Možnosti výroby prototypových DPS

Datum: 28.06.2017

Kategorie: Výroba desek plošných spojů

Nejrozšířenějším způsobem je chemická výroba – mokrý proces, kterou je možno realizovat i v domácích podmínkách. V následujícím textu bude představen i suchý proces a srovnání úskalí obou procesů.

Mokrý proces – chemická cesta – jednoduchá cesta, ale problémem je vznikající chemický odpad – žíraviny. Žíraviny je nutné likvidovat dle platné legislativy. Likvidace je finančně náročná a vždy podléhá kontrole státních úřadů. Každé pracoviště s chemickým procesem vyžaduje:

Stanovený plán rizik (zařazení všech pracovníků do určených skupin rizik dle jejich výkonu práce)
Informační tabulky (tabulky označující pracoviště, nebezpečí na pracovišti, vodní zdroje atd.)
První pomoc – informace (lékárnička vybavená určenými prostředky a léky nutnými k ošetření poranění vzniklých při práci s chemikáliemi, informační tabulky atd.)
Plán odpadového hospodářství (uskladnění chemikálií, odvoz použitých chemikálií)
Školení bezpečnosti práce včetně školení první pomoci pro všechny, kteří na pracovišti s chemikáliemi pracují
Proces není složitý, ale je nutno jej dodržovat. Na veškeré činnosti existují společnosti s potřebnými znalostmi a povoleními. Vždy doporučujeme dodržovat zákony!

Suchý proces – nechemická cesta – frézování DPS na CNC strojích např. TECHNODRILL. Při této technologii nevzniká žádný nebezpečný odpad. Tato technologie není vhodná na větší série. CNC frézka je 3D fréza s plně programovatelnou osou Z. Řídicím softwarem je Galaad.

Mokrý proces – výroba DPS chemickou cestou

Stále nejpoužívanější metoda pro její relativní jednoduchost a výslednou kvalitu tištěného spoje. Skládá se z následujících kroků:

Vytvoření filmové předlohy - jakost přenášeného motivu spojů je velmi důležitá pro proces výroby. Vodiče jsou černé a zbytek musí být dokonale průsvitný. Motiv může být i negativní, ale v běžné praxi se používá pozitivní. Na běžných tiskárnách není možné vytvořit kvalitní sytou černou barvu. Jakost obrazce představuje asi 60 % konečného výsledku. Kvalita motivu spojů (jakost čar a sytost černé) je daná kvalitou filmu, resp. jeho nasvícením – kvalitou předlohy. Pro vytvoření filmu profesionální kvality je možné použít fotoplotr nebo tiskařskou osvitovou jednotku. Předlohy pro jednodušší motivy (dle složitosti motivu a tloušťek spojů) je možné vytvořit na inkoustových tiskárnách, inkoustových fototiskárnách nebo na laserových tiskárnách.
Vyvrtání otvorů v DPS před osvitem – v případě, že je k dispozici CNC vrtačka
Nanesení fotocitlivé vrstvy na DPS (nebo použití DPS s nanesenou fotocitlivou vrstvou)
Exponování DPS - čelem expoziční jednotky je vysílat přes motiv spojů (film s obrazcem spojů) ultrafialové záření (délka vlny 365 nanometrů). V případě pozitivního obrazce, UV světlo degraduje fotocitlivou vrstvu, která je v následném kroku odleptána (Na základním laminátovém materiálu s mědí je nanesena fotocitlivá vrstva - pryskyřice 5 μm - která je zakryta neprůhlednou fólií. Neprůhledná fólie chrání fotocitlivou vrstvu proti osvícení - viz Obr. 4). UV trubice vyzařují pouze ze svého průměru. Je-li třeba zvýšit expoziční prostor, musíme vzdálit UV trubice nebo zvýšit počet trubic. Zdvojnásobíme-li prostor, čas se zčtyřnásobí. Vzdálenost mezi trubicemi a vzdálenost trubice a filmu musí být vždy vzdálenost, která se rovná průměru trubice.
Leptání DPS - nejrozšířenějším procesem je pouze chemický proces (bez mechanického působení leptacího media). DPS se položí na hladinu leptacího média. DPS je držena povrchovým napětím kapaliny na hladině a medium na ni působí ze spodní strany, dokud se DPS nevyleptá. Tento proces není ideální pro oboustranné DPS, protože se deska musí leptat ve dvou fázích, nejprve 1. a poté 2. strana. Tento proces trvá cca 15 až 20 minut dle stavu media a jeho teploty. Během leptání je nutné DPS kontrolovat, aby nedošlo k podleptání. Uvedením leptacího média do pohybu podstatně zvýšíme účinnost leptání. Zkrátí se doba, ale omezí se i možnost podleptání. K leptání jsou určena speciální zařízení, která lze rozdělit na pěnové, vzduchové/bublinové a sprejové (příklad leptací jednotky na Obr. 1). Závěrečnou operací je opláchnutí DPS ve vlažné vodě. POZOR !!!!! Je nutné mít na paměti, že pracujete ze žíravinami, a je potřeba dodržovat bezpečnost práce, jakož i zákony vztahující se k použití těchto látek. V poslední řadě byste měli mít zpracovaný plán odpadového hospodářství.
Vyvrtání DPS – v případě, že není k dispozici CNC vrtačka (viz Obr. 2) - vyvrtání DPS na ručním vertikálním vyvrtávacím zařízení nebo ruční vrtačkou. Vrtačky se liší počtem otáček a kvalitou vedení.
Nanesení nepájivé masky (není však podmínkou)
Pokrytí chemickým cínem nebo jiným kovem (není podmínkou). Na měděný povrch se nanáší velmi tenká vrstva cínu. Tento cín bude dočasně chránit měď před oxidací a zajistí dobrou pájitelnost desky. Proces spočívá v nanesení roztoku, který obsahuje cín. Vlastní nanesení se provádí ponořením do roztoku.
Formátování DPS - provádí se pomocí nůžek, lupínkové pilky nebo CNC frézou. Ideální nůžky na stříhání DPS dopadají na DPS kolmo (padací nůžky).

Suchý proces – výroba DPS frézováním – nechemickou cestou

Frézování DPS na CNC frézách. CNC musí být dostatečně tuhé, čímž je daná přesnost a opakovatelnost. Výhodou je možnost výroby DPS takřka libovolných tvarů. S pomocí řiditelné osy Z je možné frézovat i 3D tvary. CNC frézka používá tři druhy nástrojů:

Vrtáky – pro vrtání otvorů (cena 30 až 40 Kč)
Frézky – frézování motivů obrazce plošných spojů, plastů, kovů atd (60 až 70 Kč)
Speciální nástroj pro frézování DPS jemných roztečí – DW10 10 10 (900 až 1100 Kč)

Součástí CNC frézky je plnohodnotný software Galaad, který je schopen řídit všechny tři osy. Import dat je zajištěn z takřka všech známých formátů. Pro frézování DPS je softwarový doplněk Percival, data jsou importována z formátu Gerber.

Životnost nástrojů

Životnost nástrojů udává vždy výrobce nástrojů v metrech a může se lišit podle kvality použitého materiálu nástroje. Obecně se však dá říci, že na prototypovou výrobu se životnost udává na týdny a to vzhledem k počtu obráběných dílů.