Tytułem wstępu
Wiele osób może kojarzyć mój artykuł na temat cynowania PCB stopem niskotopliwym Lichtenberga we wrzątku, metody którą postanowiłem promować ze względu na jej niezaprzeczalną prostotę i wręcz rewelacyjne parametry użytkowe, które w domowych zastosowaniach godne są konkurować z przemysłowymi powłokami nanoszonymi metodą HAL (HOT AIR LEVELING).
W swoim dążeniu do wykonywania jak najlepszych płytek drukowanych, postanowiłem przyjrzeć się procesowi nakładania soldermaski.
Osoby, które podjęły ten temat przede mną, mogą potwierdzić że uzyskanie płytek o dobrych walorach estetycznych i użytkowych nie jest łatwe.
Na chwilę obecną, powszechnie stosowanych w domowym zaciszu metod jest kilka, jednak stosując każdą z nich należy liczyć się z kompromisem, pomiędzy walorami estetycznymi, wytrzymałościowymi i ekonomicznymi.
Każda z tych metod ma oczywiście swoje wady i zalety ...
1. Farba do szkła - sposób 1 - mechaniczne usuwanie nadmiaru maski.
Nanoszenie soldermaski w tym wariancie polega na nanoszeniu farby pędzelkiem nylonowym na całą powierzchnię PCB,
podsuszanie a następnie usuwanie jej z padów za pomoca ostrego narzędzia.
+ realtywnie niska cena (około 15pln za 50ml)
+ łatwo dostępne materiały do nanoszenia
- kłopotliwy proces usuwania nadmiaru maski z padów
- proces jest czasochłonny (metoda wymaga drapania padów które mają być odsłonięte)
- gdy farba się zeszkli po wypalaniu jest twarda lecz krucha i tym samym podatna na odpryski
- powłokę należy traktować raczej jako imitacja soldermaski, powłoka pod względem elektrycznym i mechanicznym nie spełnia żadnych norm.
2. Farba do szkła - sposób 2 - zmywanie nadmiaru maski acetonem.
Nanoszenie soldermaski w tym wariancie rozpoczyna się od nalaminowania toneru na pady,
nanoszeniu farby pędzelkiem nylonowym na całą powierzchnię PCB, podsuszaniu a następnie delikatnym usuwaniu nadmiaru farby pedzelkiem i acetonem.
+ realtywnie niska cena (około 15pln za 50ml)
+ łatwo dostępne materiały do nanoszenia
- kłopotliwy proces usuwania nadmiaru maski z padów
- podczas zmywania maski z padów istnieje bardzo duże prawdopobieństwo zmycia farby z obszarów kotre powinny być pokryte.
- warstwa maski po wykonaniu tą metodą jest nieestetyczna, zaweiera dużo wtrąceń zanieczyszczeń oraz resztek tonera
- gdy farba się zeszkli po wypalaniu jest twarda lecz krucha i podatna na odpryski
- powłokę należy traktować raczej jako imitacja soldermaski, powłoka pod względem elektrycznym i mechanicznym nie spełnia żadnych norm.
3. Soldermaska w folii nakładana przez laminowanie
+ łatwy sposób nanoszenia maski na powierzchnię PCB (laminowanie)
+ standartowy sposób przenoszenia wzoru na emulsję (naświetlanie UV)
+ łatwo dostępne materiały do wywoływania po naświetlaniu (lekki weglan Sodu - Na2CO3)
- podczas nalaminowywania maski na powierzchnię PCB, istnieje spore prawdopodobieństwo uwięzienia pęcheżyków powietrza pomiędzy folią a laminatem
- dwustronne nanoszenie soldermaski z powierconymi otworami jest kłopotliwe
- wysoka cena (około 14PLN za arkusz A4)
- podczas lutowania, soldermaska ma tendencje do odwarstwiania się od powierzchni miedzi
- gotowa powłoka jest stosunkowo miękka, i podatna na zadrapania
4. Soldermaska UV "od chińczyka" - rozprowadzana pod folią
+ stosunkowo niska cena farby (około 50pln za 200ml)
- powłoka nakładana z użyciem małego nacisku jest nierównomierna i gruba a przez to podatna na odpryski
- podczas nanoszenia tej farby z użyciem dużego nacisku najwięcej farby gromadzi się pomiędzy ścieżkami, na ich wierzchu już zdecydowanie mniej, natomiast powłoka na granicac ścieżek jest zazwyczaj krytycznie mała.
