projektit:piirilevyprosessin_parannus_2011 [TELOK ry]

Tämä sivu on vain luettavissa. Voit katsoa sen lähdekoodia, mutta et muuttaa sitä. Kysy ylläpitäjältä jos pidät tätä estoa virheellisenä.
====== Telokin piirilevyprosessin parantaminen ======

Aiemmin TELOKilla pystyi tekemään harrastajatasoisia levyjä. Prosessi päivitettiin siten, että vaativammissakin tarpeissa levyjään ei tarvitsisi teettää muualla.

===== Prosessin tila 2011-10-08 =====

Nykyisellä TELOK-piirilevyprosessilla saavutetaan:
  * Riittävä resoluutio (8 mils vedot, 8 mils clearancet)
  * Reikien läpikuparointi
  * Soldermask

Prosessin puutteet:
  * Monikerroslevyt
  * Silkscreen

==== Syövytysprosessi ====

Niin taikakalvolla (dry film photoresist), valmiiksi positiivilakatuilla levyillä kuin Positiv 20 -lakalla lakatuillakin levyillä pääsee hyvän maskin kanssa suureen resoluutioon (jopa 2 mils vedot / 2 mils clearencet). Mutta usein moitteetonkin jälki menee pilalle syövytyksessä. Syöpyminen on hidasta alueilla, joissa on vähän poissyövytettävää, ja kun syöpyminen siellä on valmista, vähänkin liian ohuet vedot ovat muualla kokonaan poikki.

Tällainen sekoittamaton tai käsin sekoitettu prosessi soveltuu vain yli 15 mils vedoille. 10 mils vedot onnistuvat, jos piirilevyn suunnittelussa ottaa asian erityisesti huomioon ja pyrkii balansoimaan poistettavan kuparin määrän tarkasti.

Ilmiö johtuu siitä, että syöpymisreaktio on voimakkaasti itsekatalysoiva, ts. siellä missä syöpymistä tapahtuu, lämpötila nousee paikallisesti ja kupliminen siirtää jatkuvasti tuoretta happoa, mikä vauhdittaa syöpymistä paikallisesti verrattuna alueisiin, joissa syöpymistä tapahtuu vähän. Paikallinen syöpymisen kiihtyminen aiheuttaa ylisyöpymistä joissain paikoissa - vedot syöpyvät sivusuunnassa suojaavan lakan alta.

Piirilevyteollisuudessa syövytys tehdään voimakkaalla koneellisella agitoinnilla, ts. suihkuttamalla happoa piirilevyn pinnalle. Ilman suihkuttaminen toimii myös hapon sekoittamisessa, tästä syystä on niitä halpoja kiinalaisia ilmapumpulla varustettuja pystyaltaita, joskin pienestä kuplittamisesta ainoastaan levyn alapuolella on rajallinen hyöty.

Toinen tapa vähentää ongelmaa on käyttää ohuempikuparista levyä, jolloin suojalakan alta tapahtuva syöpyminen on vastaavasti hitaampaa. Normaalilla 1 oz / 35 µm levyllä kuitenkin tyypillisesti ilmoitettu resoluutio on 8 mils / 8 mils vedot/clearancet.

TELOKilla ongelma ratkaistiin rakentamalla voimakkaasti paineilmalla agitoitu pystytankki, jossa ilmaa puhalletaan pienistä rei'istä mahdollisimman tasaisesti.

Samalla siirryttiin Kupari(II)kloridi-syövytysprosessiin, joka tarvitsee vain vähän ylläpitoa ja jossa ei synny suuria määriä jätteitä. http://members.optusnet.com.au/eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html

Kerholle on hankittu ohuempikuparista (1/2 oz (18 µm)) piirilevymateriaalia. Suurempi syy tähän on läpikuparointiprosessin aiheuttama koko kuparin paksuuntuminen, jolloin lopputulos on lähempänä tavallista 35 µm kuparia.

==== Taikakalvon laminointi ====

Taikakalvon märkälaminointi uunissa toimii erinomaisesti, mutta sitä ei voi käyttää jos levyyn poraa reiät etukäteen (joka helpottaa suunnattomasti maskien kohdistusta, ja on välttämätöntä kun läpikuparointia käytettäessä).

Kerholle ostettu Lidlin A3-laminaattori toimii erinomaisesti. Varalaite sijaitsee bommarissa. Laminointiohje on happohuoneen seinällä.

==== Maskien tulostus ====

Lasertulostimet eivät ainoastaan tee huonoa mustaa vaan myös huonon resoluution, toneria puuttuu viivojen reunoilta ja sitä roiskuu viivojen viereen. 

