Machen Sie eine richtige PCB-Belichtungseinheit aus einer billigen UV-Nagelhärtungslampe - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Was haben PCB-Produktion und gefälschte Fingernägel gemeinsam? Beide verwenden UV-Lichtquellen hoher Intensität und diese Lichtquellen haben glücklicherweise genau die gleiche Wellenlänge. Nur die für die Leiterplattenproduktion sind in der Regel recht teuer und die für gefälschte Fingernägel sind etwas wettbewerbsfähiger.

In dieser Anleitung geht es darum, wie eine solche Vorrichtung verwendet wird, um eine kostengünstige Lichtquelle zu bauen, die zum Belichten der verschiedenen UV-empfindlichen Materialien geeignet ist, die bei der Herstellung von Leiterplatten vorkommen, wie Trockenfilm-Fotolack und UV-härtbare Lötstopplacke.

Dieser Build ist nicht nur sehr kostengünstig (ca. 20 US-Dollar für alle erforderlichen Materialien), sondern behebt auch einige Probleme, die ich bei anderen Geräten an den Zwischenröhren gesehen habe:

• Kollimation: Um einfach ein Board mit ziemlich groben Features freizulegen, müssten Sie nichts davon tun. Sie können den Nageltrockner einfach so verwenden, wie er ist, und es ist vorbei. Um jedoch kleine Merkmale belichten zu können (laut dieser Site bis zu 5 mil), müssen Sie sicherstellen, dass alle Ihre UV-Strahlen aus derselben Richtung kommen, die genau senkrecht zur belichteten Platine ist.
• Gleichmäßigkeit der Beleuchtung über die gesamte Belichtungsebene. Stellen Sie sich vor, Sie möchten eine wirklich große Tafel belichten, z. B. A4 oder Letter-Format. Sie möchten die gleiche Energiemenge über das gesamte Board, ohne heiße oder dunkle Flecken. Dazu muss die Energiequelle einen gewissen Abstand von der Belichtungsebene haben und Sie benötigen entweder eine sehr dicht gepackte Anordnung von UV-Quellen (wie UV-LEDs, die ziemlich teuer sein können) oder ein effektives Reflektordesign für die UV-Quellen Sie zur Hand haben, was ich mir ausgedacht habe.
• Belichtungszeit: Ich habe keine Ahnung, wie schnell diese Quelle mit vorsensibilisiertem, positiv kupferplattiertem Material ist, da ich das Zeug noch nie verwendet habe, aber mit Trockenfilm-Fotolack fühlt es sich wirklich schnell an. Wie unter zwei Minuten schnell. Die Sache ist die, ich bin nicht wirklich qualifiziert, die Ergebnisse richtig zu interpretieren, also muss ich noch ein paar Meinungen dazu sammeln.

Trotz der geringen Kosten können Sie mit diesem Build Ergebnisse erzielen, die denen von bis zu 10-mal teureren Geräten entsprechen oder (in einigen Fällen) sogar übertreffen.

Schritt 1: Erforderliches Werkzeug

• Starke Schere
• Irgendeine Säge oder (vorzugsweise) CNC-Fräse zum Ausschneiden der Reflektorschablonen
• Heißdraht-Schaumschneider (sehr einfach zu machen!)
• Heißklebepistole
• Alter Schraubendreher (jede Art reicht)
• Lötkolben, Drahtschneider
• Heißluftquelle. Ein Feuerzeug reicht aus, aber eine Heißluft-Nacharbeitsstation ist schöner:)

Schritt 2: Materialien

• UV-Nagelhärtungslampe wie diese
• 300 x 220 x 100 mm Stück XPS oder eine ähnliche Schaumstoffplatte (wenn Sie das 100-mm-Material nicht bekommen können, können Sie dünneres Material verwenden, stellen Sie nur sicher, dass es mindestens ~ 60 mm ist)
• Klempner Aluminiumband
• Kabel
• Schrumpfschlauch
• Kabelbinder
• Lot
• Klebeband
• Heißklebestifte
• zwei Stück Sperrholz, dicker Karton, Leiterplattenmaterial oder ähnliches, mindestens 110x60mm groß

Schritt 3: Downloads

Hier sind die Dateien zum Erstellen der Reflektorvorlagen und der verbesserten Kalibrierungstafel-Grafik.