- solerdmaski UV sa znacznie bardziej miękkie niż te przezanczone do wypalania
5. Soldermaska UV "od chińczyka" - rozprowadzana pełnym sitodrukiem
+ stosunkowo niska cena farby (około 50pln za 200ml)
+ metoda daje bardzo dobre efekty wizualne
+ powłoka jest jednorodna i równomiernie rozprowadzona po powierzchni płytki
- bardzo wysokie koszty eksploatacyjne, metoda pełnego sitodruku wymaga posiadania dodatkowych substancji chemicznych jak: emulsja swiatłoczuła do sit, odwarstwiacze emulsji, otwieracze sita, rynienki do rozprowadzania emulsji oraz posiadanie odpowiednio duzych naświetlarek umożliwiających naświetlanie emulsji na sicie.
- wyższe koszty ramy sitodrukowej - wynikające z konieczności stosowania droższych siatek kalandrowanych, eliminiujących efekt podświetlania podczas wywoływania emulsji na sicie
- proces mało elastyczny - by wykonać kilka pojedynczych płytek potrzebujemy dla kazdej z nich osobnego wzornika na ramie, niejednokrotnie potrzebnych bedzie kilka ram.
- duża czasochłonność procesu - ze względu na konieczność wykonywania dodatkowej powłoki na sicie, jej developing i póżniejsze oczyszczanie.
- rozdzielczość uzyskanego wzoru jest ściśle związana z parametrami siatki.
6. Soldermaska UV "od chińczyka" - metoda kombinowana (sitodruk z otwartym sitem + folia zwilżona alkoholem)
+ stosunkowo niska cena farby (około 50pln za 200ml)
- farba po nałożeniu na PCB i następnie podsuszana, wykazuje opór podczas naświetlania i późniejszego wywoływania - wymagane warunki beztlenowe
- podczas kontaktu plastycznej jeszcze farby z folią, bardzo łatwo może dojśc do uszkodzenia cienkiej powłoki, mamy również do czynienia z efektem "wybłyszczenia"
- solerdmaski UV sa znacznie bardziej miekkie niż te przeznaczone do wypalania
7. Soldermaska dostępna w zestawie LPKF
+ prostota nakładania, za pomocą wałka
+ bardzo krótki czas nanoszenia
- zaporowa cena (zestaw startowy na 10 razy - 650 euro, zestaw uzupełniający na 10 razy - 190 euro)
- powłoka o niejednorodnej grubości mająca "młotkową" fakturę
... dlatego też starałem się znależć sposób, który pogodzi ze sobą bardzo istotnie dla mnie kryterium jakości i wytrzymałości z ceną materiałów ekspoatacyjnych i narzędzi.
Odpowiedzią okazały się produkty marki PETERS, producenta materiałów dla przemysłu elektronicznego. W ofercie tej firmy znaleźć można produkty termo-utwardzalne, utwardzane promieniami UV, a także produkty kryjące się pod kluczem "emulsje fotoobrazowe" (z ang.: "photoimageable")
Te ostatnie pokazały się trafnym wyborem, ponieważ farby takie nanosi się na całś powierzchnię płytki a po jej podsuszeniu można ją naświetlać i wywoływać jak soldermaskę lub rezyst z folii.
Soldermaski te w zależności od wybranego wariantu można nakładać natryskowo, sitodrukiem lub kurtynowo. Mój wybór padł na produkty nanoszone metodą sitodruku, z racji tego że ten proces można niskimi nakładami przeprowadzić w domowych warunkach, a straty farby przy produkcji jednostkowych płytek są zdecydowanie najmniejsze.
Co więcej zmieniając kolor farby możemy tym samym sposobem co soldermaskę wykonać wartwę opisową dokładnie taka jaka znamy z fabrycznych płytek drukowanych.
Soldermaska jaką się zainteresowałem jest trudno dostępna na rynku dla amatorskiego zastosowania a pokaźne opakowania zbiorcze zniechęcają dodatkowo do jej zakupu.
