Laserowa produkcja PCB

Projekty użytkowników forum zarówno sprzętowe, jak i związane z programowaniem w dowolnym języku.
Awatar użytkownika
WoodPaker
User
User
Posty: 135
Rejestracja: czwartek 17 wrz 2015, 19:23
Lokalizacja: USA
Kontaktowanie:

Laserowa produkcja PCB

Postautor: WoodPaker » środa 23 sty 2019, 21:07

Jakiś czas temu za kilka dolarów kupiłem sobie maszynę CNC z wymiennymi głowicami. Czyli taką, która nie tylko frezuje ale i wypala laserem. W związku z powyższym postanowiłem wykorzystać obie rzeczy do produkcji PCB.
Niestety z frezowaniem jest bardzo poważny problem. Przy dużych płytkach płytka się lekko wygina i w tym miejscu frez albo nie wejdzie wystarczająco głęboko by usunąć miedź lub co gorsza wejdzie za głęboko i usunie za dużo. Przy próbach robienia płytek pod procesory w obudowie TQF można się narobić i nie zrobić. Zatem frezowanie nadaje się do płytek, które nie wymagają małych elementów (patrz zdjęcia poniżej).
Obrazek
W przypadku mniejszych elementów jak TQF, TQFP, MLF ratunkiem okazał się laser.
Istnieje kilka sposobów naświetlania laserem PCB. Jednym jest pomalowanie czarnym sprayem płytki, a następnie wypalenie farby, która zakrywa elementy płytki podlegające wytrawianiu. Czyli nic innego jak frezowanie laserem. Niestety ten sposób u mnie nie zadziałał nawet przy ustawieniu maksymalnej mocy lasera (posiadam 2.5W) i bardzo wolnym wypalaniu (około 0.1 mm/s). W zwiazku z tym, że mam dość sporo folii fotoaktywnej (niebieska) postanowiłem jej użyć. Na początek trzeba przygotować wydruk. W tym celu użyłem w EAGLu CAM do języka HPGL (dla plotera) z ustawieniami plamki 0,34mm. Mimo, że plamka ma wielkość około 0,1 mm moje testy pokazały, że nie należy takiej stosować. Zbyt dużo przejść lasera nad punktami powoduje prześwietlenie i miejsca pomiędzy ścieżkami i pinami też się naświetlają. Następnie należy przetłumaczyć HPGL na język zrozumiały dla mojego CNC - G-CODE. Do tego celu użyłem skryptu HPGL2gcode. Następnie trzeba nakleić folie na płytkę zgodnie ze sztuką (temat był wałkowany wielokrotnie więc pominę). Ważnym elementem naświetlania jest aby usunąć folie zabezpieczającą przed naświetlaniem, a nie jak w przypadku naświetlania UV (z folii z wydrukiem), po (czyli przed samym utrwalaniem). Jeżeli tego się nie zrobi, mimo iż folia jest bardzo cienka, następuje dyfrakcja wiązki i naświetlanie się rozmywa. Coś jakby brak ostrości. Nie jest to dobre dla małych odstępów pomiędzy pinami jak w przypadku obudowy TQF czy MLF. Czas na naświetlanie.
Obrazek
Po naświetleniu zamontowałem wiertła i wywierciłem dziurki oraz wyciąłem kształt płytki. Tylko po to żeby nie robić tego później bo trzeba by pozycjonować.
Obrazek
Mimo tego na wszelki wypadek ustawiłem tez punkty pozycjonowania (widoczne jako takie trzy krótkie linie na brzegach). Niestety niefortunnie i połączyłem kilka pinów. No ale to w końcu test. W czasie utrwalania niechcący zdrapałem też kilka pinów z obudowy MLF. Zdarza się. Ale to tylko test więc nie przejmuję się bardzo.
Następnie wytrawianie. Nie używam nadsiarczanu z prostej przyczyny. W miejscu gdzie mieszkam nie można dostać taniej niż 30$ za 100g. W związku z powyższym zrobiłem sobie mieszaninę wody utlenionej z kwasem solnym. Woda to koszt 50 centów za pół litra, a 4 litry kwasu jakieś 6$. Zaletą tej mieszaniny jest to, że odzyskuje się w czasie napowietrzania, poza tym lepiej działa jak już trochę miedzi w niej sie znajduje. To forum elektroniczne więc chemii tłumaczyć nie będę. Ale jest to mieszanina tańsza niż nadsiarczan (przynajmniej w moim przypadku). Niestety ma też wady. Idealnie działa w zakresie temperatur 23-40C. 40 to za dużo bo klej od folii się odkleja ale temperatura pokojowa jest w sam raz. Dlaczego to wada? Otóż w domu nie mogę tego robić - nie mam za bardzo gdzie. Ale za to mam duży ogród. Zima jest, na dworze temperatura waha się od 5 do 20 stopni. Akurat w dniu gdy to robiłem było 14C co widać bo podżarło trochę w czasie oczekiwania na wytrawienie.
Obrazek
Jak widać na obrazkach. Wytrawiło się mimo wszystko dobrze. Zarówno TQF jak i MLF. Jakość obrazków mi proszę wybaczyć. Moj telefon jest przystosowany do dzwonienia, a nie robienia zdjęć.
Obrazek
Dodatkowo zamiast folii można używać pisaków ścieralnych. Naświetlenie laserem powoduje (jak w przypadku drukarki laserowej) utrwalenie "tonera" na płytce. Następnie nieutrwalony toner należny zetrzeć, a po wytrawieniu zmyć resztę acetonem.

