Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях.

Автор: Дмитрий Марченко aka RK3AOR
Опубликовано 26.06.2006

Времена ручного рисования печатных плат уходят в прошлое и на настоящий момент радиолюбители разделились на два лагеря — приверженцев лазерно-утюжной технологии (далее ЛУТ) и фоторезистивной. Автор начинал с ЛУТ технологии, но под влиянием приверженцев фоторезиста решил освоить этот метод и настоящая статья представляет собой обобщённый результат создания простой установки для изготовления плат фотоспособом.

О том, что такое фоторезист и как его применять есть достаточно много информации в интернете и углубляться в это в настоящем материале мы не будем. Для нас достаточно знать одно — для экспонирования фоторезиста надо иметь источник УФ излучения с длиной волны 330-470 нм. Поскольку ждать ясного солнечного дня в средних широтах можно очень долго, то посмотрим, что есть у нас из подручных источников УФ излучения.
1. Горелки из ламп ДРЛ-125 и выше, которые висят на столбах вдоль дорог.
2. Подобные им специальные лампы типа ДРШ-250 и ДРТ-250 и мощнее.
3. Бактерицидные лампы ДРБ, которые используются в медицине для обеззараживания и с некоторыми вариациями в соляриях.

Горелки из ламп ДРЛ, как и лампы ДРШ и ДРТ требуют мощного дросселя. Причем очень громоздкого и тяжёлого. Лампы ДРШ к тому же требуют искровой генератор для поджига, что тоже не может внушать оптимизма.

Лампы ДРБ запускаются со стандартными дросселями от соответствующих по мощности ламп дневного света и в той же арматуре, но большие линейные размеры трубок делают их использование в радиолюбительской мастерской проблематичным.

Сначала автор собрал фотопроекционную установку на лампе ДРШ-250. Её большим недостатком оказалась точечность источника света, что без использования соответствующей рассеивающей кварцевой оптики делает её непригодным для получения равномерной освещённости больших плат. Оптику достать не удалось: Поэтому следующий вариант был на лампе ДРТ-250 (трубчатой). С ней равномерность освещёния стала приемлемой (особенно при использовании 2-х штук параллельно, но выявился ряд больших неудобств в пользовании.
Это:
1.Большое время разогрева (не менее 15 минут) для стабилизации режима лампы и получения равномерного потока УФа, без чего практически невозможно получить стабильные результаты экспозиции.
2.Большая масса дросселя и необходимость тщательной световой экранировки лампы для предупреждения ожога глаз и кожи мощным ультрафиолетовым излучением.
3.Очень малое время выдержки (около 35 сек) из-за высокой мощности света. Это требует отточенных движений и не прощает заминок.
4.Трудности с укладкой платы и шаблона при работающей лампе (в режиме прогрева), так как высок риск паразитной засветки фоторезиста и ожога всего, что можно.
5.Сильное выделение озона, что делает невозможной работу без вытяжной вентиляции.

Сделать работоспособную конструкцию помог случай. Рядом с работой соседним банком были выкинуты старые детекторы валюты, в которых используется лампа КЛ-9/УФ, то есть компактная, люминесцентная 9 ватт ультрафиолетовая. Разумеется, я как радиолюбитель мимо контейнера с такими ценными вещами пройти не мог. На базе трёх разобранных детекторов и старого БП от компьютерного сервера формата АТ была сделана следующая конструкция:

Для этого в блок питания с выкинутыми внутренностями на дно были установлены платы электронных балластов. Так как автор успел спасти только две платы, то для третьей лампы был использован типовой электромагнитный дроссель на 9 ватт. Так как эти лампы уже оснащены встроенным в цоколь стартёром и емкостью для разогрева катодов, то включены они по двухпроводной схеме.

В связи с относительно низкой мощностью этих ламп и их малым нагревом при работе было сделано минимальное расстояние между плоскостью установки ламп и столиком для экспонирования величиной в 60 мм. Сам столик для экспонирования (он же защитная крышка над платами ПРА) сделан из жестяной крышки старого CD-ROMа. .Она отлично подходит по ширине к формату блока АТ , только ножницами по металлу её надо укоротить по длине. Закреплена она на металлических стойках заведомо большей длины, чем детали на платах ПРА. Отверстия в корпусе блока питания заклеены продающейся на рынках самоклеющейся алюминиевой лентой, применяемой для систем вентиляции. Она препятствует выходу ультрафиолетового излучения наружу и за счёт рассеивания и переотражения УФ излучения внутри отсека улучшает равномерность освещёния шаблона при экспозиции.

