Transcript FablabBrussels_Tutorial PCB etsen

INTRO PCB-FOTO-ETSEN
versie 1.1 10 mei 2012
DROPBOX: WORKSHOPS
Lieven Standaert
1
WAARSCHUWING
Het etsproces gebruikt een aantal verschillende chemicaliën. In de foto hierboven is mr.
Verbelen de tank aan het schoonmaken nadat iemand wat ontwikkelaar in de
ijzertrichloride-tank gemorst heeft. Dit maakt beide onbruikbaar.
Volgende regels staan herhaald door deze tutorial, en willen we hier benadrukken:
-als je onzeker bent van een stap, vraag raad.
-meng nooit chemicaliën en spoel na elke stap met water
-besteed aandacht aan proper werken. Dit betekent dat je probeert om de tank en de
baden PROPERDER achter te laten dan je ze vindt. In het bijzonder de ijzertrichloride is
een smerig goedje.
--besteed aandacht aan proper werken.
--besteed aandacht aan proper werken.
En kuis *%@# op als je vlekken maakt.
Veel plezier met je elektronicaproject.
2
PROCESBESCHRIJVING
Het doel van dit proces is om een PCB te maken. Je gebruikt hiervoor een fotogevoelige
PCB-plaat, die je belicht en waar je nadien een deel koper wegbijt in een chemisch bad.
Het volledige proces omvat de volgende stappen:
1- Je ontwerp uitprinten op transparant
2- Deze transparant gebruiken om in de belichtingsbak een fotogevoelige PCB te
belichten
3- Deze PCB ontwikkelen zoals je dit met een foto zou doen (maar je hebt geen
donkere kamer nodig vermits belichting hier met ultraviolet licht gebeurt)
4- De niet-belichte delen van de ontwikkelde fotogevoelige laag vormen een
beschermlaag, de rest wordt weggespoeld.
5- De PCB wordt in een FeCl3-bad geplaatst die het niet-beschermde koper wegbijt.
6- De PCB wordt afgespoeld en de fotogevoelige laag wordt verwijderd.
VOOR- EN NADELEN
Een belangrijk voordeel van dit proces is de hoge resolutie die kan bereikt worden. De
productietijd is bovendien onafhankelijk van de grootte van je PCB.
Het voornaamste nadeel is dat je alle gaten nadien met de hand moet boren, en dat
complexe vormen of uitsnijdingen niet mogelijk zijn.
MOEILIJKHEDEN
-de transparant moet perfect geprint zijn, een klein vlekje op de transparant zal een
slecht circuit opleveren
-vingerafdrukken op de koperplaat zullen voor een slechte ets zorgen
-de grootste uitdaging is PROPER werken. FeCl3 is een bruine vloeistof die heel
hardnekkige vlekken maakt. Draag handschoenen en maak alle bespatte oppervlakken
3
grondig schoon wanneer je klaar bent.
STAP 1: PRINT EEN TRANSPARANT
Om de transparant te maken heb je een goede kwaliteit laserprinter nodig. Je wil immers
geen kleine gebreken in je zwarte print. Inktjetprinters geven ontoereikende resultaten,
en zijn af te raden. Transparanten kan je vinden onder belichtingsbak.
Let erop te printen op de matte zijde van de transparant, zodat de tonerinkt goed
gefixeerd wordt op de transparant.
De zwarte stukken op de print zijn uiteindelijk de koperbanen. Alles wat doorzichtig is,
wordt belicht en daarna weggevreten.
Bij de machine vind je verschillende referentieprints die je als voorbeeld kan gebruiken
bij de uitleg hier.
4
STAP 2: Neem een stukje fotogevoelige PCB
Zoek een overschotje van een PCB-plaat. Je vindt die onder de elektronicawerkbank aan
het raam. Voor deze tutorial kan je kiezen wat je etst, maar je eerste oefening is niet
groter dan 5x8cm!
Boor een gaatje tussen 3...5 mm in een ongebruikt hoekje van de PCB, hier zal later een
draad doorkomen waarmee je de PCB uit de etsbak kan vissen.
LET OP: kom niet
met je vingers aan
de PCB eens de
beschermfolie
verwijderd is.
De fotogevoelige PCB’s zijn bedekt met een blauwe afschermfolie. Deze moet je
verwijderen vóór je die onder de belichtingsbak legt. Op het ogenblik dat de blauwe
afschermfolie verwijderd wordt, is de fotogevoelige laag op de PCB bloodgesteld aan UVlicht van bv. TL-lampen en zonlicht, dat de fotogevoelige laag aantast en daardoor de
resolutie van je werk vermindert. Probeer dus zo snel mogelijk de PCB onder de
belichtingsbak te krijgen.
5
STAP 3: Plaats de transparant en de PCB onder de
belichtingsbak.
Open de belichtingsbak. Plaats de transparant en de PCB op de lampen. Je hoeft de
transparant niet aan de PCB vast te tapen, de belichtingsbak houdt straks alles op zijn
plaats.
OPGELET:
Het is heel makkelijk om per ongeluk je PCB in spiegelbeeld te maken!
Controleer de oriëntatie van je transparant. Tekst op de transparant moet leesbaar zijn.
6
STAP 4: Zet de belichtingsbak aan
Laat de ‘SET TIME’
draaiknop in zijn
ingestelde stand
staan.