Jeszcze jedna rzecz. Posiadam laser 2.5W, ustawienia mocy lasera to około 100/7000 czyli 1/700 całej mocy, a szybkość naświetlania to 2200 mm/min.

Następny test jaki chciałbym wykonać to naświetlanie zielonej soldier maski. Ale to na razie w sferze planów ponieważ brak czasu nie pozawala.
I to tyle w temacie :)
Life is to short to eject USB safely

Awatar użytkownika
j23
User
User
Posty: 404
Rejestracja: czwartek 08 paź 2015, 18:40

Re: Laserowa produkcja PCB

Postautor: j23 » czwartek 24 sty 2019, 01:08

Bardzo dobry artykuł i dzięki za to Woodpaker. :)
Co do trasowania PCB laserem to osobiście zawsze się zastanawiałem, czy istnieje substancja płynna (mieszanina), którą można by pokryć płytkę a następnie (po wstępnym przeschnięciu) użyć lasera, żeby w miejscach gdzie ma pozostać miedź (miejsca zabezpieczone przed wytrawianiem) ta wcześniej użyta płynna substancja uległa przemianie w substancję kwasoodporną (jednak możliwą do późniejszego zmycia np.acetonem).
A co do chemii to ja bardzo chętnie poczytam co masz do przekazania - o co naprawdę proszę (mimo iż jest to forum elektroniczne).

Pozdrawiam! J23
Bo ona jest piękniejsza niż słońce
i wszelki gwiazdozbiór.
Porównana ze światłością-uzyska pierwszeństwo
(...)Mądrości zło nie przemoże
Mdr 7,29

Awatar użytkownika
WoodPaker
User
User
Posty: 135
Rejestracja: czwartek 17 wrz 2015, 19:23
Lokalizacja: USA
Kontaktowanie:

Re: Laserowa produkcja PCB

Postautor: WoodPaker » czwartek 24 sty 2019, 02:49

U mnie już wieczór. Czas zająć siężoną. O chemii napiszę zatem jutro. A co do substancji to jak widzisz - suchościeralny pisak, folia fotoaktywna. Tylko folie zmywa się roztworem NaOH :)
Life is to short to eject USB safely

Awatar użytkownika
acid3
User
User
Posty: 421
Rejestracja: czwartek 03 wrz 2015, 22:42
Lokalizacja: Kłopoty-Stanisławy
Kontaktowanie:

Re: Laserowa produkcja PCB

Postautor: acid3 » czwartek 24 sty 2019, 08:18

Woodie, super Ci to wyszło, nie wiem jak inni ale ja jestem zainteresowany jak Ci to będzie dalej szło i jak będzie wychodziło.

j23 pisze: (...)A co do chemii to ja bardzo chętnie poczytam co masz do przekazania - o co naprawdę proszę (mimo iż jest to forum elektroniczne) (...)


