Archiv pro měsíc: Září 2015

Mé zkušenosti s průmyslovou výrobou desek plošných spojů

V tomto článku nebudu popisovat žádnou konstrukci. Bude mít trochu jiné zaměření než většina ostatních na tomto webu. Jak již z názvu vyplývá, zaměřím se na praktické zkušenosti s výrobou desek plošných spojů.

Na start s centrofixem

Leptuvzdorný lakJako snad každý elektronik jsem kdysi začínal kreslením centrofixem. Po zjištění, že centrofix neodolává leptacímu roztoku, jsem přešel na „Leptuvzdorný lak“. Ten je k dostání v prodejnách s logem mamuta nebo v ostatních elektropotřebách pro kutily. Kreslení s lakem přes historické redispero mělo v sobě kouzlo historie, daly se s tím však dělat jen široké spoje. Na integrované obvody velikosti větší než 555 mohl člověk rázem zapomenout.

Hledal jsem další možnosti a v knize „Poznáváme elektroniku I.“ od Václava Maliny (Kopp, 1995) jsem našel různé možnosti postupu kreslení předlohy na desku. Od prehistorického Propisotu až po fotocestu. Propisot pro DPS už pravděpodobně není k dostání (nezkoumal jsem to) a centrofixy a laky jsem už zkusil. Proto jsem se rozhodl, že zkusím fotocestu. Tím začala dlouhá etapa mého života spočívající v experimentování s délkou osvitu, délkou vyvolávání a nadávání nad nedostatečně osvícenou deskou nebo odplavaným fotolakem ve vyvolávacím roztoku.

Fotocesta

Zpočátku jsem pro fotocestu kupoval desky již s naneseným fotolakem u Mamuta. Občas se stalo, že výsledek byl trochu děrovaný (přesvícený) nebo naopak při leptání nešla dolů skoro žádná měď, ale většinou se to jakž-takž povedlo a výsledek byl obstojný. Na obrázku vlevo (nebo vpravo) jsou vidět ty povedené desky. Po určité době však nastala potřeba vyrábět desky většího formátu, oboustranné nebo použít darovanou hromadu cuprextitu. Zakoupil jsem si tedy sprej s fotolakem „Positiv 20“ a začal zkoušet.

Fotolak Positiv 20Když se teď ohlédnu nad etapou s názvem „Positiv 20“, musím konstatovat, že toto je slepá ulička domácí výroby DPS. Měď musí být před nástřikem dokonale odmaštěná, čistá a nástřik musí probíhat téměř ve tmě nebo s minimem světla, aby nedošlo ke zbytečné expozici. Ovšem jak zkontrolovat rovnoměrnost vrstvy nastříkaného laku ve tmě? Po několika experimentech jsem zjistil, že tma při nástřiku není tak kritická a pokud se nepoužívá světelný zdroj s vyšším obsahem UV (tedy svítí např. obyčejná žárovka, nikoliv zářivka), vůbec to Positivu nevadí. Nástřik je nutno provádět na jedno stlačení spreje. Jakékoliv přerušení znamená vlnu. Vlna znamená nerovnoměrnou vrstvu a z toho vyplývající nerovnoměrnou dobu potřebnou k expozici. Dobrý nástřik se mi tedy povedl většinou až na podruhé. Mezitím mě tedy čekalo vždy martyrium s lihem a kartáčkem na zuby k očištění mědi. Po nějaké době mi jeden známý s dlouhou praxí v oblasti elektroniky ukázal možnost použití gramofonu pro rovnoměrné rozlití vrstvy. Lak se otáčením desky odstředí a uprostřed se vytvoří rovnoměrná vrstva. Na krajích se sice udělají vlny, které se neprosvětlí, tyto části se však po vyleptání oříznou (je tedy nutné zvolit větší rozměr desky, než který budu leptat).

Fotocesta s gramofonem

Jenže s gramofonem to není úplně jednoduché. Po celou dobu schnutí laku je nutné ho chránit před expozicí. Jelikož Positiv 20 nevoní úplně jako Axe for men, není vhodné jej nanášet v obytných prostorech. Jenže ve sklepě zase není dokonalé sucho, bezprašno a v zimě taky odpovídající teplota. Občas tam taky chodí ostatní nájemníci a rozsvěcují světlo. A konec konců, ve sklepě není běžně k dispozici zásuvka 230 V pro můj gramofon. Po nějaké době a překonání všech obtíží se mi však povedlo vyvinout poměrně „úspěšnou“ technologii – s úspěšností asi 50 až 60 % při nanášení fotolaku a 70 až 80 % při vyvolávání a následném leptání. Oproti předchozím pokusům se zakoupenými deskami to bylo horší, ale pocitově levnější. Cuprextit byl můj vlastní a Positiv stál jen tři stovky.

