Изготовление печатных плат с помощью пленочного фоторезиста в домашних условиях

Засветка на принтере

Сразу хочу предупредить: смотреть прямо в светящийся дисплей фотополимерного принтера может быть не очень полезным для глаз. Хоть там и не настоящий УФ (405 нм), но яркость довольно ощутима и может оказать вредное воздействие на глаза. Поэтому рекомендую использовать цветные или затемненные защитные очки. Полагаю, что даже солнцезащитные подойдут.

Для начала, с принтера необходимо снять ванну и платформу, они для этого дела совершенно не нужны и даже мешают. На этом подготовка принтера заканчивается 🙂

В засветке тоже есть разные варианты. Если у Вас односторонняя плата и заготовка больше необходимого для платы размера, то все просто — закидываете в принтер файл, полученный на этапе подготовки и, зная примерное место вывода изображения на дисплей, кладете на это место текстолит с фоторезистом. Затем запускаете печать файла и ждете пока она завершится. Все, фоторезист засвечен, можно проявлять.

Если заготовка по размерам равна изготавливаемой плате и ошибка с положением заготовки на дисплее недопустима, то в этом случае нужно при подготовке вывести и рамку, как в случае для двухсторонней платы. Засветка тоже происходит с использованием рамки, аналогично двухсторонней плате, только без второй стороны и второго слоя.

Итак, засветка двухсторонней платы. Закидываем в принтер все три файла — с рамкой, с первым слоем и со вторым слоем. Кладем рядом с принтером в быстрой доступности заготовку. Если она уже предварительно засверлена, то полезно будет убедиться, что она лежит в правильном положении, чтобы можно было ее быстро взять и сразу положить на дисплей. Для этого запускаем файл со слоем, планируемым к засветке, и сравниваем рисунок слоя на дисплее и ориентацию платы рядом с принтером.

Запускаем на печать файл с одной рамкой. Как только рамка засветилась на дисплее принтера, берем заготовку и кладем примерно внутрь рамки. Пока рамка засвечивается, выравниваем заготовку так, чтобы она была точно в рамке, с одинаковым отступом рамки от краев заготовки по всем сторонам.

На фото я привел пример с уже готовой платой, т.к. в процессе ее изготовления не фотографировал. Ну и отражения мешают довольно сильно, увы… Но думаю, понятно и так 🙂

Все, положение заготовки выверено, печать файла рамки можно прервать или дождаться ее окончания. Не сдвигая заготовку, запускаем файл с первым слоем и дожидаемся его окончания. Второй слой (вторую сторону) засвечиваем аналогично — запускаем рамку, кладем и выравниваем заготовку, не двигая ее запускаем второй слой. Перед этим на всякий случай можно удостовериться, что заготовка ляжет в правильной ориентации, как перед первым слоем.

Если заготовка не совсем ровная и не прилегает всей площадью к дисплею, то можно придавить ее сверху какой-нибудь тяжелой плоской железякой. Нужно только убедиться, что эта железяка не помешает рычагу платформы, который будет опускаться вниз с началом печати — принтер-то думает, что это обычная печать фотополимером и нужно опустить платформу к дну ванны 🙂

Время засветки может быть разным от принтера к принтеру. Это зависит и от мощности излучателя, и от оптической системы засветки, и от того какой тип дисплея стоит — монохромный или RGB. Тут уже надо подбирать каждому индивидуально. Для ориентировки могу сказать, что у меня наилучший результат с фоторезистом Ordyl получился на времени засветки около 90-110 секунд. С фоторезистом ПФ-ВЩ — около 10-13 минут. Принтер с параледом, мощность засветки чуть менее 50 ватт.

После засветки заготовке надо дать отлежаться минут 15 — это по рекомендации производителя фоторезиста. Ordyl довольно заметно меняет цвет засвеченных участков, так что довольно легко проконтролировать засветку. К сожалению, на фото это плохо передалось, глазами видно лучше.

