Тонкости создания печатных плат с помощью фоторезиста
Личные дневники
Подпишитесь на автора
ПодписатьсяНе хочу
3
Приветствую всех заглянувших в мой уголок по созданию плат. Сегодня я хочу поделится своим опытом создания плат. Я имею не такой уж и большой опыт в этом деле, но если вкратце то я изготавливал платы способом ЛУТ, фоторезист и обленившийся заказывал их у китайцев. Все эти три способа хорошо показывают себя в разных ситуациях и как начинающему радиолюбителю я советую попробовать их все. Я считаю что это расскажет вам о разных тонкостях, научит проверять платы перед заказом и покажет что все не так просто как кажется. Да, не спорю, разжигать костер трением имея зажигалку глупо, однако я не заставляю вас использовать медные гвозди и доску или фольгу и фломастер, все эти 3 способа одни из самых популярных, так сказать спички, газовые спички и зажигалка. Предупреждаю сразу, все учителя по русскому идут на лесом. Закройте пост и не читайте.
Моя статья, мой опыт, мой текст, как хочу так и пишу. А теперь к делу. Статей с описанием инструкций к ЛУТ и фоторезисту довольно много, поэтому я расскажу только про фоторезист, так как он эффективнее чем ЛУТ, всю инструкцию описывать не буду, пробегусь по важным факторам. Полный гайд есть на канале гайвера и куча видосов на ютубе. Поехали. Я имею опыт только с пленочным фоторезистом, буду рассказывать про него. Первый этап, подготовка. У вас есть кусок текстолита, лежалый, не лежалый, без разницы. Берете его и тщательно моете под теплой водой(под холодной не удобно), его нужно тщательно тереть губкой, так что бы он начал блестеть. После очистки его от грязи попробуйте пошаркать его обычной бумагой, вам нужно сделать его максимально гладких. После еще раз моете и хорошенько протираете оцетоном(обезжириваете). Первый этап пройден поздравляю. Этап два. Подбор оптимального время экспозиции. В этом этапе ваша задача наделать как можно больше ошибок чтобы понять рамки дозволенного.
Как подбирать экспозицию, очень просто, пишите на прозрачной пленке цифры(секунды экспозиции) и закрываете их от лампы через то время которое на них написано. У меня вышло в районе 2 минут. Однако лучше всего продолжить подбор еще минуты на 2. Постарайтесь пересветить шаблон или цифры(смотря что вы используете) что бы понять что будет если передержать фоторезист на свету. Не бойтесь испоганить первые прототипы. В итоге лично я при своих 2 минутах держу 3 минуты. Опытным путем я исправил еще одну проблему. При проявке фоторезиста он начинает загибатся по краям. Как я понял это либо из-за недогрева либо из-за недосвета. Да, не забывайте прогревать фоторезист после нанесения на текстолит, это очень сказывается на склейке. По поводу шаблона для фоторезиста, могу сказать, что я использую обычную печать на прозрачной пленке в соседней печати. Склеиваю два шаблона и просвечиваю.(двух лично мне хватает). Так же если проблема загиба краев после проявки не убирается прогревом и увеличением экспозиции я советую не сушить заготовку.
То есть вы ее проявили и сразу переложили в чистую воду, она там поплавала, очистилась и сразу переложили в хлорное железо или перекись(мне больше перекись по душе)(я так раствор называю, состав есть на других сайтах). главное не сушить заготовку до конца, она должна всегда быть мокрая. Из важного вроде все. Давайте по пунктам.
Сделайте тонкие полосы на шаблонах, так удобнее совмещать. Максимально чистая и ровная заготовка(не шлифованная) Заготовка должна быть обезжирена. После нанесения фоторезиста его необходимо прогреть, можно утюгом прижимая, можно в ламинаторе. Постарайтесь после подогрева ее резго не охлаждать. Не бойтесь пересветить заготовку. Держите чуть дольше чем нужно. Старайтесь чтобы заготовка после проявки оставалась мокрая, переложите ее в воду, побултыхайте и в раствор для травления. Вот и все, если будут вопросы, пишите коменты.
Печатные платы с помощью фотополимерного 3D-принтера / Хабр
3D-принтерами сейчас уже никого не удивишь.
А в последние год-два благодаря сильному снижению стоимости бурно расцветает и их фотополимерный подвид. Сейчас такой принтер доступен уже практически каждому и число их моделей на рынке множится каждый месяц.
Еще когда я несколько лет назад только узнал о появлении нового типа фотополимерных принтеров — у которых изображение слоя для засветки формируется ЖК-дисплеем, у меня уже тогда мелькнула мысль «Хм, а если им подставить фоторезист на текстолите?». Но тогда это был чисто теоретический вопрос — цены на них были немалыми, а разрешение и площадь дисплея оставляли желать лучшего. Однако на сегодня эти принтеры уже могут похвастаться и приличным разрешением — от 30 мкм пиксель, и вполне нормальной площадью дисплея.
И как оказалось, с помощью недорогого современного фотополимерного принтера вполне можно делать платы с дорожками/промежутками от 0.15 мм.
