Tento obrázek představuje rubovou stranu plošného spoje.

Tento obrázek představuje rubovou stranu plošného (tištěného) spoje. Plošný spoj je základem všech elektronických a elektrotechnických zařízení vyráběných od druhé poloviny 20. století až do dnešních dní. Jak jste si všimli z obrázku, jedná se o stranu, kde jsou osazeny elektronické prvky (aktivní a pasivní - viz. dále) a z druhé strany lícové (viz. obr. vedle) zapájeny měkkou pájkou.
Cílem tohoto článku není vyčerpávajícím způsobem podat různé technologie, které se uplatňují při výrobě profesionálních pl. spojů např. v počítači, protože je v amatérských podmínkách nemožné něco takového vyrobit.


Postup při výrobě plošného spoje fotochemickou cestou v amatérských podmínkách

Pomůcky a materiál:
Miska z plastu, skleněný válec (1 l), pinzeta z plastu, hadřík, klacík na zamíchání roztoku, zdroj UV světla (rtuťová výbojka, horské slunce), podložka ze skla (2 kusy), deska z kuprextitu (jedno nebo oboustranná - pokrytá tenkou měděnou fólií) se světlocitlivou vrstvou na UV záření příp. bez ní, sprej pro vytvoření UV vrstvy, trubičkový cín s tavidlem (Sn Pb).
Ochranné pomůcky:
ochranný oděv, gumové rukavice, brýle, mýdlo, krém na ruce.
Chemikálie:
Hydroxid sodný (NaOH) v granulích, Chlorid železitý (FeCl3) jako roztok nebo jako prášek, Aceton nebo ředidlo S 6000, kalafuna v krabičce, pájecí lak.

POZOR!! Pracujeme s chemikáliemi a proto musíme bezpodmínečně dodržet bezpečnost práce a používat ochranné pomůcky!! Poleptání kyselinou a louhy vede k závažným zdravotním následkům!!!

Postup přípravy 1% roztoku NaOH:

Do skleněného válce o objemu 1 l vody asi 20°C teplé nasypeme granule o objemu asi 0,5 - 0,7 dl a řádně zamícháme. Tímto postupem vznikne asi 1% roztok NaOH + H2O, který je připraven k okamžitému použití. Po každém použití roztoku je nutno připravit nový, neboť ztrácí na účinnosti vlivem reakce mědi s roztokem - viz. dále. Znovu podotýkám, že musíte dodržet bezpečnost práce - viz. výše!
Pozn. NaOH se prodává ve formě peciček jako pevná látka. I když se jedná pouze o 1% roztok, i tato koncentrace stačí k závažnému poleptání pokožky, příp. způsobit ztrátu zraku!!




Chlorid železitý (FeCl3):

Prodává se jako hotový roztok ve specializovaných prodejnách elektro v příslušné koncentraci pod obchodním názvem AMALEPT. Tomuto roztoku dáváme vždy přednost před tuhou látkou ve formě prášku, který musíme předem připravit. Praxe ukázala, že tento roztok není příliš vhodný - je agresívnější.
Chlorid železitý je kvalitní leptací přípravek pro amatéry i konstrukční laboratoře. Obsah jednoho sáčku vystačí na odleptání 10 dm2 plošného spoje s vrstvou mědi běžné tloušťky 35 mikronů. Obsah sáčku se rozmíchá v 300 ml teplé vody a lázeň je připravena k okamžitému použití - vzniká nasycený roztok. V případě koupení už hotové lázně, tento postup odpadá. Tím máme připraven zahlubovač, který odleptá přebytečnou měď po zvýraznění předlohy - viz. výše.
Nasycený roztok chloridu železitého je silná žíravina, proto je nutné dbát zvýšené opatrnosti při manipulaci s touto látkou a používat ochranné prostředky!!

Závislost leptací doby na teplotě lázně:

10°C.................16min
20°C.................12min
30°C..................8min
40°C..................5min
50°C..................4min
60°C..................3min
70°C..................2min

Z naměřených údajů zcela nového (zakoupeného) roztoku chloridu železitého vyplývá, že s rostoucí teplotou lázně se zkracuje celý proces leptání s časem téměř úměrně.
Pozn.: Výše uvedené hodnoty jsou pouze orientační, protože při opakovaném použití roztoku klesá jeho účinnost a úměrně tomu se prodlužuje doba (proces leptání) na dvoj až čtyřnásobek původního času při stejné teplotě. Vyšší teplotu lázně jak 70°C v žádném případě nedoporučuji ať už z bezpečnostních důvodů, tak z důvodů nevratného poškození právě leptaného pl. spoje (nastalo by podleptání všech spojů)!!