В электрическую схему входят три соединённых параллельно ПРА с лампами, включёнными по типовой схеме. Для обеспечения выдержки времени автор использовал реле времени на DIN рейку с возможностью установки выдержки от 30 до 300 сек. В данной конструкции выдержка получилась равной 250 сек. Параллельно реле установлен тумблер типа МТ для возможности предварительного прогрева ламп. После прогрева в течении 1-2 минут тумблер размыкается и отрабатывается выдержка, установленная на реле времени.

Три лампы установлены в ряд по горизонтали на планке из стеклотекстолита для равномерного освещения зоны экспонирования. При использовании указанного блока питания АТ максимальный размер экспонируемой платы 160Х150 мм, чего вполне хватает для большинства домашних конструкций.

Собственно сама фотопечать.

Для прижимания шаблона очень удобно кварцевое стекло. К сожалению, официально кварцевое стекло размерами 160Х160Х4 стоит около 1000 руб, что для домашней конструкции несколько дороговато. Можно использовать и оконное стекло минимально возможной толщины. Теория говорит, что оконное стекло задерживает от 85 до 98% падающего ультрафиолета. Так что стекло надо брать потоньше, а экспозицию увеличивать. По результатам испытаний хорошо подходят прозрачные поликарбонатные крышки от CD дисков. Указанная выше выдержка в 250 сек. была получена с кварцевым стеклом толщиной 3 мм. С крышкой CD выдержка составила 300 сек.

Производители фоторезиста рекомендуют использование так называемого просветлителя (TRASPARENT) который увеличивает оптический контраст шаблона, напечатанного на обычной бумаге. По своей структуре это что-то типа сольвента или уайт-спирита, который относительно медленно испаряется и промасливает бумагу. По крайней мере практические испытания автора не выявили каких-либо преимуществ фирменного баллона перед уайт-спиритом с хозяйственного рынка. Кроме цены. Следует отметить, что использования бумаги и кальки нежелательно даже с транспарантом. Намного лучшие результаты даёт печать шаблона на прозрачной плёнке для лазерного принтера. Использование такой плёнки позволяет получить хорошее качество печатной платы даже начинающему осваивать этот процесс. Для редактирования шаблона хорошо подходит продающийся в магазинах черный маркер для несмываемых надписей с тонким стержнем 0,1 мм. Им можно улучшить черноту заливки дорожек на маске до начала экспонирования. Шаблон (маска) накладывается на покрытый фоторезистом кусок стеклотекстолита напечатанными дорожками вниз, к фоторезисту. Это позволяет уменьшить боковую засветку. Затем маска придавливается стеклом и вдвигается под прогретые лампы.

Проявка осуществляется как обычно, в растворе КОН или NaOH с концентрацией 5-7 г/литр. Желательно использовать раствор комнатной температуры для повторяемости результатов. В принципе не столь важна температура, как её стабильность для данной экспозиции засветки УФ излучением. Опустив плату в раствор и покачивая, ждём начала растворения засвеченного фоторезиста. Визуально это видно как тонкие фиолетовые облачка, срывающиеся с поверхности платы. Если начинает подтравливаться фоторезист на дорожках (это можно заметить по смене их отблеска из глянцевого в матовый, а засвеченные участки ещё остались, то значит мал оптический контраст между дорожками и прозрачными участками шаблона. Обычно это бывает с бумажными и калечными шаблонами. Размытость дорожек говорит о плохом прижиме шаблона к плате. ВНИМАНИЕ! Несмотря на достаточно мягкий ультрафиолет от этих ламп и их относительно маленькую мощность при всех работах необходимо пользоваться защитными очками. Лучше всего используемые в медицине при работе с УФ излучением, так как они гарантированно задерживают УФ и плотно прижимаются к лицу, защищая глаза от боковой засветки

Можно использовать и солнцезащитные очки, но только как крайний случай. При экспонировании необходимо закрывать блок его штатной крышкой. Вентиляция не обязательна, эти лампы озон не выделяют.

В заключение автор просил бы не судить строго эту конструкцию, так как она была сделана за один день из подручных материалов. Пользуясь случаем, хочу поблагодарить Ю. Харламенкова (г. Кострома) за ценные советы и разумную критику, а также Митрофанова А.В. (г. Москва) и Солодухина И.Б. (г. Жуковский) за бескорыстную помощь в изготовлении различных вариантов фотопроекционной установки и подборе материалов для них.

