Killer PCBs: 12 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Tài liệu hướng dẫn này trình bày quy trình sản xuất bảng mạch in với các tính năng nhỏ đến 0,005 phù hợp với các IC LQFP hoặc QFN sử dụng cảm quang phim khô âm bản. Điều này sẽ cho phép bạn xử lý bất kỳ loại mạch tích hợp nào có sẵn - ngay cả mảng lưới bóng! Trong ảnh là các bo mạch có gói TSSOP-14, QFN-40 sử dụng các ổ cắm uốn cong có bước đệm.65mm và lực chèn bằng 0 với bước đệm 0,5mm.

Bước 1: Bối cảnh

Sau khi thử nghiệm với PCB tại nhà trong một thời gian, cuối cùng tôi đã tìm ra một quy trình tạo ra kết quả phù hợp hợp lý và thực sự trông khá tốt. Tôi đã dành rất nhiều thời gian để cố gắng sử dụng phương pháp truyền mực với các mức độ thành công khác nhau (OK, các mức độ thất bại khác nhau có thể chính xác hơn). Tôi cũng đã thử dùng bình xịt chống ảnh tiêu cực Philmore / Datak với kết quả liên tục khủng khiếp (thứ cuối cùng đã làm tan chảy vòi xịt đi kèm với nó và rò rỉ khắp nơi). Không phải màu xanh lá cây và không được khuyến khích. Bây giờ tôi có thể đã mua các bảng được cảm ứng trước và tiết kiệm được rất nhiều rắc rối, nhưng tôi thấy vật liệu quá đắt so với khối lượng bảng mà tôi đang sản xuất. Cuối cùng tôi đã thử chống lại ảnh phim khô và tôi sẽ không quay lại! Tôi sẽ không đi sâu vào sự phức tạp của việc chụp hoặc khắc bằng giản đồ vì những chủ đề đó được bao phủ tốt bởi các hướng dẫn khác. Không sử dụng các hợp chất dễ bay hơi - chỉ sử dụng các cơ sở đơn giản có thể trở nên an toàn với môi trường bằng cách lọc chất rắn và trung hòa bằng HCl (xem hướng dẫn của nhà sản xuất để biết quy trình xử lý thích hợp). Quy trình này, khi kết hợp với quy trình ăn mòn Peroxide / Cupric Chloride tạo thành quy trình phát triển PCB xanh, có trách nhiệm với môi trường. Nếu bạn chưa thử phương pháp truyền mực, hãy làm như vậy. Trừ khi bạn được may mắn với mực và / hoặc giấy thần kỳ, phương pháp chống màng khô sẽ mang lại kết quả tốt hơn, nhưng quá trình này có liên quan nhiều hơn một chút. Nếu bạn hài lòng với kết quả truyền mực, bằng mọi cách, hãy kiên trì với phương pháp đó. Đương nhiên, các cảnh báo tiêu chuẩn được áp dụng: Quá trình khắc PCB và xử lý màng khô liên quan đến vật liệu ăn da - hãy đảm bảo sử dụng thiết bị bảo hộ và có một trạm rửa mắt tiện dụng (hoặc ít nhất là một xô nước). Cũng lưu ý rằng việc phát triển và loại bỏ màng khô liên quan đến các cơ sở mạnh - giữ chúng cách xa các hóa chất khắc của bạn, nếu không chúng có thể phản ứng dữ dội. MG Chemicals 416DFR Dry Film Resist Khoảng $ 20,00 cho 12 inch x 5 feet tại Frys, Altex và trực tuyến. MG từ chối báo giá số lượng lớn hơn và sẽ không tiết lộ cho nhà sản xuất phim của họ. - Dupont Riston M115 có sẵn tại Think & Tinker Tuyệt vời kháng, tiết kiệm hơn nhiều so với MG nếu bạn muốn số lượng lớn hơn (12 "x50ft với giá 96,75 đô la, 12" x100ft với giá 116,26 đô la). Trang phục nổi bật, những người rất hữu ích, thân thiện và nhiều thông tin tuyệt vời. Trang web tuyệt vời! - Nhà sản xuất Kolon Dry Film Resist Hàn Quốc được bán với giá thấp hơn một chút so với Riston của Think & Tinker, nhưng với số lượng tối thiểu là 500ft. - Chống lại Stripper (sodi um hydroxide) - Tấm kính- Băng trong- Đèn báo lỗi màu vàng- Khu vực ánh sáng-an toàn Tùy chọn- Túi chân không hoặc khung chân không- Nguồn tiếp xúc tia cực tím chuẩn trực- Máy xén giấy quay- Hướng dẫn hiệu chuẩn độ nhạy 21 bước Stouffer

