Killer-PCBs - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:22

Dieses anweisbare demonstriert den Prozess zur Herstellung von Leiterplatten mit so kleinen Merkmalen wie 0,005, geeignet für LQFP- oder QFN-ICs unter Verwendung von Negativ-Trockenfilm-Fotolack. Auf diese Weise können Sie mit fast allen verfügbaren integrierten Schaltkreisen umgehen – sogar mit Ball Grid Arrays! Abgebildet sind Boards mit einem TSSOP-14, QFN-40-Gehäuse mit einem Rastermaß von 0,65 mm und Flex-Sockeln ohne Einsteckkraft mit einem Rastermaß von 0,5 mm.

Schritt 1: Hintergrund

Nachdem ich eine Weile mit der Herstellung von Leiterplatten zu Hause experimentiert habe, habe ich endlich einen Prozess ausgearbeitet, der einigermaßen konsistente Ergebnisse liefert, die tatsächlich ziemlich gut aussehen. Ich habe viel Zeit damit verbracht, die Tonerübertragungsmethode mit unterschiedlichem Erfolg zu verwenden (OK, unterschiedliche Fehlergrade könnten genauer sein). Ich habe auch Philmore / Datak Negativ-Photoresist-Spray mit durchweg schrecklichen Ergebnissen ausprobiert (das Zeug schmolz schließlich die mitgelieferte Sprühdüse und leckte überall). Nicht grün und nicht zu empfehlen. Jetzt hätte ich vorsensibilisierte Boards kaufen und mir viel Ärger sparen können, aber ich finde das Material zu teuer für die Menge an Boards, die ich produziere. Ich habe schließlich Trockenfilm-Fotoresist ausprobiert und werde nicht zurückkehren! Ich werde nicht auf die Feinheiten der schematischen Erfassung oder Radierung eingehen, da diese Themen von anderen instructables gut abgedeckt werden. Es werden keine flüchtigen Verbindungen verwendet - nur einfache Basen, die durch Filtern von Feststoffen und Neutralisieren mit HCl umweltverträglich gemacht werden können (siehe Herstelleranweisungen für ordnungsgemäße Entsorgungsverfahren). Dieser Prozess bildet in Kombination mit einem Peroxid/Kupferchlorid-Ätzprozess einen umweltverträglichen, grünen PCB-Entwicklungsprozess. Wenn Sie die Tonerübertragungsmethode noch nicht ausprobiert haben, tun Sie dies. Sofern Sie nicht mit magischem Toner und/oder Papier gesegnet sind, liefert die Trockenfilm-Resist-Methode bessere Ergebnisse, aber der Prozess ist etwas komplizierter. Wenn Sie mit den Tonerübertragungsergebnissen zufrieden sind, bleiben Sie auf jeden Fall bei dieser Methode. Natürlich gelten die Standardwarnungen: PCB-Ätzen und Trockenfilmverarbeitung beinhalten ätzende Materialien - verwenden Sie unbedingt Schutzausrüstung und halten Sie eine Augenspülstation (oder zumindest einen Eimer Wasser) bereit. Beachten Sie auch, dass die Entwicklung und das Ablösen von Trockenfilmen starke Basen erfordern - halten Sie sie von Ihren Ätzchemikalien fern, da sie sonst heftig reagieren können. Bisher habe ich drei Arten von Trockenfilmresist verwendet, die alle gut funktionierten:-- MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Ungefähr 20,00 $ für 12" x 5 Fuß bei Frys, Altex und online. MG weigerte sich, größere Mengen anzugeben und wird den Hersteller ihrer Folie nicht preisgeben.--Dupont Riston M115 erhältlich bei Think & Tinker Ausgezeichneter Resist, viel sparsamer als MG, wenn Sie größere Mengen (12 "x 50 Fuß für 96,75 $, 12 "x 100 Fuß für 116,26 $) wünschen. Hervorragendes Outfit, sehr hilfsbereite, freundliche Leute und viele tolle Informationen. Tolle Seite!--Kolon Dry Film Resist Koreanischer Hersteller verkauft für etwas weniger als Think & Tinker's Riston, aber mit einem Minimum von 500 Fuß Fällen. Was Sie brauchen - Laserdrucker - Heim- / Bürolaminator - Laserdrucker-Folien - Sprühkleber - Negativer Trockenfilm-Fotoresist - Resist Developer (Natriumcarbonat) - Resist Stripper (sodi um Hydroxid) - Glasscheiben - Durchsichtiges Klebeband - Gelbes Insektenlicht - Lichtgeschützter Bereich Optional - Vakuumbeutel oder Vakuumrahmen - Kollimierte UV-Belichtungsquelle - Rotierender Papierschneider - 21-stufiger Stouffer-Empfindlichkeitsleitfaden für die Kalibrierung