Заранее приношу извинения за такую объемную графоманию, я сам не ожидал, что заметка так растолстеет…
Предвижу вопрос «Но зачем? В Китае же за копейки сделают нормальные платы с маской и шелкографией!».
Отвечаю: сейчас скорее всего предстоит несколько итераций доводки платы до удовлетворяющего состояния. Сделал плату — испытал ее — внес исправления. И так несколько раз. Ждать каждый раз по 2-3 недели из Китая не вариант 🙂 А вот когда определится окончательная конструкция платы — тогда конечно же нормальное производство в Китае или на Резоните.
А теперь к делу.
Кто не знает — вот вкратце принцип работы такого принтераГлавная часть такого принтера — LCD-дисплей. Под этим дисплеем находится источник УФ с длиной волны 405 нм. Над дисплеем находится ванна с фотополимером, у которой в качестве дна тонкая прозрачная FEP-пленка. В ванну опускается платформа, на которой «выращивается» модель. В начале печати платформа опускается на высоту одного слоя от пленки, на дисплей выводится изображение первого слоя и на заданное время включается УФ-засветка. Засветка, попадая через «открытые» пиксели дисплея и пленку на фотополимер отверждает его, так получается затвердевший слой. Первый слой прилипает к платформе.
Затем засветка выключается, платформа приподнимается на высоту следующего слоя, на дисплей выводится изображение этого слоя и включается засветка. Второй слой отверждается, свариваясь с предыдущим слоем. И так повторяется раз за разом, пока не будет напечатана вся модель.
Идея попробовать изготовить печатную плату с помощью такого принтера появилась у меня вновь года три назад, когда я приобрел себе принтер Anycubic Photon S. Но сначала меня не устраивало его качество (в оригинальном виде он сильно мылит засвечиваемые изображения), потом закрутился по работе, потом просто забыл про эту идею, т.к. и необходимости в изготовлении плат не было. Но на днях вот как раз появилась нужда в изготовлении нескольких небольших плат, причем с высокой вероятностью, что по мере проб в эти платы будут вноситься изменения и нужно будет за короткое время пройти несколько итераций «изготовил-проверил-изменил». И идея вновь всплыла на поверхность.
Честно говоря, я думал, что интернет к настоящему времени будет уже заполнен результатами таких опытов, идея-то лежит на поверхности 🙂 Но к своему удивлению обнаружил, что в сети почти полная тишина по этому вопросу.
Есть отдельные заметки, но в них нет никакой целостности и завершенности. Поэтому я и решил опубликовать этот пост — может быть он кому-то поможет пройти весь путь быстрее, чем мне, и с меньшим количеством граблей 🙂
Во-первых, в чем преимущество засветки на принтере перед традиционной засветкой через шаблон на пленке?
Ну, самое главное — не нужна пленка и не нужно биться над повышением контрастности шаблона. Так же не нужен отдельный источник УФ с местом под его установку. Ну и, конечно же, это стильно, модно, молодежно.
Есть и недостатки — разрешение большинства современных 3D-принтеров все же пока не вызывает особого восторга — размер пикселей у всех колеблется в районе 0.05 мм. Но этого уже достаточно для уверенного изготовления плат с дорожками от 0.2 мм и довольно высокими шансами на успех с дорожками от 0.15 мм. Из-за растровости такого вывода шаблона положение и размеры элементов на нем могут гулять +-1 пиксель, поэтому на дорожки 0.1 мм и меньше рассчитывать, я думаю, даже не стоит.
Пойдем по порядку.
Задача
Необходимо изготовить в домашних условиях печатную плату с помощью фоторезиста. Вместо шаблонов и лампы засветки использовать фотополимерный 3D-принтер, который будет служить и тем и другим одновременно.
Разобьем задачу на отдельные шаги-решения по каждому моменту.
Разработка платы
Вывод слоев в понятный для принтера формат
Подготовка текстолита с фоторезистом
Засветка на принтере
Проявление фоторезиста, травление платы
1. Разработка печатной платы
Ну, тут вопросов не возникает. Кто в какой программе предпочитает работать — в той и делает платы. Главное, чтобы программа умела в каком-то общеупотребимом виде выводить результат. Самый простой путь, который я нащупал — это вывод слоев платы в файлы gerber, которые можно скормить онлайн-сервису. Но можно так же вывести и в PDF или в картинки.
2. Преобразование вывода CAD в вид, понятный принтеру
Вот тут уже начинаются сложности.
Если практически все CAD умеют выводить в общепринятые форматы — герберы, DXF, печать в PDF, то производители 3D-принтеров пока что категорически отказываются принимать какой-то стандарт файлов. Каждый извращается как может. Ситуацию во многом спасает то, что многие производители используют в своих принтерах материнские платы одной китайской компании — Chitu Systems. Благодаря этому многие принтеры на таких платах способны понимать один из базовых форматов, разработанных этой же компанией. И даже зачастую если файл имеет какое-то уникальное расширение, то на поверку он имеет тот же базовый формат, просто с другим расширением. Но может и отличаться какими-то деталями.
В любом случае, существует известная в кругу фотополимерщиков бесплатная утилита UVtools, которая умеет открывать файлы в одном формате и конвертировать их в другой формат. Она понимает практически все форматы на рынке 🙂
Я попробовал два способа подготовки файлов со слоями для принтера и опишу оба.
