Laminat światłoczuły PCB (ang. presensitized) ma fabrycznie naniesiony fotorezyst. Wzór ścieżek powstaje przez naświetlenie, wywołanie i wytrawienie odsłoniętej miedzi. To opcja do prostego prototypu warsztatowego; jeśli potrzebujesz metalizacji otworów, maski lutowniczej lub powtarzalnej partii, rozważ wykonanie płytki u producenta PCB.
Spis treści
- Czym jest laminat światłoczuły PCB?
- Przygotowanie laminatu i maski do naświetlania PCB
- Dawka UV i czas naświetlania PCB
- Wywoływanie laminatu światłoczułego
- Trawienie PCB i podtrawienie boczne
- Próbnik minimalnych ścieżek i odstępów PCB
- Błędy metody fotochemicznej i ich rozpoznawanie
- Kiedy zamówić prototyp PCB?
- Najczęstsze pytania o laminat światłoczuły
Czym jest laminat światłoczuły PCB?
Miedź tworzy warstwę przewodzącą, a fotorezyst tymczasowo chroni wybrane obszary podczas trawienia. Gotowa powłoka pozwala pominąć nanoszenie i suszenie fotolakieru, lecz w odróżnieniu od termotransferu wymaga naświetlarki i wywoływacza.
Konkretnym materiałem jest laminat FR-4 Bungard z fabrycznym fotorezystem pozytywowym. Instrukcja producenta bungard Presensitized Base Material — Manual, strona 1, sekcje „Exposure” i „Development”, opisuje dobór ekspozycji i firmowego wywoływacza. Przy zakupie sprawdź grubość płytki i miedzi, liczbę stron pokrytych miedzią oraz zgodność chemii. Parametrów tego zestawu nie przenoś na inny fotorezyst.
Fotorezyst pozytywowy i negatywowy na PCB
W procesie pozytywowym naświetlone obszary stają się rozpuszczalne w odpowiednim wywoływaczu. Czarne fragmenty maski odpowiadają więc miedzi pozostającej po trawieniu. W procesie negatywowym naświetlone obszary zostają utrwalone, a wywoływacz usuwa nienaświetlone. Wymaga to odwrotnej maski. Dalsza procedura dotyczy fotorezystu pozytywowego. Rodzaj powłoki oraz zgodność wywoływacza i trawiku potwierdź w instrukcji konkretnego produktu.
Przygotowanie laminatu i maski do naświetlania PCB
Przygotuj obraz warstwy miedzi w skali 1:1, bez automatycznego dopasowania do strony. Sprawdź wymiar kontrolny wydruku w obu osiach oraz orientację niesymetrycznego elementu lub napisu. Potrzeba odbicia lustrzanego zależy od eksportowanego widoku i sposobu ułożenia maski. Zasady przygotowania obrazu warstwy omawia artykuł o grafice produkcyjnej PCB.
- Sprawdź maskę. Użyj nośnika dopasowanego do drukarki laserowej albo atramentowej. Obszary czarne mają blokować światło robocze, a przezroczyste je przepuszczać. Obejrzyj krawędzie, prześwity i drobne ubytki. Czarny wygląd w świetle widzialnym nie dowodzi odpowiedniego krycia UV.
- Przytnij laminat. Pozostaw miejsce na uchwyt i próbnik. Usuń zadziory, które uniemożliwiałyby płaskie przyleganie maski. Zachowaj folię ochronną do chwili przygotowania ekspozycji; nie szlifuj fabrycznej warstwy światłoczułej.
- Przygotuj stanowisko. Oczyść maskę i element dociskający, usuń pył z otoczenia. Dobierz oświetlenie robocze do czułości fotorezystu. Płytkę chwytaj za krawędzie.
- Ułóż maskę. Po zdjęciu folii ochronnej przyłóż stronę z nadrukiem do fotorezystu. Zapewnij równy kontakt i unieruchomienie. Szczelina między nadrukiem a powłoką pogarsza ostrość; zwiększanie nacisku nie usunie zabrudzeń ani wygięcia płytki.
W płytce dwustronnej potrzebne są wspólne znaczniki spasowania obu masek oraz ochrona drugiej strony przed niezamierzonym naświetleniem. Samo odwzorowanie obu warstw nie wykonuje metalizacji otworów. Połączenia między stronami wymagają osobnego rozwiązania.
Pracuj z osłoniętym źródłem UV. Do chemikaliów dobierz okulary, rękawice i naczynia według kart charakterystyki. Przygotuj osobne, oznaczone pojemniki na zużyte kąpiele i popłuczyny; roztworów zawierających miedź nie odprowadzaj do kanalizacji.