Schritt 2: Kunstwerk erstellen

Ich gehe davon aus, dass Sie Ihren Schaltplan erfasst und Ihre Leiterplatte in etwas wie Eagle ausgelegt haben - wenn Sie nicht wissen, wovon ich spreche, sollten Sie besser mit dem Erlernen der Schaltplanerfassung und des PCB-Layouts beginnen. Sobald Sie die Platine ausgelegt haben, müssen Sie negative Fotomasken erstellen. Eine negative Fotomaske ist eine Transparenz, die klar ist, wo Sie Kupfer haben möchten, und schwarz, wo Sie Kupfer entfernen möchten. Ein Tipp: Wenn Sie es sich zur Gewohnheit machen, Ihre PCB-Layer mit Ground- oder Powerplanes zu füllen, sparen Sie viel Toner. Beachten Sie auch, dass Sie Ihr PCB-Layout in Eagle mit dem Gruppenkopierbefehl kacheln können, wenn keine zugehörige Schaltplandatei vorhanden ist (andernfalls müssen Sie dies im Schaltplan beschweren"). Ich habe den Prozess zum Invertieren der Farben in. gefunden Ihre Ausgabe war überraschend schwierig, aber schließlich habe ich mich für diesen ziemlich einfachen Ansatz mit der Open-Source-Vektor-Zeichensoftware Inkscape entschieden: 1. Stellen Sie sicher, dass Sie nur die zum Ätzen erforderlichen Schichten ausgewählt haben (zB Top/Bottom, Pads, Vias). 2. Verwenden Sie die Druckfunktion von Eagle, um eine PDF-Datei auszugeben. Auch wenn wir auf Transparentfolien drucken, möchten Sie die oberste Schicht dennoch spiegeln, um die bedruckte Seite am nächsten an der Platine zu platzieren und ein Ausbluten zu vermeiden Wenn Sie Inkscape noch nicht installiert haben, laden Sie es herunter und installieren Sie es jetzt. 4. Öffnen Sie das PDF in Inkscape (übernehmen Sie die Standardladeparameter). 5. Öffnen Sie den Bereich Ebenen (Menü Ebene: Ebenen). um eine Ebene hinzuzufügen. Benennen Sie sie, wie Sie möchten (ich habe meine "b" genannt). den Abwärtspfeil, um die neue Ebene nach unten zu verschieben.8. Wählen Sie im Werkzeugbereich das Rechteckwerkzeug aus.9. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das blaue Farbfeld am unteren Bildschirmrand und wählen Sie Strich festlegen.10. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das graue Farbfeld und wählen Sie Füllung festlegen.11. Klicken und ziehen Sie, um ein Rechteck um Ihr Board zu zeichnen.12. Wählen Sie das Pfeilwerkzeug aus, wählen Sie dann jede Seite Ihres Rechtecks aus und ziehen Sie sie direkt an den Rand Ihres Boards. Die Anzeige sollte ungefähr so aussehen:13. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das schwarze Farbfeld am unteren Bildschirmrand und wählen Sie Füllung festlegen. Klicken Sie erneut mit der rechten Maustaste auf das schwarze Farbfeld und wählen Sie Strich festlegen.14. Klicken Sie auf das Augensymbol in der Ebenenpalette, um die b-Ebene zu deaktivieren.15. Klicken und ziehen Sie, um Ihr Board auszuwählen (oder klicken Sie auf das Symbol Alle sichtbaren auswählen in der Symbolleiste).16. Negieren Sie das Bild (Menüeffekte:Farbe:Negativ)17. Klicken Sie erneut auf das Augensymbol für die b-Ebene. Sie sollten jetzt so etwas haben:18. Klicken Sie auf Save-As, ändern Sie den Dateityp über Cairo in PDF und hängen Sie _out an den Dateinamen (z. B. test_out.pdf) an, um das Original nicht zu überschreiben.19. Klicken Sie erneut auf Speichern unter, um das SVG-Standardformat zu speichern.