Источники света

Поглощение в УФ и более коротких длинах волн

В литографии уменьшение длины волны источника света является наиболее эффективным способом достижения более высокого разрешения. Фоторезисты чаще всего используются с длинами волн в ультрафиолетовом спектре или короче (<400 нм). Например, диазонафтохинон (DNQ) сильно поглощает от примерно 300 до 450 нм. Полосы поглощения можно отнести к переходам n-π * (S0 – S1) и π-π * (S1 – S2) в молекуле DNQ. В спектре глубокого ультрафиолета (DUV) электронный переход π-π * в бензоле или хромофорах с двойной углеродной связью проявляется в области около 200 нм. Из-за появления более возможных переходов поглощения, включающих большие различия в энергии, поглощение имеет тенденцию увеличиваться с более короткой длиной волны или большей энергией фотонов . Фотоны с энергией, превышающей потенциал ионизации фоторезиста (может быть всего 5 эВ в конденсированных растворах), также могут высвобождать электроны, которые способны дополнительно экспонировать фоторезист. В диапазоне от примерно 5 до примерно 20 эВ фотоионизация электронов внешней « валентной зоны » является основным механизмом поглощения. Выше 20 эВ внутренняя электронная ионизация и оже-переходы становятся более важными. Поглощение фотонов начинает уменьшаться по мере приближения к рентгеновской области, поскольку для более высокой энергии фотонов разрешается меньше оже-переходов между глубокими атомными уровнями. Поглощенная энергия может вызывать дальнейшие реакции и в конечном итоге рассеиваться в виде тепла. Это связано с выделением газа и загрязнением фоторезиста.

Электронно-лучевая экспозиция

Фоторезисты также могут подвергаться облучению электронными лучами, что дает те же результаты, что и световое облучение. Основное отличие состоит в том, что в то время как фотоны поглощаются, отдавая сразу всю свою энергию, электроны постепенно выделяют свою энергию и во время этого процесса рассеиваются внутри фоторезиста. Как и в случае с длинами волн высокой энергии, многие переходы возбуждаются электронными лучами, и нагревание и выделение газа по-прежнему вызывают беспокойство. Энергия диссоциации связи CC составляет 3,6 эВ. Вторичные электроны, генерируемые первичным ионизирующим излучением, обладают энергией, достаточной для разрыва этой связи, вызывая разрыв. Кроме того, электроны с низкой энергией имеют более длительное время взаимодействия с фоторезистом из-за их более низкой скорости; по существу, электрон должен находиться в состоянии покоя по отношению к молекуле, чтобы наиболее сильно реагировать посредством диссоциативного присоединения электрона, когда электрон останавливается на молекуле, отдавая всю свою кинетическую энергию. Получающееся в результате расщепление разбивает исходный полимер на сегменты с более низкой молекулярной массой, которые легче растворяются в растворителе, или высвобождает другие химические вещества (кислоты), которые катализируют дальнейшие реакции расщепления (см. Обсуждение химически усиленных резистов ниже). Подбирать фоторезисты для экспонирования электронным пучком не принято. Электронно-лучевая литография обычно основана на резистах, специально предназначенных для экспонирования электронным лучом.

Типы

Исходя из химической структуры фоторезистов, их можно разделить на три типа: фотополимерные, фоторазлагаемые, фоторезисты фотошивки.

Фотополимерный фоторезист — это тип фоторезиста, обычно аллильного мономера, который может генерировать свободные радикалы при воздействии света, а затем инициирует фотополимеризацию мономера с образованием полимера. Фотополимерные фоторезисты обычно используются для негативного фоторезиста, например, метилметакрилата.

Фотополимеризация мономеров метилметакрилата в УФ-диапазоне с образованием полимера.

Фоторезист фоторазложения — это тип фоторезиста, который создает гидрофильные продукты под действием света. Фоторезисты фоторазложения обычно используются для позитивных фоторезистов. Типичным примером является азидхинон, например диазонафтахинон (DQ).

Фотолиз дизаонафтохинона, который приводит к гораздо более полярной среде, которая позволяет водной основе растворять полимер бакелитового типа.

Фотосшивающий фоторезист — это тип фоторезиста, который может сшивать цепочку за цепочкой при воздействии света с образованием нерастворимой сети. Фотосшивающий фоторезист обычно используется для негативного фоторезиста.

