Domácí výroba plošných spojů

Při výrobě plošných spojů v domácích podmínkách si vhodnou technologii zvolíme podle složitosti desky.

Pro nejjednodušší obrazce typu několika obdélníků a tlustých spojů stačí nalepit na celou plochu desky samolepící fólii, obrazec vyřezat a plochy určené k odleptání sloupnout. Obrazce s tenkými čarami je vhodné kreslit trubičkovým perem lihovými modelářskými barvami. Jsou ekologické, dobře odolávají chloridu železitému a po vyleptání se dají smýt lihem.

Pro vyšší přesnost výroby se neobejdeme bez fotoprocesu. Dnes snad již nikdo nekreslí předlohy ručně s následným fotografickým zmenšováním. Je spousta kreslících programů a předlohu z počítače můžeme vytisknout. Pokud máme laserovou tiskárnu, je možné použít příslušnou fólii nebo pauzák a kontrast natisknutého obrazu lze zvýšit v acetonové páře. Toner při tom nabobtná a vyplní mikroskopické póry.

Do inkoustové tiskárny také existují fólie, jen si musíme vybírat správný typ. Principem fólií pro inkoustové tiskárny je povrch umožňující nasáknutí barvy, např. do želatinové vrstvy, podobné emulzi na filmech. Pro tisk předloh jsou vhodné pouze fólie s lesklým povrchem. Vyzkoušel jsem fólie Dataline 57163 určené pro zpětné projektory a výsledek byl špatný. Povrch těchto fólií je trochu drsný a černé plochy jsou děravé. Vyzkoušel jsem i tisk na film. Filmy jsem bez vyvolání ustálil a tisk byl téměř dokonalý. Barva se do emulze zachytí a na černých plochách vytvoří souvislou vrstvu.

Rozpíjení inkoustu tam sice vidíme, ale když je jen takové jako na obrázku, tak pro výrobu desky nevadí. Na filmu nesmí být otisk prstu, jinak je v barvě díra. U některých typů filmu je nasákavost emulze příliš malá a inkoust na povrchu nedrží. Tyto filmy je nutné před tiskem napařit třeba nad čajovou konvicí. Zásoby plochých filmů Orwo NP22 různých formátů z NDR ještě z dob minulých má Fotografia Praha. Na tyto filmy lze tisknout i bez napařování. V současné době používám film určený pro tiskařskou techniku - i tiskaři přešli od filmu k jiným technologiím.

Tisk provádíme při nastavení tiskárny na nejvyšší množství inkoustu. Nastavní na vysokou kvalitu u HP840 není dobré, černá se pak skládá z barev. Natisknutý obrazec je nutné nechat pořádně vyschnout. Nedostatečně proschlý obrazec se lepí na desku a i po zaschnutí inkoustu působí výpary rozpouštění i neosvětlených částí obrazce při vyvolávání. Inkoust pro HP840C potřeboval pro dokonalé vyschnutí při 20 st.C alespoň 3 hodiny. Proti agresívním výparům pomůže mezi desku a fólii s obrazcem vložit tenkou průhlednou fólii, např. z bonboniéry. Tím se potřebná doba sušení výrazně zkrátí. Lze také tisknout z druhé strany filmu, ale film je tlustší a při expozici rozptýleným nebo šikmým světlem se mohou tenší čáry podsvětlovat.

Při rozlišení tiskárny 300 dpi se dobře daří spoje 0,3 mm pod libovolným úhlem a kolečka 1.5 s dírkama. Pokud je čára vedena rovně, lze vykopírovat i 0,2 mm.

Pokud máme předlohu, následuje expozice. Používám rtuťovou výbojku 125W s příslušnou tlumivkou a exponuji 5 minut ze vzdálenosti 15 cm. Pokud exponuji větší desku, např. 100x180 mm, prodlužuji kvůli okrajovým částem expozici až na 10 minut. Kvalitní předloha se na prostředku neprosvítí. Pro expozici je též možné použít horské sluníčko, ale místo tlumivky má topná tělesa a aby se exponovaná deska nepřehřívala, musí se exponovat ze vzdálenosti 30 až 50 cm a prodloužit dobu expozice. Pokud místo průhledné fólie používám matnou (plastový "pauzák" do laserovky), musím prodloužit expozici na 10 minut.