Můj konec s leptáním desek doma však odstartovala potřeba oboustranných desek. Když jsem se pokusil nanášet Positiv na oboustrannou desku, první nanesená strana byla vždy dobrá. Ovšem druhá strana, kterou jsem mohl nanášet až po mírném zaschnutí té první, byla vždy necelistvá. Byly v ní mikrobublinky. Dodnes nevím, jak si to vysvětlit. Jestli měď na druhé straně během sušení první strany na vzduchu trochu zoxidovala a Positiv na ni potom nechytil? V každém případě se mi však ani jednou nepodařilo úspěšně nanést Positiv na obě strany při použití technologie s gramofonem. Hledal jsem tak dál, jak se dostat k oboustranným deskám. Na řadu tedy přišla průmyslová výroba u profesionálů. Tou se budu zabývat v samostatném článku…

První profi desky

Jako první jsem hledal firmu dostupnou z Ostravy, abych nemusel platit nemožně vysoké poštovné kvůli jedné, dvěma deskám. Oslovil jsem tak firmu MARPOS. Zpočátku jsem si chtěl ověřit kvalitu a cenu, takže jsem zadal jednostrannou desku pro digitální teploměr a digitální wattmetr.  Cena za desku teploměru bez masky byla dle mailu s nabídkou 300 Kč včetně vyrobení filmové předlohy a za desku wattmetru 290 Kč. Na kusovou výrobu docela drahé. Ale šel jsem do toho. Tou dobou jsem totiž připravoval projekt maturitní práce, kde jsem potřeboval pro LED matici prokovené desky a větší počet kusů.

Když jsem si desky teploměru, wattmetru a poté i maturitní práce nakonec vyzvednul, jejich provedení (ač bez nepájivé zelené masky) se mi tak líbilo, že v tu chvíli jsem byl skálopevně přesvědčen, že si doma již žádnou desku nikdy nevyleptám. Úplně do puntíku to pravda nebyla, přece jsem jenom nějaké dvě, tři desky od té doby vyrobil… Nicméně opravdu to byl zlomový okamžik.

Přesun mimo hranice EU

Po nějaké době mi spolužák poslal tip na výrobu DPS v Číně za rozumnou cenu. Tento server se jmenuje iMall – ITEAD Studio. Dá se tam koupit klon Arduina, různé vychytávky, převodníky, ale co hlavně – můžete si tam objednat výrobu desek plošných spojů. U větších sérií pak také s osazením, nákupem komponentů a dalšími službami. Desky o rozměrech do 5×5 cm nabízejí za 10 $, což je něco přes dvě stovky. V základu je deska oboustranná, prokovená, má nepájivou zelenou masku z obou stran a také bílý potisk z obou stran. V jedné dávce za tuto cenu dostanete minimálně 10 takových desek. To je hodně muziky za málo peněz, že? Poštovné je poměrně variabilní podle hmotnosti zásilky (při zvolení běžné pošty). Když jsem si nechal dělat jednu dávku desek, stálo poštovné asi 3 $. V jiné objednávce jsem si nechal poslat ještě hromadu dalších věcí, a tam se poštovné poměrně rychle vyšplhalo na vysokou částku 25 $. Ovšem pořád to bylo levnější než přes DHL.

Zatím jsem si u nich nechal vyrobit pouze dvě dávky desek, ale stojí to za to. Vychází to přibližně na 30 Kč/deska a to už je bezkonkurenční oproti opakovanému stříkání Positivu ve sklepě a čekání, jestli se to osvítilo dobře. Pohodlí s nepájivou maskou a označením součástek na potisku se nedá nahradit. Myslím si, že etapu výroby DPS v domácích podmínkách mám již beznadějně uzavřenou. Už několik let jsem doma nevyleptal žádnou desku a myslím si, že v dohledné době se to nezmění. Malou nevýhodou je čekání na doručení zásilky, které trvá většinou přibližně měsíc.