Фоторезист — способы экспонирования (мои размышления)


Два года назад я открыл для себя фоторезистивный метод изготовления ПП. И хоть изготавливаю платы в основном только для себя и своей работы — использую его довольно часто.
На протяжении этого времени мне хватало одной УФ лампы — энергосберегайки (черная или темно-фиолетовая такая), но вот недавно пришлось изготовить плату крупнее чем обычно, а одна лампа уже не справлялась (игрался с расстоянием, выдержкой — все тщетно), так что решился купить вторую лампу.
И как назло, когда купил, установил и откалибровал под себя новое «устройство» засветки — узнал о том, что мощный поток УФ лучей способна излучать обычная лампа ДРЛ, но только без защитного матового покрытия (оно задерживает УФ внутри колбы).
Вот мои стенд на энергосберегающих УФ.
(Трансформатор служит для удержания всей конструкции на месте)

Но вот мой знакомый электрик на работе нашел мне лампу ДРЛ-250, и началось…
Сперва аккуратно разхренячил внешний матовый баллон (в нем газа нет, он нужен просто для защиты) кинул на стол и стал искать инфу как же ее включить. Оказалось нужен дроссель, который включается последовательно с лампой и все в 220.

Нашел дроссель, включил, и мне все понравилось (наверно озон вставляет). Быстро примотал все к табуретке и стал пробовать!
На фото светит едва ли, в первую секунду после включения (дальше смотреть невозможно)
Оказалась для моего случая выдержка — 40 сек. Проделываю все в такой последовательности: Кладу плату с шаблоном под стекло — сверху накрываю «чем нибудь», включаю лампу (разогрев

Читайте также  Расчёт фотоэлектрической системы

1 мин), включаю секундомер и убираю сверху «что нибудь».
Смотреть на лампу очень не рекомендуется (эффект будет как от электросварки, сам не знаю но говорят), дышать тоже лучше поменьше ибо озон чувствуется очень сильно (вспоминаются физиопроцедуры от пневмонии).
Если учесть что все мне досталось на халяву — результат порадовал короткой выдержкой. Сразу подумал что будет неплохо экспонировать китайскую УФ Маску, наверно побыстрее будет 🙂

Примечание: после нескольких экспериментов — выдержку уменьшил до 20 секунд!

  • Технологии
  • +2
  • 31 мая 2012, 23:43
  • khomin

Комментарии ( 143 )

  • Bonio
  • 01 июня 2012, 00:04
  • BarsMonster
  • 01 июня 2012, 11:02
  • Vga
  • 01 июня 2012, 21:41

только без защитного матового покрытия (оно задерживает УФ внутри колбы).
внешний матовый баллон (в нем газа нет, он нужен просто для защиты

Это не защита, а люминофор, тренсформирует УФ в видимый свет. Газ там надо полагать есть (это дешевле, чем вакуум), но что попроще — обычный воздух или типа того.

Ну и УФ КЛЛ дают хороший результат и при этом относительно безопасны и просты в обращении.

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Дмитрий Марченко (RK3AOR)
mdv (at) ecoprog. -ru

Времена ручного рисования печатных плат уходят в прошлое и на настоящий момент радиолюбители разделились на два лагеря – приверженцев лазерно-утюжной технологии (далее ЛУТ) и фоторезистивной.

Автор начинал с ЛУТ технологии, но под влиянием приверженцев фоторезиста решил освоить этот метод и настоящая статья представляет собой обобщённый результат создания простой установки для изготовления плат фотоспособом.

О том, что такое фоторезист и как его применять есть достаточно много информации в интернете и углубляться в это в настоящем материале мы не будем. Для нас достаточно знать одно — для экспонирования фоторезиста надо иметь источник УФ излучения с длиной волны 330-470 нм. Поскольку ждать ясного солнечного дня в средних широтах можно очень долго 🙂 то посмотрим, что есть у нас из подручных источников Уфа.

  1. Горелки из ламп ДРЛ-125 и выше, которые висят на столбах вдоль дорог.
  2. Подобные им специальные лампы типа ДРШ-250 и ДРТ-250 и мощнее.
  3. Бактерицидные лампы ДРБ, которые используются в медицине для обеззараживания и с некоторыми вариациями в соляриях.

Горелки из ламп ДРЛ, как и лампы ДРШ и ДРТ требуют мощного дросселя. Причем очень громоздкого и тяжёлого. Лампы ДРШ к тому же требуют искровой генератор для поджига, что тоже не может внушать оптимизма.

Лампы ДРБ запускаются со стандартными дросселями от соответствующих по мощности ламп дневного света и в той же арматуре, но большие линейные размеры трубок делают их использование в радиолюбительской мастерской проблематичным.

