Téma stokrát opakovaná, v rôznych obmenách publikovaná. Takže neprinesiem nič nové – je to iba súhrn mojich vlastných skúseností. V podstate ako ich robím ja. Ale pridám aj niečo naviac – niektoré kroky ktoré nie sú pri domácej výrobe DPS obvyklé.

Ukážeme si postup výroby DPS fotocestou v domácich podmienkach. Všetky postupy sú realizovateľné v panelákovom byte – nepoužívajú sa žiadne obzvlášť nebezpečné chemikálie a a ani žiadne špeciálne laboratórne vybavenie. Nevytvárajú žiadne nebezpečné výpary a celé vybavenie môže byť schované do jednej väčšej krabice od topánok.

V prvých dvoch častiach si povieme o výrobe jedno a dvojvrstvových DPS. V ďalších pokračovaniach sa budeme venovať príprave fotocitlivých DPS s použitím suchého fotorezistu alebo spreja, o aplikovaní nepájivej masky a o výrobe šablóny na nanášanie pasty pre SMD.

Takže prejdime k jednostranným DPS.

Pre prípravu predlohy používam laserovú tlačiareň a fóliu určenú pre laserové tlačiarne. Väčšinou používam dosky s nanesenou pozitívnou fotocitlivou vrstvou – to znamená, že vytlačená čierna plocha zodpovedá medi na DPS. Takže všetky údaje, ktoré budeme uvádzať v tomto miniseriáli sa budú vzťahovať k tejto technológii.

Návrh DPS

Pri návrhu je potrebné zohľadniť možnosti použitej technológie – to ovplyvní najmä šírku spoja a izolačnej medzery. Spoľahlivo a opakovateľne dosiahnuteľné rozmery sú 10mil (0.25 milimetra). Dá sa ísť aj k menším rozmerom – avšak možnosť chyby sa výrazne zvyšuje. Treba to vyskúšať – výsledky sa môžu líšiť podľa typu tlačiarne alebo fólie.

Najčastejším problémom pri tlači veľmi úzkej čiary je jej nespojitosť – čiara može byť miestami prerušená – úzky pásik tonera sa pri prechode zapekacími valcami preruší alebo sa z fólie odlepí. Problém môže byť aj s nekvalitným tonerom – keď som použil lacný neoriginálny toner, tak vytlačená predloha obsahovala malé dierky, ktoré boli schopné pri expozícii vďaka lomu svetla prerušiť spoj úplne.

Pri malých izolačných medzerách sa naopak priestor medzi spojmi zapráši tonerom. Čím je medzera užšia, tým je špinavšia. Súvisí to pravdepodobne s rozliezaním elektrostatického náboja po valci alebo po fólii. Pokiaľ nie je hustota čiastočiek toneru príliš vysoká a nie sú príliš veľké, nepredstavujú vážny problém. Väčšina z nich sa pri expozícii podsvieti vďaka lomu svetla na ich hranách alebo sa pri leptaní podleptá a na výslednej doske zmiznú.

Posledným faktorom je, že pripravený motív bude v skutočnosti o niečo širší. K rozšíreniu dochádza počas zhutňovania v parách rozpúšťadla – toner sa trochu rozleje. Je dobré na to myslieť hlavne v prípade, ak robíme malé izolačné medzery. V mojom prípade je to asi 2mil. Preto, ak chceme 10mil spoje s 10mil medzerami, musíme navrhnúť dosku s 8mil spojmi a 12mil medzerami.

Tlač predlohy

Program LJConfig
 

Fólia nalepená na papieri

Predlohu je treba vytlačiť čo najsýtejšiu. Treba vypnúť všetky možné šetrenia toneru a vylepšenia tlače. Pre HP laserové tlačiarne je najlepší prastarý program LJconfig (Google ho bez problémov nájde). V ňom sa dá vypnúť EconoMode, ReT a nastaviť sýtosť tlače – optimálny je stupeň 4 až 5.