Химическая структура СУ-8 (одна молекула содержит 8 эпоксидных групп)

Механизм СУ-8 для негативного фоторезиста

Полимеры тиол-енов (OSTE) вне стехиометрии

Для самоорганизующегося однослойного фоторезиста SAM сначала формируется SAM на подложке путем самосборки . Затем эта поверхность, покрытая SAM, облучается через маску, аналогичную другим фоторезистам, которая формирует образец с фото-рисунком на облучаемых областях. И, наконец, проявитель используется для удаления разработанной детали (может использоваться как положительный, так и отрицательный фоторезист).

Проецирование

Кладем нашу заготовку, сверху фотошаблон и прижимаем оргстеклом (крышкой от коробки CD-диска). Можно, конечно использовать и обычное стекло. Со школьного курса помним, что обычное стекло плохо пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому придется дольше засвечивать. Под обычным стеклом мне пришлось увеличить выдержку в 2 раза. Расстояние от лампы до заготовки можно подобрать экспериментально. В данном случае — примерно 7-10 см. Разумеется, если плата большая, придется применять батарею из ламп или увеличить расстояние от лампы до заготовки и увеличить время засветки. Время засветки для фоторезиста  — 60…90 секунд. При использовании фотошаблона, распечатанного на лазерном принтере выдержку стоит сократить до 60 секунд. Иначе, из-за невысокой плотности тонера на фотошаблоне,  могут засветиться закрытые участки. Что приведет к сложностям при проявлении фоторезиста.

Параметры

Физические, химические и оптические свойства фоторезистов влияют на их выбор для различных процессов.

Разрешение — это способность различать соседние элементы на подложке. Критический размер (CD) — это основная мера разрешения.

Чем меньше критический размер, тем выше будет разрешение.

• Контраст — это разница между экспонированной частью и неэкспонированной частью. Чем выше контраст, тем более очевидной будет разница между экспонированными и неэкспонированными частями.
• Чувствительность — это минимальная энергия, которая требуется для создания четко выраженного элемента фоторезиста на подложке, измеряемая в мДж / см 2 . Чувствительность фоторезиста важна при использовании глубокого ультрафиолета (DUV) или экстремального ультрафиолета (EUV).
• Вязкость — это мера внутреннего трения жидкости, влияющая на то, насколько легко она будет течь. Когда необходимо получить более толстый слой, предпочтительным будет фоторезист с более высокой вязкостью.
• Адгезия — это сила адгезии между фоторезистом и подложкой. Если резист отключается от носителя, некоторые элементы будут отсутствовать или повреждены.
• Защита от травления — это способность фоторезиста противостоять высокой температуре, среде с различным pH или ионной бомбардировке в процессе пост-модификации.
• Поверхностное натяжение — это натяжение, вызываемое жидкостью, стремящейся минимизировать площадь ее поверхности, которое вызвано притяжением частиц в поверхностном слое. Для лучшего смачивания поверхности подложки требуется, чтобы фоторезисты обладали относительно низким поверхностным натяжением.

Засветка

Я засвечиваю лампой 26Вт black-light с расстояния 12 см, 15 минут. Для этого сделал такое вот устройство:

Внимание! Это старые фото! В итоге я убрал отражатель из фольги и засветки проводу без отражателя!

Лампу включаю заранее за 1-2 минуту до засветки, чтобы прогрелась, но мне кажется, что при 15 минутах засветки это неважно. Кладем плату, сверху на нее фотошаблон, прижимаем или стеклом или пакетом с водой, и сверху ставим аппарат засветки

Ждем 15 минут ничего не двигая! Даже после 10 секунд уже двигать поздно!

Кладем плату, сверху на нее фотошаблон, прижимаем или стеклом или пакетом с водой, и сверху ставим аппарат засветки. Ждем 15 минут ничего не двигая! Даже после 10 секунд уже двигать поздно!