Für die Reflektorschablone gibt es zwei G-Code-Dateien, eine zum Fräsen und eine zum Laserschneiden. Es gibt auch eine SVG-Datei. Das Board-Artwork wird als Eagle-Datei und als invertierte PS-Datei bereitgestellt.

Schritt 4: Zerreißen Sie die UV-Nagelhärtungslampe

Zuerst müssen Sie die Leuchten und die Platine von der Nagelhärtungslampe holen. Lösen Sie alle Schrauben, ziehen Sie alle Stecker ab und entlöten Sie die Drähte für die Halterungen, da diese sowieso alle verlängert werden müssen.

Schneiden Sie dann die Befestigungen aus dem Gehäuse. Stellen Sie sicher, dass Sie dies nicht mit installierten Lampen tun, da sie sonst bremsen könnten! Sie müssen nicht super sauber arbeiten, achten Sie nur darauf, dass überschüssiges Material an der Seite, an der die Lampe eingesetzt wird, abgeschnitten wird, da diese mit dem Reflektor verklebt wird und somit bündig abschließen muss.

Schritt 5: Berechnen Sie den Reflektor und erstellen Sie eine Vorlage

Wenn das nicht Ihr Ding ist, können Sie diesen Schritt überspringen, denn ich habe es für Sie getan.:)

Wer es wissen will, hier gehts:

Ein Parabolreflektor ist eine schöne Möglichkeit, parallele Strahlen in einem einzigen Punkt zu bündeln, funktioniert aber auch umgekehrt.

Wie Sie vielleicht schon bemerkt haben, sind die UV-Röhren im Nagellacktrockner keine normalen runden Leuchtstoffröhren mit einem Kontakt an jedem Ende, wie sie in den meisten kommerziellen Bastelgeräten verwendet werden.

Unser Reflektor hat also auch keine reguläre Parabelform, sondern zwei überlappende.

Hier die Maße aus den Rohren:

Rohrdurchmesser = 11mm

Rohrversatz von der Mitte = 7,5 mm

Gesamtreflektorbreite = 110 mm (halbe Belichtungsebene)

Gewünschter Brennpunkt = 12mm (bleibt ca. 6mm zwischen Rohraußenwand und Reflektorwand. Sollte ausreichen, da die Rohre nicht sehr heiß werden)

Für eine regelmäßige, einzelne Parabel, die in diese Werte übersetzt wird:

Parabelbreite = 95mm

Parabelfokus = 12 mm

Die Gleichung für eine Parabel (einschließlich des Fokus) lautet wie folgt:

y = x^2 / 4f wobei x die Hälfte der Breite oder des Durchmessers ist, f die Brennweite und y die Höhe ist, die wir wissen möchten.

Wenn unsere Werte eingesteckt sind, sieht die Gleichung wie folgt aus:

y = 47,5^2 / 4*12 = 2256,25 / 48 = 47

Unser y bei x=47,5 ist also 47. Jetzt müssen wir nur noch zwei dieser Parabeln zeichnen und sie im Abstand von 15 mm überlappen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Ich habe freeCAD verwendet, was wahrscheinlich nicht der beste Weg ist, also werde ich nicht darauf eingehen.

Sobald Sie eine grafische Darstellung Ihrer Reflektorform haben, müssen Sie nur noch einen Weg finden, sie auf ein physisches Objekt zu übertragen, was mit einem Laserschneider, einer CNC-Fräse oder auf die altmodische Art mit einem Laubsäge und viel Fluchen. Denken Sie daran, dass Ihr Schablonenmaterial der Hitze des Heißdrahtschneiders standhalten muss.