Bước 2: Tạo tác phẩm nghệ thuật

Tôi giả sử bạn đã nắm bắt được sơ đồ của mình và bố trí PCB của mình trong một thứ gì đó giống như Eagle - nếu bạn không biết tôi đang nói về điều gì, tốt hơn là bạn nên bắt đầu bằng cách học chụp sơ đồ và bố trí PCB. Khi bạn đã bố trí xong PCB, bạn sẽ cần tạo mặt nạ ảnh âm bản. Mặt nạ ảnh âm bản là độ trong suốt, rõ ràng nơi bạn muốn đồng và màu đen ở nơi bạn muốn loại bỏ đồng. Một gợi ý: nếu bạn tạo thói quen lấp đầy các lớp PCB của mình bằng mặt đất hoặc mặt phẳng nguồn, bạn sẽ tiết kiệm được rất nhiều mực. Ngoài ra, lưu ý rằng bạn có thể xếp bố cục PCB của mình trong Eagle bằng cách sử dụng lệnh nhóm sao chép nếu không có tệp sơ đồ liên quan (nếu không, nó sẽ phàn nàn rằng bạn phải làm điều này trong sơ đồ "). Tôi đã tìm thấy quá trình đảo ngược màu sắc trong đầu ra của bạn khó một cách đáng ngạc nhiên, nhưng cuối cùng tôi đã giải quyết bằng cách tiếp cận khá đơn giản này bằng cách sử dụng phần mềm vẽ vector nguồn mở Inkscape: 1. Đảm bảo rằng bạn chỉ chọn các lớp cần thiết để khắc (ví dụ: Top / Bottom, Pads, Vias). 2. Sử dụng chức năng in của Eagle để xuất ra tệp PDF. Mặc dù chúng tôi đang in trên giấy trong suốt, bạn vẫn muốn phản chiếu lớp trên cùng để đặt mặt in gần bảng nhất và tránh chảy máu. 3. Nếu bạn chưa cài đặt Inkscape, hãy tải xuống và cài đặt ngay bây giờ. để thêm một lớp. Đặt tên nó là bất cứ thứ gì bạn thích (tôi đặt tên tôi là "b").7. Nhấp mũi tên xuống để di chuyển lớp mới xuống dưới cùng. Chọn công cụ hình chữ nhật từ ngăn công cụ. Nhấp chuột phải vào mẫu màu xanh lam ở cuối màn hình và chọn Đặt nét vẽ.10. Nhấp chuột phải vào mẫu màu xám và chọn Đặt tô màu.11. Nhấp và kéo để vẽ một hình chữ nhật xung quanh bảng của bạn. Chọn công cụ mũi tên, sau đó chọn và kéo từng cạnh của hình chữ nhật sang phải cạnh bảng của bạn. Màn hình sẽ trông giống như sau: 13. Nhấp chuột phải vào mẫu màu đen ở cuối màn hình và chọn Đặt Tô màu. Nhấp chuột phải vào mẫu màu đen một lần nữa và chọn Đặt nét.14. Nhấp vào biểu tượng con mắt trong bảng các lớp để tắt lớp b. Nhấp và kéo để chọn bảng của bạn (hoặc nhấp vào biểu tượng chọn tất cả hiển thị trên thanh công cụ).16. Phủ định hình ảnh (Hiệu ứng menu: Màu sắc: Âm bản) 17. Nhấp vào biểu tượng con mắt cho lớp b một lần nữa. Bây giờ bạn sẽ có một cái gì đó như thế này: 18. Nhấp vào Lưu dưới dạng, sau đó thay đổi loại tệp thành PDF qua Cairo và thêm _out vào tên tệp (ví dụ: test_out.pdf) để không ghi đè lên bản gốc.19. Nhấp vào Save-As một lần nữa để lưu dưới dạng định dạng SVG mặc định.