2.1 Вывод в Gerber и преобразование в .
photonФормат файлов с расширением .photon понимается старыми принтерами компании Anycubic — Photon и Photon S. Это как раз тот случай, когда производитель принтеров взял формат у Chitu и изменил ему расширение. В оригинале это Читувский формат .cbddlp, так что можно смело менять расширения у этих типов файлов между собой и принтеры их сожрут как родные.
Так как у меня как раз принтер, понимающий этот формат, то мне этот способ подошел идеально. Ограничения этого способа — принтер должен понимать файлы .photon или .cbddlp и иметь стандартный для большинства немонохромных принтеров дисплей с расширением 2560х1440 и диагональю 5.5″.
Выводим слои платы из CAD в герберы. Как это делается — зависит от программы, в интернете полно руководств как это сделать для любой CAD, которая это в принципе умеет. Зеркалить слои или нет — разницы нет, их можно отзеркалить и в утилите в процессе конвертации.
Теперь открываем онлайн-утилиту преобразования гербер-файлов — https://pcbprint.
online/ и загружаем в нее герберы. Это, кстати, утилита от российского разработчика, который обитает тут.
В ней несложно разобраться, хотя там и отсутствует какая-либо информация или помощь. Но приведу короткий гайд:
Для односторонней платыЗагружаем в главном окне свой гербер кнопкой «Upload file»:
Убедились, что все нормально и изображение соответствует ожиданиям, при необходимости сделали негатив или отзеркалили изображение кнопками сверху в центре, и жмем кнопку «Render layout»:
Теперь жмем «Lauout» справа вверху и попадаем в другой экран:
Здесь сначала нужно зайти в настройки (кнопка-шестеренка справа вверху) и там выбрать формат выходного файла «photon»:
Время в «Exposition» можно оставить по умолчанию и менять его на нужное уже непосредственно в принтере. Но можно и сразу поставить нужное, если его значение уже известно 🙂
Закрываем настройки и возвращаемся в предыдущий экран. Тут выводимое изображение находится на черном пространстве, показывающем рабочее поле принтера.
Изображение можно двигать, выравнивать. Когда все устраивает, нажимаем сначала «Render», и когда находящаяся с ней рядом кнопка «Download result» станет активной — жмем и ее. И сохраняем предложенный файл .photon в удобное место на компе 🙂
Для двухсторонних плат все немного сложнее из-за необходимости их совмещать. Следовательно, нужно очень точно знать положение изображения, выводимого на дисплей принтера, чтобы очень точно положить в соответствии с ним плату на дисплей.
У меня было несколько вариантов решения этого вопроса, но в конечном счете я решил остановиться на самом простом из них, не требующем никаких механических кондукторов. Для этого я еще в CAD в отдельном слое (можно в слое border или в любом другом «ненужном») рисую рамку вокруг платы линией 0.15 мм и с отступом от краев платы 0.25 мм. В итоге у меня получаются три гербера — верхний слой, нижний слой и отдельная пустая рамка.
Все три гербера я загружаю на указанный выше сайт и затем в несколько шагов получаю три файла для принтера.
Итак, загрузили все три гербера. Все они скучкованы вперемешку, но это не страшно:
Теперь скрываем верхний и нижний слои, оставляя только рамку (нажимая на глазики в названиях герберов).
Жмем «Render layout» и переходим в экран «Layout» кнопкой в правом верхнем углу. Видим пустую рамку, вытягиваем ее в нужное положение на черном поле дисплея, жмем «Render» и «Download». Первый файл для принтера готов.
Переходим обратно в экран герберов кнопкой «PCB comose». Вновь отображаем первый слой (слой рамки при этом так же остается видимым), при необходимости зеркалим и снова жмем «Render layout». Опять переходим в экран вывода и теперь там на поле дисплея висят две картинки — отдельная рамка и первый слой с рамкой. Рамка так и осталась на том месте, куда мы ее вытянули в прошлый раз. И теперь наша задача — точно совместить рамку первого слоя и пустую рамку:
Жмем «Увеличить» и совмещаем по одному из углов. При этом ни в коем случае нельзя сдвигать пустую рамку, которую мы выставили в прошлом шаге!
Совместили, жмем «Render» и «Download», и у нас есть второй файл для принтера.
Перед тем как вернуться в экран герберов, удаляем рендер слоя с рамкой, у нас опять должна остаться пустая рамка. И теперь возвращаемся к герберам, скрываем первый слой и отображаем второй, смотрим необходимость зеркалить, жмем «Render layout» и снова переходим в этот экран. Точно так же совмещаем рамку слоя с пустой рамкой (которую нельзя сдвигать!), дальше «Render» и «Download».
Все, все три нужных файла для принтера готовы.
Весь этот геморрой позволяет сформировать для принтера файлы пустой рамки и слоев с рамкой в одном и том же месте дисплея принтера с высокой точностью. Пустая рамка служит для прицеливания платы, об этом еще будет сказано ниже.