Schritt 6: Schneiden Sie den Reflektor

Bevor Sie Ihr einziges Stück Schaumstoff zuschneiden, ist es eine gute Idee, ein wenig zu üben. Außerdem sollten Sie vor dem Zuschneiden der eigentlichen Reflektorform alle anderen gewünschten Aussparungen in Ihren Schaumstoffblock schneiden (zur Montage und zur Aufnahme der Netzteilplatine für die UV-Lampen). Sie können Befestigungslöcher bohren, indem Sie einen alten Schraubendreher mit einem Feuerzeug oder einer Heißluftpistole erhitzen und in den Schaumstoff stecken.

Kleben Sie die Schablonen so auf die Schaumstoffplatte, dass sie sich genau gegenüberliegen. Sie können dafür Heißkleber verwenden, aber achten Sie darauf, nicht zu viel zu verwenden, damit Sie sie entfernen können, ohne den Schaum später zu zerstören. Anschließend den Schaumstoff unter den Schablonen mit einem Heißdrahtschneider ausschneiden. Beachten Sie, dass die Schnittlänge Ihres Hitzdrahtes mindestens die gesamte Breite des Reflektors betragen muss, d. h. 300 mm.

Wenn eine Hälfte des Reflektors fertig ist, entfernen Sie vorsichtig die Schablonen und heften Sie sie an die restliche Hälfte. Schneiden Sie den Schaumstoff aus, entfernen Sie die Schablonen und fertig mit diesem Schritt.

Ein paar Worte zur Herstellung und Verwendung eines Drahtschneiders:

Ich habe eine sehr einfache aus ein paar Stücken Altholz, etwas Draht und einer E-Saite einer E-Gitarre (.009 Gauge, wenn ich mich richtig erinnere) gemacht. Schwierig ist es, ein passendes Netzteil zu finden. Wenn Sie keinen Zugang zu einem Netzteil für den Labortisch haben, müssen Sie experimentieren, welche Stromquelle Ihnen die richtige Temperatur liefert. Die Leute im Internet scheinen mit verschiedenen Arten von Wandwarzen oder Batterien erfolgreich gewesen zu sein. Der beste Weg, den ich gesehen habe, ist die Verwendung eines LiPo-Akkus mit einem gebürsteten Geschwindigkeitsregler und einem Servotester. Verwenden Sie keine LiPo-Akkus ohne Geschwindigkeitsregler, es sei denn, Sie wissen genau, was Sie tun, sie könnten Sie in die Luft jagen!

Hier ist ein sehr gutes Video, das das Ganze im Detail erklärt.

Schritt 7: Machen Sie den Reflektor reflektierend

Obwohl UV-Strahlung Teil des sichtbaren Lichts ist, das uns überall umgibt, unterscheiden sich ihre Eigenschaften stark von denen des sichtbaren Lichts. Ein Spiegel, der für sichtbares Licht funktioniert, funktioniert möglicherweise überhaupt nicht für UV. Aluminium ist jedoch dafür bekannt, im UV-Spektrum stark zu reflektieren. Daher verwenden wir dies, um den Reflektor abzudecken.

Ich habe Aluminiumklempnerband verwendet, das einfach zu verwenden ist und wie angekündigt funktioniert (dh es reflektiert UV-Strahlung), aber etwas kostet (bis zu 10 US-Dollar pro Rolle). Wenn Sie ein knappes Budget haben, kommen Sie vielleicht mit Küchen-Alufolie davon, aber ich würde davon abraten, einfach weil ich es mir als eine große Nervensäge vorstelle, zu versuchen, das knittrige Zeug auszulegen. Außerdem ist das Klempnerband selbstklebend, was Ihnen die Kopfschmerzen erspart, eine Art Klebstoff zu finden, der den Schaum, aus dem der Reflektor besteht, nicht schmilzt.

Schritt 8: Montieren Sie die Geräte

Jetzt können Sie endlich die Lampen in die Leuchten einbauen. Richtig, Sie installieren die Lampen, bevor Sie die Leuchten auf den Reflektor kleben. Dies liegt daran, dass es viel einfacher ist, die Lampen so einzustellen, dass sie im Fokus des Reflektors stehen, als ohne die installierten Lampen.