Dawka UV i czas naświetlania PCB: jak dobrać ekspozycję?
Dla stałego natężenia napromienienia obowiązuje D = E × t: D to dawka w mJ/cm², E — natężenie napromienienia w mW/cm² na powierzchni fotorezystu, a t — czas w sekundach. Wartość E musi uwzględniać pasmo czułości materiału i straty w masce oraz elemencie dociskającym. Miernik luksów ani moc elektryczna lampy nie zastępują tej wartości.
Instrukcja Bungard podaje około 120 s dla naświetlarki HELLAS; dla innych urządzeń zaleca próbę stopniowaną. To nastawa dla wskazanego zestawu, nie uniwersalny czas. Po zmianie lampy, odległości lub maski ponownie dobierz ekspozycję.
Przykład (założenia): dawka UV na PCB
Przyjmijmy wyłącznie do rachunku D = 120 mJ/cm² i stałe E = 2,0 mW/cm² po stratach optycznych. Wówczas t = 120 / 2,0 = 60 s. Przy krawędzi o E = 1,5 mW/cm² w tym samym czasie dawka wyniosłaby 90 mJ/cm². To założenia, nie pomiary ani parametry laminatu Bungard. Ekspozycję sprawdź także przy krawędziach.
Próba stopniowana naświetlania laminatu światłoczułego
Naświetl identyczne próbki z jednej partii w tym samym miejscu i z takim samym dociskiem, zmieniając tylko czas. Wywołaj je w jednakowych warunkach. Bez radiometru zapisuj czas i konfigurację stanowiska, bez przypisywania niezmierzonej dawki.
W powyższym przykładzie przy E = 2,0 mW/cm² dawkom 80, 100, 120, 140 i 160 mJ/cm² odpowiadają czasy 40, 50, 60, 70 i 80 s. To seria obliczeniowa, nie wyniki prób. Wybrane nastawy sprawdź również po trawieniu oraz na próbkach przy krawędziach obszaru roboczego.
Wywoływanie laminatu światłoczułego
Wywoływacz usuwa naświetlony fotorezyst pozytywowy. Dla swojego laminatu Bungard opisuje rozpuszczenie całej saszetki firmowego wywoływacza przeznaczonej na 1 litr wody, temperaturę około 20°C i płukanie po 60 s. Przed przygotowaniem kąpieli potwierdź te warunki na opakowaniu zakupionego preparatu. Inna saszetka lub inny produkt mogą wymagać innego rozcieńczenia.
Delikatnie poruszaj kąpielą, bez tarcia powłoki. Po wywołaniu duże przezroczyste pole maski powinno odsłonić miedź, a pole zaciemnione zachować fotorezyst. Sprawdź też wąskie szczeliny. Jeśli pozostaje w nich powłoka albo znikają chronione ścieżki, wróć do prób ekspozycji i kontroli kąpieli; nie dosypuj odczynnika w trakcie próby.
Trawienie PCB i podtrawienie boczne
Trawik usuwa odsłoniętą miedź, a pozostały fotorezyst osłania ścieżki. Wywoływacz i trawik nie są zamienne. Instrukcja Bungard wskazuje chlorek żelaza(III); temperaturę, stężenie i sposób użycia dobierz do zakupionego preparatu i urządzenia.
Kontroluj wąskie przestrzenie i naroża. Zakończ kąpiel po usunięciu zbędnej miedzi i wypłucz płytkę: dłuższe trawienie zwęża ścieżki przez podtrawienie boczne. Jeśli ścieżki znikają przed oczyszczeniem prześwitów, popraw maskę, wywoływanie lub geometrię projektu. Usuń fotorezyst zgodnym środkiem, oczyść i wysusz płytkę przed kontrolą. Więcej o tej operacji znajdziesz w poradniku o trawieniu PCB.
Próbnik ścieżek i odstępów do narysowania w CAD
Przykład (założenia): na kuponie 30 × 30 mm narysuj pięć grup po trzy równoległe ścieżki długości 10 mm. W każdej grupie szerokość ścieżki i odstęp są równe: kolejno 0,40; 0,30; 0,25; 0,20 i 0,15 mm. Między grupami zostaw 1 mm. Obok, z odstępem 2 mm, umieść kopię grup obróconą o 90°. Pod grupami dodaj pola kontrolne 3 × 3 mm — czarne i przezroczyste — oraz odcinek kontrolny wydruku 10 mm. Eksportuj maskę 1:1.