Bước 3: Làm giấy trong suốt

Phần này cũng có một chút thách thức. Vấn đề là hầu hết các máy in laser không tạo ra các bản in thực sự tối, vì vậy một số ánh sáng bị rò rỉ qua các vùng màu đen. Tôi đã thử rất nhiều cách tiếp cận để làm tối mực có chọn lọc: bút xóa khô, mực đóng dấu, bút chì màu, than củi, than chì, làm mềm / làm nóng + bôi thêm mực, v.v. Không cách nào hoạt động. Đây là những gì hoạt động nhất quán đối với tôi:

1. Bắt đầu với tác phẩm nghệ thuật nhỏ - Tôi sử dụng máy xén giấy quay để cắt các tờ giấy trong suốt thành các phần tư (4,25 x 5,5) 2-3 tờ một lần. Tác phẩm nghệ thuật nhỏ sẽ tốt hơn vì các biến dạng liên quan đến nhiệt trong vật liệu trong suốt sẽ được giảm bớt. 2. Mở tệp PDF từ bước cuối cùng bằng Adobe Reader và in ra máy in laser được tải với các trang tính trong suốt của bạn. Đối với máy in của tôi (Brother HL-5250DN), tôi sử dụng các cài đặt sau: Khổ giấy do người dùng xác định (4,25 x 5,5), không in hai mặt, nạp thủ công, 1200 dpi, Mật độ tối nhất. Gợi ý lớn ở đây: Bạn có thể cài đặt nhiều bản sao của cùng một máy in trong Windows, vì vậy hãy thêm một máy in mới có tên là PCB_Laser làm bản sao của máy in laser hiện có của bạn, sau đó nhấp chuột phải và sửa đổi các giá trị mặc định cần thiết để in PCB trong suốt. 3. In tác phẩm nghệ thuật trên và dưới. Giữ tác phẩm nghệ thuật trước ánh sáng: Bạn có thấy bất kỳ ánh sáng nào lọt qua các vùng đen không? Nếu kết quả của bạn tương tự như kết quả của tôi, bạn sẽ có đủ thấm để gây ra vấn đề với sức đề kháng của bạn. Lưu ý rằng bạn thực sự cần có một số vùng đen lớn hơn để đánh giá chính xác mật độ mực. Nếu bạn may mắn với loại mực siêu đậm đặc, thì hãy chuyển sang bước 8, nếu không, hãy tiếp tục và in bản sao thứ hai của mỗi tấm giấy trong suốt của bạn. 4. Tiếp theo bạn cần một bàn đèn tạm để căn chỉnh các tác phẩm nghệ thuật. Điều này có thể đơn giản như một mảnh giấy dán trên cửa sổ ngập nắng, hoặc một khay nông chứa ánh sáng cỡ khúc côn cầu được che phủ bởi một tờ giấy và một tấm kính. Đèn nền từ máy quét tạo nên một bảng ánh sáng tuyệt vời. Chỉ cần quét ở chế độ trong suốt / âm bản - rất có thể nó sẽ để đèn nền sáng trong vài phút sau khi quét, sau đó tháo nắp và lật nó lên. Việc sử dụng ống kính lúp gắn trên đầu sẽ giúp ích đáng kể trong việc căn chỉnh tác phẩm nghệ thuật của bạn. 5. Tiếp theo, chúng tôi sẽ kết dính các cặp trong suốt (2x trên, 2x dưới) để tăng gấp đôi mật độ mực. Để làm điều này, hãy lấy một bản sao của mỗi độ trong suốt và bôi keo xịt vào mặt mực. Bạn có thể biết mặt nào của mực bằng cách quan sát phản xạ ánh sáng từ bề mặt trong suốt; mực xuất hiện mờ ở mặt mực. 6. Đặt mặt bên của tấm mực trong suốt được phủ không dính keo xuống bàn đèn - bạn có thể muốn băng các góc của tờ giấy này vào bàn đèn một cách lỏng lẻo (gấp cuộn băng lại ở phần cuối để bạn có thể dễ dàng dán nó lên sau đó). 7. Cẩn thận căn chỉnh (đăng ký) độ trong suốt phủ keo với độ trong suốt không tráng. Sau khi căn chỉnh, nhấn mạnh để hai tờ giấy dính chặt. 8. Chuyển các tấm kính trong suốt đã căn chỉnh qua máy ép ở chế độ lạnh nhất để liên kết vĩnh viễn các lớp với nhau. 9. Căn chỉnh tác phẩm nghệ thuật trên và dưới (mặt bên trong mực in) và dán băng keo chắc chắn để đủ chỗ để trượt PCB vào giữa. Ngoài ra, nếu bạn có đường viền xung quanh bảng ít nhất là một inch, bạn có thể dùng keo xịt cho dải 1/2 "dọc theo hai cạnh bằng cách che phần còn lại của mặt nạ bằng góc của một mảnh giấy - chỉ đảm bảo không nhỏ hơn 1/4 "giữa dải keo và mép của bảng.

