrykteksten, mens tavlen stadig er varm. Tør overskydende farveblyantvoks af med et håndklæde og brug en tandstikker til at fjerne overskydende voks fra riller og spor.

Trin 11: Loddemasse Stencil

Hvis du er nået så langt, skal du have trukket et par sene nætter og indtaget rigelige mængder kulsyreholdige (og koffeinfri) drikkevarer. Hvis ja, tag en af disse sodavandsdåser og skær toppen og bunden af med en saks eller let saks. Prøv at klippe det pænt uden ujævne kanter. Skær derefter i længderetningen for at fremstille en strimmel aluminium ca. 8 "x 4". Denne strimmel vil være meget krøllet, men du kan ikke "løsne" den uden at lave rynker. I de følgende trin kan du enten håndtere krøllen, eller du kan annealere metallet ved at opvarme det i en brødristerovn til omkring 450 grader F og derefter lade det køle langsomt ned igen. Dernæst skal du slibe både indersiden og ydersiden af dåsen med 220 til 320 grus vådt/tørt sandpapir for at fjerne malingen (bemærk, at der er klar maling på indersiden af dåsen-ellers spiser sodavand sig igennem den). Du kan bruge en kraftig malingsstripper til dette, men sandpapir virker lidt grønnere. Når du har fået al malingen af, skal du skrubbe godt med SoftScrub med blegemiddel for at fjerne alle spor af olie. Næste laminerede fotoresist på begge sider, ligesom du gjorde med printkortet. Lav dit kunstværk ved hjælp af tcream-laget som du gjorde før, men lav ikke negativer denne gang-output fra Eagle er allerede negativt! Sørg for at lave to transparenter hver for for og bag (og sørg for at spejle fronten, så toneren kommer helt op mod modstanden). Udvikle som før og æts i fortyndet HCl. Jeg fortyndede HCI til ca. 50% (hæld syre i vand, ikke omvendt). Ætsning starter langsomt, indtil oxidlaget er fjernet, og fremskynder derefter betydeligt. Æts ikke for hurtigt, ellers bliver brættet varmet op, og modstanden kommer af. Hvis du lader resisten sidde på plads, har du en ~ 5 mil stencil, eller du kan strippe resisten for at få en ~ 2 mil stencil-men pas på, NaOH angriber aluminiumet med lidt mindre sejhed end HCl (afhængig af koncentrationer). Brug derefter dine mislykkede brædder (du skulle have et par af disse nu) til at rigge en loddepasta -jig op. Påfør loddemassen med en malerskraber eller lignende, placer dine dele, og fortsæt med den genstrømmendeâ € ¦

Trin 12: Reflow

Ret simple ting her: Opvarm, indtil loddemasse smelter, og afkøl derefter. Sørg for at bruge en temmelig kraftig kobber- eller aluminiumsplade til jævnt at sprede varmen ud over brættet. Når alt loddet er smeltet, tager du metalpladen af kogepladen og placerer den på en køleplade for hurtigt at sænke temperaturen-cementgaragegulve fungerer godt-bare sørg for at bruge ovnmitter (men bag ikke småkager med dem bagefterâ € ¦). Du skal muligvis rydde op i nogle broforbindelser efter tilbageløb. Til dette skal du bare bruge loddevæv og masser af flux (jeg kan godt lide Orange Crush). Anvend strøm og fyr den op! BTW, jeg løb ved et uheld tempen for højt op på det første bord og fik den kølige gradientfarveeffekt på loddemasken som følge heraf (se introduktionsbilledet). Jeg tror, at komponenterne stadig var i specifikationer, men jeg havde ikke en god varmespreder under den på det tidspunkt, så jeg kan ikke være sikker på, at sonden læste den samme temperatur, som tavlen så. Bestyrelsen virker OK indtil videre selvom det er godt-let eh? Sørg for at se efter mit kommende websted IncoherentLabs.com. Nu skal du have det sjovt og redde verden!