Dôležité je vytlačiť motív tak, aby sme ho pri expozícii prikladali tonerom k DPS. Tým sa eliminuje podsvecovanie motívu – čo môže mať u tenkých čiar katastrofálne následky. Jeden tip: ak umiestnime na motív (alebo tesne vedľa) nejaký text, uľahčí to kontrolu, či je motív vytlačenný správne: text musí byť čitateľný z nepotlačenej strany.

Na tlač predlohy je možné použiť miesto fólie pauzovací papier. Za bežných okolností, pokiaľ nezachádzame do rozmerov blížiacim sa k desatine milimetra, je to úplne jedno. Pauzovací papier funguje úplne rovnako ako fólia. Rozdiely sa môžu objaviť až pri veľmi jemných motívoch – tu má každý z materiálov svoje výhody a aj nevýhody, takže nie je možné vyhlásiť jeden z materiálov ze lepší. Popis rozdielov presahuje rámec tohoto úvodu, ale v blízkej budúcnosti sa k tomuto problému vrátime.

Aby sme nemrhali fóliou alebo pauzovacím papierom odporúčam tento postup: predlohu vytlačíme na papier, prekryjeme ho ďalším papierom na ktorý kúskom samolepky (vhodnej do laserových tlačiarní, takže tepelne odolnej) prilepíme odstrihnutý kúsok fólie (alebo pauzovacieho papiera). V žiadnom prípade nelepíme fóliu na potlačený papier – toner sa otlačí z papiera na zadnú stranu fólie. Miesto, kam fóliu prilepiť uvidíme podľa presvitajúceho obrazca. Fóliu stačí prilepiť na nábežnej hrane – to znamená na hrane vstupujúcej do tlačiarne.

Tento postup má ešte jednu výhodu – pri tlači nedochádza k prešmykovaniu fólie v podávači a aj k menším deformáciám vplyvom teploty pri zapekaní. Výsledkom je presnejšie zachovanie rozmerov vytlačeného obrazca.

Zhutnenie predlohy

Nádoba na naparovanie motívu
 

Motív pred zhutnením
 

Zhutneny motiv po napareni v rozpúšťadle
 

Po vytlačení je toner na fólii pomerne krehký a prepúšťa svetlo. Viditeľné je to najmä na väčších plochách, kde má potlačená plocha veľmi ďaleko k čiernej.

Mne sa najlepšie osvedčila metóda ľudovo nazývaná „naparenie v acetóne“. Často sa môžete dočítať, že táto metóda nefunguje. Ono je to asi tým, že ľudia nevedia, čo od toho majú očakávať a ako má vyzerať výsledok.

Hlavný problém neúspechu je – acetón. Zatiaľ som nestretol toner, ktorý by sa dobre rozpúšťal v acetóne. Ale všetky sa rozpúšťali v riedidle C6000, ľudovo nazývanom acetónové riedidlo. Hlavnou zložkou tohoto riedidla je toluén – myslím, že účinnou látkou je práve on (čistý toluén som zatiaľ nemal možnosť vyskúšať). Samozrejme, môžu sa nájsť tonery s inými vlastnosťami, v tom prípade si vhodné rozpúšťadlo musíte nájsť.

Postup naparovania je jednoduchý: motív uzavrieme do nádoby (používam okrúhlu plechovku od dánskych keksov) spolu s kúskom papierového kapesníka pokvapkaného riedidlom C6000. Množstvo riedidla určíme tak, že hrdlo fľaše zakryjeme kúskom papierového kapesníka a na okamih fľašu obrátime hore dnom.

Motív ponecháme v parách 1/2 hodiny. Možno by stačil aj kratší čas – doba naparovania závisí od hustoty pár. Priebeh je možné kontrolovať, ale po každej kontrole je vhodné prikvapnúť trochu riedidla. Pri kontrole pozor – pri neopatrnom dotyku sa môže toner rozmazať.

