Killer PCB: 12 Steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Denna instruerbara visar processen för att göra kretskort med funktioner så små som 0,005 lämpliga för LQFP- eller QFN -IC med negativ torrfilmsfotresist. Detta gör att du kan hantera nästan vilken typ av integrerad krets som helst-till och med bollgallermatris! På bilden visas brädor med ett TSSOP-14, QFN-40-paket med en.65 mm delning och noll insättningskraft flexuttag med.5 mm delning.

Steg 1: Bakgrund

Efter att ha experimenterat med hem -PCB -fabbning ett tag har jag äntligen tagit fram en process som ger någorlunda konsekventa resultat som faktiskt ser ganska bra ut. Jag spenderade mycket tid på att försöka använda toneröverföringsmetoden med varierande framgång (OK, olika grader av fel kan vara mer exakta). Jag försökte också Philmore/Datak negativa foto resist spray med konsekvent hemska resultat (grejerna smälte så småningom spraymunstycket som följde med det och läckte ut överallt). Inte grönt & rekommenderas inte. Nu kunde jag ha köpt presensibiliserade brädor och sparat mycket besvär, men jag tycker att materialet är för dyrt för volymen av brädor jag producerar. Jag försökte så småningom torrfilmfoto resist och jag kommer inte att gå tillbaka! Jag tänker inte gå in på det komplicerade med schematisk fångst eller etsning eftersom dessa ämnen täcks väl av andra instruktioner. Inga flyktiga föreningar används-endast enkla baser som kan göras miljömässigt säkra genom att filtrera fasta ämnen och neutralisera med HCl (se tillverkarens instruktioner för korrekt bortskaffande). Denna process, i kombination med en etsningsprocess av peroxid/kopparklorid, utgör en miljöansvarig, grön PCB -utvecklingsprocess. Om du inte har provat toneröverföringsmetoden, gör det. Om du inte är välsignad med magisk toner och/eller papper kommer torrfilmresistmetoden att ge bättre resultat, men processen är lite mer involverad. Om du är nöjd med toneröverföringsresultaten, håll dig med den metoden. Naturligtvis gäller standardvarningarna: PCB-etsning och torrfilmbearbetning innefattar frätande material-var noga med att använda skyddsutrustning och ha en ögonsköljningsstation till hands (eller åtminstone en hink med vatten). Observera också att framkallning och avlägsnande av torrfilm involverar starka baser-håll dem långt borta från dina etskemikalier, annars kan de reagera våldsamt. Hittills har jag använt tre typer av torrfilmresist, som alla fungerade bra:- MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Ca $ 20,00 för 12 "x 5 fot på Frys, Altex och online. MG vägrade att ange större mängder och kommer inte att avslöja tillverkaren av deras film.-Dupont Riston M115 finns på Think & Tinker Excellent resist, mycket mer ekonomiskt än MG om du vill ha större mängder (12 "x50ft för $ 96,75, 12" x100ft för $ 116,26). Enastående outfit, mycket hjälpsamma, vänliga människor och massor av bra information. Fantastisk webbplats!-Kolon Dry Film Resist Korean tillverkare säljer för något mindre än Think & Tinker's Riston, men med minst 500ft fodral. Vad du behöver- Laserskrivare- Hem-/kontorslaminator- Laserskrivare Transparenter- Spraylim- Negativ torrfilm Foto Resist- Resist Developer (natriumkarbonat) - Motstå stripp (sodi um hydroxid)- Glasskivor- Klar tejp- Gult bugljus- Ljus-säkert område Valfritt- Vakuumpåse eller vakuumram- Kollimerad UV-exponeringskälla- Roterande papperstrimmer- 21 stegs Stufferkänslighetsguide för kalibrering