Хитрости тут две:

1. Я на фоторезист (т.е на верхнюю пленку на нем) капаю немного воды, кладу фотошаблон тонером вниз и прикатываю его к фоторезисту. С водой он так прилипает, что кажется и прижимать не надо. Но я так не рисковал. Думаю, что если у вас дорожки и зазоры от 0.4-0.5мм, то действительно можно не прижимать
2. Пакет с водой ничуть не хуже стекла, а для неровного текстолита просто спасение. Берем пакет, наливаем в него теплой воды из-под крана на половину. Теперь ставим его на пол, а верх пакета кладем на что-то не очень высокое, но так, чтобы вода не выливалась. Например, на коробку из-под обуви. Разумеется, верхний край пакета держать надо постоянно. После этого через бумагу утюгом на 3 (трех) точках проглаживаем верхние 5-10 сантиметров пакета, чтобы все хорошо слиплось. Пакет, однако, долго не живет. По крайне мере мои пакеты после 30 минут засветки УФ начинают протекать без видимых причин. Видать, они разлагаются под действием ультрафиолета.

Как альтернативный вариант, я могу перевернуть аппарат засветки, положить на него сверху стекло, а не стекло плату с фоторезистом и фотошаблоном, который держится на воде, а сверху небольшой груз. Иногда так удобнее.

Кстати, именно печать на лазерном принтере позволяет использовать воду для приклеивания шаблона водой. Струнный шаблон будет размазываться.

После того, как пойдет 15 минут, снимите шаблон, положите плату в темное место на 10 минут. Мне действительно кажется, чтобы если дать фоторезисту плате «дойти» после засветки, то он лучше держится и меньше растворяется, где не надо. Это субъективно, замеров не делал.

Требования к печатным платам, материалы для их изготовления, классы точности по ГОСТ.

Печатная плата (printing circuit board, PCB) — изделие, предназначенное для размещения и электрического соединения между собой электронных компонентов и функциональных узлов. Печатная плата состоит из основания с отверстиями или без них и проводящего рисунка (тонких проводников). Дополнительно могут выполняться пазы и вырезы.

Правильный выбор материалов, технологических процессов и элементной базы при разработке современных печатных узлов во многом определяет уровень работоспособности и надежность электронного устройства. От этого же зависит и рациональность экономических затратах в производстве.

Платы делятся на односторонние, двусторонние и многослойные. Разновидностями многослойных плат являются попарно-двухслойные и платы со скрытыми отверстиями. Платы также можно разделить по другому признаку — на жесткие, гибкие и гибко-жесткие.

Все методы изготовления плат можно расположить в следующий ряд возрастания плотности печатного монтажа:

• односторонние печатные платы (ОПП);

• двусторонние печатные платы (ДПП) комбинированным позитивным методом и тентинг методом;

• многослойные печатные платы (МПП), изготовленные методом металлизации сквозных отверстий.

Основные требования к печатным платам сформулированы:

(Требования к многослойным печатным платам «PERFAG 3С».)

Выделяют следующие группы требований к печатным платам:

• Геометрические размеры элементов топологии и точности их исполнения;

• Электрические параметры;

• Механические свойства (прочность и хрупкость платы, устойчивость к скручиванию, износостойкость контактов, адгезия проводящего слоя и маски;

• Тепловые параметры (термостойкость, разогрев при эксплуатации и теплопроводность, коэффициент термического расширения (КТР));

• Коррозионная стойкость (влагостойкость, стойкость в определенных средах).

Основными элементами топологии поверхности печатной платы являются (рисунок 1):

• t — ширина проводников;

• S — зазор между элементами рисунка;

• D — диаметр контактной площадки;

• d — диаметр отверстий;

• b — гарантированный поясок.

Рисунок 1 — Схема расположения основных элементов топологии поверхности печатной платы.

По ГОСТ 23751-86 важно, чтобы проводники во внешних слоях выдерживали 250А/мм2 течение 3х секунд, во внутренних — 100А/мм2 в течение 3х секунд. При токе 3А проводник шириной 1000 мкм и толщиной 35 мкм перегревается на 20 оС

при естественной конвекции.

Подготовка платы

Если плата грязная и сильно окислилась, то полируем плату пастой гои, чтобы блестела. До идеального зеркала не надо.