Po ukončení naparovania je treba nechať toner vysušiť. Pri izbovej teplote to môže trvať tak polhodinku. Tip pre netrpezlivých: vytlačte si niekoľko čiar mimo motív a na nich skúšajte, či sa toner ešte rozmazáva.

Aký má byť teda výsledok? Zatiaľ čo čerstvo vytlačený motív je šedý a prepúšťa svetlo, úspešne naparený motív je sýto čierny, lesklý a pri pohľade proti svetlu neprepúšťa vôbec žiadne svetlo. Dokonca aj veľké plochy, ktoré vyzerajú že na nich nie je skoro žiaden toner, sčernejú. Pri pohľade silnou lupou motív vyzerá plasticky.

Táto metóda ja skutočne výborná: výsledky sú opakovateľné, nehrozí poškodenie motívu ako pri fixkovej metóde (začierniť fixkou a potom poutierať) a takto zhutnený toner je skutočne nepriesvitný – pri príliš dlhej expozícii nehrozí nebezpečenstvo osvietenia nežiadúcich častí. Navyše je toner pevnejší a mechanicky odolnejší. Tento postup je vhodný ako pre motívy vytlačené na fólii tak aj pre motívy vytlačené na pauzovacom papieri.

Príprava DPS

Továrensky pripravené DPS
 

Najjednoduchšie je použiť továrensky pripravené dosky. V TME alebo SOS sa dajú kúpiť veľmi kvalitné dosky. Obaja predajcovia predávajú dosky nemeckej výroby (Bungard). Snáď jediná výhrada – fotocitlivá vrstva je žltá, po expozícii na nej nie je výrazne farebne odlíšená exponovaná a neexponovaná časť a pri vyvolávaní nie je dobre vidieť, či je všetok nepotrebný fotorezist odplavený. Fotorezist na predávaných doskách je určený pre pozitívny proces – to znamená, že čierne plochy na predlohe predstavujú meď na výslednej doske.

Modrá fólia na povrchu chráni dosku pred mechanickým poškodením a takisto pred nežiadúcim osvetlením pri skladovaní. Fólia je pomerne hrubá a drží na DPS dosť pevne, takže na jej odstránenie je potrebné vyvinúť značnú silu.

Takže jedinou prípravou je odstrihnutie alebo odrezanie kúsku dosky – stačí ponechať malý okraj. Okraj v podstate nie je potrebný, ale zjednoduší sa prikladanie a centrovanie fólie s predlohou. A samozrejme – nesmieme zabudnúť odstrániť kryciu fóliu.

Príprave fotocitlivej dosky vlastnými rukami sa budeme venovať v jednom z ďalších dielov.

Expozícia

Prípravok na exponovanie
 

Lampa s UV výbojkou
 

Expozícia v praxi
 

Pripravenú fólliu priložíme tonerom na fotocitlivú vrstvu a zaťažíme sklom. Ja na toto používam dva kúsky skla spojené svorkami na spisy. Toto „zariadenie“ umožní následnú manipuláciu s doskou bez toho, aby sa fólia posunula. Mimochodom, tie sponky na spisy sú veľmi užitočný nástroj – použijeme ich ešte niekoľkokrát.

Na expozíciu používam žiarivkovú stolnú lampu, do ktorej som dal 11W UV žiarivku. Dosku osvecujem zo vzdialenosti asi 20cm – je to dosť veľká vzdialenosť, čo spolu s malým výkonom žiarivky vedie k expozičnej dobe okolo 30 minút. Ja nechávam bez problémov až 45 minút – vďaka naparenému toneru nehrozí exponovanie zakrytých častí. Väčšia vzdialenosť lampy zaručuje rovnomernejšie osvecovanie motívu a kolmý dopad UV svetla. Samozrejme je možné použiť akýkoľvek zdroj UV svetla, podľa toho čo doma nájdete. Ja osobne preferujem slabšie zdroje, pretože predĺžený čas expozície nemusí znamenať preexponovanie alebo podsvietenie motívu.

