Produksjon av kretskort
Introduksjon
For mange hender det i ny og ne at de finner en prosjektbeskrivelse eller tegning på internett til en eller annen elektronisk konstruksjon som de ønsker å realisere. Hvis konstruksjonen ikke er for avansert, er det mulig å bruke et eksperimentkort, men for mer avanserte konstruksjoner kan det være nødvendig å etse et ekte kretskort (eng.Printed Circuit Board eller PCB). Dette kapittelet forklarer hvordan du gjør dette.
Kretskortmønstre
Hjemmelaget kretskort
Fra idé til ferdig kretskort
Tidligere tok det lang tid å produsere egne kretskort. Den beste tilgjengelige måten var å teipe/maskere de områdene av kobberlaget som ikke skulle forsvinne under etsingen. Arbeidet kunne ta timer med konsentrasjon, med pinsett, nål, forstørrelsesglass, millimeterbred buet tape og klebemiddel. Det raskeste alternativet var å bruke en spesialpenn, og det er fortsatt den raskeste måten å etse kort med få spor. Håndverket med å produsere egne kretskort eksisterer fortsatt, men det brukes i mange tilfeller også sammen med en enklere metode: UV-følsom lakk. Ved etsning av et større kretskort med mange detaljer der det er tett mellom ledningsbanene, er dette definitivt den beste metoden. Da trengs det i tillegg til en lysfølsom lakk, UV-lampe og utskrift av kretskortmønsteret på en overheadfilm.
Overheadfilm
Kretskortmønstre på overheadfilm er noen ganger ferdig tilgjengelige. Hvis du bruker ditt eget oppsett, kan du skrive ut overheadfilmen med en vanlig blekk- eller laserskriver. Det er viktig at det svarte dekker ordentlig, ellers er det mulig å fylle det inn for hånd med en sprittusj. Det må ikke lekke lys gjennom det sorte. Hvis lys trenger inn, resulterer det i at sluttkvaliteten på kobberbanene blir dårlige og i verste fall med små avbrudd.
Med dataprogrammer som Eagle (www.cadsoftusa.com), med mange smarte funksjoner, er det mulig å lage egne kretskortoppsett i datamaskinen for utskrift på overheadfilm.
Laminert med UV-følsom fotoresist
Bruk kretskortlaminat hvis kobberlaget er belagt med en UV-følsom fotoresist. Fotoresist reagerer på UV-lys slik at de belyste områdene deretter etses bort av fremkallingsvæsken (ikke forveksle den med etsevæsken).
Kretskortlaminat med fotoresist, dekket med blå beskyttelsesfilm.
Eksponering av fotoresist
Fotoresist eksponeres ved å bli belyst med UV-lys. Fotoresist er mest følsom ved ca 370 nm (dvs. det minst farlige UV-lyset, UV-A). Overheadfilmen plasseres direkte på kobbersiden av kretskortet. OBS! Fjern beskyttelsesplasten på laminatet før du starter arbeidet.
For at overheadfilmen skal feste seg ordentlig, kan det legges en tynn glassplate over den. Det er en enkel løsning, men det beste resultatet oppnår du med en ekte UV-eksponeringsboks (se konstruksjonsbeskrivelsen nedenfor). Eksponeringstiden avhenger av hvor mye UV-lys som treffer fotoresist. Det tar vanligvis omtrent tre til ti minutter.
Philips UV-A-lysrør (venstre) og Philips Blacklight-lysrør (høyre).
Bruk et UV-A lysstoffrør eller et blacklight-lysrør. Spekteret over viser hvor liten forskjell det er mellom de to variantene. Begge rørene stråler på det meste ved 370 nm. Husk å beskytte øyne og hud når du arbeider med UV-lys.
Fremkalling av fotoresist
Etter eksponering av fotoresist må mønsteret fremkalles. Bruk en spesiell fremkaller til formålet (NaOH, natriumhydroksid). OBS! Væsken er sterkt basisk! Bruk gummihansker og vernebriller når du håndterer den.