Сначала автор собрал фотопроекционную установку на лампе ДРШ-250. Её большим недостатком оказалась точечность источника света, что без использования соответствующей рассеивающей кварцевой оптики делает её непригодным для получения равномерной освещённости больших плат. Оптику достать не удалось… Поэтому следующий вариант был на лампе ДРТ-250 (трубчатой). С ней равномерность освещёния стала приемлемой (особенно при использовании 2-х штук параллельно, но выявился ряд больших неудобств в пользовании. Это:

  1. Большое время разогрева (не менее 15 минут) для стабилизации режима лампы и получения равномерного потока УФа, без чего практически невозможно получить стабильные результаты экспозиции.
  2. Большая масса дросселя и необходимость тщательной световой экранировки лампы для предупреждения ожога глаз и кожи мощным ультрафиолетовым излучением.
  3. Очень малое время выдержки (около 35 сек) из-за высокой мощности света. Это требует отточенных движений и не прощает заминок.
  4. Трудности с укладкой платы и шаблона при работающей лампе (в режиме прогрева), так как высок риск паразитной засветки фоторезиста и ожога всего, что можно 🙂 .
  5. Сильное выделение озона, что делает невозможной работу без вытяжной вентиляции.

Сделать работоспособную конструкцию помог случай. Рядом с работой соседним банком были выкинуты старые детекторы валюты, в которых используется лампа КЛ-9/УФ, то есть компактная, люминесцентная 9 ватт ультрафиолетовая. Разумеется, я как радиолюбитель мимо контейнера с такими ценными вещами пройти не мог. На базе трёх разобранных детекторов и старого БП от компьютерного сервера формата АТ была сделана следующая конструкция:

Рис 1 Общий вид проекционной установки

Для этого в блок питания с выкинутыми внутренностями на дно были установлены платы электронных балластов. Так как автор успел спасти только две платы, то для третьей лампы был использован типовой дроссель на 9 ватт. Так как эти лампы уже оснащены встроенным в цоколь стартёром и емкостью для разогрева катодов, то включены они по двухпроводной схеме.

В связи с относительно низкой мощностью этих ламп и их малым нагревом при работе было сделано минимальное расстояние между плоскостью установки ламп и столиком для экспонирования величиной в 60 мм. Сам столик для экспонирования (он же защитная крышка над платами ПРА) сделан из жестяной крышки старого CD — ROM а. .Она отлично подходит по ширине к формату блока АТ , только ножницами по металлу её надо укоротить по длине. Закреплена она на металлических стойках заведомо большей длины, чем детали на платах ПРА. Отверстия в корпусе блока питания заклеены продающейся на рынках самоклеющейся алюминиевой лентой, применяемой для систем вентиляции. Она препятствует выходу ультрафиолетового излучения наружу и за счёт рассеивания и отражения улучшает равномерность освещёния шаблона при экспозиции.

В электрическую схему входят три соединённых параллельно ПРА с лампами, включёнными по типовой схеме. Для обеспечения выдержки времени автор использовал реле времени на DIN рейку с возможностью установки выдержки от 30 до 300 сек. В данной конструкции выдержка получилась равной 250 сек. Параллельно реле установлен тумблер типа МТ для возможности предварительного прогрева ламп. После прогрева в течении 1 — 2 минут тумблер размыкается и отрабатывается выдержка, установленная на реле времени.

Рис 2. Основные компоненты перед сборкой.

Три лампы установлены в ряд по горизонтали на планке из стеклотекстолита для равномерного освещения зоны экспонирования. При использовании указанного блока питания АТ максимальный размер экспонируемой платы 160Х150 мм, чего вполне хватает для большинства домашних конструкций.

Рис 3. Установка ламп и оклейка фольгой корпуса

Собственно сама фотопечать.

Для прижимания шаблона очень удобно кварцевое стекло. К сожалению, официально кварцевое стекло размерами 160Х160Х4 стоит около 1000 руб L , что для домашней конструкции несколько дороговато. Можно использовать и оконное стекло минимально возможной толщины. Теория говорит, что оконное стекло задерживает от 85 до 98% падающего ультрафиолета. Так что стекло надо брать потоньше, а экспозицию увеличивать. По результатам испытаний хорошо подходят прозрачные крышки от CD дисков. Указанная выше выдержка в 250 сек. была получена с кварцевым стеклом толщиной 3 мм. С крышкой CD выдержка составила 300 сек.

Производители фоторезиста рекомендуют использование так называемого просветлителя ( TRASPARENT ) который увеличивает оптический контраст шаблона, напечатанного на обычной бумаге. По своей структуре это что — то типа сольвента или уайт — спирита, который относительно медленно испаряется и промасливает бумагу. По крайней мере практические испытания автора не выявили каких — либо преимуществ фирменного баллона перед уайт — спиритом. Кроме цены J . Следует отметить, что использования бумаги и кальки нежелательно даже с транспарантом. Намного лучшие результаты даёт печать шаблона на прозрачной плёнке для лазерного принтера. Использование такой плёнки позволяет получить хорошее качество печатной платы даже начинающему осваивать этот процесс. Для редактирования шаблона хорошо подходит продающийся в магазинах черный маркер с тонким стержнем 0,1 мм. Им можно улучшить черноту заливки дорожек на маске до начала экспонирования. Шаблон (маска) накладывается на покрытый фоторезистом кусок стеклотекстолита напечатанными дорожками вниз, к фоторезисту. Это позволяет уменьшить боковую засветку. Затем маска придавливается стеклом и вдвигается под прогретые лампы.