Steg 2: Skapa konstverk

Jag antar att du har fångat din schematiska och lagt upp ditt PCB i något som Eagle-om du inte vet vad jag pratar om, bör du börja med att lära dig schematisk fångst och PCB-layout. När du har lagt ut kretskortet måste du skapa negativa fotomasker. En negativ fotomask är en genomskinlighet som är tydlig där du vill ha koppar och svart där du vill ta bort koppar. En ledtråd: om du har för vana att fylla dina PCB -lager med mark- eller kraftplan, kommer du att spara mycket toner. Observera också att du kan kakla din PCB -layout i Eagle med kommandot group copy om det inte finns en tillhörande schematisk fil (annars kommer det att klaga på att du måste göra detta i schemat "). Jag hittade processen med att invertera färgerna i din produktion blir förvånansvärt svår, men så småningom bestämde jag mig för detta ganska enkla tillvägagångssätt med hjälp av open source -vektorritprogramvaran Inkscape: 1. Se till att du har valt bara de lager som är nödvändiga för etsning (t.ex. Top/Bottom, Pads, Vias). 2. Använd Eagles utskriftsfunktion för att mata ut till en PDF -fil. Även om vi skriver ut på OH -film, vill du ändå spegla det övre lagret för att placera den tryckta sidan närmast tavlan och förhindra blödning. du har inte redan Inkscape installerat, ladda ner det och installera det nu.4. Öppna PDF -filen i Inkscape (acceptera standardinställningarna för laddning).5. Öppna lagerfönstret (menylagret: lager).6. Klicka på + -knappen för att lägga till ett lager. Namnge det vad du vill (jag kallade mitt "b").7. Klicka nedåtpilen för att flytta det nya lagret till botten. Välj rektangelverktyget i verktygsfönstret. Högerklicka på den blå färgrutan längst ned på skärmen och välj Ange linje.10. Högerklicka på den grå färgrutan och välj Ange fyllning.11. Klicka och dra för att rita en rektangel runt ditt bräde. 12. Välj pilverktyget, välj sedan och dra varje sida av din rektangel till höger till brädans kant. Displayen ska se ut ungefär så här: 13. Högerklicka på den svarta färgrutan längst ned på skärmen och välj Ställ in fyllning. Högerklicka på den svarta färgrutan igen och välj Ange stroke.14. Klicka på ögonikonen i lagerpaletten för att stänga av b -lagret. Klicka och dra för att välja din tavla (eller klicka på ikonen Välj alla synliga i verktygsfältet).16. Negera bilden (Menyeffekter: Färg: Negativ) 17. Klicka på ögonikonen för b -lagret igen. Du borde nu ha något så här: 18. Klicka på Spara-som, ändra filtyp till PDF via Kairo och lägg till _out i filnamnet (t.ex. test_out.pdf) för att inte skriva över originalet. 19. Klicka på Spara-som igen för att spara som standard SVG-format.

Steg 3: Gör OH -film

Den här delen var också lite av en utmaning. Problemet är att de flesta laserskrivare inte gör riktigt mörka utskrifter, så det läcker lite ljus genom de svarta områdena. Jag försökte många metoder för att selektivt mörkna tonern: torrradera markörer, stämpelbläck, kritor, kol, grafit, mjukning/uppvärmning + ytterligare tonerapplikation, osv. Inget av det fungerade. Här är vad som fungerar konsekvent för mig:

1. Börja med små konstverk-jag använder en roterande papperstrimmer för att skära genomskinliga ark i kvartal (4,25 x 5,5) 2-3 ark i taget. Små konstverk är bättre eftersom värmerelaterade snedvridningar i transparensmaterialet kommer att minska. 2. Öppna PDF -filen från det sista steget med Adobe Reader och skriv ut till en laserskrivare med dina transparensark. För min skrivare (Brother HL-5250DN) använder jag följande inställningar: Användardefinierad pappersstorlek (4,25 x 5,5), ingen duplex, manuell matning, 1200 dpi, mörkaste densitet. Stor ledtråd här: Du kan ha flera kopior av samma skrivare installerad i Windows, så lägg till en ny skrivare som heter PCB_Laser som en kopia av din befintliga laserskrivare, högerklicka och ändra standardinställningarna efter behov för utskrift av PCB-transparens. 3. Skriv ut topp- och bottenkonstverk. Håll upp konstverket mot ljuset: Ser du något ljus sippra genom de svarta områdena? Om dina resultat liknar mina, har du tillräckligt med läckage för att orsaka problem med din resist. Observera att du verkligen måste ha några större svarta områden för att noggrant bedöma tonartätheten. Om du är välsignad med supertät toner går du vidare till steg 8, annars kan du skriva ut en andra kopia av var och en av dina OH -film. 4. Därefter behöver du ett provisoriskt ljusbord för att anpassa konstverket. Detta kan vara så enkelt som ett papper tejpat på ett solbelyst fönster, eller ett grunt fack som innehåller ett hockey-puckstorlek täckt av ett pappersark och en glasruta. Bakgrundsbelysningen från en skanner gör ett bra ljusbord. Kör bara en skanning i genomskinlighets-/negativläge-chansen är stor att den lämnar bakgrundsbelysningen tänd i flera minuter efter skanning, ta sedan bort locket och vänd det. Användningen av en huvudmonterad förstoringslins hjälper dig avsevärt att anpassa ditt konstverk. 5. Därefter binder vi genomskinlighetsparen (2x topp, 2x botten) för att fördubbla tonertätheten. För att göra detta, ta en kopia av varje transparent och applicera spraylim på tonersidan. Du kan se vilken tonersida det är genom att observera reflektion av ljus från ytan av transparensen; tonern verkar tråkig på tonersidan. 6. Lägg den icke-självhäftande tonade tonersidan nedåt på det ljusa bordet. Du kanske vill löst tejpa hörnen på det här arket på ljusbordet (vik tejpen över i slutet så att du enkelt kan skala upp den efteråt). 7. Rikta (registrera) försiktigt den limbelagda transparensen med den obelagda transparensen. När du är i linje trycker du hårt för att fästa de två arken. 8. För de inriktade transparenterna genom laminatorn på den kallaste inställningen för att permanent binda ihop lagren. 9. Rikta in det övre och nedre konstverket (tonersidan in) och tejpen ordentligt och lämna tillräckligt med utrymme för att skjuta in kretskortet mellan. Alternativt, om du har en kant som är minst en tum runt brädet, kan du applicera spraylim på en 1/2 "remsa längs två kanter genom att täcka resten av masken med hörnet på ett papper-bara se till att inte mindre än 1/4 "mellan den självhäftande remsan och kanten på brädet.