При необходимости полученные файлы .photon можно сконвертировать в нужный формат с помощью UVtools 🙂
2.2 Вывод слоев в PDF или картинки
Второй способ, пожалуй, более замороченный, но его большое преимущество — универсальность, он подходит для любых принтеров, чьи форматы поддерживает утилита UVtools. Я опишу его только в общих чертах, т.
к. инструментариев и конкретных путей его реализации довольно много и каждый может выбрать их по своим предпочтениям.
Итак, цель первого шага — получить картинку размером, равным разрешению дисплея принтера, желательно в формате без потерь сжатия. При этом изображение слоя на картинке должно соответствовать в масштабе дисплея реальным размерам.
Если CAD позволяет вывести сразу в картинку — отлично, выводим в нее. Если разрешение выводимой картинки настраивается — указываем разрешение дисплея принтера. Посчитать его элементарно — количество пикселей по ширине дисплея делим на ширину рабочей области в мм и умножаем результат на 25.4, получаем разрешение в пикселях на дюйм. Если разрешение не настраивается, то выставляем размер картинки как можно больше, чтобы на 1 мм платы приходилось не менее 15-20 пикселей.
Если вывод в картинку в CAD недоступен, то выводим в PDF. Этот PDF нужно будет открыть в другой программе и преобразовать в картинку. Фотошоп, Корел, может быть и другие программы умеют это.
.. Требования к разрешению картинки те же. К примеру, в Фотошопе можно при импорте PDF сразу указать с каким разрешением преобразовать в изображение. К примеру, для распространенных дисплеев разрешением 2560х1440 и диагональю 5.5″ разрешение составляет примерно 537.566 PPI (размер пикселя — 0.04725 мм).
Полученную картинку нужно будет изменить в каком-либо редакторе изображений, приведя ее размер к разрешению дисплея принтера. Изображение слоя при этом нужно отмасштабировать к реальному (с учетом размера пикселя дисплея принтера) либо сохранить без масштабирования, если при импорте картинки указали PPI дисплея.
UPD: в комментариях @0x3f00 дал ссылку на свой конвертер изображений PNG в файлы для принтера .photon — https://github.com/0x3f00/PhotonCpp/releases/tag/v1.0.0 . Там же инструкция по его использованию как раз в целях изготовления плат — https://github.com/borelg/PhotonPCB .
2.3 Есть и еще один способ, но очень уж ресурсозатратный
Можно вывести слои в PDF, затем открыть этот PDF в Кореле, преобразовать, сохранить в DXF, из этого DXF вытянуть трехмерный объект, который и запихнуть в слайсер принтера.
Необходимые преобразования в векторном редакторе:
Соединить все кривые.
Преобразовать абрисы в объекты.
Выполнить объединение пересекающихся объектов.
Вытянуть из DXF трехмерный объект позволяет, например, SolidWorks. Fusion360 тоже вроде может. Кто еще способен на это — я, честно говоря, не знаю, но по идее любая CAD, которая может импортировать DXF как эскиз.
Таким образом я, например, сделал модель для определения времени засветки фоторезиста.
3. Подготовка текстолита с фоторезистом
На эту тему интернет просто завален статьями, но ради целостности и ради некоторых специфических моментов я опишу и такие широко известные этапы как подготовка и травление текстолита.
Мой первый опыт такого изготовления был пару дней назад с отечественным фоторезистом ПФ-ВЩ. С учетом последнего вчерашнего опыта я категорически советую не тратить время на этот фоторезист, а сразу брать приличный — Ordyl Alpha 350(330) 🙂 Говорят, еще Kolon приличный, но его я не пробовал.
С фоторезистом Ordyl результаты получаются гораздо более стабильные и точные, он проще проявляется и гораздо крепче держится на фольге. И он может простить те ошибки, которые будут критичными для ПФ-ВЩ. И что немаловажно — продается в куче мест довольно недорого.
3.1 Подготовка текстолита
Начну с того, что текстолит должен быть ровным, очень желательно с гладкой фольгой без царапин и вмятин. Иначе шансы на успех снижаются.
Если изготавливается двухсторонняя плата, то нужно сразу вырезать из текстолита плату точно в размер. Если есть какой-нибудь CNC-фрезер, то можно за одну установку сразу и просверлить все отверстия и вырезать по контуру, как это делаю я. Если нет, то сверловку лучше оставить на потом, когда плата будет вытравлена.
После этого заготовку текстолита необходимо очень тщательно почистить и обезжирить. Это можно сделать кухонной абразивной губкой (но только не использованной для мытья посуды, на которой уже накопились жиры) и чистящим порошком наподобие Пемолюкса.
Очень тщательно, не спеша трем каждый квадратный миллиметр фольги, не трогая ее пальцами. Вообще, фольгу после начала чистки трогать пальцами категорически не советую, на ней не должно быть ни малейшего даже самого слабого жирного пятнышка. После чистки тщательно промыть в проточной воде, стряхнуть излишки воды и дать ей высохнуть. Промакать или протирать чем-либо не советую, т.к. можно нанести жировые загрязнения, даже с новой салфетки.
3.2 Нанесение фоторезиста
Тоже довольно изъезженная в интернетах тема, поэтому пройдусь коротко.