Plasser kortet i et væskebad og vipp bollen nok til at væsken beveger seg og løser opp lakken som har blitt belyst. Når mønsteret har dukket opp, etter omtrent fem til ti minutter, bør kortet fjernes og skylles grundig under rennende vann. Kontroller nøye at kobberlaget er eksponert og synlig på områdene som senere skal fjernes i etsebadet. Hvis ikke kan du prøve å fremkalle litt mer etterpå eller å skrape lett med nål og skalpell. Vær forsiktig så du ikke skader fotoresisten på kobberlaget, den skal ikke bli etset.
Etsning
Etsepulveret består av natriumpersulfat (Na2S2O8) som er et salt av natrium- og persulfatjoner. Natriumpersulfat er sterkt oksiderende og løser opp kobber til kobbersulfat (CuSO4). Etsevæsken blir mer og mer blåfarget etter hvert som mengden kobbersulfat øker. Natriumpersulfat er løselig i vann og kan være irriterende ved kontakt med hud, øyne og luftrør. Beskytt deg selv derfor godt ved luftutskiftning, plasthansker og vernebriller.
Før du begynner å etse, blandes etsepulveret med varmt vann. Etsing fungerer best ved 30-40 °C. Lavere temperaturer svekker etseevnen. Utfør etsingen i en lav plastbeholder eller plastbolle. Når du legger laminatet i beholderen, må væsken holdes i bevegelse. Det gjør du enklest ved å vippe beholderen frem og tilbake. Etseprosessen tar vanligvis ti til 20 minutter, avhengig av temperaturen på etsevæsken og tykkelsen på kobberlaget. Etter omtrent ti minutter ka du kontrollere hvordan kortet ser ut. Områdene på kobberoverflaten som skal fjernes vil være lysere. Når alt kobberet som skal fjernes er borte, må du skylle kortet grundig under rennende vann. Rengjør deretter ledningsbanene med aceton for å fjerne rester av fotoresisten. Når du etser for første gang kan det være greit å teste med noen små prøvekort før du går videre til det store kortet med mange detaljer.
Etsepulver for kobberlaminat
Oppbevaring og gjenvinning
Etsevæske skal oppbevares i en ikke-tett glassflaske, alternativt i kortere tid i plastflaske (ikke PET). Brukt etsevæske er uegnet til å helle i avløpet fordi det inneholder kobber. La den brukte væsken stå på miljøstasjonen i en flaske som du merker: Etsevæske som inneholder natriumpersulfat og kobber.
Oppbevaring av ubrukte kort
Oppbevar ubrukte kort der de ikke utsettes for lys. Vanligvis er de ikke så lysfølsomme, men hvis de blir liggende lenge i lys, blir fotoresisten dårligere.
Etseapparat
En mer profesjonell variant er å bruke et etseapparat som er designet for formålet. Etsing i et etseapparat er enklere og å foretrekke dersom flere kort skal produseres samtidig. Etseapparatet er utstyrt med luftpumpe og dyppvarmer og ved hjelp av luftbobler holdes etsevæsken i bevegelse. Laminatet monteres med klemmer og senkes deretter ned i tanken.
Etseapparat
Kontroll og boring
Nå er kortet klart til å bores. Kontroller først med et forstørrelsesglass at ledningsbanene er komplette. Det er nok at en ripe, selv om den ikke er bredere enn en brøkdel av et hår, har gått gjennom fotoresisten til at det oppstår brudd i ledningsbanen. Hvis det er blitt etset et brudd, er det mulig å lodde over gapet med tinn.