Toć taka chemia to nieodłączny element elektroniki :D

PS. Jakbyś mógł jeszcze pokazać to swoje CNC i ewe. gdzie i za ile kupiłeś to też byłoby fajnie.

Awatar użytkownika
WoodPaker
User
User
Posty: 135
Rejestracja: czwartek 17 wrz 2015, 19:23
Lokalizacja: USA
Kontaktowanie:

Re: Laserowa produkcja PCB

Postautor: WoodPaker » czwartek 24 sty 2019, 17:45

Zanim rozpuści się za duzo miedzi mamy reakcję Cu + 2HCl + H2O2 -> CuCl2 + 2H2O i jest to reakcja dominująca. Ten dodatkowy atom telnu z wody utlenionej (H2O2) utlenia miedź w obecności kwasu solnego (HCl) do chlorku miedzi(II) (CuCl2 - ładny, jasny zielony kolor -powolna reakcja). Tak wygląda początkowe wytrawianie ale nie jest to główna postać wytrawiacza ponieważ gdy w roztworze zostanie rozpuszczona duża ilość miedzi i cała woda utleniona zostanie „zużyta” następuje trawienie za pomocą chlorku miedzi(II) (reakcja dużo szybsza od poprzedniej)
CuCl2 + Cu -> 2 CuCl
Zatem gdy caly chlorek miedzi (II) zostanie zużyty i przekonwertowany do CuCl (brzydki, sraczkowaty brązowy kolor) należy nadmuchać roztwór lub zostawić na otwartym powietrzu co spowoduje reakcję, która odzyska nam wytrawiacz
2CuCl + 2 HCl + 1/2O2 -> 2CuCl2 + H2O
Tak długo jak mamy wystarczającą ilość kwasu w roztworze, tak długo możemy używać wytrawiacza i odzyskiwać. A potem zawsze można dodać kwasu jakby zabrakło. Jak zmiana koloru z brązowego na zielony staje się ciężka nawet po dodaniu kwasu solnego należy zmienić roztwór trawiący. Związane jest to z tym, że w trakcie procesu tworzy się woda, która zwyczajnie nam rozrzedza roztwór.
A teraz jak przygotować roztwór.
Bierzemy dwie częsci wody utlenionej (3% z apteki) i jedną część kwasu solnego (Ja kupiłem 31% - pamietajcie, że maksymalne stężenie kwasu solnego ze względu na punkt azeotropowy to 36%). Mieszamy razem. Tu należy pamiętać, że „pamietaj chemiku młody wlewaj zawsze kwas do wody”. Reakcja jest silnie egzotermiczna i jeżeli wlejemy wodę do kwasu to może zacząć pryskać na boki i nieszczęście gotowe. Potem wrzucamy co chcemy trawić i gotowe. Żeby przyspieszyć trawienie można wziąć 2cm kawałek drucika miedzianego i wrzucic do roztworu przed trawieniem żeby uzyskać ładny, zielono-żółty kolor. To przyspieszy trawienie (zgodnie z reakcjami opisanymi powyżej)

Co do CNC to kupiłem takie z laserem 2.5W bo w założeniu było drukowanie zdjęć na drewnie (działa to zaje...fajnie) ale patrząc na moc jaką używam do naświetlania płytek to 500mW wystarczy--> https://pl.aliexpress.com/item/Multifun ... 5c0ftYCTcW
Wydałem na nie w sumie 204$ razem z przesyłką. Sprzedawcy nie polecam bo ociągał się z wysłaniem przez co zamiast przed świętami to przyszło po mimo, iż wysłane DHLem

Jak pobawię się zieloną soldier maską to też coś napiszę.
Life is to short to eject USB safely


Wróć do „DIY”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 2 gości