Schritt 3: Transparentfolien erstellen

Auch dieser Teil war eine kleine Herausforderung. Das Problem ist, dass die meisten Laserdrucker keine wirklich dunklen Ausdrucke machen, so dass etwas Licht durch die schwarzen Bereiche dringt. Ich habe viele Ansätze ausprobiert, um den Toner selektiv zu verdunkeln: trocken abwischbare Marker, Stempelfarbe, Buntstifte, Holzkohle, Graphit, Erweichen/Erhitzen + zusätzlicher Tonerauftrag usw. Nichts davon hat funktioniert. Folgendes funktioniert bei mir durchweg:

1. Beginnen Sie mit kleinen Kunstwerken - ich benutze einen rotierenden Papierschneider, um Transparentfolien in Viertel (4,25 x 5,5) 2-3 Blätter gleichzeitig zu schneiden. Kleine Kunstwerke sind besser, da wärmebedingte Verzerrungen im Transparentmaterial reduziert werden. 2. Öffnen Sie das PDF aus dem letzten Schritt mit Adobe Reader und drucken Sie es auf einem Laserdrucker, der mit Ihren Transparentfolien geladen ist. Für meinen Drucker (Brother HL-5250DN) verwende ich die folgenden Einstellungen: Benutzerdefiniertes Papierformat (4,25 x 5,5), kein Duplex, manueller Einzug, 1200 dpi, Dunkelste Dichte. Großer Hinweis hier: Sie können mehrere Kopien desselben Druckers in Windows installiert haben, also fügen Sie einen neuen Drucker namens PCB_Laser als Duplikat Ihres vorhandenen Laserdruckers hinzu, klicken Sie dann mit der rechten Maustaste und ändern Sie die Standardeinstellungen nach Bedarf für den PCB-Transparenzdruck. 3. Drucken Sie das obere und untere Bildmaterial. Halten Sie das Kunstwerk gegen das Licht: Sehen Sie Licht durch die schwarzen Bereiche? Wenn Ihre Ergebnisse meinen ähnlich sind, haben Sie genug Sickerwasser, um Probleme mit Ihrem Resist zu verursachen. Beachten Sie, dass Sie wirklich einige größere schwarze Bereiche benötigen, um die Tonerdichte genau beurteilen zu können. Wenn Sie mit superdichtem Toner gesegnet sind, fahren Sie mit Schritt 8 fort. Andernfalls drucken Sie eine zweite Kopie jeder Ihrer Folien aus. 4. Als nächstes benötigen Sie einen provisorischen Leuchttisch, um das Kunstwerk auszurichten. Dies kann so einfach sein wie ein Stück Papier, das an ein sonnenbeschienenes Fenster geklebt wird, oder ein flaches Tablett mit einer hockeypuckgroßen Lampe, die von einem Blatt Papier und einer Glasscheibe bedeckt ist. Die Hintergrundbeleuchtung eines Scanners macht einen großartigen Leuchttisch. Führen Sie einfach einen Scan im Transparenz-/Negativmodus durch - die Hintergrundbeleuchtung kann nach dem Scannen möglicherweise einige Minuten eingeschaltet bleiben, dann den Deckel entfernen und umdrehen. Die Verwendung einer am Kopf befestigten Lupe hilft erheblich bei der Ausrichtung Ihres Kunstwerks. 5. Als nächstes werden wir die Transparentpaare (2x oben, 2x unten) kleben, um die Tonerdichte zu verdoppeln. Nehmen Sie dazu von jeder Folie eine Kopie und tragen Sie Sprühkleber auf die Tonerseite auf. Sie können die Tonerseite erkennen, indem Sie die Lichtreflexion von der Oberfläche des Transparents beobachten. der Toner erscheint auf der Tonerseite matt. 6. Legen Sie die nicht klebende Transparentfolie mit der Tonerseite nach unten auf den Leuchttisch - vielleicht möchten Sie die Ecken dieses Blattes locker auf den Leuchttisch kleben (falten Sie das Klebeband am Ende um, damit Sie es leicht abziehen können) nachher). 7. Richten Sie die mit Klebstoff beschichtete Folie sorgfältig an der unbeschichteten Folie aus (registrieren). Drücken Sie nach der Ausrichtung fest auf die beiden Blätter, um sie zusammenzukleben. 8. Führen Sie die ausgerichteten Transparentfolien bei der kältesten Einstellung durch den Laminator, um die Schichten dauerhaft miteinander zu verbinden. 9. Richten Sie die obere und untere Grafik (Tonerseite nach innen) und das Klebeband sicher aus, sodass genügend Platz bleibt, um die Platine dazwischen zu schieben. Alternativ, wenn Sie einen Rand haben, der mindestens einen Zoll um das Brett herum ist, können Sie Sprühkleber auf einen 1/2"-Streifen entlang zweier Kanten auftragen, indem Sie den Rest der Maske mit der Ecke eines Blattes Papier abdecken - einfach Achten Sie darauf, dass zwischen dem Klebestreifen und der Kante der Platine nicht weniger als 1/4" liegen.

