Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

AlekZ 24 Paź 2018 10:29 6528 40
  • Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Układy hybrydowe są często montowane na podłożu ceramicznym. To samo dotyczy niektórych układów w.cz.
    Celem opisanego niżej eksperymentu było sprawdzenie, czy można uzyskać w domowym zaciszu na takim podłożu przewodzące ścieżki o dobrej przyczepności i lutowności. Dlatego kształt ścieżek miał dla mnie w tym eksperymencie znaczenie drugorzędne.
    Długo zastanawiałem się, gdzie ten opis będzie lepiej pasował- czy to tego działu czy do działu "artykuły". Moje wahanie było spowodowane tym, że zapewne nie każdy będzie mieć dostęp do pieca próżniowego, który stanowi niezbędne wyposażenie w przypadku stosowania opisanej niżej metody. Ponadto, ci, którzy będą chcieli stosować tę metodę, będą musieli dopracować jeszcze niektóre szczegóły, o czym będzie jeszcze mowa. Jednak opis zawiera dość dużo szczegółów, więc bardziej pasuje chyba tutaj.

    W pierwszym rzędzie należy zaopatrzyć się w podłoża ceramiczne. W moim przypadku były to podłoża z ceramiki alundowej (zwanej też często wysokokorundową). Jest to ceramika na bazie tlenku glinu Al2O3. Nie będę w tym miejscu szerzej się rozwodził nad właściwościami takiej ceramiki; zainteresowani znajdą więcej w internecie. W Polsce różne kształtki z tej ceramiki produkuje firma Cemat. Należy ostrzec, że w detalu podłoża nie są zbyt tanie i za płytkę o wymiarach 30x50 mm trzeba zapłacić około 20-30 zł. Ja jednak eksperymentowałem z płytkami mniejszymi, bo o wymiarach 20x30 mm, które miałem zresztą ze starych zapasów. Grubość tych płytek wynosi 1 mm.

    Płytki muszą być czyste. Nie wolno dotykać ich palcami, a jedynie przez pincetę, najlepiej pokrytą plastikiem na końcach. To zapobiega zanieczyszczeniu płytek przez podrapanie metalowymi końcami pincety. Jeśli płytki są brudne, wówczas należy je wytrawić w stężonym kwasie azotowym, bardzo starannie wypłukać w wodzie demineralizowanej lub destylowanej, a następnie wyżarzyć w atmosferze powietrza w piecu oporowym. Piecyk taki można łatwo zbudować we własnym zakresie. Temperatura pomarańczowego żaru jest w zupełności wystarczająca. Czas wygrzewania- 20-40 minut.

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Jeśli zanieczyszczenie jest tylko pochodzenia organicznego (np. od brudnych paluchów :D ), wtenczas wystarczy jedynie wygrzewanie w piecu. W piecu następuje zwęglenie zanieczyszczeń organicznych, a następnie utleniająca atmosfera powoduje, że węgiel zamienia się w gaz- dwutlenek węgla i płytka staje się śnieżnobiała. Płytki długo leżące też warto wyżarzyć, aby pozbyć się zaabsorbowanej przez ceramikę wilgoci. Po wyżarzeniu płytkę należy powoli wystudzić. Wystudzonej płytki nie dotykamy oczywiście palcami.






    Osobno przygotowujemy pastę. Najpierw odważamy składniki:

    -wodorek tytanu 2-3 % wagowych
    -proszek lutowia AgCu28 lub AgCu21Ni2 (jak najdrobniejszy) 97-98% wagowych


    Na 2g w/w mieszaniny proszków dodajemy następnie 8-10 kropel lepiku nitrocelulozowego o konsystencji gęstego syropu.
    Następnie całość mieszając, dodajemy dwie krople szczawianu dwuetylu (H5C2OOC-COOC2H5) i kroplami octan butylu (CH3COO-C4H9), do uzyskania zadowalającej nas konsystencji.
    Cóż to jednak znaczy? Jeśli pastę będziemy kłaść pędzlem, to musi się pastą wygodnie malować. Niektórzy będą może chcieli próbować sitodruku i będą zadowoleni z innej konsystencji.

    Ważne są trzy sprawy: estry (octan butylu i szczawian dwuetylu) muszą być suche. Jeśli są mokre, trzeba je przed użyciem przedestylować. Druga ważna sprawa, to staranne rozmieszanie pasty przed każdym pociągnięciem pędzla. Wodorek, jako lekki będzie inaczej opadał niż ziarna lutowia. Trzecia ważna sprawa, to rozmiar ziaren lutowia. Dobrze by było, aby to była frakcja drobniejsza niż 50 mikronów.

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Sporządzoną pastą nakładamy ścieżki. Tu zainteresowani będą musieli odpowiednio dopracować metodę nakładania pasty i jej konsystencję. U mnie wyszło to tak, jak wyszło, ale konsystencja pasty i sam pędzelek nie były najlepsze. Na usprawiedliwienie dodam, że moja pasta i pędzelek służyły pierwotnie do pokrywania ceramiki, ale w nieco innym celu niż wykonywanie płytek. Pastę nanosimy w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, na świeżym powietrzu lub pod wyciągiem, aby niepotrzebnie nie wdychać par estrów. Estry parują dość szybko, więc pasta szybko schnie.


    Następnie płytkę umieszczamy w piecu próżniowym.
    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Kiedyś przed laty opisywałem na "Elektrodzie" rurowy piec próżniowy. Czasy się zmieniają, a my wraz z nimi, więc prócz pieca rurowego postawiłem jeszcze piec kloszowy z grzaniem oporowym i indukcyjnym. Część grzana oporowo jest jeszcze byle jaka i skończy się to w końcu postawieniem osobnego pieca oporowego z prawdziwego zdarzenia. Do wypalania pasty na ceramice nadaje się właśnie piec oporowy. Piec ten posiada grzałkę z drutu molibdenowego o średnicy 1 mm w postaci meandru. Aby ciepło nie uciekało, grzałkę otacza się ekranem z paru warstw blachy molibdenowej (blachy o grubości 0,1 mm). Wewnątrz grzałki znajduje się walec z blachy tantalowej z pokrywką (także z blachy o grubości 0,1 mm). Do tego walca wkłada się płytkę ceramiczną. Walec ten zapobiega szkodliwemu napylaniu się molibdenu z grzałki na ceramikę. Walec oraz zewnętrzne ekrany przykrywa się jeszcze przykrywkami z tantalu i molibdenu.
    Gdy wszystko to jest gotowe, rozpoczynamy pompowanie. Gdy ciśnienie w piecu osiągnie wartość rzędu 4-5*10^-5 Tr, można rozpocząć wygrzewanie płytki.

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Najpierw ustawiamy moc grzania tak, by grzałka miała temperaturę czerwonego żaru. Bacznie przy tym obserwujemy wskazania próżniomierza. Gdy wskazanie zbliży się do 10^-4 Tr, wówczas moc grzania trzeba zmniejszyć. Ważne, by nie przekroczyć tej wartości ciśnienia, bo warstwa ścieżki może źle wtedy przylegać. Jest to związane ze zbyt dużą szybkością rozkładu wodorku tytanu. Gdy wodorek tytanu się rozłoży, próżnia się poprawi. Wtedy grzać trzeba już silniej, do temperatury pomarańczowego żaru w czasie około 5 minut. Lutowie się rozpłynie i przylgnie dobrze do ceramiki. Grzanie pieca wyłącza się i czeka się 45-60 minut aż piec ostygnie. Wtedy piec zapowietrza się i można wyciągnąć płytkę.

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Jak widać, pewna ziarnistość warstwy metalicznej jest powiązana z ziarnistością lutowia w paście. Dlatego powinno być ono bardzo drobne.


    Na sam koniec lutujemy elementy do płytki. Miejsca lutowania elementów radzę pobielić wcześniej, bo płytka odprowadza dobrze ciepło i to bielenie nie jest tak proste, jak w przypadku tradycyjnego laminatu miedzianego na podłożu papierowym czy szklanym. Ja na próbę złożyłem sobie jednotranzystorowe radio z mojego dzieciństwa i z ciekawości zrobiłem jeszcze kondensator ceramiczny.

    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    Dla płytki o wymiarach 20x30 mm, grubości 1 mm i niepełnym wykorzystaniu powierzchni uzyskałem pojemność około 75 pF. Przyjmując więc, że wymiary okładzin tego kondensatora mają około 12x20 mm możemy oszacować stałą dielektryczną płytki ceramicznej:

    epsilon= C*d/(S*epsilon0)= 75*10^-12*10^-3/(0,012*0,02*8,85*10^-12)

    co daje w końcu epsilon= 3,5. Tablicowo dla Al2O3 wynosi około 10, ale zależy to zapewne od stopnia sprasowania. Ponadto powierzchnia okładzin jest wyznaczona orientacyjnie.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • #2 24 Paź 2018 12:48
    katakrowa
    Poziom 18  

    Generalnie bardzo ciekawa rzecz.

    AlekZ napisał:
    Celem opisanego niżej eksperymentu było sprawdzenie, czy można uzyskać w domowym zaciszu na takim podłożu przewodzące ścieżki o dobrej przyczepności i lutowności.


    A potem piszesz:

    AlekZ napisał:
    Następnie płytkę umieszczamy w piecu próżniowym.


    Co drugi mój znajomy ma w domu piec próżniowy - teraz taka moda zamiast kominków stawiają sobie piece próżniowe :-)

  • #3 24 Paź 2018 12:57
    rekinisko
    Poziom 22  

    AlekZ napisał:
    Wykonywanie płytek drukowanych na podłożu ceramicznym

    ... Celem opisanego niżej eksperymentu było sprawdzenie, czy można uzyskać w domowym zaciszu ...

    Niezłe domowe zacisze :D kawał dobrej roboty, gratuluję.

  • #4 24 Paź 2018 13:15
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Zdaję sobie oczywiście sprawę, że kwestia dostępności pieca próżniowego jest sprawą dyskusyjną i może stanowić pewną barierę. Była to zresztą jedna z przyczyn, dla których zastanawiałem się, czy warto coś na temat ceramiki tutaj napisać. Jednym słowem- liczyłem się z takim zarzutem i oczywiście rozumiem to. Ale czy ten zarzut przypadkiem nie dotyczy każdego mniej powszechnie występującego wyposażenia? Analizator widma czy drukarkę 3D też nie każdy ma, a mimo to nikt jakoś na to nie utyskuje.

    Wychodzę zatem z założenia, że kwestia pieca próżniowego nie jest sama z siebie beznadziejna :idea: . Skoro ja mogłem taki piec zrobić ze śmietnika, to inni też sobie z tym dadzą radę. Jest to zresztą temat na osobną dyskusję. Trzeba jednak tchnąć nieco optymizmu w Elektrodę :D i trochę nakierować: Pompy dyfuzyjne pojawiają się co jakiś czas np. na Allegro. W ostateczności można taką pompę zrobić samemu, choć wymaga to pewnych umiejętności, zwłaszcza spawania. Pompy obrotowe są dostępne non stop, za stosunkowo nieduże pieniądze. Piec może, ale nie musi mieć konstrukcji kloszowej, co znakomicie ułatwia sprawę. Pewne kłopoty mogą sprawiać próżnioszczelne przepusty prądowe, ale i tutaj można improwizować. Niekiedy można też coś upolować na aukcjach. Niektórzy także improwizują ze świecami zapłonowymi jako przepustami i to z dobrym skutkiem. W ostateczności dopiero trzeba odżałować te parę złotych i kupić przepust z prawdziwego zdarzenia.