Jetzt ist dieser Teil wichtig:

Der Fokus des Reflektors liegt genau 12 mm über dem tiefsten Punkt des Reflektors, daher muss die Mitte Ihrer UV-Röhren so nah wie möglich an diesem Fokus liegen. Beachten Sie auch, dass der Reflektor nicht wirklich eine Parabel ist, sondern zwei überlappende, da Ihre UV-Lampen zwei parallele Röhren haben.

Schritt 9: Verkabelung

Wenn alle Lampen vorhanden sind, können Sie alles verkabeln und das Netzteil in die zuvor geschnittene Aussparung montieren. Verlängern Sie die Drähte für die Lampenfassungen und stellen Sie sicher, dass alle Stellen, die Netz- oder Hochspannung führen, ordnungsgemäß isoliert sind.

Starten Sie es für einen Test und wenn alles funktioniert, fahren Sie mit dem letzten Schritt fort.

Schritt 10: Montage und Kalibrierung

Damit die Kollimations- und Homogenisierungseffekte der Reflektoren richtig funktionieren, benötigen Sie einen Abstand von ca. 40cm zwischen der Kante Ihres Reflektors und Ihrer Belichtungsebene. Am einfachsten fand ich es, den Belichter unter einem Regal zu montieren und meine Belichtungsebene auf einem anderen Regal darunter zu haben.

Um Ihre Leiterplatte und Ihr Kunstwerk an Ort und Stelle zu halten, können Sie eine Glasscheibe (besser zwei zusammengeklemmt) oder einen Vakuumtisch / eine Tasche (bei weitem die beste Lösung) verwenden. Ich habe einen sehr groben (aber funktionierenden) Vakuumbeutel aus einem mittelgroßen Gefrierbeutel, einem Stück Plastikschlauch und etwas Heißkleber gemacht. Kleben Sie das Kunstwerk auf Ihr Board, legen Sie es in die Tasche, schließen Sie es an eine Art Vakuum an (es gibt billige Aquarienpumpen, die modifiziert werden können, eine große (>= 50 ml) Spritze funktioniert auch, oder, wenn alles andere fehlschlägt, den Schlauch in den Mund stecken und daran lutschen:))

EDIT: Ich fand, dass eine 60-ml-Spritze und eine Klemme aus dem Baumarkt die ideale Vakuumpumpe waren. Siehe das Bild!

Bevor Sie Ihren Belichter verwenden können, müssen Sie ihn jedoch kalibrieren, damit Sie wissen, wie lange Sie belichten müssen. Ich kenne zwei Möglichkeiten, dies zu tun, und nur eine davon kann getan werden, ohne zusätzliches Material kaufen zu müssen, daher werde ich hier auf diese eingehen.

Ich habe ein kleines (wirklich winziges!) Board-Layout erstellt, das eine Tabelle mit einem "Zähler" in einer Spalte und Spuren abnehmender Breite in der anderen ist. Nachdem Sie den Belichter für ~10 Minuten aufgewärmt haben (Sie müssen dies jedes Mal tun, wenn Sie ein Board belichten möchten, um konsistente Ergebnisse zu erzielen), beginnen Sie mit der Belichtung des Boards, wobei alle bis auf die "10-Minuten" -Reihe von etwas undurchsichtigem (z Geschenkkarte, stellen Sie nur sicher, dass sie wirklich undurchsichtig ist!). Nach einer Minute ziehen Sie ein wenig an der Karte, um die Zeile "9 Minuten" freizulegen, und so weiter. Nach dem Belichten das Board einige Minuten (5-30) an einem dunklen kalten Ort ruhen lassen und wie gewohnt entwickeln. Auch ohne das Board zu ätzen, sollten Sie eine ungefähre Vorstellung davon haben, wie lange Sie Ihre Boards belichten müssen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Hier ist ein Bild davon, wie eine richtig belichtete und entwickelte Spur aussehen sollte.