Фоторезист обычно идет в листах или рулонах. Состоит он из трех слоев — две защитные пленки и сам фоторезист между ними. От фоторезиста отрезается кусочек по размеру платы +5 мм по длине и ширине, затем с него снимается матовая (полиэтиленовая) защитная пленка.
вторая, глянцевая (лавсановая) должна оставаться на нем вплоть до этапа травления.
Проще всего снять пленку с помощью кусочка скотча. Он клеится краем на уголок фоторезиста и затем отгибается назад, утягивая за собой и защитную пленку.
После снятия матовой пленки фоторезист прикладывается к краю платы и приглаживается по этому краю пальцем. Остальной фоторезист держится на весу, без натяга, но так, чтобы как можно меньшая его площадь ложилась на фольгу.
Учтите, что если фоторезист Ordyl упадет на хорошо подготовленный текстолит, то он может намертво приклеиться к нему, и без пузырей его уже не накатаешь. Придется отскребать его и повторять все заново. А ПФ-ВЩ может падать сколько угодно — он точно не приклеится 🙂
Теперь сама накатка. Если у Вас есть ламинатор, в который по толщине пролезет текстолит, то просто замечательно. Делаем из сложенной вдвое полоски бумаги типа конвертика, кладем текстолит с прилепленным краем фоторезиста в него, и подаем этот бутерброд в ламинатор, нагретый до 100-110 градусов. При этом продолжаем придерживать фоторезист, чтобы он соприкасался с фольгой текстолита только непосредственно на входе ламинатора.
Для Ordyl на этом все, для ПФ-ВЩ будет невредным прокатать еще пару раз.
Если ламинатора нет, то приглаживаем фоторезист к текстолиту пальцем от края до края, постепенно опуская его на текстолит. Главное — не поймать пузыри. После того как весь фоторезист лег на фольгу, берем фен и прогреваем текстолит градусов до 70, после чего еще раз хорошенько проглаживаем весь фоторезист.
После накатки даем текстолиту с фоторезистом отлежаться минут 15-20, или как минимум пока они не остынут до комнатной температуры — по рекомендации производителя фоторезиста.
И теперь все готово для засветки рисунка слоя 🙂
4. Засветка на принтере
Сразу хочу предупредить: смотреть прямо в светящийся дисплей фотополимерного принтера может быть не очень полезным для глаз. Хоть там и не настоящий УФ (405 нм), но яркость довольно ощутима и может оказать вредное воздействие на глаза. Поэтому рекомендую использовать цветные или затемненные защитные очки. Полагаю, что даже солнцезащитные подойдут.
Для начала, с принтера необходимо снять ванну и платформу, они для этого дела совершенно не нужны и даже мешают.
На этом подготовка принтера заканчивается 🙂
В засветке тоже есть разные варианты. Если у Вас односторонняя плата и заготовка больше необходимого для платы размера, то все просто — закидываете в принтер файл, полученный на этапе подготовки и, зная примерное место вывода изображения на дисплей, кладете на это место текстолит с фоторезистом. Затем запускаете печать файла и ждете пока она завершится. Все, фоторезист засвечен, можно проявлять.
Если заготовка по размерам равна изготавливаемой плате и ошибка с положением заготовки на дисплее недопустима, то в этом случае нужно при подготовке вывести и рамку, как в случае для двухсторонней платы. Засветка тоже происходит с использованием рамки, аналогично двухсторонней плате, только без второй стороны и второго слоя.
Итак, засветка двухсторонней платы. Закидываем в принтер все три файла — с рамкой, с первым слоем и со вторым слоем. Кладем рядом с принтером в быстрой доступности заготовку. Если она уже предварительно засверлена, то полезно будет убедиться, что она лежит в правильном положении, чтобы можно было ее быстро взять и сразу положить на дисплей.
Для этого запускаем файл со слоем, планируемым к засветке, и сравниваем рисунок слоя на дисплее и ориентацию платы рядом с принтером.
Запускаем на печать файл с одной рамкой. Как только рамка засветилась на дисплее принтера, берем заготовку и кладем примерно внутрь рамки. Пока рамка засвечивается, выравниваем заготовку так, чтобы она была точно в рамке, с одинаковым отступом рамки от краев заготовки по всем сторонам.
На фото я привел пример с уже готовой платой, т.к. в процессе ее изготовления не фотографировал. Ну и отражения мешают довольно сильно, увы… Но думаю, понятно и так 🙂
Все, положение заготовки выверено, печать файла рамки можно прервать или дождаться ее окончания. Не сдвигая заготовку, запускаем файл с первым слоем и дожидаемся его окончания. Второй слой (вторую сторону) засвечиваем аналогично — запускаем рамку, кладем и выравниваем заготовку, не двигая ее запускаем второй слой. Перед этим на всякий случай можно удостовериться, что заготовка ляжет в правильной ориентации, как перед первым слоем.