Mimo wszystko, zachęcony potencjalnymi efektami postanowiłem podjąć ryzyko i zakupić ten produkt na własny użytek, odsprzedając część farby zainteresowanym.
Moje próby, podobnie jak próby osób partycypujacych w kosztach pierwszego zakupu okazały się znamienne i przesądziły o chęci stosowania tego produktu we własnych realizacjach.
Ponieważ zależało mi na ciągłym posiadaniu tych farb, w niewielkiej ilości (uzasadnionej własnym zużyciem), podjąłem działania dzięki którym, wybrane jej kolory można obecnie nabyć w rozsądnych ilościach i cenie na znanym portalu aukcyjnym.
Przechodząc do meritum, chciałbym przedstawić krok po kroku, sposób wykonania profesjonalnej soldermaski (a nawet warstwy opisowej !) z użyciem tych własnie produktów.
Potrzebne narzędzia i odczynniki
- źródło światła żółtego (żółte diody LED, żółta żarówka, zwykła żarówka pomalowana żółtą lub pomarańczową farbą do szkła, lub filtr z żółtej lub pomarańczowej kartki papieru)
- taśma klejąca (papierowa)
- szpatułka do mieszania
- pojemnik z równym dnem do mieszania farby (np po jogurcie)
- dokładna waga (najlepiej jubilerska z dokładnoscią 0,1 lub 0,01 grama - do kupienia na znanym portalu aukcyjnym już od 7 złotych )
- rozpuszczalnik nitro (do czyszczenia sita i odtłuszczania PCB)
- czyściwo do czyszczenia sita i odtłuszczania PCB (czysta ścierka/szmata bawełniana, czyściwo bezpyłowe)
- papier ścierny o gramaturze 240-400 (ja stosuje 320)
- kuweta lub inny pojemnik do wywoływania płytki
- lekki węglan sodu - Na2CO3 (ten sam jakiego uzywa się do wywoływania rezystu w folii lub soldermaski w folii)
- woda (kranowa)
- fragmenty laminatu, sklejki dzięki którym można zapewnić odpowiedni dystans pomiedzy płytką PCB a siatką.
- rama sitodrukowa
- rakla 75Sh
- soldermaska sitodrukowa fotoobrazowa dwuskładnikowa PETERS
- piecyk elektryczny na którym możliwe jest ustawienie temeratur 50-70*C i 150-160*C (do podsuszania można użyć alternatywnie tunelu powietrznego z pudełka kartonowego i suszarki do włosów)
- naświetlarka (taka sama jak do metody fotochemicznej)
Przebieg procesu krok po kroku
Cały proces zachodzi wg następujacego diagramu:
1. PRZYGOTOWANIE FARBY
Odważone wg proporcji 4 do 1 składniki farby dokładnie mieszamy do momentu całkowitego ich połączenia, producent zaleca 15 minut mieszania,
przy małych porcjach farby czas można skrócić, mieszanie nie może zachodzić zbyt energicznie by farba się zanadto nie napowietrzyła.
Po procesie mieszania warto odstawić farbę na kilka minut by samoistnie się odgazowała.
2. CZYSZCZENIE PCB I PRZYGOTOWYWANIE SITA DO SITODRUKU
Płytki drukowane (najlepiej już z wykonanymi otworami i usuniętymi zadziorami) matowimy papierem ściernym o gradacji 240-400 i odtłuszczamy rozpuszczalnikiem nitro.
Płytkę drukowaną mocujemy od spodu do powierzchni za pomocą taśmy klejącej, jeśli PCB przycinamy na wymiar na samym końcu to możemy ja przymocować do blatu za rogi, lub na stole próżniowym (jeśli ktoś posiada).
Miejsca klejenia siatki do ramy zabezpiczamy taśma klejacą przed zabrudzeniami farbą i podsiąkaniem rozpuszczalnika podczas jej czyszczenia.
Na rogach ramy mocujemy dystanse zapewniajacę odpowiedni odskok siatki od powierzchni PCB.
Warto również zabezpieczyć taśmą klejacą obszar niewiele większy niż szerokość rakli, ułatwi to późniejsze czyszczenie siatki.
3. NANOSZENIE POWŁOKI
Nakładamy farbę na powierzchnie sita i rozprowadzamy ją po obszarze zadruku.