Schritt 4: Kupfer-Clad vorbereiten

Reinigen Sie das kupferplattierte Material vorsichtig mit einem Scheuerschwamm und einem bleichmittelhaltigen Scheuermittel (z. B. Soft Scrub w/Bleach). Mit nassem/trockenem Schleifpapier der Körnung 320 oder 400 schleifen, um die Oberfläche aufzurauen und die richtige Resisthaftung sicherzustellen. Trocknen Sie das Brett und achten Sie darauf, das Brett nicht ohne Handschuhe zu berühren (um zu verhindern, dass Hautöle auf das Brett übertragen werden).

Schritt 5: Laminat

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Leiterplatte zu laminieren. MG Chemicals schlägt einen Folder Over- und Laminat-Ansatz vor. Andere schlagen vor, entweder Hitze oder Wasser (oder beides) zu verwenden, um das Resistmaterial vor dem Laminieren auf die Leiterplatte zu kleben. Ich hatte viel Glück mit diesem Ansatz: 1. Machen Sie Ihren Arbeitsbereich lichtsicher: Schalten Sie das Insektenlicht ein und schalten Sie alle Leuchtstoffröhren oder >40-Watt-Glühlampen aus 2. Schneiden Sie das Laminatmaterial 1/2 Zoll größer als die Platte (doppelt) die Länge, wenn Sie ein doppelseitiges Brett erstellen) 3. Ziehen Sie vorsichtig nur den ersten halben Zoll der Innenfolie ab (immer auf der Innenseite der Wellung) 4. Richten Sie das Laminat sorgfältig aus und stellen Sie sicher, dass das Laminat das Brett vollständig bedeckt auf beiden Seiten (wenn doppelseitig). 5. Drücken Sie den ersten halben Zoll des freiliegenden Laminats auf die Platine. 6. Ziehen Sie die verbleibende Innenschicht vorsichtig um jeweils einen halben Zoll nach unten, während Sie gleichzeitig das freiliegende Laminat auf die Platte drücken. Achten Sie darauf, keine Falten einzuführen. Fahren Sie bei Bedarf auf ähnliche Weise mit der Rückseite fort. 8. Führen Sie die Platine durch den Laminator (sobald der Laminator die Temperatur vollständig erreicht hat). Umdrehen und erneut durch den Laminator führen.

Schritt 6: Exponieren

Legen Sie die laminierte Leiterplatte zwischen die vorregistrierten Folien und kleben Sie sie fest. Kleben Sie eine 21-stufige Empfindlichkeitsführung von Stouffer über einen offenen Abschnitt der Leiterplatte, wenn Sie Ihren Belichtungsprozess kalibrieren möchten. Sie möchten das Kunstwerk fest auf die Platine drücken, um zu verhindern, dass Licht unter Ihre Spuren gelangt. Sie können dies mit zwei Glasscheiben oder vorzugsweise mit einem Vakuumbeutel oder Vakuumrahmen tun. Sie können diese Baugruppe dann für etwa 5-8 Minuten pro Seite in helles Sonnenlicht legen oder eine andere UV-Quelle Ihrer Wahl verwenden. Beachten Sie, dass trotz der engen Passung von PCB und Grafik die Kollimation (Lichtstrahlen parallel machen) wichtig ist, um feine Spuren zu erzielen - siehe hier für Anweisungen zum Konstruieren einer kollimierten UV-Lichtquelle.

Schritt 7: Entwickeln

Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers zur Vorbereitung der Entwicklerlösung (normalerweise Natriumkarbonat oder Kaliumkarbonat) und zur Entwicklung Ihres Boards (Entwickeln entfernt Resist, das keinem UV-Licht ausgesetzt ist).

Schritt 8: Ätzen

Verwenden Sie Ihr bevorzugtes Ätzmittel - denken Sie nur über die zukünftige Entsorgung nach und ziehen Sie ein umweltfreundliches Verfahren wie das Ätzverfahren Peroxid / Kupferchlorid in Betracht (es ist buchstäblich auch grün). Und wenn Sie in die Details der Chemie eintauchen möchten, ist diese Seite für Sie.

Schritt 9: Streifen

Dafür brauchst du Natriumhydroxid (NaOH) – das ist das Zeug, das Brad Pitt verwendet, um Edward Nortons Hand im Fight Club zu verbrennen. Es löst Fett auf und deine Haut besteht größtenteils aus Fett, also sei vorsichtig. Überprüfen Sie die örtlichen Chemieversorgungshäuser - ich hatte Glück: Mein Nachbar macht Seife, also bin ich einfach vorbeigekommen und habe gefragt, ob ich mir eine Tasse Lauge leihen könnte!

Schritt 10: Lötmaske & Siebdruck

Tragen Sie Lötstopplack auf, indem Sie die geätzte Platine schrubben und erneut mit einer neuen Resistschicht laminieren, dann die äußere Schutzfolie entfernen und eine zweite Resistschicht in doppelter Dicke auftragen. Belichten Sie nun mit Stopp- und Siebdruckschichten und entwickeln Sie wie zuvor (die Belichtung kann aufgrund der zusätzlichen Resistdicke etwas länger dauern). Im Toaster bei 200-220 Grad F für ca. 10 Minuten backen (achten Sie darauf, das Brett abzustützen, damit der Resist nicht am Toaster haftet). Nehmen Sie das Brett aus dem Toaster und füllen Sie den Siebdrucktext mit einer weißen Kreide aus, während das Brett noch warm ist. Wischen Sie überschüssiges Wachsmalstift mit einem Handtuch ab und entfernen Sie überschüssiges Wachs mit einem Zahnstocher aus Rillen und Spuren.

Schritt 11: Lotpastenschablone

Wenn Sie so weit gekommen sind, müssen Sie ein paar lange Nächte durchgezogen und reichlich kohlensäurehaltige (und koffeinhaltige) Getränke konsumiert haben. Wenn ja, nimm eine dieser Getränkedosen und schneide die Ober- und Unterseite mit einer Schere oder einer leichten Schere ab. Versuchen Sie, es sauber ohne ausgefranste Kanten zu schneiden. Als nächstes der Länge nach schneiden, um einen Aluminiumstreifen von etwa 8 "x 4" zu erzeugen. Dieser Streifen wird sehr lockig sein, aber Sie können ihn nicht "aufbiegen", ohne Falten zu bilden. Für die folgenden Schritte können Sie sich entweder mit der Locke befassen oder das Metall glühen, indem Sie es in einem Toaster auf etwa 450 ° F erhitzen und dann langsam wieder abkühlen lassen. Als nächstes müssen Sie sowohl die Innen- als auch die Außenseite der Dose mit nassem / trockenem Schleifpapier der Körnung 220 bis 320 schleifen, um die Farbe zu entfernen (beachten Sie, dass sich auf der Innenseite der Dose klare Farbe befindet - sonst würde sich das Soda durchfressen). Sie können dafür einen robusten Abbeizmittel verwenden, aber Sandpapier scheint etwas grüner zu sein. Wenn du alle Farbe entfernt hast, schrubbe gut mit SoftScrub with Bleach, um jede Ölspur zu entfernen. Als nächstes laminieren Sie Fotolack auf beiden Seiten, genau wie Sie es mit der Leiterplatte getan haben. Erstellen Sie Ihr Kunstwerk mit der Tcream-Ebene wie zuvor, aber machen Sie diesmal keine Negative - die Ausgabe von Eagle ist bereits ein Negativ! Stellen Sie sicher, dass Sie für Vorder- und Rückseite jeweils zwei Transparentfolien erstellen (und die Vorderseite spiegeln, damit der Toner direkt am Resist anliegt). Entwickeln Sie wie zuvor und ätzen Sie in verdünnter HCl. Ich habe die HCl auf etwa 50% verdünnt (Säure in Wasser gießen, nicht umgekehrt). Das Ätzen beginnt langsam, bis die Oxidschicht entfernt ist, und beschleunigt dann deutlich. Nicht zu schnell ätzen, sonst erwärmt sich die Platine und der Resist löst sich. Wenn Sie den Resist an Ort und Stelle lassen, haben Sie eine ~ 5 mil Schablone, oder Sie können den Resist abziehen, um eine ~ 2 mil Schablone zu erhalten - aber Vorsicht, NaOH greift das Aluminium mit etwas weniger Zähigkeit an als HCl (je nach Konzentration). Als nächstes verwenden Sie Ihre ausgefallenen Platinen (Sie sollten inzwischen einige davon haben), um eine Lötpastenlehre aufzubauen. Tragen Sie die Lotpaste mit einem Farbschaber o.ä. auf, platzieren Sie Ihre Teile und beginnen Sie mit dem Aufschmelzen…

Schritt 12: Reflow

Ganz einfache Sache hier: Erhitzen, bis die Lotpaste schmilzt, dann abkühlen. Stellen Sie sicher, dass Sie eine ziemlich feste Kupfer- oder Aluminiumplatte verwenden, um die Hitze gleichmäßig über die Platine zu verteilen. Sobald das Lot geschmolzen ist, nehmen Sie die Metallplatte von der Kochplatte und legen Sie sie auf einen Kühlkörper, um die Temperatur schnell wieder zu senken - Zementgaragenböden funktionieren großartig - stellen Sie nur sicher, dass Sie Ofenhandschuhe verwenden (aber keine Kekse backen) mit ihnen danach…). Möglicherweise müssen Sie nach dem Reflow einige überbrückte Verbindungen bereinigen. Verwenden Sie dafür einfach Lötdocht und viel Flussmittel (ich mag Orange Crush). Wenden Sie Strom an und zünden Sie ihn an! Übrigens, ich habe die Temperatur auf der ersten Platine versehentlich zu hoch angesetzt und dadurch den coolen Farbverlaufseffekt auf der Lötmaske erhalten (siehe Intro-Bild). Ich denke, die Komponenten waren noch in der Spezifikation, aber ich hatte zu diesem Zeitpunkt keinen guten Wärmeverteiler darunter, daher kann ich nicht sicher sein, ob die Sonde die gleiche Temperatur anzeigte, die das Board sah. Das Board scheint aber soweit in Ordnung zu sein†Nun, das war's –ganz einfach, was? Achten Sie auf meine bevorstehende Website IncoherentLabs.com. Jetzt viel Spaß und rette die Welt!