Po nějaké době jsem objevil jinou službu, JLCPCB. Ceny mají mnohem výhodnější, 2$ za 5ks desek 10×10 cm. Ne, opravdu to není vtip. Za 10ks chtějí 5$. To už se fakt nevyplatí ani u českých dodavatelů. Pokud desky potřebujete rychle, můžete si je poslat přes DHL nebo UPS, kterým bude doručení trvat do jednoho týdne (DHL 2-3 dny, UPS 3-5 dní). JLCPCB nabízí také výrobu nerezové masky pro pájecí pastu a nedávno zprovoznili také službu osazování.

Slovo na konec

A jak dělám prototypy a malé zařízení teď? Prototypy většinou postavím na nepájivé kontaktní pole. Mám jich doma dost i na velké věci. Na nepájivém poli se dobře oživuje program v procesoru a jednoduše se mění zapojení a hodnoty součástek. Pokud se jedná o zapojení malého rozsahu do 5×5 cm nebo 10×10 cm, pro tento účel používám univerzální desky, kam se dá všechno pohodlně připájet. Je s tím trochu práce, ale oproti práci s chloridem železitým v nově rekonstruované koupelně je univerzální deska opravdu slast. Větší jednokusovou desku jsem zatím vyrobit nepotřeboval a pokud by to bylo potřeba vyzkoušel bych službu Plošňáky.cz.

Tímto dlouhým a pro čtenáře jistě vyčerpávajícím článkem jsem nechtěl vystihnout detaily jednotlivých technologických postupů. Záměrem bylo shrnout praktické zkušenosti s jednotlivými technologiemi i nastínit historii výroby DPS v domácích podmínkách.  Byla to dlouhá cesta, ale nelituji toho. Opakované nanášení Positivu ve studených sklepních prostorách zocelilo trpělivost mou a trpělivost ostatních členů domácnosti díky blokování koupelny, nesmazatelným stopám chloridu železitého a dalším vychytávkám domácí chemičky.

Digitronové hodiny IV

Digitronové hodiny IV - konečný stavTento článek bude velmi krátký a stručný. Zaměřím se na opravu digitronových hodin neznámého tvůrce. Koncepci těchto hodin pravděpodobně okopíroval ze známé stavebnice od firmy Tipa, která vyšla i v časopise Praktická elektronika. Rozdíl je pouze v tom, že zde má i dekádu sekund. Zbytek je stejný – krystalový oscilátor s obvodem 4060, čítače s obvody 4017, diodová logika pro nastavování, kondenzátorový násobič pro získávání napájecího napětí pro digitrony.

Nálezový stav digitronových hodiny IVCelkové provedení však bylo ve stylu „vrabčí hnízdo“, nedivím se, že nic nefungovalo. Některé digitrony chyběly a každý byl jiného typu, takže jsem je všechny sjednotil pomocí zásob budoucího majitele. Zkontroloval jsem diodovou logiku pro rozvádění nulovacích a nastavovacích impulzů, doplnil chybějící krystal a tlačítko. Stabilizátor napětí 180 V vůbec nefungoval a vzhledem ke zkušenostem s tímto zapojením jsem jej demontoval a nahradil propojkou. Na výstupu násobiče je při zatížení všemi digitrony a doutnavkami napětí cca 190 V, předřadné rezistory digitronů mají hodnotu 33k, a proto digitronům nehrozí žádné nebezpečí. Pouze se nedá regulovat jas, což v případě těchto hodin není omezení, protože si jejich budoucí majitel přál umístit do kanceláře.

Krabička s transformátoremNapájení je nově vyřešeno pomocí signalizačního transformátorku 230/24V 2VA zalitého v plastu a umístěného v krabičce mimo hodiny. Spotřeba je nízká díky použití CMOS obvodů, avšak toto řešení není dost retro k digitronům. Výsledkem však je možnost zálohování pomocí destičkové baterie 9 V. Protože je deska plošného spoje vyrobena z nejtenčího typu materiálu, je přišroubována na dřevěnou opracovanou desku.

Výsledné provedení IV. hodin s dřevěnou deskouPo několika měsících nečinnosti a pilné práce na bakalářské práci a jiných projektech jsem se k hodinám vrátil. Po zapnutí však nic nefungovalo jak mělo. Problémy má zřejmě oscilátor, ale nepodařilo se mi jej oživit. Tím pádem hodiny skončily v propadlišti dějin na polici, kde nezavazejí a působí jako statický exponát. S některými věcmi již nemám trpělivost a tenhle zbastlený krám je toho důkazem.