Steg 4: Förbered kopparklädda

Rengör försiktigt det kopparklädda materialet med en skrubbduk och en blekmedel som innehåller skurmedel (t.ex. Soft Scrub w/Bleach). Slipa med 320 eller 400 korn vått/torrt sandpapper för att grova ytan och säkerställa korrekt vidhäftning. Torka brädan var försiktig så att du inte vidrör brädan utan handskar (för att förhindra överföring av hudoljor till brädet).

Steg 5: Laminera

Det finns några olika möjliga metoder för laminering av kretskortet. MG Chemicals föreslår en mapp över och laminatmetod. Andra föreslår att man använder antingen värme eller vatten (eller båda) för att fästa resistmaterialet på PCB före laminering. Jag har haft lycka till med detta tillvägagångssätt: 1. Gör ditt arbetsområde lättsäkert: Slå på lampan och stäng av alla lysrör eller> 40 Watt glödlampor 2. Skär laminatmaterial 1/2 tum större än brädet (dubbel längden om du gör en dubbelsidig bräda) 3. Skala försiktigt bara tillbaka den första halva tummen av den inre filmen (alltid på insidan av locket) 4. Justera försiktigt laminatet så att laminatet täcker brädan helt på båda sidor (om dubbelsidig). 5. Pressa den första halva tummet av exponerat laminat mot brädet. 6. Dra försiktigt det återstående inre lagret nedåt en halv tum i taget samtidigt som du trycker på det exponerade laminatet mot brädet. Var försiktig så att du inte introducerar några rynkor. Fortsätt till baksidan på liknande sätt om det behövs. 8. För brädan genom laminatorn (när laminatorn är helt upp till temp). Vänd och passera genom laminatorn igen.

Steg 6: Exponera

Placera det laminerade kretskortet mellan de förregistrerade OH-filmerna och tejpen ordentligt på plats. Tejpa en Stouffer 21-stegs känslighetsguide över en öppen del av kretskortet om du planerar att kalibrera din exponeringsprocess. Du vill pressa konstverket hårt mot kretskortet för att förhindra att ljus läcker under dina spår. Du kan göra detta med två glasskivor, eller helst använda en vakuumpåse eller vakuumram. Du kan sedan placera denna enhet i starkt solljus i cirka 5-8 minuter per sida, eller använda en annan UV-källa du väljer. Observera att, trots att PCB och konstverk sitter tätt, är kollimering (att göra ljusstrålar parallella) viktigt för att uppnå fina spår-se här för instruktioner för konstruktion av en kollimerad UV-ljuskälla.

Steg 7: Utveckla

Följ tillverkarens anvisningar för att förbereda framkallningslösning (vanligtvis natriumkarbonat eller kaliumkarbonat) och utveckla din bräda (utveckla tar bort resist som inte utsätts för UV -ljus).

Steg 8: Etch

Använd ditt favoritätningsmedel-var noga med att tänka efter för framtida avfallshantering och överväga en grön process som etsningsprocessen Peroxide/Cupric Chloride (den är bokstavligen grön också). Och om du vill gräva i detaljerna i den inblandade kemin är den här sidan för dig.