Надеваем гигиенические перчатки (тонкие такие, чтобы движениям не мешали). Драим Кометом с тряпочкой — снимает все окислы. Хорошо промываем горячей водой (холодной вообще лучше не пользоваться, в ней хлор, он нам не друг). Драим Пемолюксом, без тряпочки, просто пальцами, смываем. С этого момента руками поверхность не трогаем. На жир фоторезист не ложится. Плата настолько обезжирена после Пемолюкса, что скрепит. Вода с платы не скатывается, пристает к поверхности. На вид должна быть блестящая, светлая. Сушим феном на самой маленькой температуре, сгоняя воду.

Плата готова.

Результат

Вот ссылка на скан 3200 dpi (126 пикселей на 1 мм) платы с фоторезистом: скан 1.5Mb

Стабильно и без напрягов этим способом выходят дорожки от 0.15 и зазоры от 0.20. Мой ЛУТ способ дает такой же результат. Так в чем же преимущества? Их несколько:

• для действительно больших плат (больше 10х15 см) ЛУТ тяжеловат в применении
• меньше зазубрин на дорожках
• проще сделать размеры на плате такими же, какие они на фотошаблоне

Но ЛУТ дает больше точности на мелких деталях, как это не странно. Фотоспособ любит «съедать» мелкие штучки, а ЛУТ, наоборот, делает их пожирнее. Фотоспособ на самом деле немного муторнее, чем ЛУТ И список оборудования подлиннее, а так как у меня нет больших плат, то я, пока, с ЛУТом.

Материалы для производства печатных плат.

Характеристики   печатного   монтажа   в   значительной   степени   определяютсясвойствами базовых материалов.

Для изготовления печатных плат чаще всего используют фольгированный с одной или дух сторон стеклотекстолит марки FR-4. Толщина материала основания может быть 0,5 0,8, 1,0, 1,5, 2,0 мм. Толщина фольги: 18, 35 мкм. Чем толще фольга, тем шире должны быть проводники и тем больше должен быть зазор между ними (за счет явления бокового подтрава).

Фольгированный диэлектрик должен отличаться высоким значением адгезии фольги к подложке, в т.ч. под воздействием высокой температуры. Также он должен обладать высоким объемным и поверхностным электрическим сопротивлением, высокой температурой стеклования и стабильностью геометрических размеров.

К базовым материалам относится и фоторезист — жидкий или пленочный материал, обладающий чувствительностью к ультрафиолетовому излучению. Фоторезист под воздействием света должен либо испытывать фотополимеризацию, либо фотодеструкцию (в зависимости от типа). Чаще применяется сухой пленочный фоторезист. Он состоит из трех слоев: защитной полиэтиленовой пленки, среднего слоя, чувствительного к УФ-излучению и внешней оптически прозрачной лавсановой пленки, предназначенной для защиты фоторезиста от окисления на воздухе. 

Проявление фоторезиста

Пришел этап проявления фоторезиста. Для этого примерно чайную ложку кальцинированной соды разводим в литре воды и хорошенько размешиваем. И теперь кладем в эту ванну наш засвеченный бутерброт.

В процессе проявки следует периодически вытаскивать плату из раствора и промывать в холодной проточной воде.  При этом ситуацию нужно держать под контролем. Нужно дождаться момента когда защищенные элементы  (элементы которые были закрыты фотошаблоном ) окончательно растворятся в растворе но при этом засвеченные участки будут четкими и контрастными. Таким образом мы находим элемент который нас больше всего  устраивает. А так как мы знаем сколько времени светился каждый элемент то без труда определяем требуемую дозу облучения.

Для чистоты эксперимента стоит эту процедуру повторить еще раз и убедиться в повторяемости результата.

После проведения всей этой процедуры я выяснил, что в моем случае  время засветки должно составлять 4 минуты. Честно сказать были некоторые огрехи при наложении  фотошаблона. Когда фотошаблон распечатал он оказался на удивление длинным (простирался по всей длине листа А4). Это я потом обнаружил что рисунок распечатался в масштабе 212%.  При наложении пришлось ограничиться 5-ю элементами из линейки фотошаблона так как прижимное стекло не могло охватить всей прощади.

