Ponieważ był już opis jak nakładać soldermaskę oraz mnóstwo opisów różnych wytrawiarek, a nie było opisu na temat wykonywania metalizacji to chciałbym przedstawić swoją konstrukcję. Dzięki niej częściowo zautomatyzowałem proces metalizacji płytek.
W uproszeniu proces metalizacji składa się z:
1) Obróbka mechaniczna laminatu
2) Odtłuszczanie/kondycjonowanie/mikrotrawienie
3) Aktywacja - nadanie przewodności otworom
a) miedzą chemiczną:
- kąpiel w katalizatorze palladowo-cynowym
- kąpiel osadzająca miedź chemiczna
b) grafitem
- kąpiel w roztworze zawierającym grafit lub natryskiwanie panelu tym roztworem
4) Miedziowanie elektrolityczne
Opis zacznę od końca, gdyż na potrzeby tego etapu głównie wykorzystuję zbudowane urządzenie. Prymitywna konstrukcja składa się z pojemnika z polipropylenu, miedzianych anod w workach anodowych, mechanizmu do poruszania panelem podczas metalizacji. Miedź na anodach powinna miedź zawartość fosforu w granicach 0.04-0.06 %, ze względu na cięcie kosztów używam rurek miedzianych z zawartością fosforu 0.015-0.040 i też się dobrze sprawują. Dodatek fosforu jest bardzo istotny, gdyż anody z fosforem uwalniają znacznie mniej zanieczyszczeń do kąpieli podczas procesu. Miedź z dużo większą zawartością fosforu (rzędu kilku %) mają większą rezystancję i anody rozkładają się nierównomiernie, co przyśpiesza ich zużywanie. Pręty anodowe są mocowane do blachy miedzianej za pomocą śrub i nakrętek m3 ze stali kwasoodpornej. Aby dodatkowo zabezpieczyć kąpiel przed zanieczyszczeniami z anod użyłem filtrów anodowych uszytych ze ściereczek z mikrofibry marki Jan niezbędny. Nie ulegają one rozkładowi w kwaśnej kąpieli.
Co jakiś czas przefiltrowuję całą kąpiel przez jednorazowe filtry do kawy, jednak rozważam dodanie ciągłej filtracji. Ruch kąpieli jest wymagany, aby nie powstawały smugi na płytce oraz, aby zapewnić przepływ kąpieli przez otwory. Wykorzystałem tu próbkę prowadnicy firmy Igus, silnik 12V z dużą przekładnią oraz prosty system przeniesienia napędu składający się ze śruby, sztywnego drutu miedzianego oraz koła wydrukowanego w 3D. Panel wykonuje 2-3 przesunięcia na min.. Panel jest mocowany w obejmę zrobioną z dwóch kątowników miedzianych podwieszonych pod prowadnicą. Prąd podczas metalizacji ograniczam rezystorami mocy. W planach mam wykonanie przetwornicy z regulacją prądu. W zależności od składu kąpieli i szybkości osadzana miedzi może być potrzebne napowietrzanie kąpieli lub stosowanie specjalnych źródeł prądu mogących dostarczać krótkie impulsy o przeciwnej polaryzacji. Stosowanie takiego zasilania ma znaczenie głównie przy małych otworach, aby miedź rozkładała się w nich bardziej równomiernie i otwory nie zatykały się. Regulacja temperatury na ogół nie jest wymaga, gdyż kąpiele do miedziowania elektrolitycznego pracują w temperaturze pokojowej. Najprostsza kąpiel składa się z z wody, siarczanu miedzi, kwasu siarkowego oraz kwasu solnego. Można także dodać poliglikol etylenowy (np. PEG400, PEG4000) jako zmiękczacza. Dzięki temu dodatkowi powierzchnia płytek wychodzi gładsza. Są także inne dodatki wygładzające i nabłyszczające (np. Janus Green B, sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate 1-3 ppm, SPS).
Wracając do pozostałych etapów.