Farbę rozprowadzamy po siatce przeciągając raklę raz z jednej raz z drugiej strony siatki, kończąc przeciagnięciem po stronie która będzie miała bezpośredni kontakt z PCB podczas zadruku.
Ramę z siatką kładziemy nad przymocowaną do blatu PCB z użyciem dystansów, i przeciągamy raklę tak by farba została przeniesiona na całą powierzchnię PCB.
W razie potrzeby należy powtórzyć przeciągnięcie. Jeśli siatka nie odkleja sie szybko od płaszczyzny siatki dystansami należy zwięszyć odskok.
4. ODPAROWYWANIE
Płytkę odkładamy na kilka minut, by z warstwy farby odparowała znaczna część rozpuszczalników a uwięzione pecherzyki powietrza miały możliwość ujścia.
Warto w tym czasie zabezpieczyć płytkę przed kurzem.
Proces odparowywania jest fektywniejszy w ciepłym przewiewnym miejscu, ale nie powinien zachodzić w temeraturze większej niż 50*C.
5. PODSUSZANIE
Płytkę po wstępnym odparowaniu rozpuszczlaników wkładamy do pieca o temeraturze maksymalnie 70-75*C. Jeśli wykonujemy płytkę jednostronną wyjmujemy ją po 30-45minutach.
Jeśli wykonujemy płytki dwustronne to podsuszanie pierwszej warstwy przerywamy po 15 minutach i wracamy do kroku 3 dla drugiej strony, czas przetrzymania w piecu dla drugiej strony to 45-60 minut. W jednorodnym rozkładzie temeratur podczas procesu podsuszania (jak i półżniej podczas wypalania) pomaga funkcja termoobiegu.
Jeśli w miarę nabierania wprawy widzimy że powierzchnia jest sucha w dotyku możemy czas podsuszania skrócić.
Po podsuszaniu należy płytkę wychłodzić do temeratury pokojowej tak by była odporniejsza na kontakt z folia do naświetlania (powierzchnia farby po podsuszaniu jest nadal plastyczna i delikatna). Jeśli mamy obawy co do wytrzymałości pierwszej strony podczas montażu jej przed nakładaniem farby na drugą warstwę, warto rozważyć nieznaczne wydłużenie procesu i po naniesieniu oraz podsuszeniu farby dla pierwszej wartwy przechodzimy kolejne kroki (NAŚWIETLANIE i WYWOŁYWANIE) i dopiero wtedy powtarzamy zabiegi od kroku 3 (NANOSZENIE POWŁOKI) dla drugiej strony płytki. W podobny sposób możemy wykonywać na powstałych i wywołanych warstwach nakładac kolejne warstwy, na przykład wartwa opisowa wykonana innym kolorem farby.
UWAGA:
Temperatura podczas podsuszania jest bardzo istotna i nie można jej przekroczyć !
Wiele piecyków ma taką kontrukcję, że rzeczywista temeratura w piecu jest znacznie wyższa niż ta jaką ustawiono na pokrętle. (nawet o 100*C!).
Wynika to z bezwładności termicznej grzałek oraz faktu, że regulator bimetalowy jest umiesczony z dala od źródła ciepła, zazwyczaj za ścianka komory piekarnika.
W takim przypadku warto pomysleć o przeróbce regulatora w piecu, lub zastosowaniu alternatywnego sposobu podsuszania. Alternatywną jest na przykład rękaw powietrzny
z pudełka i suszarki, trzeba się jednak liczyć z powierzchnią gorszej jakości (kurz).
6. NAŚWIETLANIE
Na powierzchnię płytki nakładamy folię z negatywowym wzorem padów (zasłonięte obszary zostaną zmyte podczas wywoływania ).
Czas naświetlania należy dobrać indywidualnie dla swojej naświetlarki. Przy naswietlaniu 4 lampami UV CLEO 15W z solarium do twarzu czas 30-35 sekund jest wystarczający.
7. WYWOŁYWANIE
Wywoływanie przeprowadzamy w 1% roztworze lekkiego węglanu sodu Na2CO3 w temeraturze 28-38*C.
Wywoływanie trwa zazwyczaj około 50-70sekund. płytkę podczas procesu należy opłukiwac i przemywać delikatnie gąbką lub skrawkiem materiału.
Po zakończonym wywoływaniu należy płytkę dokładnie wypłukać.