Хотя фото получилось не очень качественное но по изображению можно заметить, что элементы под номером 1 и 2 более блеклые чем элементы под номерами 3 и 4. Время засветки элементов 3 и 4 соответствует 4 и 5 минут соответственно. Да, как видите, я  перемещал заслонку через каждую минуту, всему виной неправильный масштаб.

Наклейка Фоторезиста

Защитную пленку отделяем не всю, а небольшой участок: 10-20 мм с одного края. Приклеиваем на текстолит, приглаживая мягкой тканью. Далее, потихоньку продолжаем отделять защитную пленку и  приглаживаем фоторезист к текстолиту. При этом следим, чтобы не было пузырей, и не трогаем пальцами еще не оклеенный текстолит! Затем обрезаем выступающий за края заготовки фоторезист ножницами. После этого можно слегка прогреть заготовку утюгом. Но не обязательно. Если Вы трогали заготовку пальцами или на ней был ворс от ткани или попал другой мусор — это будет видно под пленкой. Это отрицательно скажется на качестве. Помните, качество полученного результата во многом зависит от тщательности этой операции. Подготовленный таким образом текстолит лучше всего хранить в темном месте. Хотя электрический свет очень слабо влияет на пленку, я предпочитаю не рисковать.

Суть эксперимента

Распечатываем наш калибровочный рисунок -это будет наш фотошаблон. Затем берем наш кусок фольгированного стеклотекстолита с уже накатанным фоторезистом (если еще не накатали то бегом накатывать) и кладем на стол фоторезистом вверх. Далее следует положить фотошаблон напечатанной стороной вниз, накрыть  этот пакет стеклом и хорошенько прижать.

Для этих целей можно использовать утяжелители но я применяю канцелярские зажимы для бумаги. Следует заметить, что грузики или зажимы не должны препятствовать перемещению заслонки. Да, следующий слой нашего бутерброда это заслонка которая должна закрывать все элементы фотошаблона кроме крайнего (например 10-го). Один крайний элемент фотошаблона должен оставаться открытым.

Таким образом девять элементов будут находиться закрытыми заслонкой и следовательно УФ лучи от лампы на них попадать не будут.

Располагаем Ультрафиолетовую лампу над нашей композицией на расстоянии допустим 10 см (на данный момент это не так важно но этот момент может быть потом откорректирован по результатам эксперимента). Засекаем 5 минут и включаем УФ лампу

Через каждые 30 секунд заслонку смещаем, открывая тем самым следующий элемент рисунка. Таким образом получится, что 10-ый элемент получит максимальное время засветки, 9-ый элемент будет засвечен 4 минуты 30 секунд, 8-ой — 4 ровно и т.д. Первый элемент рисунка будет светиться всего  30 секунд.

Уже после окончания засветки становится понятно, элементы которые были недосвечены  будут проявляться меньше всего. Элементы которые получили достаточную дозу ультрафиолета изменят свой цвет на ярко фиолетовый

В тоже время следует обратить внимание, что участки рисунка, закрытые фотошаблоном не должны менять свой цвет. Если это происходит то это означает что рисунок фотошаблона не достаточно плотный и ультрафиолетовые лучи все-таки попадают на фоторезист

Но даже если ваш фотошаблон не идеален не все потеряно, можно найти компромисс между недосвеченными и пересвеченными участками. Но окончательное решение будем принимать только после проявления фоторезиста.

Подготовка фотошаблона

Шаблон на пленке для струйного принтера более плотный, лазерный принтер в этом плане похуже — видны просветы на затемненных участках

При засветке нужно будет обратить внимание на то, какого типа фотошаблон будет применяться и сделать поправку времени засветки. Пленку для лазерного принтера найти не проблема, цена более чем доступна

Для струйного принтера приходится поискать, да и стоит она примерно в 5 раз дороже. Но при мелкосерийном производстве, применение фотошаблона распечатанного на струйном принтере полностью себя оправдывает. Фотошаблон должен быть негативным, т.е. те места, где должна остаться медь, должны быть прозрачными. Фотошаблон надо распечатать в зеркальном отображении. Это делается для того,  чтобы приложив, его к текстолиту с фоторезистом, краска на пленке фотошаблона прилегала к фоторезисту. Это обеспечит более четкий рисунок.