Postup nástřiku světlocitlivé vrstvy na pl. spoj ze strany pokryté tenkou měděnou fólií

Desku z kuprextitu pokrytou v jedné vrstvě (z jedné nebo obou stran) tenkou měděnou fólií tloušťky 30 - 35 mikronů důkladně omyjeme od nečistot a mastnot. K tomuto účelu se mě velmi osvědčila SOLVINA nebo prášek na umývání van a kachliček. Někdy ovšem bývá nečistota doslova "zažraná", nehledě oxidací a koroze mědi. V tom případě použijeme jemné smirkové plátno a opatrně odstraníme oxidy a korozi. Nakonec desku odmastíme acetonem nebo ředidlem S 6000. Takto zbavená deska všech nečistot je připravena k nastříkání světlocitlivé vrstvy.
Pozn.: Z vlastní zkušenosti vím, že podcenění této fáze čištění desky se hrubě nevyplácí, proto vřele doporučuji věnovat čištění trochu více času. Rozhodně se to vyplatí, nebudeme používat hrubozrné smirkové plátno, nastalo by vydření měděné fólie a následnému zničení desky. Nyní provedeme nástřik světlocitlivé vrstvy na očištěnou a odmaštěnou desku. To bývá většinou nejtěžší úkol, protože se musíme snažit rovnoměrně rozstříkat vrstvu na celou plochu desky. Začátečníkům doporučuji, aby si před prvním nástřikem zkontrolovali v jaké poloze mají rozprašovač - aby předešli zničení oděvu nebo úrazu! Potom rovnoměrně provést nástřik následujícím postupem, který se mě osobně osvědčil:
Nástřik provedeme dvakrát a to:

  • V horizontálním směru pohybem sem a tam.
  • Ve vertikálním směru pohybem sem a tam.

    Pokud se nástřik nepodaří (bubliny, nerovnoměrná vrstva) což se stává začátečníkům, nepropadejte panice. Připravte si 1% roztok NaOH a desku v něm omyjte. Tato vrstva se v tomto roztoku (viz.dále) spolehlivě "smyje". Po vytvoření nástřiku jej necháme asi 1 - 2 hodiny při pokojové teplotě "zavadnout". Po uplynutí této doby se nám nabízejí dvě možnosti:

  • Desku nadále necháme schnout při pokojové teplotě 24 - 48 hodin.
  • Desku po "zavadnutí" vložíme do předem vyhřáté pece na 50 - 70 °C a necháme 20 - 40 min. vypalovat, aby se vytvořená vrstva řádně vytvrdila.

    • Po vyndání desky z pece se provede vizuální kontrola a nechá se asi 30 min. volně schnout při pokojové teplotě. Jak jsem již vzpomínal dřív, teplota velmi ovlivňuje jak NaOH, tak FeCl3.

    Důležité: Desku necháme volně schnout při pokojové teplotě, ale zakrytou, protože denní světlo a hlavně zářivky v místnosti obsahují UV složku různé intenzity. Z praxe vím, že i 30 minutová doba osvitu denním světlem nebo zářivkou stačí k tomu, aby se vyvolání předlohy v roztoku NaOH předem odsoudilo k nezdaru. Nejlépe se mě osvědčila černá plastiková krabice nejen z tohoto důvodu, ale také z důvodu prašnosti, která je minimální. Usazující prach totiž po vyvolání v roztoku NaOH způsobí nežádoucí svody.

    Postup výroby plošného spoje fotochemickou cestou:

