Лазерная засветка фоторезиста. Как я делаю печатные платы с фоторезистом

Приветствую вас дорогие друзья! Вы находитесь на блоге Владимира Васильева а за окном раннее утро! Это все потому, что я встал пораньше чтобы написать для вас полезный пост, так что поехали…

В прошлой статье я писал о том, что качество плат получаемых ЛУТ-м перестало меня удовлетворять поэтому я собираюсь отойти от всенародной технологии ЛУТ и перейти на фоторезистивную. Для этого я в том числе пленочный фоторезист. Кстати вполне возможно что на моем блоге в скором времени появится статья о том как правильно изготавливать печатные платы фоторезистивным методом. Но это будет потом а сейчас я хочу вам рассказать свой опыт применения фоторезиста, в частности получения нужного времени засветки.

В применении фоторезиста есть одна тонкость. Качество сформированного рисунка на фоторезисте очень сильно зависит от правильности выбранного времени экспонирования (засветки) . Эту тонкость я ощутил на себе.

После того как был подготовлен фотошаблон а фоторезист благополучно нанесен на фольгированный стеклотекстолит приходит время выяснить требуемое время засветки. Для этого я сформировал «бутерброд», текстолит с нанесенным фоторезистом накрыл фотошаблоном и положил сверху лист оргстекла (в моем случае это прозрачная крышка от коробки CD — диска).

Далее было выбрано гипотетическое время засветки этого бутерброда — 2 минуты. На 2 минуты я включил ультрафиолетовую лампу и стал с трепетом ждать результата. Эти 2 минуты прошли быстро… Первое мое разочарование заключалось в том, что хотя фоторезист у меня индикаторный но почему-то фиолетовое очертание рисунка было чрезвычайно блеклым.

Чтож, далее эту красоту ожидало погружение в кальцинированную соду. Раствор представлял собой чайная ложка кальцинированной соды на литр воды. После омывания в растворе последовало второе разочарование — если рисунок вначале промывки еще имел место быть то к концу промывки (2-3 мин.) он окончательно смылся. Пришло время раздумий…

После анализа своих действий я пришел к выводу, что самым слабым местом в цепочке моих действий было именно время засветки фоторезиста и это время было недостаточным…

Время засветки не может быть каким-то универсальным потому, что здесь появляется несколько плавающих факторов, среди которых и качество фотошаблона, мощность УФ лампы и ее характеристики, материал прижимного стекла. Все это может очень сильно отличаться и не мудрено, что при выборе одного универсального времени засветки также сильно будет отличаться и результат!

Исходя из полученного опыта я перечитал очень много информации и нашел очень интересный прием с помощью которого можно достаточно точно определить требуемое время засветки. Хочу отметить, что этот прием будет работать только в том случае когда все эти факторы (УФ лампа, качество фотошаблона, прижимное стекло) низменны.

Для того, чтобы провести этот опыт и выяснить сколько времени нужно освещать фоторезист, предлагаю скачать файл калибровочного фотошаблона. Этот файл я нашел на одном из радиолюбительских форумов.

На изображении лишь фрагмент рисунка, если скачаете pdf файл то там будет 2 ряда по десять изображений.

Для проведения этого эксперимента вам понадобятся следующие инструменты:

1. Калибровочный рисунок
2. Установка для экспонирования (или просто УФ лампа)
3. Заслонка, непрозрачная для УФ лучей по размерам фотошаблона — это может быть полоска картона, непрозрачного пластика, даже кусок текстолита.
4. Таймер — с ролью таймера великолепно справляется телефон
5. Кальцинированная сода- продается в хозяйственных магазинах и стоит копейки

Суть эксперимента

Распечатываем наш калибровочный рисунок -это будет наш фотошаблон. Затем берем наш кусок фольгированного стеклотекстолита с уже накатанным фоторезистом (если еще не накатали то бегом накатывать) и кладем на стол фоторезистом вверх. Далее следует положить фотошаблон напечатанной стороной вниз, накрыть этот пакет стеклом и хорошенько прижать.