Определения

Положительный фоторезист

Пример положительного фоторезиста, растворимость которого будет изменяться под действием фотогенерированной кислоты. Кислота снимает защиту с трет- бутоксикарбонила (t-BOC), переводя резист из нерастворимого в щелочи в растворимый в щелочи. Это был первый резист с химическим усилением, используемый в полупроводниковой промышленности, который был изобретен Ито, Уилсоном и Фреше в 1982 году.

Пример однокомпонентного позитивного фоторезиста

Позитивный фоторезист представляет собой тип фоторезиста , в котором часть фоторезиста, которая подвергается воздействию света становится растворимым разработчиком фоторезиста. Неэкспонированная часть фоторезиста остается нерастворимой для проявителя фоторезиста.

Негативный фоторезист

Негативный фоторезист представляет собой тип фоторезиста , в котором часть фоторезиста, которая подвергается воздействию света становится нерастворимой для проявителя фоторезиста. Неэкспонированная часть фоторезиста растворяется проявителем фоторезиста.

Сшивание полиизопренового каучука фотореактивным биазидом в качестве негативного фоторезиста

Радикальная полимеризация и сшивание акрилатного мономера в качестве негативного фоторезиста

Различия между положительным и отрицательным сопротивлением

Следующая таблица основана на обобщениях, которые являются общепринятыми в отрасли производства микроэлектромеханических систем (МЭМС) .

Проявление, травление

Тут все по рекомендации производителя фоторезиста и по классике интернетов.

Вся необходимая химия была недорого закуплена в Ашане. Даже перекись водорода 6% — вот это для меня была неожиданность, никогда раньше не видел ее в гипермаркетах, да еще в литровых бутылках.

Для одного сеанса нужно:

• Кальцинированная сода — 1.5 грамма

• Перекись водорода — 150 мл для 3% (или 75 мл для 6% + 75 мл воды)

• Лимонная кислота — 45 грамм

• Соль — 7.5 грамма

• Щелочь (едкий натр, гидроксид натрия) 5-7% — 100 мл (покупается самое дешевое средство для прочистки канализации и разбавляется водой в пропорции 1:1, только при покупке убедиться, что оно на основе гидроксида натрия)

При дешевизне и легкости покупки за ближайшим углом всех компонентов я сторонник того, чтобы для каждой платы готовить новый раствор. Хотя раствор для травления, как пишут, и так не хранится. А раствор кальцинированной соды заметно «беднеет» в процессе проявки. Разве что едкий натр можно использовать многоразово, но стоит ли это того, чтобы хранить еще одну бутылку…

И Ordyl и ПФ-ВЩ проявляются в слабом растворе кальцинированной соды. Для ПФ-ВЩ — 1-2%, для Ordyl — 0.8-1.2%. Для Ordyl берем 150 мл воды и разбавляем в ней 1.5 грамма соды

Раствор можно подогреть градусов до 30, это ускорит проявление, но важно не перестараться, иначе могут начать повреждаться и засвеченные участки

Проявляется Ordyl довольно быстро. Уже через 10-15 секунд засвеченный рисунок начинает становиться все контрастнее, незасвеченные участки постепенно растворяются, утоньшаются и становятся все бледнее.

Для ускорения процесса рекомендуется покачивать ванночку, чтобы продукты реакции смывались с поверхности заготовки. Я для этого приспособил свой старый 3D-принтер, его столик и покачивал и подогревал ванночку с раствором во время проявки и травления 🙂

А вот ПФ-ВЩ у меня проявлялся совсем не так бодро. Минуты две проходило прежде чем появлялись хоть какие-то признаки того, что проявка началась. Кроме того, если Ordyl именно растворяется, то ПФ-ВЩ сначала набухал как желатин и обесцвечивался, и только потом начинал медленно растворяться.

Под конец проявки можно несколько раз пройтись жесткой малярной кистью (или мягкой зубной щеткой) по платам в разных направлениях, чтобы помочь вымыться остаткам фоторезиста из узких мест. Ordyl держится крепко, его эта процедура не должна сорвать, а вот с ПФ-ВЩ нужно быть очень нежным, он и без щетки так и норовит отслоиться на тонких дорожках.