    Při výrobě plošného spoje fotochemickou cestou vycházíme z tzv. předlohy (klišé), kterou zhotovíme nakreslením trubičkovým perem např. centropen, centrofix (o kanyly asi 0,25 - 0,7 mm) na pauzovací papír v přesném měřítku, nebo nakreslením v příslušném programu (např. EAGLE, FORMICA, FERDA MRAVENEC, LSD 2000....) na PC.
    Tato předloha se vloží přímo na desku z kuprextitu (ze strany pl. spoje), která je pokryta tenkou vrstvou mědi a světlocitlivou vrstvou a přikryje se sklem. Pozor na správné vložení předlohy na desku - hrozí nebezpečí otočení předlohy plošného spoje (rub - líc)! Pokud se tak už stane a začneme s osvícením (viz. dále) v žádném případě se nebudeme snažit už jednou osvícený pl. spoj vyndávat a otáčet na něm předlohu. Vyvolání předlohy v roztoku NaOH by se v žádném případě nepodařilo! Takto připravená soustava se vloží pod zdroj UV světla jako např. rtuťová výbojka, nebo horské slunce a nechá se prosvítit z výšky 30 - 40 cm po dobu asi 3 - 5 min. Tato doba nesmí být příliš dlouhá, jinak hrozí nebezpečí podsvícení předlohy. Naopak krátká doba osvitu dostatečně nevytvoří krycí schopnost pro zahlubovač FeCl3 (viz. dále).
    Pozn.: Z vlastní zkušenosti vím, že se první "nasvícení" pl. spoje u prvního kusu UV světlem zcela určitě nepodaří, protože špatně odhadneme dobu a vzdálenost UV zdroje od desky. Tady nám zbývá pouze jedna cesta a tou je experimentování. Musíme zkusit zkusmo na malém kousku kuprextitu jaká doba osvitu je pro náš případ ideální. Můj čas 3 - 5 min je pouze orientační! Záleží totiž na mnoha okolnostech - především na: stáří světlocitlivé vrstvy (čím starší, tím víc ztrácí krycí schopnost), na koncentraci a teplotě roztoku NaOH, vzdálenosti a intenzitě UV zdroje!
    Po skončení "osvícení" desky pl.spoje se celá soustava vyjme, deska se vloží do předem připraveného roztoku NaOH (viz. výše). Po dobu asi jedné minuty se objeví samotná předloha pl. spoje na desce. Tam kde měď nebyla osvícena, se objeví spojové dráhy spojů (světlocitlivá vrstva zůstane zachována), tam kde měď byla osvícena se světlocitlivá vrstva odstraní vlivem reakce roztoku NaOH s touto vrstvou a mědí. Tomuto procesu říkáme zvýrazňování, kdy vzniká přesná předloha pl.spoje na desce z kuprextitu. Po asi 5 sekundách se začne osvícená plocha postupně rozpouštět v roztoku. Postupně (raději několikrát za sebou) desku vyjmeme z lázně, omyjeme proudem teplé vody a proti světlu zkontrolujeme jak proběhlo zvýraznění. Proces je u konce, jakmile uvidíme jasné spojové dráhy jednotlivých spojů a čistou měď tam, kde spojové dráhy nebudou.Takto připravenou desku omyjeme proudem teplé vody a zkontrolujeme jak proběhl proces zvýrazňování.
    Pozn.: Tento proces trvá asi 1 max. 2 minuty proto musíme být po tuto dobu mimořádně soustředění. Právě v této fázi vzniká nejvíc chyb a při tom je rozhodující pro úspěch našeho dosavadního snažení. Mě osobně se osvědčilo nalít předem připravený roztok NaOH do plastikové misky, ponořit do něj desku pl. spoje fólií nahoru, uchopit pinzetou jeden konec a opatrně vířit v lázni. Pokud se světlocitlivá vrstva v tomto procesu odstraní i ze spojů kde má zůstat následkem špatného osvitu nebo špatně připraveného roztoku, nezoufejte. Celou desku důkladně zbavte v roztoku NaOH sv. vrstvy, znovu nastříkejte a postup opakujte znova (viz. výše). To samé platí i pro "podsvícený" spoj, kdy sv. vrstva neustále zůstává na desce v místech kde nemá.
    Deska je po zvýraznění dále připravena k samotnému procesu leptání. Desku ponoříme do připraveného roztoku FeCl3 ze strany spojů dolů. Asi po 20 sekundách desku vyjmeme a proti světlu se podíváme, jak vypadá předloha pl.spoje na desce. Ze skušeností vím, že budoucí spoje jdou vidět velmi dobře. Tady se definitivně přesvědčíme, jak proběhlo zvýrazňování. Chtěl bych na tomto místě podotknout, že tento proces je nevratný a pokud do roztoku FeCl3 vložíme desku, a zahloubení v těchto 20 sekundách se nepovede, můžeme desku rovnou vyhodit.
    Tento proces trvá několik minut až (1 hodinu) v závislosti na stáří (opotřebovanosti roztoku) a jeho teplotě. Stačí, když desku budeme kontrolovat každé 3 - 4 minuty. Deska pl. spoje je hotova až když zmizí přebytečná měď.
    Pozn.: Ze zkušeností vím, že vždy zůstane přebytečná měď, která způsobí nežádoucí svody (třeba následkem usazeného prachu při stříkání desky...). Nedoporučuji proto neúměrně prodlužovat dobu zahlubování (leptání) na neúměrně dlouhou dobu. Nastalo by podleptání a následné (nevratné) zničení pl. spoje. Samotné zahlubování můžeme urychlit vířením v lázni, předešlým ohřevem lázně (viz. tabulka výše).
    Vyleptanou desku pl. spoje vyjmeme z lázně, omyjeme proudem teplé vody a vizuálně zkontrolujeme (nejlíp lupou). Mechanicky odstraníme nežádoucí svody a zkraty např. břitvou nebo nožem.
    V konečné fázi se pl. spoj upraví na konečné rozměry pákovými nůžkami a světlocitlivá vrstva, která zůstala na spojích pl. spoje se odstraní speciálním nitrocelulosovým ředidlem S 6000 nebo lihem. Plošný spoj se natře speciálním pájecím lakem (nebo roztokem kalafuny rozpuštěné v ředidle S 6000 nebo lihu) a nechá se asi hodinu volně schnout při pokojové teplotě. Do pl. spoje se vyvrtají montážní otvory o o 0,6 - 1 mm v závislosti na vývodech jednotlivých součástek.
    Tímto je plošný spoj připraven k osazení součástek z rubové strany a jejich zapájení z lícové strany - viz. obrázek vedle.