Bước 4: Chuẩn bị Đồng-Clad

Làm sạch cẩn thận vật liệu bọc đồng bằng miếng cọ rửa và hợp chất tẩy rửa có chứa chất tẩy trắng (ví dụ: Soft Scrub w / Bleach). Dùng giấy nhám khô / ướt 320 hoặc 400 grit để tạo nhám bề mặt và đảm bảo độ bám dính thích hợp. Lau khô bảng cẩn thận không chạm vào bảng mà không có găng tay (để tránh truyền dầu da vào bảng).

Bước 5: Laminate

Có một số cách tiếp cận khác nhau để cán PCB. MG Chemicals đề xuất một phương pháp tiếp cận thư mục và cán mỏng. Những người khác đề xuất sử dụng nhiệt hoặc nước (hoặc cả hai) để kết dính vật liệu điện trở với PCB trước khi cán. Tôi đã gặp may mắn với cách tiếp cận này: 1. Làm cho khu vực làm việc của bạn an toàn về ánh sáng: Bật đèn báo lỗi và tắt bất kỳ đèn huỳnh quang hoặc sợi đốt> 40 Watt nào 2. Cắt vật liệu laminate lớn hơn 1/2 inch so với bảng (gấp đôi chiều dài nếu bạn đang làm bảng hai mặt) 3. Cẩn thận bóc chỉ trở lại chỉ nửa inch đầu tiên của cuộn phim bên trong (luôn ở bên trong của cuộn giấy) 4. Cẩn thận căn chỉnh miếng dán để đảm bảo rằng miếng dán bao phủ hoàn toàn bảng trên cả hai mặt (nếu hai mặt). 5. Nhấn nửa inch đầu tiên của tấm laminate tiếp xúc với bảng. 6. Cẩn thận kéo lớp bên trong còn lại xuống mỗi lần một nửa inch, đồng thời ấn tấm laminate tiếp xúc vào bảng. Hãy cẩn thận để không tạo ra bất kỳ nếp nhăn nào. Tiếp tục sang mặt sau theo cách tương tự nếu cần. 8. Đưa tấm ván qua máy ép (khi máy ép hoàn toàn đạt nhiệt độ). Lật lại và đưa qua máy ép lớp một lần nữa.