После окончания травления заготовку нужно промыть в холодной воде, чтобы остатки соды не продолжали свое воздействие на фоторезист, и чтобы не засорять ими раствор для травления.

Результат должен получиться получился примерно вот такой, а может даже лучше 🙂

Травление тоже делалось по традиционному рецепту, популярному в сети:

• Перекись водорода 3% — 150 мл

• Лимонная кислота — 45 грамм

• Соль — 7.5 грамм

Раствор лучше подогреть до 40-50 градусов, тогда травление идет гораздо быстрее. Это мой первый опыт с таким раствором. Раньше я травил перхлоратом аммония, а совсем раньше — классическим хлорным железом. Честно говоря, не могу определенно выразить свои ощущения от этого раствора. С одной стороны, он травит довольно быстро, прозрачный, не пачкается, сравнительно безопасен. С другой стороны, мне показалось, что он довольно сильно подтравливает… Но может быть просто показалось, я изготовлением плат не занимался уже лет 10 и забыл как оно все работало когда деревья были большими 🙂

После травления необходимо удалить с заготовки засвеченный фоторезист, и делается это в едком натре. На моей бутылке средства для очистки про концентрацию написано «не менее 5%, но не более 15%», для удаления фоторезиста требуется 5-8%. Я разбавил средство водой 1:1 и этот раствор прекрасно справился с задачей. Фоторезист в нем не растворяется, он просто через 2-3 минуты отслаивается от фольги и начинает плавать лохмотьями в растворе.

После этого плата тщательно промывается под краном и… Плата готова!

Положительный фоторезист

DNQ- Новолачный фоторезист

Один очень распространенный позитивный фоторезист, используемый с линиями I, G и H от ртутной лампы, основан на смеси диазонафтохинона (DNQ) и новолачной смолы (фенолформальдегидной смолы). DNQ ингибирует растворение новолачной смолы, но при воздействии света скорость растворения увеличивается даже по сравнению с чистым новолаком. Механизм, с помощью которого неэкспонированный DNQ ингибирует растворение новолака, не совсем понятен, но считается, что он связан с водородными связями (или, точнее, диазосвязью в неэкспонированной области). Резисты DNQ-новолачные получают путем растворения в основном растворе (обычно 0,26 н. Гидроксид тетраметиламмония (TMAH) в воде).

Печать шаблона

Принтер настраиваем на максимум dpi, режим с максимальной жирностью печати, у меня этот режим ставится, когда выбираю печать на прозрачную пленку. Печатаем 2 (ДВА) шаблона на листе пленке. Берем эти два шаблона, накладываем друг на друга, и очень точно выравниваем. Скрепляем их просто: утюг на 3-х точках, через бумагу прикладываем утюг к уголкам шаблона на 2-3 секунды. Это очень удобно, так как если выравнивание было плохим, то разъединить пленки можно очень просто и без повреждений. Не бойтесь, выровнять с точностью до 0.1мм руками очень просто. Смотрите через шаблон на лампу — так проще. Вся процедура занимает минут 5 — 10.

Итоги моего опыта

В целом я доволен. Я не рассчитывал получить дорожки/зазоры в 0.1 мм и я их не получил. Тут и возможности принтера сильно ограничивают (размер пикселей), да и вообще для таких результатов нужен неплохой опыт. Но я надеялся получить хотя бы 0.2 мм, а если повезет, то и 0.15 мм — и я это получил. 0.2 мм уверенно, 0.15 мм — ну так себе… Если постараться, то можно добиться 🙂

Не обошлось без огрехов — это и непротрав в некоторых участках, и неидеальное совмещение слоев и отверстий. Но и то и другое не критично. По непротраву — я думаю, что просто поспешил вынуть из проявки, боялся после ПФ-ВЩ, что начнут отслаиваться тонкие дорожки. Хотя в отзывах народ пишет, что перепроявить этот Ordyl довольно сложно, нужно постараться для этого. Неидеальное совмещение слоев и отверстий — это ожидаемо. От такого простейшего способа совмещения я и ожидал погрешности в 0.1-0.2 мм, что и получил, но меня это устраивает.

Спасибо тем, кто дочитал.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине