Пресенситизированные PCB: полное руководство по проектированию и производству

Что такое пресенситизированная PCB?

PCB (печатная плата) выполняет две функции: монтаж компонентов и электрическая связность между ними. Существует два основных типа: традиционные и пресенситизированные. Пресенситизированная PCB — заводская плата, поверхность которой покрыта светочувствительной эмульсией.

Сегодня почти вся электроника на рынке использует пресенситизированные PCB. Это один из самых распространенных типов электронных устройств.

Процесс проектирования и производства

Хотите создать PCB как профессиональные компании? Есть идея для электронного проекта? Пошаговое руководство по созданию своей платы.

2.1 Необходимые материалы и инструменты

• Коробка для экспозиции (UV exposure box)
• Сверла (Drill bits)
• FeCl₃ (хлорид железа III)
• NaOH (гидроксид натрия)
• Защитные очки
• Оловяной раствор (Tin solution)
• Пресенситизированный эпоксид (Presensitized epoxy)
• Блок питания
• Халат/одежда
• Таймер
• Ведра для химикатов
• Припой

2.2 Проектирование PCB

Если есть вид готовой платы — переходите к следующему шагу. Иначе — читайте далее.

Часто используют Proteus, альтернатива — Fritzing. Удобно экспортировать дизайн в PDF: сохраняет реальный размер (масштаб 1:1), избегает проблем с масштабом при печати.

2.3 Печать фотошаблона (Artwork Printing)

Прозрачные пленки с дизайном PCB. Нужно напечатать минимум 3 копии для лучшей непрозрачности. Важно: образ должен быть зеркальным, чтобы текст читался правильно. Печатать только Top Layer, Dimension, Vias, Pads.

2.4 Химическая подготовка

Критический шаг: перчатки, очки, вентиляция. Работа с сильными кислотами и щелочами, некоторые быстро испаряются. Пятна от хлорида железа трудно выводить — нужен халат.

Приготовление раствора FeCl₃. Для ускорения реакции меди и кислоты можно катализировать. Без этого результат может разочаровать.

Ванна с дистиллированной водой для промывки между этапами. Вписывающая бумага для удаления лишней влаги.

2.5 Экспозиция PCB

Настройка UV-коробки: блокировка УФ-лучей черными линиями дизайна. Приклеивание первого фотошаблона скотчем к стеклу, добавление остальных для непрозрачности.

Работа с светочувствительной смолой — требует затемненного помещения. Аккуратное снятие защитной пленки PCB, чувствительная сторона вверх, фиксация скотчем. Установка в коробку чувствительной стороной к УФ-лампам. Закупорка.

Таймер: 2–2.5 минуты, не больше. Перчатки обязательны. После выключения — извлечение платы.

2.6 Проявка PCB

Плата в ванну с NaOH (чувствительная сторона вверх). Сразу появляется сине-фиолетовый (иногда серый) цвет. Легкое качание 30–60 сек — дизайн становится виден. Промывка в водяной ванне.

2.7 Травление (Engraving) PCB

Фоточувствительность минимальна — можно включить свет. Плата медной стороной вверх в кислотную ванну FeCl₃ с легким вращением. Раствор должен быть в движении для реакции. 20–40 мин (зависит от температуры) — растворяется медь. Извлечение, промывка в чистой воде, сушка.

2.8 Промывка PCB

Остатки смолы удаляются скребливанием. Для облегчения — ацетоновая ванна (ацетон желтеет). 10–20 сек — медь обнажается. Промывка в воде и чистка.

2.9 Оловянение (Tinning) PCB

Оловянение опционально, но рекомендуется: помогает при пайке и защищает от коррозии. Почти готовая плата в пустую ванну, посыпка раствором хлорида олова (II). Готово — пресенситизированная PCB готова к использованию.

2.10 Сверловка PCB

Вертикальный станок и сверло 0.8 мм для всех отверстий. Если компонент не проходит — сверло 1.2 мм для расширения. Осторожность обязательна.

Как травить пресенситизированные PCB

Травление — ключевой этап химической обработки вычитающего метода. Удаление меди для получения требуемого рисунка цепей. Медь остается только под оловянным покрытием, защищающим цепи.

Травление может показаться сложным, но на практике доступно. После сбора материалов: печать разводки на прозрачном материале (ацетат) лазерным принтером (не струйным — чернила не держатся). Тонер лазера подходит. Если нет лазера — ксерокопия на ацетате.

Локальные растворы (хлорид железа) — порошок или жидкость. Разработчик — порошок, растворяется в теплой воде. При пыли — аналогично. Плата готова.

Пресенситизированная PCB — UV-фоторезист

Ультрафиолетовый фоторезист — ключевая особенность сухой пленки. Химическая реакция, инициируемая УФ-светом.

Процесс: покрытие подложки светочувствительным органическим материалом. Нанесение растворителя (разработчика). Наложение шаблона, блокирующего свет — экспонируются только незамаскированные области.

• Позитивный фоторезист — свет разрушает материал. Разработчик удаляет экспонированные области, остается покрытие под маской.
• Негативный фоторезист — свет усиливает материал. Разработчик удаляет неэкспонированные области, покрытие остается там, где маска не дошла.

Многие пресенситизированные PCB и разработчики сухой пленки используют этот принцип. Плата покрывается синим (или похожим) пигментным чернилами, стабильными в темноте и реагирующими на активатор при УФ-облучении. Реакция осаждает чернила, выполняющие роль фоторезиста.

Преимущества пресенситизированных PCB

Несколько преимуществ делает их выбором многих производителей:

• Компактность и экономия проводов — соединения медными дорожками вместо кабелей. Менее громоздкие межсоединения.
• Простота ремонта — легко проверять и заменять неисправные компоненты. Компоненты и полярности четко размечены.
• Экономия времени при сборке — традиционные PCB требуют много времени на соединение компонентов. Пресенситизированные — гораздо быстрее.
• Иммунность к вибрации — компоненты надежно держатся на плате благодаря припою, не смещаются при движении.
• Надежность — пресенситизированные PCB показывают лучшие результаты надежности и производительности, поэтому производители их предпочитают.

Заключение

Наблюдается рост использования пресенситизированных PCB. Изготовление не так сложно при соблюдении всех шагов. Помимо дизайна и производства, преимущества (выше) делают их фаворитами электроники по всему миру. Пресенситизированная PCB — идеальная тестовая плата за низкую стоимость и малое число операций. WellPCB с нетерпением ждет ваш заказ!