Hardmetallbor 0,8 mm
Når du borer i et kretskort som ikke har glassfiberlaminat, er det viktig å være ekstra forsiktig slik at man ikke trykker for hardt. Trykker man for hardt trykket bryte løs små kratere rundt hullet på komponentsiden. Hvis hullene er tette, kan kortet svekkes mekanisk og det kan til og med brytes helt av. Ved bruk av glassfiberlaminat er risikoen nesten ikke-eksisterende. Vanligvis brukes 0,8 mm bor, men hullstørrelsen varierer selvfølgelig av hvor tykke komponentbena er. Et 1 mm bor kan være tilstrekkelig for komponenter med kraftigere ben. Kjøp gjerne et hardmetallbor slik at det varer lenger. Dette gjelder spesielt ved boring i glassfiberlaminat, fordi det sliter mer på boret.
UV-eksponeringsboks
Alle som har eksponert kretskortene sine med en vanlig enkel UV-lampe vet at resultatet kan bli mislykket. Det er ikke alltid nok med en UV-lampe for å belyse kretskortet jevnt over hele overflaten. Det er derfor en god ide å bygge sin egen eksponeringsboks for eksponering av kretskort.
Hjemmelaget UV-eksponeringsboks
Profesjonell UV-eksponeringsboks
Lag en UV-eksponeringsboks
Drømmen til mange elektronikkbyggere er å ha sin egen UV-eksponeringsboks. Det koster mellom SEK 3000 og 5000 å kjøpe en slik en, men det er like greit å bygge sin egen boks. Har du lite eller ingen kunnskap om elektronisk konstruksjon med direkte tilkobling til 230 V, bør du lese deg opp på dette før du starter å bygge en.
Boksen på bildet er bygget i tre, med fire 8 W UV-A-lysrør. For mindre kort (opptil 100 x 160 mm) fungerer det godt med en to-rørs variant. Vurder deretter å kompensere for lysstrømmen med en reflektor (dekk innsiden av boksen med aluminiumsfolie).
Komponentliste (per rørpar)
- 2 stk. 8 W UV-rør
- 4 stk. lysrørholdere
- 1 stk. lysrørsreaktor (13 W for 2 x 8 W rør)
- 2 stk. glimtennere
- 2 stk. holdere for glimtennere
Holder for glimtennere, G5 lysrørholder/sokkel og 8 W UV-A-lysrør med G5-sokkel.
Standard lysstoffrørreaktor 13 W
Eksponeringsboksen på bildet ovenfor består av fire rør koblet sammen to og to i henhold til skissen under.
Koblingsskjema
Tverrsnitt av boksen
For at belysningen skal være jevn, bør UV-rørene monteres med en avstand på ca. 45-50 mm mellom hverandre. Avstanden til glasset bør være omtrent det samme, men aldri mindre. Bruk vanlig vindusglass (ca. 2 mm tykt) som eksponeringsbord. Boksen kan konstrueres på forskjellige måter, men bør gjøres servicevennlig slik at rør og glimtennere er enkle å skifte ut. Bygg den helst av tre slik den ikke kan bli strømførende.
Fordi UV-stråling er skadelig for øynene, bør boksen være utstyrt med et lokk som holdes lukket under eksponering. Fest gjerne tynn og myk skumplast på innsiden av lokket. Det er for å presse kretskortlaminatet mot overheadfilmen med jevnt trykk. Husk da å legge glassplatens sokkel litt lenger ned slik at du får plass til kretskortet og skumplasten. Mal innsiden i sølv eller dekk den med aluminiumsfolie, slik at boksen blir en så god reflektor som mulig. Fest kablene med klemmere eller limpistol. Ved bruk av kabelfester med spiker må man passe på at kabelen ikke skades slik at den kortslutter eller, enda verre, at spikeren blir strømførende.
Selve strømforsyningen kan ha ulik utforming. Du kan enten bruke en fastmontert lampeledning med bryter på, eller du kan montere et hull for en ledning og plassere en innfelt bryter direkte i esken. Som støyfilter kan en kondensator på 1,6 μF kobles til inngangen, parallelt med strømforsyningen.
Bli medlem og få ekstra bra medlemspriser, poeng på alt du handler og 100 dagers åpent kjøp. Medlemskapet ditt er helt digitalt – praktisk og kortløst!
Les mer