Kerholla on HP OfficeJet -mustesuihkuverkkotulostin ja siihen sopivaa kalvoa, jota kannattaa käyttää piirilevymaskien tulostukseen.

==== Soldermask ====

Juotteenestopinta (se vihreä teollisissa piirilevyissä you know) on aivan täysin välttämätön paljon pientä pintaliitospiiperrystä tarvitsevissa kötöissä oikosulkujen (tinasiltojen) estämiseksi. Tarjolla on Taikakalvoa vastaavaa laminoitavaa kamaa sekä "maalaamalla" päällystettävää kamaa. Tutustun kumpaankin vaihtoehtoon (A.A.). Vastaavilla prosesseilla onnistuu myös valkoisen "silkscreen"-grafiikan teko levyyn.

Esimerkkejä:
  * LPKF:n tuote: http://www.lpkf.com/products/rapid-pcb-prototyping/solder-masks-legend-printing/index.htm

Tilanne 2.7.2011:
  * Kokeilin kiinalaista Ebay-soldermaskia. Prosessi:
    * Levitys lastalla ohueksi kerrokseksi
    * Kuivaus uunissa (140 astetta 45 minuuttia)
    * Valotus n. 140 sek TELOKin vanhalla valotussalkulla (positiivi; pädit mustia)
    * Kehitys Bilteman etanolilla varovasti harjaten.
    * Kovetus UV-valotuksella n. 400 sek.
    * Tuli niin ruman samean mattamainen look (ilmakuivatuksen takia) että suihkutin päälle fluksilakan.
    * Lopputulos:

{{:soldermask1.jpg|}}
{{:soldermask2.jpg|}}

  * Tilasin myös 10 metriä x 30 cm Taikakalvo-soldermaskia, jolla tuloksen pitäisi olla helpommin tasalaatuinen ja prosessi on tuttu syövytysmaskista (samanlainen prosessi, sama kehite).

  * (9.8.2011:) Taikakalvo-soldermask-tilaus mennyt perille, menee n. 2kk.
==== Läpikuparointi ====

Viojen (läpivientien) juottaminen langasta lakkaa olemasta hauskaa jos niitä on levyssä useita kymmeniä tai satoja, ja piirilevyn suunnittelu siten että komponentteja ei voi juottaa molemmilta puolilta vaan pitää kylvää viereen ylimääräisiä vioja myöskin vaikeuttaa hommaa. Reikien läpikuparointi on siis jokseenkin välttämätön vähänkään monimutkaisemmissa projekteissa. Läpikuparointi tapahtuu niin, että reiät porataan ensin syövyttämättömään piirilevyyn, sitten reikät "aktivoidaan" päällystämällä niiden seinät johtavalla musteella, ja sitten reikiin kasvatetaan kupari elektrolyyttisesti.

Esimerkkejä:
  * Himassa ilman erikoistuotteita: http://www.youtube.com/watch?v=KTNuTv_IQp4
  * LPKF:n tuote (toimii ilman elektrolyysiä hyvin johtavalla musteella): http://www.lpkf.com/products/rapid-pcb-prototyping/through-hole-plating/chemical-free/index.htm

Status 8.7.2011: Ensimmäinen testikappale: johtava muste akryylimaalista ja grafiittijauheesta, elektrolyysi em. videon ohjeiden mukaisesti, 26 vian testilevy, kaikki 26 viaa täysin toimivat, resistanssi yhteensä 0.5 ohm. Kuparointijälki oli vielä hieman rumaa.

{{:kupari1.jpg|}}
{{:kupari2.jpg|}}
{{:kupari3.jpg|}}

Lopullinen läpikuparointilaitteisto on paikallaan happohuoneessa.

==== Valotuslaite ====

Diffuusilla valolähteellä maskissa oleva kuvio aiheuttaa levylle suttuisen varjon, mikä heikentää resoluutiota. Pistemäinen valolähde tekee terävän varjon. Jos maskin ja levyn välissä on vähänkään väliä, ongelma korostuu.

Kerholla on A. Alhosen valmistama valotuslaite jossa valonlähteenä on 2 kpl 10 W UV-lediä. Valo tulee n. 1 x 3 cm alalta n. 40 cm päästä.

==== Monikerroslevyt ====

Monikerroslevyjen teko ei ole sellaista salatiedettä kuin voisi luulla. Tarvitaan monikerroslevymateriaalia, toimiva läpikuparointiprosessi ja kuumaprässi. Prässin voinee tehdä itse.

====== Luettavaa ======

Kaikki piirilevyjen teosta: http://www.thinktink.com/stack/volumes/volvi/pcbproto.htm