Niekde sa môžeme dočítať, že ak máme motív vytlačený na pauzovacom papieri je vhodné papier spriehľadniť. Dokonca sa na to predáva špeciálny sprej. Nuž, netreba. Možno treba predĺžiť expozičnú dobu, ale ja som nepostrehol žiaden rozdiel.

Trochu sa pristavím pri kalibrácii zdroja UV svetla. Kalibráciou myslím stanovenie času, ktorý je nutný pre spoľahlivé exponovanie dosky. Postup je jednoduchý:

• Vytlačíme jednoduchý testovací obrazec (stačí niekoľko čiar), asi tak 1cm krát 1cm
• Pripravíme si niekoľko malých kúskov DPS s fotocitlivou vrstvou
• Postupne ich exponujeme, každý kúsok s iným časom, napríklad 10 minút, 15 minút, 20 minút …
• Po vyvolaní nájdeme, ktorý kúsok s najmenším expozičným časom bol spoľahlivo exponovaný – najlepšie je všetky kúsky vyleptať – hlavne v prípade Bungardovych dosiek so žltým fotorezistom
• Odporúčaný expozičný čas je čas o stupienok vyšší – to znamená, že ak sa nám zdá, že doska bola dobre exponovaná za 15 minút, vezmime čas 20 minút.

Kalibráciu by ste mali zopakovať pre každý druh materiálu, či už fotorezistu alebo predlohy – zvlášť pre fóliu, zvlášť pre pauzovací papier, zvlášť pre dosky od Bungarda, zvlášť pre dosky pripravené doma.

Ak si výsledky poznačíme, tak stačí urobiť kalibráciu raz. A ak sa niekomu vôbec nechce strácať čas s kalibráciou, tak nech si čas odhadne ako chce.

Vyvolanie

Vyvolaná exponovaná doska
 

Dosku vyvolávame vo vývojke na to určenej. Pozitívne fotorezisty spomínaných materiálov s fotocitlivou vrstvou sa vyvolávajú v roztoku NaOH. Aj keď sa dá NaOH kúpiť namiešaný alebo navážený (obsah sáčku vsypte do litra vody), najlacnejšie ho vyjde kúpiť v klasickej drogérii (pre porovnanie – nedávno som dal za 800g balenie 2.18 eura, zatiaľ čo navážená vývojka v SOS stojí 7g 1.20 eura – to tých mojich 800g vyjde na skoro 100 euro aj s množstevnou zľavou). Z jedného balenia namiešame mnoho litrov vývojky a v prípade potreby ním môžeme vyčistiť odpad alebo ho môžeme využiť pri varení mydla.

Koncentrácia vývojky je veľmi dôležitá. Používa sa 0.7-0.8 percentný roztok. Slabší roztok je prakticky neúčinný, silnejší roztok môže odplaviť aj neexponovaný fotorezist. Firma Bungard tvrdí, že ich dosky sa môžu vyvolávať v 1.3 percentnej vývojke, ale to som nikdy neskúšal. Namiešanie vývojky nie je problém – stačí na to digitálna kuchynská váha. Najprv navážime 1000 gramov vody a do nej prisypeme 7-8 gramov perličiek NaOH.

Pokiaľ vývojku budeme dlhšie skladovať, treba dať pozor, aby nádoba bola skutočne vodotesná. Ak sa časť vody odparí, zvýši sa koncentrácia vývojky a ďalšiu dosku môžeme zničiť.