Są to nominalne wymiary rysunku, nie deklarowane możliwości wykonania. Po trawieniu sprawdź ciągłość każdej ścieżki i brak zwarć między sąsiednimi. Porównaj szerokości na masce i gotowej miedzi; sam sygnał miernika nie potwierdza wymiarów ani izolacji przy napięciu roboczym. Do projektu wybierz geometrię z zapasem względem wyniku potwierdzonego w powtórzonych próbach.
Krótki zapis próby: oznaczenie i partia laminatu, wersja maski, lampa i odległość, czas ekspozycji, preparaty i rozcieńczenia, temperatury i czasy kąpieli oraz wynik kontroli. Dołącz zdjęcia tych samych miejsc po wywołaniu i trawieniu. W kolejnej próbie zmieniaj jeden parametr.
Błędy metody fotochemicznej PCB: jak rozpoznać etap problemu?
| Objaw | Możliwe przyczyny | Co porównać w następnej próbie? |
|---|---|---|
| Miedź między ścieżkami pozostaje mimo trawienia | Niewywołana powłoka po niedostatecznej ekspozycji, niesprawny wywoływacz albo wyczerpany trawik. | Stan przezroczystego pola kontrolnego po wywołaniu i skuteczność trawiku na osobnym kawałku odsłoniętej miedzi. |
| Wzór zanika już podczas wywoływania | Prześwitująca maska, nadmierna ekspozycja lub zbyt agresywne warunki wywoływania. | Zaciemnione pole kontrolne, serię ekspozycji i zgodność kąpieli z instrukcją. |
| Po wywołaniu ścieżki są ciągłe, po trawieniu mają przerwy | Podtrawienie, ubytki powłoki albo geometria poniżej możliwości całego procesu. | Zdjęcia tych samych miejsc przed trawieniem i po nim oraz próbki o większej szerokości. |
| Środek płytki wychodzi dobrze, krawędzie źle | Nierówne oświetlenie, docisk, wygięcie płytki lub nierównomierny dostęp kąpieli. | Identyczne wzory rozmieszczone w różnych miejscach; osobno etap optyczny i chemiczny. |
Wygląd wady nie dowodzi jednej przyczyny. Porównaj zapis parametrów i zdjęcia po każdym etapie.
Kiedy zamówić prototyp PCB?
Zleć wykonanie prototypu PCB, gdy projekt wymaga metalizowanych otworów, maski lutowniczej, drobnej geometrii niepotwierdzonej w warsztacie lub kilku porównywalnych egzemplarzy. Przekaż pliki Gerber i wierceń, wymiary, liczbę warstw i sztuk, grubość płytki i miedzi oraz wymagane wykończenie. Jeśli próbka ma sprawdzić konstrukcję przed serią, uzgodnij tę samą docelową technologię.
Do zamówienia montażu elementów na PCB dołącz BOM, plik położeń elementów i zakres testów. Sam laminat wytrawiony w warsztacie nie sprawdzi wpływu metalizacji i maski lutowniczej na późniejszy montaż.
Najczęstsze pytania o laminat światłoczuły
Ile minut naświetlać laminat światłoczuły PCB?
Zacznij od instrukcji laminatu i naświetlarki, następnie wykonaj próbę stopniowaną. Sam czas bez parametrów stanowiska nie określa ekspozycji.
Czy drukarka atramentowa nadaje się do maski PCB?
Tak, jeśli użyjesz zgodnego nośnika i tuszu zapewniającego odpowiednie krycie w paśmie ekspozycji. Sprawdź skalę, ostrość krawędzi i próbnik drobnych szczelin. Sama technologia drukarki nie przesądza o jakości maski.
Dlaczego wzór PCB znika w wywoływaczu?
Sprawdź pole zaciemnione, krycie maski i zgodność kąpieli z instrukcją. Przyczyny oraz kolejną próbę dobierz według tabeli objawów.
Jak cienkie ścieżki można uzyskać metodą fotochemiczną?
Sprawdź próbnik ścieżek i odstępów po trawieniu. Rozdzielczość drukarki nie gwarantuje wymiarów gotowej miedzi; przy zamawianiu PCB uzgodnij geometrię i tolerancje z wykonawcą.
Czy laminat światłoczuły trzeba czyścić papierem ściernym?
Nie: uszkodzisz fotorezyst. Oczyść maskę i element dociskający; folię ochronną zdejmij dopiero przed ekspozycją.
