Poloprofesionální výroba DPS a nepájivé masky

V tomto návodu Vám popíši „poloprofesionální“ výrobu jednostranného plošného spoje. Slovo poloprofesionální jsem volil proto, že strana mědi bude pokrytá nepájivou maskou, tak jako u profi výrobků. Technologický postup leptání zde popisovat nebudu, ten je pořád stejný, i v případě, zda je DPS nakreslená fixem a nebo přenesená osvícením filmu.

1. Příprava cuprextitové desky

Příprava surové desky pro plošný spoj není nikterak složitá. Nejprve je nutné desku naformátovat na potřebný rozměr. To lze pomocí pilky na železo, úhlové brusky nebo stolní elektrické pily. Plno lidí používá i nůžky na plech, ale ty nedoporučuji, jelikož odstřižený kus DPS je poničený a pak dále nepoužitelný. Osobně používám pákové nůžky, přímo určené ke stříhání DPS, ale každý nemá takové možnosti, takže pilka na železo postačí. Pokud máme cuprextit úplně nový, stačí povrch pouze odmastit. Pokud je ale ve skříni již delší dobu, jsou na něm otisky prstů, případně lehce zoxidovaný, je nutné desku očistit. Pro tuto potřebu používám tekutý písek (na koupelny a kuchyně), pomocí houbičky na nádobí povrch mědi dokonale vyčistím.

2. Vrtání otvorů a frézování obvodu

Pro mnohé bude divné, že hned vrtat do DPS, když ještě není vyleptaná, ale v tomto technologickém postupu to nejde jinak. O vrtání otvorů a vyfrézování obvodu se stará CNC frézka Roland EGX-350. Otvory vrtám pomocí klasických vrtáků s rozšířeným dříkem na 3,175mm. Vrtáky mají na sobě vymezovací kroužek, není tedy potřeba při změně vrtáku znovu nastavovat osu Z. Obvod DPS je frézován karbidovou frézou o průměru 2 mm. Data pro CNC frézku exportuji do DXF (pouze vrstvy 17 Pads, 18 Vias, 20 Dimension). Následně pak data převedu do Roland Engrave Studia, kde podle přednastavených parametrů vytvořím úlohu pro stroj.

3. Nažehlení suché fotovrstvy

V tomto kroku je nutné na plošný spoj dostat nějakou fotovrstvu. Ve svých začátcích jsem používal sprej POSITIV 20, kterým se UV vrstva nastříkala přímo na DPS. Byl však problém vždy dosáhnout stejné vrstvy a bylo nutné počkat 24 hodin, případně desku vytvrdit při 70 °C. Následně jsem přešel na nažehlení folie na DPS pomocí laminátoru, u této metody jsem zůstal doposud.

S fólií je jednoduchá práce. Vystřihnu vždy rozměr o něco větší, než je rozměr DPS. Sloupnu přenášecí fólii s lepící strany (folie sama o sobě tolik nelepí). Prstem „přižehlím“ fólii k jedné straně a tou stranou vložím desku do nahřátého laminátoru, ten si sám fólii přižehlí po celé ploše plošného spoje. Proces pak opakuji ještě 4x, aby byla folie dostatečně „zapečena“.

Při použití této fólie je nutné tisknout negativní předlohy, to znamená, žena předloze jsou měděné cesty průhledné, a odleptaná měď černá. Předlohy z tohoto webu je nutné tedy „invertovat“. Předlohu osvicuji pomocí UV lampy, která se používá při modeláži nehtů. Osazené jsou 4ks 9W UV zářivek, jelikož nejsou všechny ve stejné výšce, bylo nutné u dvou krajních posunout patice do stejné výšky, jako u prostředních zářivek. Tato lampa se dá sehnat již za 300 Kč. Doba osvícení vychází na 90 sekund. Osvícená předloha na DPS vypadá nějak takto:

4. Vyvolání předlohy

Neboli vymytí neosvícených míst na DPS. To lze provádět přímo pomocí koupené „vývojky“, ale to dost prodraží celkovou výrobu (po použití je nutné roztok vylít). Nejjednodušší je si roztok  Na₂CO₃ připravit z kalcinované sody na praní. Poměr míchání je 10g sody na 1 litr vody. Vyvolání trvá obvykle okolo 3 minut, pomocí štětce lze proces ještě urychlit. Po vyvolání vypadá plošný spojj nějak takto:

5. Leptání

Následné leptání plošného spoje je stejné jako u všech ostatních metod. Pro leptání používáme chlorid železitý (FeCL3), proces lze urychlit ohřátím roztoku asi na teplotu 50 °C, k tomu používám mikrovlnou troubu. Na plošný spoj ze strany součástek přilepím kus izolační pásky, vytvořím tak malé „poutko“. Následně pak plošný spoj položím na hladinu leptacího roztoku, odleptaná měď pak jednodušeji odpadává na dno a nebrání dalšímu leptání. S ohřátým leptacím roztokem je doba procesu okolo 10 minut, roztok používám opakovaně. Úspěšně vyleptaný plošný spoj vypadá nějak takto:

6. Nepájivá maska + stříbření

Možností jak nanést nepájivou masku máme zase několik. Existuje maska jako barva, která se na plošný spoj natře, ale nejvíce se mi zase ověřila maska ve fólii. Proces nalaminování folie na plošný spoj je stejný, jako s UV fólií, nebudu ho tedy dále popisovat. Film nepájivé masky je pro změnu pozitivní. Místa, která budou následně vymytá jsou na předlože zakrytá. Desku s předlohou osvicuji 5 minut a 30 sekund. Následně mohu nechat desku vyvolat ve stejném roztoku jako při použití UV folie. Než se místa pájecích bodů vymyjí, trvá to asi 5 minut. Následně dám celou desku ještě na 10 minut pod UV lampu, folie se dokonale vytvrdí. Následně dávám plošný spoj do stříbřící lázně, ve výsledku to nemá asi žádný smysl, ale jednou jsem lázeň koupil a používám jí stále opakovaně (pořád a pořád funguje).

Tímto způsobem lze tedy dosáhnout „profi“ kvality plošných spojů v domácích podmínkách. Bohužel výroba takového plošného spoje zabere okolo 2-3 hodin, nedá se tedy říct, že by se jednalo o rentabilní výrobu, ale při prototypování a výrobě pár kusů malých plošných spojů je to zajímavé posunutí výroby vpřed. Pří více kusech, nebo při sériové výrobě stále vyhrává výroba DPS v Číně (například: jlcpcb.com, pcbway.com nebo allpcb.com).