Читайте также  Как защитить светодиоды от перегорания?

Проявка осуществляется как обычно, в растворе КОН или NaOH с концентрацией 5 — 7 г/литр. Желательно использовать раствор комнатной температуры для повторяемости результатов. В принципе не столь важна температура, как её стабильность для данной экспозиции засветки УФ излучением. Опустив плату в раствор и покачивая, ждём начала растворения засвеченного фоторезиста. Визуально это видно как тонкие фиолетовые облачка, срывающиеся с поверхности платы. Если начинает подтравливаться фоторезист на дорожках (это можно заметить по смене их отблеска из глянцевого в матовый, а засвеченные участки ещё остались, то значит мал оптический контраст между дорожками и прозрачными участками шаблона. Обычно это бывает с бумажными и калечными шаблонами. Размытость дорожек говорит о плохом прижиме шаблона к плате.

ВНИМАНИЕ! Несмотря на достаточно мягкий ультрафиолет от этих ламп и их относительно маленькую мощность при всех работах необходимо пользоваться защитными очками. Лучше всего используемые в медицине при работе с УФ излучением, так как они гарантированно задерживают УФ и плотно прижимаются к лицу, защищая глаза от боковой засветки.

Рис 4 Защитные очки из «Медтехники»

Можно использовать и солнцезащитные очки, но только как крайний случай. При экспонировании необходимо закрывать блок его штатной крышкой. Вентиляция не обязательна, эти лампы озон не выделяют.

В заключение автор просил бы не судить строго эту конструкцию, так как она была сделана за один день из подручных материалов J . Пользуясь случаем, хочу поблагодарить Ю. Харламенкова (г. Кострома) за ценные советы и разумную критику, а также Митрофанова А.В. (г. Москва) и Солодухина И.Б. (г. Жуковский) за бескорыстную помощь в изготовлении различных вариантов фотопроекционной установки и подборе материалов для них 🙂 .

Дмитрий Марченко ( RK3AOR ), Москва.
E — male: mdv (at) eco prog .ru

Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Установка для экспонирования фоторезист

Всех приветствую!

В этой записи я хочу рассказать о том как я собрал себе установку для экспонирования фоторезиста, что послужило началом для моего перехода с всеми-нами-любимого ЛУТа, на метод плёночного фоторезиста.

Вопросы и конструктивная критика приветствуются!

Я, как и многие другие радиолюбители, взял за основу своей установки старый планшетный сканер. Купил его по объявлению за 200р. Сканер был к сожалению без блока питания и со сломанными петлями крышки, но зато с целым, почти незатёртым стеклом)))

Итак приступим к разборке!

Далее вытащил все внутренности и покрасил черной матовой краской, чтобы избежать боковой засветки.

В Китае мной были заказаны УФ-светодиоды 5730 с длиной волны 395 нм — 400 нм, по заверению продавца. Я читал что проверка таких светодиодов на возможность засвечивать фоторезист проверяют на деньгах. Если спец. знаки на купюрах светятся, значит и фоторезист будет засвечиваться. Я тоже это проверил и выяснил, что на купюрах под светом этих диодов светятся только «волоски», однако забегая вперёд могу сказать что с засветкой фоторезиста они справляются отлично.

Далее изготовил печатные платы под них, чтобы в итоге их площадь примерно равнялась стеклу сканера. Паял светодиоды на паяльную пасту с помощью утюга))) А наносил пасту зубочисткой))) После пайки заклеил каждый светодиод малярным скотчем и покрасил всё той же чёрной матовой краской.

После чего изготовил плату управления, по сути обычный таймер с четырёхразрядным семисегментным светодиодным индикатором и управлением при помощи энкодера. Подробнее о её функционале можно послушать на видео в конце статьи.

В качестве источника питания использовал блок питания от ноутбука и step-down преобразователь чтобы получить 12 В из 19 В.

Далее всё это я собрал.

Так же я предусмотрел разъем для подключения программатора, чтобы была возможность оперативно изменять прошивку не разбирая устройство.

А вот фото одной из первых плат изготовленной с применением данной установки. Для справки: толщина дорожек 0,33 мм, расстояние между дорожками так же 0,33 мм.