Для этих целей можно использовать утяжелители но я применяю канцелярские зажимы для бумаги. Следует заметить, что грузики или зажимы не должны препятствовать перемещению заслонки. Да, следующий слой нашего бутерброда это заслонка которая должна закрывать все элементы фотошаблона кроме крайнего (например 10-го). Один крайний элемент фотошаблона должен оставаться открытым.

Таким образом девять элементов будут находиться закрытыми заслонкой и следовательно УФ лучи от лампы на них попадать не будут.

Располагаем Ультрафиолетовую лампу над нашей композицией на расстоянии допустим 10 см (на данный момент это не так важно но этот момент может быть потом откорректирован по результатам эксперимента). Засекаем 5 минут и включаем УФ лампу.

Через каждые 30 секунд заслонку смещаем, открывая тем самым следующий элемент рисунка. Таким образом получится, что 10-ый элемент получит максимальное время засветки, 9-ый элемент будет засвечен 4 минуты 30 секунд, 8-ой — 4 ровно и т.д. Первый элемент рисунка будет светиться всего 30 секунд.

Уже после окончания засветки становится понятно, элементы которые были недосвечены будут проявляться меньше всего. Элементы которые получили достаточную дозу ультрафиолета изменят свой цвет на ярко фиолетовый. В тоже время следует обратить внимание, что участки рисунка, закрытые фотошаблоном не должны менять свой цвет. Если это происходит то это означает что рисунок фотошаблона не достаточно плотный и ультрафиолетовые лучи все-таки попадают на фоторезист. Но даже если ваш фотошаблон не идеален не все потеряно, можно найти компромисс между недосвеченными и пересвеченными участками. Но окончательное решение будем принимать только после проявления фоторезиста.

Проявление фоторезиста

Пришел этап проявления фоторезиста. Для этого примерно чайную ложку кальцинированной соды разводим в литре воды и хорошенько размешиваем. И теперь кладем в эту ванну наш засвеченный бутерброт.

В процессе проявки следует периодически вытаскивать плату из раствора и промывать в холодной проточной воде. При этом ситуацию нужно держать под контролем. Нужно дождаться момента когда защищенные элементы (элементы которые были закрыты фотошаблоном) окончательно растворятся в растворе но при этом засвеченные участки будут четкими и контрастными. Таким образом мы находим элемент который нас больше всего устраивает. А так как мы знаем сколько времени светился каждый элемент то без труда определяем требуемую дозу облучения.

Для чистоты эксперимента стоит эту процедуру повторить еще раз и убедиться в повторяемости результата.

После проведения всей этой процедуры я выяснил, что в моем случае время засветки должно составлять 4 минуты. Честно сказать были некоторые огрехи при наложении фотошаблона. Когда фотошаблон распечатал он оказался на удивление длинным (простирался по всей длине листа А4). Это я потом обнаружил что рисунок распечатался в масштабе 212%. При наложении пришлось ограничиться 5-ю элементами из линейки фотошаблона так как прижимное стекло не могло охватить всей прощади.

Хотя фото получилось не очень качественное но по изображению можно заметить, что элементы под номером 1 и 2 более блеклые чем элементы под номерами 3 и 4. Время засветки элементов 3 и 4 соответствует 4 и 5 минут соответственно. Да, как видите, я перемещал заслонку через каждую минуту, всему виной неправильный масштаб.

Чтож дорогие друзья а на этом у меня все, желаю вам успехов во всех своих начинаниях и будьте в позитиве! Обязательно подписывайтесь на обновления и до новых встреч!

На нее все равно даташита нет.

Читал на форумах про геморрой с ФАПЧ - там его нет. Там помимо питания вход включения, вход управляющих импульсов и выход, сигнализирующий о том, что скорость вращения не соответствует той, которую диктуют управляющие импульсы.

Так как звать микросхему-то? Прям клещами надо шесть букв тянуть:rofl:

Мне бы Вашу примерно вот так, даже если стоит и та же самая AN8247

ФАПЧ там есть, хорошо видно по сигналу рассогласования после ФНЧ при тахосигнале с "джиттером" в пределах оборота мотора.

Тогда мне непонятно - на барабане фокус, то есть лучи не параллельны. Непараллельны не потому, что расхождение (4 см всего от линзы), а потому что из линзы они выходят под углом, так? Тогда вопрос - а из тета линзы они выходят параллельными? Там тоже должно быть определенное расстояние до воспринимающей поверхности?

Тета-линза это длинная цилиндрическая хитрой формы? Надо терминологию уточнить для понятности общения, лично мне.

Лучи после хитрой линзы выходят перпендикулярно линии на барабане и фокусируются на этой линии. То есть, своими словами, как и в лазерной башке, все линзы и зеркала луч проходит в расфокусированном виде, чтобы пыль не мешала и поверхности не жечь.

В моём блоке оптическая ось изначально такова: "лазер - коллиматор(конденсор)"- цилиндрическая линза - полигон - "хитрая линза" - зеркало -> мишень

Цилиндрическая линза между лазером и полигоном в блоке с линзой беам детекта, впрочем, на сам сигнал BDI удаление не повлияло - сигнал есть.

Вчера последовательно удалил линзы, вот что получилось по шагам.

Удалил хитрую линзу, расфокус примерно одинаковый в центре и по краям линии

Удалил цилиндрическую линзу-блок - картинка близкая к фокусу, по краям и в центре отличается на глаз мало, что настаивает на инструментальных измерениях фокуса - на глаз через камеру не понятно.

Слева линии не интенсивность луча малая - АРУ в камере придушила по общей освещенности. Фильтр бы ИК-пропускающий, а видимый свет отсекающий бы.

Точных средств пока нет, поэтому я посветил лазерной полоской на распечатанный фотошаблон. Луч лег как раз на элемент шириной 0.2мм.

Слабо верю я в такие наблюдения - яркий отраженный луч при наблюдении на поверхности имеет ореол(в глазу и в камере) - если добавить оптический аттенюатор - достоверность больше. Я подсовывал лавсановую чертёжную кальку, она шероховата с одной стороны. Линия луча утончается и картинка ближе к реальному фокусу. Ещё можно попытаться диафрагмироваться - или диафрагмой в объективе камеры, или наблюдать глазом через тонюсенькую дырочку в непрозрачном материале.

Для засветки фоторезиста в домашних условиях, решил использовать сканер формата А4, который у меня благополучно «скон-чался», да и приобрести бу-шный для этой цели, например можно, начиная от 100 целковых (пачка сигарет дороже стоит, а неисправный и так могут отдать).
В общем решил вдохнуть в сканер "вторую жизнь", тем более, что там стоит кварцевое стекло, которое очень хорошо пропускает ультрафиолет (простое оконное, как нам известно - максимум 10%). Ещё преимущества данного способа - это равномерный прижим платы к стеклу крышкой сканера и постоянное расстояние до источника ультрафиолета, благодаря которому стаёт и постоянным время засветки, которое можно зафиксировать простым таймером.
В итоге вот что получилось:

Рисунок 1.
Приспособление для засветки ПП с фоторезистом.

Разобрал сканер, выкинул внутренности и установил на их место четыре лампы. Использовал для этой цели фурнитуру от обыкновенных люминесцентных ламп, только лампы установил УФ (все это продаётся в магазинах хоз. товаров). Может быть вполне хватило бы и двух ламп, платы всё равно не очень большие в основном, но, как говорится - запас не тянет, поэтому решил, что делать, так уж делать с видом на будущее (для платы формата А4), поэтому и установил четыре, да и время засветки в этом случае будет меньше.
Для управлением процессом засветки используюсь таймером с обратным отсчётом времени, который собрал на микроконтроллере PIC16F628. В итоге весь процесс засветки данной конструкции занимает 30-40 секунд....

Рисунок 2.
Конструкция устройства.

Кто-то может быть скажет, что можно было бы собрать таймер внутри сканера и не заморачиваться с корпусом. Не спорю, вполне кому-то подойдёт и этот вариант, но вдруг мне таймер будет нужен отдельно, для каких то других целей, поэтому решил делать его в собственном корпусе и в виде отдельной законченной конструкции.

Рисунок 3.
Схема таймера.

В интернете, если чуть покопаться, выложено много различных схем всевозможных таймеров. Я остановился на этой схеме, просто у меня PIC16F628 был в наличии, и я решил пустить его в дело.
Может быть Вам понравится другая схема таймера - это Ваш выбор, я просто рассказываю сам процесс, ну и даю описание своих конструкций.