Bước 6: Phơi sáng

Đặt PCB nhiều lớp giữa các tấm kính trong suốt đã đăng ký trước và dán băng keo vào vị trí an toàn. Dán băng hướng dẫn độ nhạy 21 bước của Stouffer lên phần mở của PCB nếu bạn định hiệu chỉnh quy trình phơi sáng của mình. Bạn muốn ép chặt tác phẩm nghệ thuật vào PCB để ngăn ánh sáng rò rỉ theo dấu vết của bạn. Bạn có thể làm điều này với hai tấm kính, hoặc tốt hơn là bạn có thể sử dụng túi hút chân không hoặc khung chân không. Sau đó, bạn có thể đặt bộ phận này dưới ánh sáng mặt trời trong khoảng 5-8 phút mỗi bên hoặc sử dụng một nguồn UV khác mà bạn chọn. Lưu ý rằng, mặc dù PCB & tác phẩm nghệ thuật vừa khít, nhưng việc chuẩn trực (làm cho các tia sáng song song) là rất quan trọng để đạt được các vết nhỏ - hãy tham khảo hướng dẫn xây dựng nguồn sáng UV chuẩn trực tại đây.

Bước 7: Phát triển

Thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất để chuẩn bị giải pháp dành cho nhà phát triển (thường là Sodium Carbonate hoặc Potassium Carbonate) và phát triển bảng của bạn (phát triển loại bỏ khả năng chống lại không tiếp xúc với tia UV).

Bước 8: Kết thúc

Sử dụng etchant yêu thích của bạn - chỉ cần đảm bảo rằng bạn đã suy nghĩ về việc thải bỏ trong tương lai và xem xét quy trình xanh như quy trình khắc Peroxide / Cupric Chloride (nó cũng có màu xanh lá cây theo nghĩa đen). Và, nếu bạn muốn tìm hiểu chi tiết sâu sắc về hóa học liên quan, trang này là dành cho bạn.

Bước 9: Dải

Bạn sẽ cần natri hydroxit (NaOH) cho việc này - đây là thứ mà Brad Pitt sử dụng để đốt cháy bàn tay của Edward Norton trong Fight Club, nó làm tan chất béo và da của bạn chủ yếu là chất béo, vì vậy hãy cẩn thận. Kiểm tra các nhà cung cấp hóa chất ở địa phương - Tôi may mắn biết được: hàng xóm của tôi làm xà phòng, vì vậy tôi chỉ ghé qua và hỏi tôi có thể mượn một cốc dung dịch kiềm không!

Bước 10: Mặt nạ hàn & màn lụa

Áp dụng mặt nạ hàn bằng cách chà và cán lại tấm ván khắc bằng một lớp kháng mới, sau đó loại bỏ lớp màng bảo vệ bên ngoài và áp dụng lớp kháng thứ hai để tăng gấp đôi độ dày. Bây giờ phơi sáng với các lớp màn hình lụa và dừng và phát triển như trước (phơi sáng có thể lâu hơn một chút do độ dày của kháng cự tăng thêm). Nướng trong máy nướng bánh mì ở nhiệt độ 200-220 độ F trong khoảng 10 phút (nhớ nâng bảng lên để điện trở không dính vào máy nướng bánh mì). Lấy bảng ra khỏi máy nướng bánh mì và sử dụng bút màu trắng để điền vào văn bản trên màn hình lụa trong khi bảng vẫn còn ấm. Lau sạch phần sáp chì màu thừa bằng khăn và dùng tăm để loại bỏ phần sáp dư thừa trên các rãnh và vết.