В заключении могу сказать, что процесс адаптации всё ещё до конца не завершен. На данным момент для этой установки я экспериментальным путем подобрал оптимальное время засветки в 50 секунд. Однако иногда при очень тонких расстояниях между дорожками бывает засветка и после травления дорожки сливаются. Возможно это всё от некачественного двухслойного фотошаблона, возможно слишком длительное время засветки. Но в целом, если слишком не мельчить, то результат превосходит все ожидания по качеству! Ничего не бывает просто так, поэтому за качество приходится платить увеличением времени которое тратится на изготовление ПП таким способом, ЛУТ технология конечно же в разы быстрее. Возможно со временем и отладкой механизма фоторезистивного метода, получится сократить затрачиваемое время.

P.S.: я забыл сфотографировать установку разъема для подключения кабеля 220 В, а так же не зафиксирована установка подсветки обычными светодиодами для совмещения фотошаблона. Об этом подробнее рассказано на видео.

P.P.S.:если кому-то будет интересна моя конструкция, могу выложить ссылки все исходники, пишите в комментах или в личку.

А вот небольшое разговорное видео с описанием устройства:

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

Была уже аналогичная статья. Решил повторить тоже самое, но уже с лазерной указкой, т.к. мощности должно хватить для засветки фоторезиста. Лазерную указку не ломал, а добавил “обвес”, чтобы её можно было использовать как указку, сняв всё добавленное.

Для засветки фоторезиста взял УФ лазерную указку (405 нм 5 мВт) — интересно было проверить, хватит ли мощности для засветки фоторезиста? Почему-то подозреваю, что мощность указки выше заявленной, но как проверить — не знаю.

Крепление лазерного модуля

Крепится указка к каретке принтера на защёлке в паз под линейный подшипник. Сама указка выглядит так:

Крепление сразу сделал с перегородками, в которых есть отверстия для ограничения выходной апертуры. В перегородках отверстия сделал диаметром 1 мм — после печати крепления, рассверлил сверлом. Но ещё необходимо уменьшить толщину перегородок в области отверстия, т.к. наблюдается отражение от внутренних стенок отверстий. Как вариант — рассверлить большим сверлом, сделав фаску вокруг отверстий.

На лазерной указке увеличил выходное отверстие так, чтобы можно было регулировать фокусное расстояние не разбирая указки. Это единственная необратимая “доработка” указки. Выставил фокусное расстояние примерно 10 см, чтобы не ловить миллиметры на коротком фокусе. Фокусное расстояние определял по листу бумаги, направив луч вдоль листа:

Остальные доработки — крепление DC/DC преобразователя вместо батареек и зажимание кнопки в нажатом положении. Тоже без повреждений для указки.

При подключении к выходу управления вентилятором добавил диод VD1, т.к. на выходе FAN висит светодиод с резистором и они “подтягивают” напряжение до 8 В в выключенном состоянии, а для указки нужно максимум 3 В. Диоды поставил 1N5819. VD2 поставил для защиты лазерного модуля от обратного напряжения, хотя его там может и не быть. В смысле, и обратного напряжения и диода VD2.

Батарейки заменил на DC/DC преобразователь с установленным напряжением на выходе 3,0 В. Можно было бы упростить схему подключения лазерной указки, но у меня это должно работать от 24 В и потребляемый ток при питании от батареек примерно 150 мА. Поэтому линейный преобразователь не стал ставить, а DC/DC преобразователь на MP1584 включается с задержкой примерно 10 мс и при выключении указка будет светить несколько мс.

Из документации на MP1584:

Учитывая, что сама указка включается не сразу, т.к. там тоже DC/DC преобразователь используется, добавлять ещё 10 мс не хочется — проверять не стал, но это может повлиять на засветку фоторезиста из-за задержки включения/выключения лазера.

Вся электроника крепится на лазерном модуле, закручиваясь вместо колпачка с батарейками. Да, может быть это будет кому полезно — батарейки вставляются плюсом в колпачок, а минусом прижимается к лазерному модулю (инструкции к этой указке я не нашёл и пришлось гадать как правильно вставить батарейки). Плюс питания идёт по корпусу лазерной указки — при установке на принтер, корпус указки не должен касаться металлических частей принтера!

Подготовка платы к засветке на 3D принтере

Плату делал в Delta Design, объединение Gerber-файлов в один слой делал там же в модуле DeltaCAM. Подготовку G-кода делал в FlatCAM, но без последующего изменения кода руками. Выяснилось, что FlatCAM не поддерживает отверстия в апертурах — это сильно бы упростило подготовку Gerber-файла для платы, т.к. хотелось добавить отверстия на площадках под последующую сверловку. Изменить апертуру не сложно, если нужно добавить только круглое отверстие — это поддерживается Gerber форматом. Но не все программы поддерживают эти отверстия (FlatCAM 8.993 Beta — не поддерживает), и в итоге, всё зависит от САПР, в котором вы делаете платы.

Читайте также  Как рассчитать какой нужен резистор?