7. UTWARDZANIE
Celem uzysania docelowych parametrów maski, należy ja wypalić w temeraturze 150*C przez 60 minut.
Płytka wypalana 20-30minut ma już bardzo dobre własności mechaniczne.
Po zakończonym wypalaniu należy płytkę wystudzić.
Jeśli wykonujemy płytkę dwustronną i/lub płytki z warstwą opisową, wypalanie przeprowadzamy na samym końcu (Pyczepność pomiędzy warstwami bedzie lepsza).
8. UWAGI KOŃCOWE
- Należy pamiętać, by farba nie była narażona na światło białe i światło UV. Prace należy przeprowadzać w żółtym świetle.
- Jeśli zakończyliśmy już wszystkie etapy nanoszenia farby, należy BARDZO DOKŁADNIE wyczyścić sito oraz pozostałe narzędzia bawełnianym czyściwem lub szmatką i rozpuszczalnikiem nitro. Jeśli tego nie zrobimy sito może uledz zniszczeniu. Sito najlepiej wyczyścić zgrubnie a później na gotowo czystą szmatką.
9. KOŃCOWY EFEKT
... jeszcze więcej zdjęć przedstawiających końcowe efekty metody
Soldermaska zielona :
Soldermaska czarna:
Soldermaska czerwona:
Soldermaska niebieska:
Soldermaska żółta:
Soldermaska biała również jako warstwa opisowa:
Wady i zalety metody
+ bardzo dobre walory estetyczne
+ relatywnie niska cena w odnesieniu do jakości powłoki (65-75PLN za 200gram, czyli niewiele wiecej niż soldermaska UV "od chińczyka")
+ wysoka odporność na czynniki zewnętrzne oraz udary mechaniczne
+ wysoka odporność na udary cieplne, oraz duza odporoność na kwasy i zasady,
+ wysokie parametry elektryczne (izolacyjnośc, stała dielektryczna, odporność na przebicie), spełniajace wyśrubowane normy telekomunikacyjne i wojskowe.
+ niewielkie koszty początkowe związane z zakupem narzędzi do sitodruku (rama drewniana z napiętą siatką oraz guma raklowa potrzebna do wykonania rakli to koszt około 100PLN)
+ brak konieczności stosowania dodatkowych materiałów ekspolatacyjnych koniecznych podczas nanoszenia soldermasek UV
- ograniczony dostęp do farby na polskim rynku ( w razie problemów z jej znalezieniem na znaym portalu aukcyjnym służę pomocą)
ALTERNATYWNE METODY NANOSZENIA
Wiele osób może być zniechęconych koniecznością stosowania sitodruku, mimo że proces wymaga najprostszego wariantu sitodruku (nakładanie emulsji przez otwarte sito - tak zwaną APLĘ).
Dlatego też zachęcam do eksperymentowania i poszukiwania alternatywnych metod nanoszenia powłoki.(np. nanosznie gąbkowym wałkiem - jak to ma miejsce w przypadku soldermasek z zestawów firmy LPKF).
Należy jednak zaznaczyć, że żadna ze znanych mi alternatywnych metod nanoszenia (w tym nanoszenie wałkiem) nie zapewni takich efektów jak sitodruk, a w perspektywie czasu koszty narzędzi będą porównywalne a nawet i wyższe (jednorazowy gąbkowy wałek do malowania to koszt 1PLN za sztukę)
Wybór alternatywnej metody zawsze będzie związany z zaakceptowaniem kompromisu, pomiędzy maksymalną wygodą a jakością powłoki.
PLIKI DO POBRANIA
Więcej szczegółów i sugestii w przygotowanych plikach PDF (pliki udostępniam prosto ze swojego serwera ponieważ przewiduję, że pliki te bedą sukcesywnie aktualizowane. Dlatego sprawdzaj czy posiadasz najnowszą jego wersję - podaną w pliku)
instrukcja_nanoszenia_farb_sitodrukowych_PETERS.pdf
najczestsze_bledy_popelniane_podczas_nakladania_farb_sitodrukowych_PETERS.pdf
instrukcja_nanoszenia_farb_sitodrukowych_PETERS_wersja_skrocona.pdf
karta_przerobu_PETERS_SD_2467_SGDG.pdf - zielona połysk transparent
karta_przerobu_PETERS_SD_2497_SG.pdf - biała połysk
karta_przerobu_PETERS_SD_2447_SM.pdf - czarna mat
karta_przerobu_PETERS_SD_2417_SG.pdf - żółta połysk
karta_przerobu_PETERS_SD_2457_SM.pdf - niebieska mat transparent
karta_przerobu_PETERS_SD_2437_SM.pdf - czerwona mat transparent
FAQ
- Jaki jest okres przydatności farby do użycia ?