Рисунок 4.
Схема таймера, силовая часть.

Рисунок 5.
Таймер в корпусе.

Рисунок 6.
Силовая часть.

Рисунок 7.
Платы и соединения.

Максимальное время, которое можно установить на таймере - 12 ч 00 м 00 с. После установки времени и нажатии кнопки "Пуск/Стоп" - включается нагрузка и начинается отсчёт времени в обратном порядке от установленного. За 10 секунд до окончания времени - подается короткий звуковой сигнал на «пищалку».
Когда остается 3 секунды до завершения времени - включается «пищалка» до окончания времени. По окончанию времени нагрузка выключается, время на таймере устанавливается то, которое было установлено в начале кнопками.

Теперь кратко опишу сам процесс изготовления печатных плат при помощи фоторезиста. Всё, что описано выше, предназначалось для упрощения данного процесса.
Для работы я использую плёночный негативный фоторезист. Негативный, значит шаблон для его засветки нужно печатать в негативе, то есть те места, где будут дорожки - должны быть прозрачные, а там, где дорожек (фольги) быть не должно - наносится тонер. Если Вы будете использовать позитивный фоторезист, то естественно фотошаблон нужно будет печатать в позитиве.

Распечатываем шаблон через программу для проектирования плат в негативе на прозрачной пленке (я применяю пленку "LOMOND" для струйных принтеров) на струйном принтере. Пробовал на лазерном, только получалось как-то блекло, черноты не было, и платы получались не совсем качественные.
Говорят, что можно гораздо улучшить качество таких плат, если напечатать на лазерном принтере два шаблона на плёнке, затем вырезать их и совместить (т.е. сделать из двух - один).
Ещё можно распечатать рисунок платы лазерным принтером на обычной бумаге. Чем тоньше бумага, тем лучше. Далее, для повышения контрастности (если она не достаточна) на доли секунды погрузить его в банку с растворителем (например автомобильный 647). Дать ему подсохнуть, и потом пропитать подсолнечным маслом, чтобы сделать прозрачным для ультрафиолета, правда я так не пробовал.

Подготавливаем заготовку нашей будущей платы по размерам чуть больше, чем требуется. Затем фольгу необходимо подготовить для приклеивания фоторезиста.
Как всё это делается - нет смысла повторяться, так как этот процесс описан на десятках сайтов. Просто наберите в поисковике "изготовление пп с помощью фоторезиста", и у Вас выскочит куча вариантов, после прочтения пары из них, у Вас наметится вариант, который подойдёт именно для Вас.

Будем считать, что плата уже подготовлена и фоторезист наклеен (или нанесён из баллончика) на нашу плату.
Прикладываем шаблон к плате. Как правило шаблон прилегает к плате плотно. И кладем на стекло сканера с УФ лампами. Засвечиваем. Убираем засвеченную заготовку в темное место и готовим раствор для проявления, в качестве которого я пользуюсь кальцинированной содой (продается в хоз. магазинах применяется для смягчения воды и стоит копейки).
Для этого чайную ложку соды с горкой, растворяем в литре воды (если плата большая), или ложку без горки в 0,5 литре воды.
Берем нашу плату из тёмного места, снимаем верхнюю защитную плёнку с фоторезиста и кладем её в наш раствор с разведенной содой и ждем примерно секунд 30. Потом берем кисточку и начинаем ей водить по нашей плате для того, что бы ускорить процесс смывания фоторезиста с ненужных нам участков. Там где фоторезист смылся, поверхность меди светлая и блестящая. После того как смыли весь ненужный фоторезист, вытаскиваем плату из раствора соды и промываем под струей воды.

Рисунок 8.
Печатная плата, подготовленная для травления.

После того как промыли, просушиваем плату. Осматриваем. Может такое случится что есть протравы (там, где фоторезист не был хорошо приклеен). Используем маркер для рисования печатных плат. Где необходимо ретушируем. На фото №8 видно, что там, где фоторезист не качественный, (срок годности у моего уже вышел) те места подретушированы чёрным маркером.

В прикреплении ниже, собраны файлы для изготовления таймера. Исходник, прошивка, пп.

Архив для статьи.