Если заготовка не совсем ровная и не прилегает всей площадью к дисплею, то можно придавить ее сверху какой-нибудь тяжелой плоской железякой. Нужно только убедиться, что эта железяка не помешает рычагу платформы, который будет опускаться вниз с началом печати — принтер-то думает, что это обычная печать фотополимером и нужно опустить платформу к дну ванны 🙂
Время засветки может быть разным от принтера к принтеру. Это зависит и от мощности излучателя, и от оптической системы засветки, и от того какой тип дисплея стоит — монохромный или RGB. Тут уже надо подбирать каждому индивидуально. Для ориентировки могу сказать, что у меня наилучший результат с фоторезистом Ordyl получился на времени засветки около 90-110 секунд. С фоторезистом ПФ-ВЩ — около 10-13 минут. Принтер с параледом, мощность засветки чуть менее 50 ватт.
После засветки заготовке надо дать отлежаться минут 15 — это по рекомендации производителя фоторезиста. Ordyl довольно заметно меняет цвет засвеченных участков, так что довольно легко проконтролировать засветку.
К сожалению, на фото это плохо передалось, глазами видно лучше.
5. Проявление, травление
Тут все по рекомендации производителя фоторезиста и по классике интернетов.
Вся необходимая химия была недорого закуплена в Ашане. Даже перекись водорода 6% — вот это для меня была неожиданность, никогда раньше не видел ее в гипермаркетах, да еще в литровых бутылках.
Для одного сеанса нужно:
Кальцинированная сода — 1.5 грамма
Перекись водорода — 150 мл для 3% (или 75 мл для 6% + 75 мл воды)
Лимонная кислота — 45 грамм
Соль — 7.5 грамма
Щелочь (едкий натр, гидроксид натрия) 5-7% — 100 мл (покупается самое дешевое средство для прочистки канализации и разбавляется водой в пропорции 1:1, только при покупке убедиться, что оно на основе гидроксида натрия)
При дешевизне и легкости покупки за ближайшим углом всех компонентов я сторонник того, чтобы для каждой платы готовить новый раствор. Хотя раствор для травления, как пишут, и так не хранится.
А раствор кальцинированной соды заметно «беднеет» в процессе проявки. Разве что едкий натр можно использовать многоразово, но стоит ли это того, чтобы хранить еще одну бутылку…
И Ordyl и ПФ-ВЩ проявляются в слабом растворе кальцинированной соды. Для ПФ-ВЩ — 1-2%, для Ordyl — 0.8-1.2%. Для Ordyl берем 150 мл воды и разбавляем в ней 1.5 грамма соды. Раствор можно подогреть градусов до 30, это ускорит проявление, но важно не перестараться, иначе могут начать повреждаться и засвеченные участки.
Проявляется Ordyl довольно быстро. Уже через 10-15 секунд засвеченный рисунок начинает становиться все контрастнее, незасвеченные участки постепенно растворяются, утоньшаются и становятся все бледнее.
Для ускорения процесса рекомендуется покачивать ванночку, чтобы продукты реакции смывались с поверхности заготовки. Я для этого приспособил свой старый 3D-принтер, его столик и покачивал и подогревал ванночку с раствором во время проявки и травления 🙂
А вот ПФ-ВЩ у меня проявлялся совсем не так бодро.
Минуты две проходило прежде чем появлялись хоть какие-то признаки того, что проявка началась. Кроме того, если Ordyl именно растворяется, то ПФ-ВЩ сначала набухал как желатин и обесцвечивался, и только потом начинал медленно растворяться.
Под конец проявки можно несколько раз пройтись жесткой малярной кистью (или мягкой зубной щеткой) по платам в разных направлениях, чтобы помочь вымыться остаткам фоторезиста из узких мест. Ordyl держится крепко, его эта процедура не должна сорвать, а вот с ПФ-ВЩ нужно быть очень нежным, он и без щетки так и норовит отслоиться на тонких дорожках.
После окончания травления заготовку нужно промыть в холодной воде, чтобы остатки соды не продолжали свое воздействие на фоторезист, и чтобы не засорять ими раствор для травления.
Результат должен получиться получился примерно вот такой, а может даже лучше 🙂
ПодробнееМасштаб квадрата сетки — 0.2 мм:
Масштаб тот же. Тут видна растровая составляющая засветки, пиксели торчат:
Травление тоже делалось по традиционному рецепту, популярному в сети:
Раствор лучше подогреть до 40-50 градусов, тогда травление идет гораздо быстрее.
Это мой первый опыт с таким раствором. Раньше я травил перхлоратом аммония, а совсем раньше — классическим хлорным железом. Честно говоря, не могу определенно выразить свои ощущения от этого раствора. С одной стороны, он травит довольно быстро, прозрачный, не пачкается, сравнительно безопасен. С другой стороны, мне показалось, что он довольно сильно подтравливает… Но может быть просто показалось, я изготовлением плат не занимался уже лет 10 и забыл как оно все работало когда деревья были большими 🙂
После травления необходимо удалить с заготовки засвеченный фоторезист, и делается это в едком натре. На моей бутылке средства для очистки про концентрацию написано «не менее 5%, но не более 15%», для удаления фоторезиста требуется 5-8%. Я разбавил средство водой 1:1 и этот раствор прекрасно справился с задачей. Фоторезист в нем не растворяется, он просто через 2-3 минуты отслаивается от фольги и начинает плавать лохмотьями в растворе.
После этого плата тщательно промывается под краном и.
.. Плата готова!