Leptanie

Vyleptaná DPS s odstráneným fotorezistom
 

MLS-1 v pracovnej polohe
 

MLS-1 v pohotovostnej polohe
 

Existuje viacero sposobov, ako vyleptat dosku:

• zmes kyseliny chlorovodíkovej (HCl) a peroxidu vodíka (H2O2) – rýchle a smradľavé, do panelákového bytu nevhodné
• Chlorid železitý – FeCl3 – klasická metóda, vyššie riziko zašpinenia odevu alebo priestorov
• amoniumpersulfat – zdá sa to ako najčistejšia metóda, až na to že žerie bavlnu. Takže v byte by som ho neodporúčal. Okrem toho absorbuje 5 až 10 krát menej medi a navyše je zdravotne škodlivejší.
• a mnohé daľšie chemikálie a zmesi

Ja používam FeCl3. Je to možno trochu pomalá metóda, ale je bezpečná a výsledky sú veľmi dobré.

Keď si pozrieme popisy leptania na webe, v mnohých môžeme nájst postupy na výrobu leptacích tankov s prevzdušnením a ohrevom. Hovori sa v nich o litroch chloridu, o nevyhnutnosi ohrevu a o vírení, bublinkovaní a inom mechanickom dráždení. V skutočnosti sa dá vystačiť s obyčajnou kuchynskou miskou a štvrťlitrom chloridu železitého.

Ak dosku leptáme vodorovne, treba ju otočiť meďou dolu. Tým sa zabezpečí, že odleptaná meď opadáva smerom dolu. Ak dosku leptáme zvisle, tak ju treba otáčať – hrany smerujúce dolu sú odleptávané o niečo agresívnejšie. Tento problém je podstatne výraznejší pri použití prebublávania alebo iného spôsobu vírenia chloridu.

Chlorid neohrievam. Behať po byte s miskou chloridu a ohrievať ho na sporáku alebo v mikrovlnke je dosť nebezpečné, môže to byť pomerne slušný dôvod k rozvodu. Aj keď ohriaty chlorid výrazne zvýši rýchlosť leptania, za to riziko to nestoji. Iný spôsob – ohrievanie v kúpeli (v nádobe s teplou vodou) je dosť pomalý – za ten čas vyleptám DPS aj v studenom chloride.

Ak sa veľmi ponáhľam, tak DPS umiestnim do chloridu meďou hore a ometám ju štetcom. Tým sa dá leptanie skrátiť na niekoľko minút.

Dovolím si predstaviť zariadenie, ktoré používam. Je to MLS-1 (Malá Leptacia Súprava, vzor 1). Miska vľavo je dobre tesniaca miska obsahujúca chlorid (asi štvrť litra). Miska uprostred je dobre tesniaca väčšia miska, ktorú používam na vývojku. V pohotovostnej polohe je v nej uzavretá miska s chloridom (dvojitá ochrana je nutná – z misky s chloridom uniká stopové množstvo chlóru, ktorý koroduje všetko kovové v blízkosti). Tretia a najväčšia miska obsahuje vodu, v ktorej oplachujem DPS pri kontrole postupu leptania. V pohotovostnej polohe je v nej uložená stredná miska obsahujúca ľavú misku a nástroje. Celé je to malé a skladné.

Finalizácia

Pocínovaná doska
 

Na záver z dosky odstránime zvyšky fotorezistu (riedidlom alebo koncentrovaným roztokom NaOH) a zakonzervujeme ju. Máme dve veľmi jednoduché možnosti.

Prvou možnosťou je nalakovať dosku roztokom kolofónie v liehu. Táto metóda je v amatérskych podmienkach pomerne rozšírená. Tento lak zabráni oxidácii medi a a navyše uľahčí spájkovanie.

Druhou možnosťou je nanesenie vrstvy chemického cínu. Chemický cín sa na dosku nanesie ponorením do príslušného roztoku. Cín sa nanáša bez použitia tepla. Takáto vrstva cínu síce vyzerá pekne, ale na rozdiel od teplom nanášaného cínu (HAL) výrazne nenapomáha spájkovaniu – vrstva cínu má odlišnú povrchovú štruktúru. Roztok na chamické cínovanie sa dá zohnať napríklad tu.