Pozor na škodlivé UV záření! Nedívat se do výbojky!

Maximální rozměr předlohy by měl být roven polovině vzdálenosti od výbojky, jinak se okraje naexponují málo. Říká se, že UV záření neprochází sklem a že je nutné z výbojky odstranit vrchní baňku s luminoforem. Když jsem začal místo plexiskla na přitlačení předlohy k desce používat 2 mm sklo, vyžádalo si to pouze malé prodloužení expozice. Baňku z výbojky jsem však sundal, ale jen proto, že chci mít bodový zdroj světla. Pokud se někde vytvoří mezera mezi předlohou a deskou, jsou stíny stále ostré a obrazec se naexponuje správně.

Hydroxid draselný pro vyvolání mám namíchaný jako koncentrovaný, používám louh namíchaný pro NiCd akumulátory. Dávkování 10 ml na 0,2 l vody pro desky z GM a 10 ml na 0,15 l pro desky s emulzí ze spreje Pozitiv20. Pozor, hydroxid je žíravina!

Po vyvolání se deska vyleptá. Je možné použít kyselinu solnou s peroxidem vodíku, nebo chlorid železitý. Chlorid leptá pomaleji, ale zase není tak agresivní na emulzi. Zatímco kyselina je žíravina, smrdí a má silně korozivní účinky, chlorid zabarví na rezavo všechno, i odpad u umyvadla. Jsou i jiná leptadla, která nic nepocintají, ale jsou dražší a hůř se shání.

Osazení desky - SMD

Po vyleptání a vyvrtání desky následuje osazení. Protože dělám s SMD i klasickými součástkami a SMD dávám na pastu, měl jsem problém jak u prototypových desek bez halu zajistit, aby při přetavení pasty deska nezoxidovala a šlo na ní pájet. Zatím se mi osvědčil tento postup:

• desku po vyleptání nenatírám ochranným lakem. Po vyvrtání (až před osazováním) ji očistím velmi jemným šmirglem. Pokud není potřeba obrušovat otřepy od vrtání, stačí měď vyleštit novinama.
• nanesu pastu a položím SMD součástky.
• je možné osazenou desku lehce nastříknut ochranným lakem SK10. Tam kde jej již pasta ve styku s mědí, se lak nedostane a nebrání dokonalému spojení cínu s mědí. Přes lak sice pájet můžeme, ale roztékavost cínu se sníží. To zabrání též přílišnému rozlívání cínu z SMD plošek. Před pájením je potřeba, aby lak dokonale proschnul. Jinak se během pájení pod součástkami vytváří pára a součástky z desky vystřelují. Bez ochranného laku lze pájet také, ale je potřeba desku ohřívat jen po nezbytně nutnou dobu a hlídat teplotu. Při delším ohřevu deska oxiduje.

Zajímavá možnost je při ohřevu nad deskou vytvořit redukční atmosféru, k tomu stačí desku během ohřevu přikrýt poklopem. Pára unikající z pasty má silné redukční účinky. Poklop by měl být průhledný, abychom mohli kontrolovat postup pájení.

pájení reflow - SMD

Nejjednodušší pájení - žehlička. Do svěráku chytím obráceně žehličku nastavenou na tři tečky (regulátor dávám na doraz). Po rozehřátí na ni položím desku a asi za minutu je zaletováno. Deska s lakem opravdu nezoxiduje.

Lepší možnost - vařič. Pro přesné dodržení teploty pájení je výhodné na vařič položit tlustou hliníkovou desku. Hliníková deska tloušťky alespoň 8 mm rovnoměrně rozvede teplo, do jejího boku lze vyvrtat díru pro termočlánkový teploměr.

Po přetavení už ručně doosadím součástky z druhé strany desky. Lak již na desce nechávám, při přesném dodržení teploty lak není ani potřeba.