Итоги моего опыта
В целом я доволен. Я не рассчитывал получить дорожки/зазоры в 0.1 мм и я их не получил. Тут и возможности принтера сильно ограничивают (размер пикселей), да и вообще для таких результатов нужен неплохой опыт. Но я надеялся получить хотя бы 0.2 мм, а если повезет, то и 0.15 мм — и я это получил. 0.2 мм уверенно, 0.15 мм — ну так себе… Если постараться, то можно добиться 🙂
Не обошлось без огрехов — это и непротрав в некоторых участках, и неидеальное совмещение слоев и отверстий. Но и то и другое не критично. По непротраву — я думаю, что просто поспешил вынуть из проявки, боялся после ПФ-ВЩ, что начнут отслаиваться тонкие дорожки. Хотя в отзывах народ пишет, что перепроявить этот Ordyl довольно сложно, нужно постараться для этого. Неидеальное совмещение слоев и отверстий — это ожидаемо. От такого простейшего способа совмещения я и ожидал погрешности в 0.1-0.2 мм, что и получил, но меня это устраивает.
Спасибо тем, кто дочитал.
КИТ — КИТ — Медиа — Пресс-релизы — Архив Пресс-релизы
Пресс-релиз 077/2020
Исследователи кластера передового опыта 3D Matter Made to Order Расширить возможности двухфотонной микропечати
Изменение цвета: Правильный микроцилиндр, напечатанный с новый фоторезист кажется белым, потому что свет рассеивается в его губчатой структуре, тогда как цилиндр, напечатанный с помощью обычного фоторезиста, кажется прозрачным. (Рисунок: 3DMM2O)
Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Гейдельбергского университета разработали фоторезист для двухфотонной микропечати. В настоящее время он впервые используется для создания трехмерных полимерных микроструктур с полостями в нанодиапазоне.
В Advanced Materials ученые, участвующие в совместном Cluster of Excellence 3D Matter Made to Order, сообщают, как можно контролировать пористость во время печати и как это влияет на светорассеивающие свойства микроструктур. (DOI: 10.1002/adma.202002044)
Фоторезисты — это печатные краски, используемые для трехмерной печати мельчайших микроструктур с помощью так называемой двухфотонной литографии. Во время печати лазерный луч перемещается во всех пространственных направлениях через изначально жидкий фоторезист. Фоторезист затвердевает только в фокусе лазерного луча. Постепенно таким образом можно создавать сложные микроструктуры. На втором этапе растворитель используется для удаления тех участков, которые не подвергались воздействию радиации. Сложные полимерные архитектуры в микрометровом и нанометровом диапазоне остаются.
Двухфотонная полимеризация или основанная на этом процессе двухфотонная микропечать уже несколько лет широко изучается, в частности, в отношении производства микрооптики, так называемых метаматериалов, и микроскаффолдов для экспериментов с отдельными биологическими клетками.
От прозрачного к белому
«Никогда не существовало фоторезиста для трехмерной лазерной микропечати, с помощью которого можно было бы печатать «белый» материал», — отмечает Фредерик Майер. Как и в пористой яичной скорлупе, множество маленьких отверстий для воздуха в пористых наноархитектурах делают их белыми. Смешивание белых частиц с обычным фоторезистом не дало бы такого эффекта, потому что фоторезист должен быть прозрачным для (красного) лазерного луча во время печати.
Другим фактором, открывающим новые области применения, является чрезвычайно большая площадь внутренней поверхности пористого материала. Это может быть полезно для процессов фильтрации на небольшом пространстве, высоко водоотталкивающих покрытий или культивирования биологических клеток.
Сотрудничество трех из девяти исследовательских направлений Кластера передового опыта выявило области применения нового фоторезиста и способы его наилучшего применения. С помощью электронной микроскопии и оптических экспериментов исследователи показали, как полости распределяются в печатных структурах и как их формированием можно управлять, изменяя параметры печати и, в частности, интенсивность лазерных импульсов. Работу в кластере передового опыта выполняли материаловеды из Гейдельбергского университета, а также химики и физики из КИТ.
Cluster of Excellence 3D Matter Made to Order
В рамках Cluster of Excellence 3D Matter Made to Order (3DMM2O) ученые Технологического института Карлсруэ и Гейдельбергского университета проводят междисциплинарные исследования инновационных технологий и материалов для цифрового масштабируемого аддитивного производства. для повышения точности, скорости и производительности 3D-печати. Работа направлена на полную цифровизацию 3D-производства и обработки материалов от молекулы до микроструктуры. В дополнение к финансированию кластера передового опыта в рамках конкурса Excellence Strategy, организованного федерацией и федеральными землями, 3DMM3O финансируется Фондом Carl Zeiss.
Дополнительная информация: www.3dmm2o.de
Originalveröffentlichung:
Ф. Майер, Д. Риклин, И. Ваккер, Р. Куртичан, М. Чалковский, А. Нимейер, З. Донг, П.А. Левкин, Д. Гертсен, Р. Р. Шредер, М. Вегенер: Трехмерная двухфотонная микропечать нанопористых архитектур.