Bước 11: Hàn dán Stencil

Nếu bạn đã đi đến mức này, chắc hẳn bạn đã phải trải qua một vài đêm muộn và tiêu thụ rất nhiều đồ uống có ga (và có chứa caffein). Nếu vậy, hãy lấy một trong những lon nước ngọt đó và cắt phần trên và dưới bằng kéo hoặc kéo cắt nhẹ. Cố gắng cắt gọn gàng mà không bị rách mép. Tiếp theo, cắt theo chiều dọc để tạo ra một dải nhôm khoảng 8 "x 4". Dải này sẽ rất xoăn, nhưng bạn không thể "bẻ cong" nó mà không tạo nếp nhăn. Đối với các bước sau, bạn có thể xử lý cuộn tròn hoặc bạn có thể ủ kim loại bằng cách làm nóng nó trong lò nướng bánh mì đến khoảng 450 độ F sau đó để nguội từ từ trở lại. Tiếp theo, bạn phải chà nhám cả bên trong và bên ngoài lon bằng giấy nhám khô / ướt từ 220 đến 320 grit để loại bỏ sơn (lưu ý rằng bên trong lon có sơn rõ ràng - nếu không soda sẽ ăn qua nó). Bạn có thể sử dụng một số dụng cụ tẩy sơn hạng nặng cho việc này, nhưng giấy nhám có vẻ xanh hơn một chút. Khi bạn đã tẩy sạch hết sơn, hãy chà kỹ bằng SoftScrub với Bleach để loại bỏ mọi vết dầu. Tiếp theo, bộ cản quang laminate trên cả hai mặt giống như bạn đã làm với PCB. Tạo tác phẩm nghệ thuật của bạn bằng cách sử dụng lớp tcream như bạn đã làm trước đây, nhưng không tạo âm bản lần này - đầu ra của Eagle đã là âm bản! Hãy đảm bảo làm hai mặt trong suốt cho mặt trước và mặt sau (và nhớ soi mặt trước để mực sẽ thấm đúng vào điện trở). Khai triển như trước và khắc trong HCl loãng. Tôi pha loãng HCl đến khoảng 50% (đổ axit vào nước, không phải ngược lại). Quá trình khắc sẽ bắt đầu từ từ cho đến khi lớp oxit đã được loại bỏ, sau đó tăng tốc độ đáng kể. Đừng khắc quá nhanh, nếu không bảng sẽ nóng lên và điện trở sẽ tắt. Nếu bạn để điện trở tại chỗ, bạn sẽ có ~ 5 triệu stencil hoặc bạn có thể tước điện trở để lấy ~ 2 triệu stencil - nhưng hãy cẩn thận, NaOH sẽ tấn công nhôm chỉ với độ bền kém hơn một chút so với HCl (tùy theo nồng độ). Tiếp theo, sử dụng các bảng bị lỗi của bạn (bây giờ bạn nên có một vài bảng trong số này) để lắp ráp đồ gá hàn dán. Áp dụng chất hàn bằng máy cạo sơn hoặc tương tự, đặt các bộ phận của bạn và bắt đầu làm lại

Bước 12: Reflow

Công cụ khá đơn giản ở đây: Đun nóng cho đến khi keo hàn tan chảy, sau đó để nguội. Hãy chắc chắn sử dụng một tấm đồng hoặc nhôm khá chắc chắn để tản nhiệt đều trên bảng. Sau khi tất cả các chất hàn nóng chảy, hãy lấy tấm kim loại ra khỏi bếp điện và đặt nó trên một tấm tản nhiệt để giảm nhiệt độ xuống nhanh chóng - sàn nhà để xe bằng xi măng hoạt động tốt - chỉ cần đảm bảo bạn sử dụng lò nướng (nhưng không nướng bánh quy với họ sau đóâ € ¦). Bạn có thể cần phải làm sạch một số kết nối bắc cầu sau khi lắp lại. Đối với điều này, chỉ cần sử dụng bấc hàn và nhiều chất trợ dung (tôi thích Orange Crush). Sử dụng sức mạnh và đốt cháy nó! BTW, tôi đã vô tình chạy nhiệt độ lên quá cao trên bảng đầu tiên và kết quả là hiệu ứng màu chuyển sắc lạnh trên mặt nạ hàn (xem ảnh giới thiệu). Tôi nghĩ rằng các thành phần vẫn ở trong thông số kỹ thuật, nhưng tôi không có bộ tản nhiệt tốt bên dưới nó vào thời điểm đó, vì vậy tôi không thể chắc chắn rằng đầu dò đang đọc cùng nhiệt độ mà bảng đã thấy. Tuy nhiên, bảng có vẻ ổn cho đến nayâ € ¦Vậy là như vậy - dễ nhỉ? Hãy chắc chắn để xem trang web sắp tới của tôi IncoinityLabs.com. Bây giờ hãy vui vẻ và đi cứu thế giới!