1) Obróbka mechaniczna laminatu. W firmach stosuje się szczotkowanie, bądź pumeksowanie, aby odpowiednio przygotować powierzchnię laminatu - poprzez mechaniczne zmatowanie powierzchni i usunięcie zadziorów po wierceniu. Zamiast tego stosuję przecieranie w różnych kierunkach papierem ściernym gradacji 320 lub 400. Powstały pył zbieram wacikiem nasączonym rozpuszczalnikiem nitro.
2) Etap ten składa się z dwóch kąpieli. Pierwsza z nich to kondycjoner mający na celu przygotowanie ścian otworów do aktywacji w późniejszym etapie. Ta kąpiel również usuwa zanieczyszczenia z powierzchni płytki. Laminat jest obrabiany w niej ok. 5min. Drugą kąpielą jest mikrotrawienie. Służy do chemicznego matowienia powierzchni miedzi, poprawiając przyczepność miedzi chemicznej. W tym etapie trawione jest ok. 2um miedzi w czasie 2-3minut.
3a) Aktywacja miedzią chemiczną składa się z kąpieli zawierającej kompleks palladowo-cynowy, gdzie panel spędza ok. 4min. Na powierzchni pozostaje cienka warstwa palladu, która umożliwi osadzanie się miedzi. Druga kąpiel (główne składniki: wodorotlenek sodu, formalina, siarczan miedzi lub chlorek miedzi, stabilizatory) osadza ok. 1-2um miedzi w czasie 10min na powierzchni wcześniej aktywowanej. Szybkość osadzania zależy od temp. kąpieli i ilości dodanej formaliny. Od tego momentu przelotki już przewodzą, jednak nie są wystarczająco wytrzymałe mechanicznie i wymagane jest elektrolityczne pogrubienie.
3b) Aktywacja grafitem jest jednoetapowa i polega na napyleniu roztworu z grafitem wewnątrz otworów. Operację te wykonuje się pod ciśnieniem, aby grafit dostał się do wnętrza otworów. Inną metodą aktywacji grafitem jest poruszanie panelu w roztworze zawierającym grafit. W każdej z tych metod tworzy się cienka przewodząca prąd warstwa grafitu wewnątrz otworów, którą się później miedziuje.
4) Miedziowanie elektrolityczne w kąpieli kwaśnej. W tej kąpieli nakłada się docelową warstwę miedzi na cały panel, nadając wytrzymałość mechaniczną przelotkom. Czas obróbki w tej kąpieli to od kilku do kilkudziesięciu minut w zależności od szybkości pracy kąpieli i wymaganej docelowej grubości miedzi. Kąpiele te zazwyczaj pracują w temp. pokojowej. Po tym etapie panel jest gotowy do trawienia
5) Trawienie. Tu już się nie będę rozpisywać.
Nałożenie fotorezystu, naświetlanie, wywołanie, trawienie (np. w nadsiarczanie sodu/potasu/amonu, chloreku miedzi/żelaza, kąpielach alkalicznych), stripowanie fotorezystu.
Cały proces można zmienić dodając metalorezyst, w tedy wygląda to tak:
1) Obróbka mechaniczna laminatu
2) Odtłuszczanie/kondycjonowanie/mikrotrawienie
3) Aktywacja - nadanie przewodności otworom
4) Nakładanie fotorezystu
5) Naświetlanie fotorezystu w negatywie
5) Wywołanie fotorezystu (fotorezyst pozostaje tam, gdzie miedź ma być wytrawiona)
6) Miedziowanie
7) Cynowanie (stosuje się cynowanie chemiczne lub elektrolityczne stopem cyny lub cyny z ołowiem)
8) Stripowanie fotorezystu
9) Trawienie - warstwa cyny osłania ścieżki przed wytrawiaczem. Nie wszystkie wytrawiacze są kompatybilne z metalorezystem
10) Stripowanie metalorezystu.
Tak rozbudowany proces ma kilka zalet:
- trawi się cieńszą warstwę miedzi, co skraca czas etapu.