Теперь по порядку. Есть гербер файл для платы — его открываем в FlatCAM, появляется проект с этим файлом. Предполагается, что плата размещена в координате 0,0. Для засветки на принтере нужно сместить плату в рабочую область лазера — в моём случае, нужно сместить на 27 мм по оси X. Смещение платы можно сделать в FlatCAM применив “Offset”. Следующий этап — необходимо выполнить расчёт геометрии для этого Gerber файла. Выделяем в проекте только что загруженный файл и переходим на закладку “Selected”, нажимаем кнопку “Isolation Routing”, где уже настраиваем параметры для расчёта геометрии обхода лазером:

Для меня не сразу было понятно назначение знака у диаметра инструмента. Как выяснилось, если диаметр инструмента положительный, то будет “вырезано” всё вокруг дорожек на плате, а если диаметр отрицательный, то “вырезаются” сами дорожки. Для фоторезиста это означает, что засвечивать — в первом случае, засвечивается пространство между дорожек, во втором случае, засвечиваются дорожки, т.е. где медь должна остаться. Тут я затрудняюсь сказать, что считать негативом, а что позитивом, использовал фоторезист МПФ-ВЩ 50 — для него диаметр инструмента ставить отрицательный (засвечиваем где медь должна остаться).

Для своей платы поставил диаметр инструмента -0,15 мм, проходов (Passes) 80 и перекрытие (Overlap) 70 % и поставил “галку” в поле Combine, чтобы все проходы объединились в один файл. Нажимаем “Generate Isolation Geometry” и после расчёта переходим к следующему шагу. Да, чуть не забыл — количество проходов — это сколько раз пройти по контуру с указанным перекрытием. Если мало проходов, то на больших площадях будут пустоты, т.е. программа прекратит “заполнение” при достижении заданного количество проходов.

Следующий этап — настройка генерации выходного G-кода. Чтобы ручками не править генерируемый GCode, здесь в настройках сначала выбираем Preprocessor — и указываем для какой прошивки нужно сгенерить код. У меня Marlin — выбираю Marlin_laser_FAN_pin, т.е. управление лазером через разъём вентилятора обдува модели.

После выбора препроцессора, меняются параметры для настройки. Тут указываем фокусное расстояние — у меня 32 мм, т.к. модуль установлен выше нуля на 70 мм, но эта настройка не попадает в выходной файл, поэтому перед засветкой выставляем стол принтера на нужную высоту самостоятельно. Скорость перемещения по X-Y с включённым лазером выставляется в мм/мин. Для лазерной указки и отверстием 1 мм было достаточно 300 мм/мин. Скорость перемещения с выключенным лазером (Feedrate Rapids) оставил 1500 мм/мин. Мощность лазера выставляем 100 %, т.к. указка либо включена, либо выключена и в режиме ШИМ она может не заработать, точнее, работать будет, но мощность не будет пропорциональна ШИМ.

Есть ещё параметр End move Z — куда установить инструмент (голову принтера) после завершения засветки фоторезиста. Ставлю на фокусное расстояние, чтобы не забыть его вернуть на нужное значение. Осталось сгенерить G-код нажав кнопку “Generate CNCJob object”. В следующем окне выбираем “Save CNC Code” и получаем правильный и готовый G-код для засветки фоторезиста.

Пробная “печать” платы

Перед печатью выставляем платформу на фокусное расстояние лазера, проверить работу лазера можно командами M106 / M107. Размещаем заготовку платы с фоторезистом в нужном месте и запускаем сгенерённый файл. После засветки и травления получается нормальная плата. Шаг выводов на микросхеме 0,65 мм (корпус TSSOP-20):

При скорости движения лазера 300 мм/мин — плата засвечивалась примерно 20 минут. Учитывая, что луч лазера проходит через отверстие диаметром 1 мм, при его прямоугольной форме перед первым отверстием 2х4 мм, можно увеличить это отверстие до 2 мм, тогда мощность засветки увеличится, что позволит ещё немного ускорить процесс засветки. Ещё не пробовал засвечивать без обрезки луча отверстиями, переделаю крепление — попробую. Новое крепление необходимо для более надёжной фиксации лазерного модуля, т.к. на скорости перемещения без засветки 1500 мм/мин лазерный модуль сместился и это было видно по результату засветки фоторезиста. Рамка по периметру платы раздвоилась, где видно один проход луча — это его реальная толщина.

Настройки ширины инструмента, перекрытия и скорости обхода нужно будет ещё подбирать до оптимального решения.

3D модели первого варианта крепления лазерной указки на принтер Flyingbear P905 выложил здесь.

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях

Спектр излучения ртутных ламп, используемых для экспонирования фоторезистов содержит три основные линии в ближнем УФ-свете. Эти линии в фотолитографии носят названия g — линия (длина волны 436 нм), h — линия (длина волны 405 нм) и i — линия (длина волны 365 нм). (см рис.)