Deze staat normaal
gezien goed ingesteld
op +- 2,5 minuten
1-Sluit de belichtingsbak met de klemmen die opzij van het deksel zitten.
2-Druk op ‘MAINS’ om de machine aan te zetten
3-De machine gebruikt een vacuüm om de transparant strak tegen de PCB te drukken.
Schakel deze in door op “PUMP ON/OFF” te drukken.
4-Op de wijzerplaat links zie je het drukverschil oplopen. Wacht tot die opgelopen is tot
onder -0,6 bar
5- Druk op “UV START”
De lampen gaan aan en de PCB wordt nu belicht. Dit duurt +- 2,5 minuten. Je kan
ondertussen al het materiaal bij stap 5 klaarzetten.
6-Als de lichten uitgaan, schakel dan eerst de ‘PUMP’ en dan ‘MAINS’ uit.
7-Open de belichtingsbak. Nog steeds zonder het oppervlak van de PCB aan te raken,
neem de PCB uit de bak.
Leg deze even opzij op bv een schoon vel papier of stuk keukenrol.
VEILIGHEID
Open de verlichtingsbak niet wanneer de lampen ingeschakeld zijn. De bak gebruikt UVlicht, wat je ogen kan beschadigen.
7
STAP 5: Ontwikkelen
De ontwikkelaar is NaOH. Dit is een sterke base die brandwonden kan veroorzaken.
Wij gebruiken een oplossing van 0,5 molair, die niet erg geconcentreerd is. De elektronicaassistenten werken zelf zonder handschoenen en spoelen achteraf hun handen.
Wil je wat beter dan hen zorg dragen voor je huid, trek dan nu een paar
wegwerphandschoenen aan. Je vindt die in het grote gele rek naast het verfmateriaal.
Als je morst, kuis dit onmiddellijk op. Als je op je kleren morst, spoel overvloedig met water.
1-Plaats de PCB in de rode ontwikkelaarsbak.
2-Vul de bak met ontwikkelvloeistof.
Beweeg de bak lichtjes heen en weer, of wrijf even over het oppervlak met je vinger.
Na enige tijd wordt het circuit zichtbaar op de PCB:
8
Ontwikkeling duurt een 3-tal minuten. Wanneer je de tekening duidelijk ziet en ze wordt niet
meer donkerder, dan is de PCB klaar.
Giet de ontwikkelaar terug in de fles.
Gebruik de trechter:
Als je de PCB nu in de etsbak zou doen, dan reageert de NaOH van de ontwikkelaar met de
etsvloeistof. Geen goed idee, dus:
Neem de PCB in de rode bak naar de wastafel en spoel met water.
9
STAP 6: Etsen
Rol de etsbak vanonder de tafel en plug deze in het stopcontact.
10
De linkse knop zet het verwarmingselement aan, de rechtse de bubbelaar. Schakel het
verwarmingselement in, maar nog niet de bubbelaar.
Schakel de
bubbelaar uit
als je de bak
opent!
Steek een eindje elektrisch montagedraad (geen koperdraad) door het gaatje dat je in stap 2
in één van de hoekjes van je PCB hebt geboord. Plaats je PCB in het net en laat die in de bak
zakken. Knoop de draad rond het netje om de PCB te fixeren. Zeker voor kleine PCB's die
letterlijk door de mazen van het net kunnen vallen, is dit een absolute noodzaak. Davy op de
foto kan dit proper doen zonder handschoenen. Ik gebruik er wel. Alternatief vind je een
tang tegen de zijkant van de bak.
Doe de bak opnieuw dicht en schakel de bubbelaar in.
11
WERK PROPER
Dit kan een heel vuil werk worden. Probeer zo weinig mogelijk te morsen als je de PCB in en
uit de bak haalt.
Je zal nu de PCB herhaaldelijk bekijken om te zien of er al voldoende weggeëtst is. Schakel
tekens de bubbelaar uit als je de bak opent.
Etsen kan een tijd duren, afhankelijk van de resterende concentratie van de etsvloeistof in
de bak.
Reken op 5 à 10 minuten.
Op de weg te etsen delen moet de groengele glasvezellaag van de PC zichtbaar worden.
Alle overtollig koper moet verdwijnen. Bovenstaande PCB is nog niet voldoende geëtst;
Hieronder is hij wel klaar.
12
13
STAP 7: Spoelen
Wanneer de PCB voldoende diep geëtst is, neem die in de rode bak terug naar de spoelbak.
Reinig eerst met water tot alle bruine vloeistof weg is. Spoel ook de spoelbak zelf schoon.
14
Reinig vervolgens met (een weinig) aceton.
Deze stap verwijdert de fotogevoelige laag van het koper. Als je deze stap vergeet, zal je niet
mooi op het koper kunnen solderen.
Vingerafdrukken op het koper zorgen ook voor slechte soldeereigenschappen, dus blijf
vermijden om het koper met je vingers aan te raken.
15
STAP 8: Kuis op
-maak de bovenkant van de etsbak proper. Doe dit AUB grondig.
Veeg vervolgens de ontwikkelbak proper.
Plaats beide terug onder de tafel.
16
STAP 9: controleer je schakeling op kortsluitingen.
Je kan hiervoor de multimeters aan de elektronicawerkbank gebruiken.
Nu moet je alleen nog de gaten boren. Voor through hole componenten gebruiken we
0,8mm boortjes.
17
18