Jak to ma miejsce w przypadku każdego produktu światłoczułego tak i termin ważności farb PETERS (a w zasadzie data dla której producent udziela gwarancji) jest zazwyczaj krótki.
Jednak jak wykazały długoterminowe testy, jeśli farbę przechowywać będziemy w temeraturze 5-15*C to bez utraty żadnych własności posłuży ona nam nawet 2 lata po terminie ważności.
- Czy już w czasie suszenia / odparowywania rozpoczyna się proces sieciowania i utwardzania polimeru czy do tego jest potrzebna wyższa temperatura lub / i oświetlenie promieniami UV ?
O ile temeratura nie przekroczy temeratury 70-75*C to nie rozpicznie się proces sieciowania, i nie powinien sie na tym etapie przygotowywania powłoki rozpocząć, bo to oznaczałoby niemożność jej zmycia podczas procesu wywoływania.
W prawidlowym przebiegu procesu sieciowanie zapoczątkowane jest naświetlaniem promieniami UV, a ostatecznie zakończone podczas wypalania.
- Czy mogę wykonać płytkę, przygotować podłoże, nanieść farbę i odłożyć do suszenia w temperaturze pokojowej na czas conajmniej 18 godzin ?
Można tak jak najbardziej zrobić, ponieważ farba jest zdatna do procesu naświetlania maksymalnie do 3 dni od jej przygotowania.
Próba naświetlania i wywoływania płytki po tym jak płytka podsuszała się przez 24 godziny na kaloryferze, pod przykryciem chroniącym przed promieniami UV i kurzem zakończyła się sukcesem.
Trzeba jednak mieć na uwadze to, że jesli temperatura będzie zbyt niska i/lub czas podsuszania w tych warunkach zbyt krótki, to farba może nie wyschnąć dostatecznie dobrze i podczas nakładania na tą powłokę folii z maską do naświetlania, może dojść do jej uszkodzenia lub tak zwanego efektu wybłyszczenia.
- Chciałbym wykonać dziś płytkę i położyć farbę a jutro naświetlić i dokończyć resztę prac. Płytka z warstwą farby przez czas 18 godzin znajdowała by się w temeraturze pokojowej w całkowicie zacienionym miejscu. Czy w tym czasie w takich warunkach rozpocznie się proces utwardzania ?
Nie. Proces utwardzania nie będzie miał miejsca będzie to nadal faza podsuszania, i na dodatek jak pisałem wyżej 18 godzin w temeraturze pokojowej może się okazać zbyt krótkim czasem na podsuszanie.
Testy jakie przeprowadzono w tym zakresie bazowały na obserwacjach farby nakładanej przez sito 80T (cienka wartwa farby) a mimo to po 24 godzinach na kaloryferze farba była jeszcze lekko lepka w dotyku i doszło w niektórych miejscach do wybłyszczenia połowki.
- Moja farba jest bardzo gęsta, czym mogę ją rozcieńczyć ?
Farby Peters NIE WOLNO rozcieńczać typowymi rozpuszczalnikami jak nitro czy aceton, przeznaczony jest do tego specjalny rozcieńczalnik o oznaczeniu V 2467 SD, którym można rozrzedzić standartowo gęste farby (np : zielona czy niebieska), a także poprawić kondycję starszych farb w jakich część rozpuszczalnika odparowała powodując zgęstnienie farby.
Masz pytanie zadaj je, postaram się możliwie szybko odpowiedzieć, i systematycznie uzupełniać punkt FAQ
Mile widziane są opinie osób które tę metodę wypróbują. Mam nadzieje, że ten sposób nanoszenia soldermaski spodoba się wam tak bardzo jak mnie, i stanie się przez to popularniejszy.
Fajne? Ranking DIY