Спектр поглощения фоторезистов должен находиться в диапазоне эмиссии ртутных ламп, чтобы обеспечить необходимую спектральную чувствительность. (см. рисунок, жирная линия)

Все предлагаемые позитивные фоторезисты соответствуют спектру излучения ртутных ламп. По специальному заказу могут быть изготовлены фоторезисты с более узкой спектральной чувствительностью, которые чувствительны h — и i — линиям, но не чувствительны к g — линии.

Для получения наилучшего качества изображения (высокое разрешение, контраст и т.д.) необходимо контролировать интенсивность падающего света. При этом разброс интенсивности УФ — света в поперечном сечении не должен превышать 10%.

Для измерения интенсивности УФ — необходимо использовать УФ — радиометры, чувствительные в ультрафиолетовом свете. Такие радиометры есть в продаже. Люксметры, часто используемые на предприятиях электроники, непригодны для этой цели, поскольку спектральная чувствительность люксметров находится в видимой области спектра.

Светочувствительность фоторезиста является важной характеристикой, которая указывается в паспорте на фоторезист. Этот параметр, являющийся, по сути, дозой экспонирования, представляет собой произведение интенсивности света на время экспонирования. На практике при определении оптимальной дозы экспонирования необходимо учитывать следующие данные:

  1. Является ли источник света широкополосным или монохроматическим?
  2. Чувствителен ли УФ — радиометр к широкополосному излучению или отдельно к g -, h — , и i — линиям?
  3. К какому спектральному диапазону относится паспортная светочувствительность фоторезиста?

Для позитивных фоторезистов паспортная светочувствительность дается, как правило, к интегральному спектру излучения (g -, h -, и i — линиям). Поэтому при определении параметра светочувствительность фоторезиста следует использовать УФ — радиометр с чувствительностью к сплошному УФ — спектру.

Часто, в производственных условиях контролю дозы экспонирования пленки фоторезиста не уделяют достаточного внимания. Результатом этого является либо плохое качество изображения, либо невозможность вообще получить рисунок. Особенно важен контроль дозы экспонирования для контрастных фоторезистов, обеспечивающих субмикронное разрешение. Так, фоторезист ФП-383, который выпускался до 1999 г. был слабоконстрастным, стойкость пленки в проявителе не превышала 5-6 минут, а разрешение 2-х микрон. Современный фоторезист ФП-383 имеет контраст изображение примерно в 10 раз выше, а разрешающая способность составляет около 0,5 мкм. Это один из лучших фоторезистов, обеспечивающий высокое разрешение, адгезию и кислотостойкость.

Переэкспонирование фоторезиста приводит к ухудшению разрешения, из-за дифракционных эффектов на маске, недоэкспонирование фоторезиста не позволяет проявить пленку. Недоэкспонирование часто пытаются компенсировать использованием сильного проявителя (большая концентрация щелочи). Однако при этом не только ухудшается разрешение, но, что еще хуже уменьшается толщина пленки. В результате пленка не выдерживает травление.

Существует простой эмпирический способ для оценки оптимального времени экспонирования. Рекомендуется экспонировать в течение различного времени ряд пленок фоторезиста и определить времена их проявления. После определенной дозы экспонирования дальнейшее увеличение времени экспонирования не меняет времени проявления. Эта доза является оптимальной, но на практике для стабильности процесса используют время экспонирования на 20% выше оптимального.

Последствия недостаточного контроля дозы экспонирования сведены в таблицу:

Недоэкспонирование Переэкспонирование
Стандартный проявитель Сильный проявитель Стандартный проявитель
Пленка не проявляется Пленка проявляется Разрешение элементов падает, из-за дифракции света на маске (уширения) и интерференции света в пленке (неровные края линий)
Нет рисунка Рисунок появляется, но остаточная толщина пленки мала. Пленка не выдерживает травления, наблюдаются подтравы На пленке проявляются дефекты маски в виде проколов (отверстия в слое хрома), утончения

Под стандартным проявителем понимается проявитель, рекомендованный в технических условиях и прошедший контроль концентрации проявляющего вещества. Однако на практике очень трудно обеспечить стандартизацию условий приготовления и контроля проявителя в условиях предприятия электроники. По этой причине целесообразно использовать готовые буферные концентраты проявителей, предлагаемые поставщиками фоторезистов. Подобным проявителем является универсальный проявитель для фоторезистов УПФ-1Б, поставляемый нашим предприятием и пригодный для проявления любых типов позитивных фоторезистов, как отечественных, так и импортных (Проявление фоторезистов).

На основании материалов фирмы MicroChemicals