- nakłada się mniej miedzi - tylko tam, gdzie mają być ścieżki, a nie na cały panel
- przelotki są zabezpieczone również wewnątrz, a nie tylko fotopolimerem od góry.
Ze względu na dodatkowe etapy płytki wykonuję bez metalorezystu. Wymaga to jednak większej dokładności w pozycjonowaniu otworów i pozycjonowaniu kliszy z mozaiką ścieżek oraz ostrożniejszego wywoływania fotopolimeru, aby nie uszkodzić warstwy zabezpieczającej otwory. W opisanym procesie uzyskuję 100% przewodność przelotek. Najmniejsze otwory jakie metalizowałem to 0.15mm. Górną granicę rozmiaru metalizowanego otworu/slotu określa wytrzymałość fotopolimeru i jego możliwości krycia otworów. Korzystam z fotopolimeru w postaci folii - dry film photoresist nakładanego laminatorem. Termotransfer się nie sprawdzi w tej metodzie, gdyż nie zabezpiecza wnętrza otworów. Zdecydowałem się na użycie komercyjnych kąpieli firmy Rohm and Haas, DOW oraz Schloetter. Są dostępne także przepisy na samodzielne wykonanie zestawu kąpieli do metalizacji. Podjąłem takie próby, jednak jest nie dałem rady osiągnąć zadowalających efektów. Dodatkowo kąpiele komercyjne mają dużo większą stabilność - nawet pół roku i więcej, podczas, gdy kąpiele amatorskie wytrzymują kilka dni. Osobom zainteresowanym polecam lekturę obszernego wątku: http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=8&t=2647, a także stronę: http://whoby.ru/ Kilku elektrodowiczów również zajmuje się metalizacja płytek i mam nadzieję, że się tu wypowiedzą, wzbogacając ten temat. Jeśli chodzi o kąpiele komercyjne to są stosunkowo tanie, ale sprzedawane są hurtowo. Ich dystrybucją zajmują się w Polsce firmy - Galkor, Atotech, MacDermid oraz Technologie Galwaniczne. Opłacalności wykonywania płytek nie chcę poruszać w tym wątku. Każdy musi sobie to policzyć indywidualnie. Mimo tego, że jest z tym dużo roboty to dla mnie jest to ekonomicznie uzasadnione w przypadku potrzeby ekspresowego wykonywania prototypów. Koszt urządzenia bez kąpieli to ok. 500zł. Wliczają się to także pojemniki i grzałki do pozostałych kąpieli używanych w metalizacji. System poruszania panelem jest zdejmowalny i można go przekładać pomiędzy pojemnikami z różnymi kąpielami. Koszt kąpieli szacuję na ok. 2.5-4tyś zł.
Postaram się odpowiedzieć na pytania dotyczące urządzenia jak i procesu wykonywania PCB. Mam nadzieję, że niedługo uda mi się opisać wykonywanie płytek wielowarstwowych w warunkach amatorskich. Na koniec jeszcze kilka zdjęć wykonanych płytek.
Cool? Ranking DIY
) bo proces jest mega interesujący a efekty wyglądają na rewelacyjne. Jako że mam trochę doświadczenia z galwanotechniką i PCB chętnie sam spróbował bym przeprowadzić ten proces u siebie.
coś tam wyjdzie ale ani jakość ani wygląd powłoki nie będzie zadowalający że o wydajności prądowej nie wspomnę. Nie dziwię się że przelotki wyglądają jak z fabryki - w końcu proces ten sam tylko w mikroskali 
. Z półśrodkami też kombinowałem - kąpiel do aktywacji otworów na bazie azotanu srebra, coś tam działało ale miało tendencje do trawienia miedzi wokół otworu i generalnie przyczepność osadzonej warstwy w przelotce jak już cokolwiek wyszło była bardzo kiepska. Jak udało ci się zdobyć kąpiele od Schloetter-a ? Dystrybutorem na Polskę jest z tego co wiem tegal a oni nie chętnie jeszcze niedawno rozmawiali o jakichkolwiek próbkach/ilościach detalicznych o ile nie jesteś właścicielem galwanizerni 