Die andere Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, eine Stouffer-Skala zu verwenden, wie hier beschrieben.

Schritt 11: Fazit und Danksagung

Obwohl fabrikgefertigte Leiterplatten leichter zugänglich sind als je zuvor, gibt es immer noch einige Nischen, in denen DIY eine praktikable Alternative ist. Stellen Sie sich vor, Sie brauchen ein Board, das gerade erstellt wird, oder nur eines, aber ein großes, oder die vielen Iterationen, die ein Board während der Entwicklung durchlaufen kann. In solchen Fällen kann es etwas teuer werden, jedes Mal 10 Boards anfertigen zu lassen, die Sie benötigen, ganz zu schweigen davon, dass Sie +4 Wochen warten müssen, bis sie bei Ihnen ankommen.

Außerdem gibt es unzählige Möglichkeiten, Leiterplatten zu Hause herzustellen, einschließlich Isolationsrouting und Tonertransfer, aber die traditionelle Methode (photochemische Bearbeitung) liefert bei weitem die besten Ergebnisse.

Der Belichter in diesem anweisbaren basiert stark auf der hier beschriebenen UV-Quelle, aber ihr Design ist immer noch zehnmal teurer als diese zu bauen. Eine Sache, die ihr Design hat, aber ich habe noch nicht hinzugefügt, ist das Kollimationsgitter, hauptsächlich weil der Laserschneider bei unserem lokalen Makerspace wochenlang kaputt war, also konnte ich keinen machen. Ich könnte später einen hinzufügen und über die Ergebnisse berichten, aber im Moment bin ich wirklich zufrieden mit den Ergebnissen dieses supergünstigen Builds.

Eine weitere großartige Inspirationsquelle waren die verschiedenen Videos und Anleitungen des brillanten David Windestål auf rcexplorer.se. Dieser Typ hat einige wirklich verrückte Fähigkeiten!

Wenn Sie Kommentare, Korrekturen oder ähnliches haben, kommentieren Sie bitte. Wenn Sie an meinen anderen Projekten interessiert sind, können Sie meinen Blog besuchen.

Schritt 12: Mehr Kalibrierung und reale Ergebnisse

Das erste Design der Kalibrierungsplatine, das ich erstellt habe, war ein schnelles und schmutziges Layout, das ich erstellt habe, ohne zu viel darüber nachzudenken. Aber ich wollte herausfinden, wozu mein neuer Belichter wirklich in der Lage ist, also habe ich einen verbesserten gemacht, diesmal mit vier Gruppen von vertikalen Spuren, 7, 6, 5 und 4 mil mit entsprechenden Abständen. Beachten Sie, dass die beworbene Auflösung von 5/5 mil aus dem ursprünglichen Think and Tinker-Design stammt, das ein Kollimationsgitter hat. Wie die Bilder zeigen, scheint dieses Raster nicht notwendig zu sein, um 5/5mil zu erreichen.

BEARBEITEN:

Ich habe noch ein Kalibrierungsbrett-Design gemacht, das ich auf Film belichtet hatte, um ein für alle Mal zu wissen, was was ist. Nun, jetzt weiß ich es. Selbst mit echten fotografischen Kunstwerken sind 5/5 mil das Beste, was praktisch erreichbar ist. 4/4mil funktioniert, aber auf diesem Niveau zählt jeder Schmutzfleck, und mein Heimlabor ist einfach nicht sauber genug. Es ist nicht so, dass ich normalerweise sowieso etwas kleiner als 10 mil verwende (außer natürlich bestimmte Footprints), selbst wenn ich meine Boards in einer Fabrik herstellen lasse.

Bin ich mit dem Ergebnis zufrieden? Natürlich bin ich! Ein Belichtungsgerät für weniger als 30 Euro, das 5/5mil-Funktionen (und theoretisch sogar mehr) bietet, der einzige Nachteil ist, dass es nicht ganz so stromlinienförmig ist wie diese schicken neuen LED-Boxen, die jetzt jeder baut. Aber zweifellos viel billiger!