Advanced Materials 2020, https://doi.org/10.1002/adma.202002044
Основанный в 1386 году, Руперто Карола является международным исследовательским университетом, спектр предметов которого включает гуманитарные науки, социальные науки, право, естественные и жизненные науки. наук и медицины. Как один из университетов передового опыта в Германии, успехи Гейдельбергского университета в конкурсах передового опыта и его положение в международных рейтингах подтверждают его ведущую роль в академической среде. Частью концепции Гейдельбергского университета является дальнейшее развитие выдающихся отдельных дисциплин, укрепление междисциплинарного сотрудничества и распространение результатов исследований в обществе. С ориентированным на исследования курсом обучения в более чем 180 программах почти 30 000 студентов могут выбирать практически из единственного набора комбинаций предметов и индивидуальных путей квалификации.
Являясь «Исследовательским университетом ассоциации Гельмгольца», КИТ создает и передает знания для общества и окружающей среды.
jha, 09.09.2020
Контакт для этого пресс-релиза:
Юстус Хартлиб
Пресс-атташе
Телефон: +49 721 608-41155
Юстус Хар tlieb ∂does-not-exist.kit edu
presse ∂does-not-exist.kit edu или по телефону: +49 721 608-41105.
Пресс-релиз доступен в формате PDF.
Новый тип фоторезиста позволяет печатать мельчайшие пористые структуры в 3D
Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Гейдельбергского университета разработали фоторезист для двухфотонной микропечати, с помощью которого впервые можно создавать трехмерные полимерные микроструктуры с полостями наноразмера. произведено. В специализированном журнале Advanced Materials ученые из объединенного кластера передового опыта 3D Matter Made to Order сообщают, как можно контролировать пористость в процессе печати и как это влияет на светорассеивающие свойства микроструктур. (DOI: 10.1002/adma.202002044)
Фоторезисты — это печатные краски, которые можно использовать для 3D-печати мельчайших микроструктур с использованием так называемой двухфотонной литографии. Во время печати лазерный луч перемещается во всех пространственных направлениях через изначально жидкий фоторезист. Здесь фоторезист затвердевает только в фокусе лазерного луча.
Постепенно таким образом можно создавать сложные микроструктуры. На втором этапе растворитель вымывает те области, которые не подвергались воздействию. Остаются сложные полимерные архитектуры в микро- и нанометровом масштабе.
Двухфотонная полимеризация или двухфотонная микропечать, основанная на этом процессе, интенсивно исследуется в течение нескольких лет в отношении производства микрооптики, так называемых метаматериалов или микрокаркасов для экспериментов с отдельными биологические клетки. Для расширения области применения требуются новые печатные материалы. Именно здесь в дело вступают ученые Кластера передового опыта 3D Matter Made to Order (3DMM2O) из KIT и Гейдельбергского университета: «С предыдущими фоторезистами можно было печатать только прозрачными, похожими на стекло полимерами», — объясняет Фредерик Майер, руководитель автор исследования и физик КИТ. «Наш новый фоторезист впервые позволяет печатать трехмерные микроструктуры из пористой нанопены.
От прозрачного к белому «До сих пор не существовало фоторезиста для трехмерной лазерной микропечати, который можно было бы использовать для печати «белого» материала», — говорит Фредерик Майер.
Как и в пористой яичной скорлупе, многочисленные крошечные отверстия для воздуха в пористых наноархитектурах делают их белыми. Простое смешивание белых частиц с обычным лаком не будет решением, потому что фоторезист должен быть прозрачным для (красного) лазерного луча во время печати. «Наш лак, — говорит Майер, — прозрачен перед печатью, но напечатанные объекты белые и поэтому обладают высокой степенью отражательной способности». Исследователи из Карлсруэ и Гейдельберга продемонстрировали это свойство, напечатав интегрирующую сферу толщиной с волос, компонент технической оптики.
Еще одним фактором, открывающим новые возможности, является чрезвычайно большая площадь внутренней поверхности пористого материала. В процессах фильтрации в самых маленьких помещениях, в чрезвычайно водоотталкивающих покрытиях или в культивировании биологических клеток это однажды может дать положительный эффект.
Для чего подходит новый фоторезист и как его можно использовать наилучшим образом, можно описать в всеобъемлющем сотрудничестве трех из девяти основных областей исследований Cluster of Excellence.
Используя электронно-микроскопические и оптические эксперименты, исследователи показали, как полости распределяются в печатных структурах и как их образованием можно управлять, изменяя настройки давления, особенно силу лазерных импульсов. Исследователи из Гейдельберга в области материаловедения и исследователи из Карлсруэ в области химии и физики внесли свой вклад в текущую работу Кластера передового опыта.
В рамках Cluster of Excellence 3D Matter Made to Order (3DMM2O) ученые из Технологического института Карлсруэ и Гейдельбергского университета проводят междисциплинарные исследования инновационных технологий и материалов для аддитивных технологий с цифровым масштабированием. производственных процессов, чтобы сделать 3D-печать более точной, быстрой и эффективной. Цель состоит в том, чтобы полностью оцифровать трехмерное производство и обработку материалов от молекулы до макроструктуры. В дополнение к финансированию кластера передового опыта в рамках стратегии передового опыта на федеральном уровне и уровне штата, 3DMM2O финансируется Фондом Carl Zeiss.