Steg 9: Ta bort

Du behöver natriumhydroxid (NaOH) för detta-det här är de saker som Brad Pitt använder för att bränna Edward Nortons hand i Fight Club, det löser upp fett och din hud består till stor del av fett, så var försiktig. Kolla lokala kemikalieförsörjningshus-jag hade tur: min granne gör tvål, så jag hoppade bara och frågade om jag fick låna en kopp lut!

Steg 10: Lödmask & silkskärm

Applicera lödmask genom att skrubba och re-laminera etsad bräda med ett nytt lager av resist, ta sedan bort den skyddande yttre filmen och applicera ett andra lager av resist för att fördubbla tjockleken. Exponera nu med stopp och silkscreen -lager och utveckla som tidigare (exponering kan ta något längre tid på grund av extra tjocklek på resist). Grädda i brödrost vid 200-220 grader F i cirka 10 minuter (var noga med att stötta upp brädet så att motståndet inte fastnar på brödrosten). Ta bort brädet från brödrosten och använd en vit krita för att fylla i texten på skärmen medan brädan fortfarande är varm. Torka bort allt överflödigt krita vax med en handduk och använd en tandpetare för att ta bort överflödigt vax från spår och spår.

Steg 11: Lödpasta Stencil

Om du har kommit så långt måste du ha dragit några sena nätter och konsumerat stora mängder kolsyrade (och koffeinhaltiga) drycker. Om så är fallet, ta en av dessa läskburkar och klipp av toppen och botten med en sax eller ljus sax. Försök att klippa det snyggt utan trasiga kanter. Skär därefter på längden för att producera en remsa av aluminium ca 8 "x 4". Den här remsan blir väldigt lockig, men du kan inte "böja" den utan att göra rynkor. För följande steg kan du antingen hantera krullen, eller så kan du glödga metallen genom att värma den i en brödrost till cirka 450 grader F och sedan låta den svalna långsamt. Därefter måste du slipa både insidan och utsidan av burken med 220 till 320 grit vått/torrt sandpapper för att ta bort färgen (observera att det finns klar färg på insidan av burken-annars skulle läskan äta genom den). Du kan använda en kraftig färgavlägsnare för detta, men sandpapper verkar lite grönare. När du har tagit bort all färg, skrubba väl med SoftScrub med blekmedel för att ta bort alla spår av olja. Nästa laminatfotresist på båda sidor precis som du gjorde med kretskortet. Gör ditt konstverk med tcream-lagret som du gjorde förut, men gör inte negativ den här gången-utgången från Eagle är redan negativ! Var noga med att göra två OH -film vardera på framsidan och baksidan (och se till att spegla framsidan så att tonern hamnar mot motståndet). Utveckla som tidigare och etsa i utspädd HCl. Jag spädde ut HCl till cirka 50% (häll syra i vatten, inte tvärtom). Etsningen kommer att börja långsamt tills oxidskiktet har tagits bort och sedan påskyndas avsevärt. Etsa inte för snabbt, annars kommer brädan att värmas upp och motståndet lossnar. Om du lämnar resisten på plats kommer du att ha en ~ 5 mil stencil, eller så kan du ta bort resisten för att få en ~ 2 mil stencil-men se upp, NaOH kommer att attackera aluminiumet med lite mindre uthållighet än HCl (beroende på koncentrationer). Använd sedan dina misslyckade brädor (du borde ha några av dessa nu) för att rigga upp en lödpastajigg. Applicera lödpastan med en färgskrapa eller liknande, placera dina delar och fortsätt med återflödet.

Steg 12: Återflöd

Ganska enkla saker här: Värm tills lödpasta smälter, sval sedan. Var noga med att använda en ganska rejäl koppar- eller aluminiumplatta för att jämnt sprida värmen över brädet. När all lödning har smält, ta av metallplattan från kokplattan och placera den på ett kylfläns för att snabbt sänka temperaturen-cementgaragegolv fungerar utmärkt-se bara till att du använder ugnsgrytor (men baka inte kakor med dem efteråt …). Du kan behöva städa upp några överbryggade anslutningar efter återflödet. För detta, använd bara lödväxa och massor av flussmedel (jag gillar Orange Crush). Slå på strömmen och elda upp den! BTW, jag av misstag sprang tempen upp för högt på det första brädet och fick den svala gradientfärgseffekten på lödmasken som ett resultat (se introduktionsbilden). Jag tror att komponenterna fortfarande var i specifikationer, men jag hade inte en bra värmespridare under den då, så jag kan inte vara säker på att sonden läste samma temperatur som styrelsen såg. Styrelsen verkar OK än så länge … Ja, det är det-lätt va? Var noga med att titta efter min kommande webbplats IncoherentLabs.com. Nu ha kul och gå och rädda världen!