    Trochę nad tym wszystkim rozmyślając, zastanawiam się, na ile byłyby atrakcyjne dla elektroników- amatorów takie laminaty ceramiczne. Przypuśćmy, że byłyby to płytki alundowe, pokryte jednolitą warstwą metalu. Wówczas to odpowiednio zmodyfikowanym termotransferem, fotochemią czy malowaniem itp. nanosiłoby się układ ścieżek i wytrawiałoby się. Technologia nanoszenia metalu byłaby oczywiście nieco inna (napylanie próżniowe), ale to już byłoby moje zmartwienie :D . Jednak z konieczności (trawienie w chlorku żelaza czy nadsiarczanie sodu) metalizacja musiałaby być raczej miedziana a nie srebrna. Dopiero po trawieniu w grę mogłoby wchodziś srebrzenie, które jednak chyba dałoby się przeprowadzić przy użyciu dość prostych środków.

  • #5 24 Paź 2018 14:05
    H3nry
    Poziom 28  

    AlekZ napisał:
    Trochę nad tym wszystkim rozmyślając, zastanawiam się, na ile byłyby atrakcyjne dla elektroników- amatorów takie laminaty ceramiczne.

    Czasami wykorzystuje laminaty ceramiczne pozyskane z modułów mikrofalowych. Problemem jest korygowanie ścieżek, czy wysepek, pomocne są narzędzia diamentowe (przyznaje się nie trawiłem).
    Olbrzymim ułatwieniem była by możliwość skorzystania z Twojej oferty na laminaty ceramiczne obustronnie miedziowane.

  • #6 24 Paź 2018 16:20
    koczis_ws
    Poziom 25  

    AlekZ napisał:
    Jednak z konieczności (trawienie w chlorku żelaza czy nadsiarczanie sodu) metalizacja musiałaby być raczej miedziana a nie srebrna.

    Srebro można trawić w kwasie azotowym.

    Dodano po 5 [minuty]:

    AlekZ napisał:
    Należy ostrzec, że w detalu podłoża nie są zbyt tanie i za płytkę o wymiarach 30x50 mm trzeba zapłacić około 20-30 zł.

    Łał . . jak bym o tym wiedział wiele lat temu . :(. Pracowałem kiedyś w Telpodzie a tam na śmietniku różnych płytek alundowych leżały całe stosy.

  • #7 24 Paź 2018 16:52
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Tak, srebro wytrawi się w kwasie azotowym. Jednakże jeśli ktoś nie lubi pracować z tym kwasem i/lub ma problem z usuwaniem tlenków azotu, to jest to dość słaba opcja. Ponadto pewno mało który lakier ochronny wytrzyma działanie tego kwasu :cry:

  • #9 24 Paź 2018 17:16
    robert1
    Poziom 16  

    Coś pięknego . Ale to sztuka dla sztuki niestety. Nikt tego nie powtórzy z powodu braku sprzętu a nawet jeśli posiada taki sprzęt to po co ? Dla radia na jednym tranzystorze ? Fajna sprawa ale ............nie te czasy chyba.

  • #10 24 Paź 2018 18:46
    szeryf3
    Poziom 15  

    @AlekZ bardzo fajny i ciekawy artykuł. Dziękuję za poszerzenie mojej wiedzy i liczę na to, że jeszcze kiedyś coś napiszesz.

  • #11 24 Paź 2018 18:46
    shadow0013
    Poziom 34  

    Ciekawy artykuł, może ktoś kiedyś wyprodukuje kilka HLY 7006.

  • #12 24 Paź 2018 21:04
    PPK
    Poziom 26  

    Znajomy laaaata temu (pracował w Ceradzie), prasował na gorąco na ceramice, folię miedzianą a potem trawił. Były to płytki do odbiornika satelitarnego. Uzysk był 25% ale był...... :)

  • #14 25 Paź 2018 09:20
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Nie robiłem jeszcze takiej próby. Aby uzyskać grubą warstwę, napylanie trzeba będzie prowadzić dość długo. Liczyłem, że będzie to 2-3 godziny.

  • #15 25 Paź 2018 09:34
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Z tego co pamiętam zależy od materiału i parametrów próżni oraz przyłożonej mocy (i algorytmów jak ją przykładamy). Z tego co pamiętam miedź się rozpyla jak szalona przy małych mocach, tytan za to traktowałem bardzo dużymi gęstościami energii i nawet nie za bardzo powierzchnia była nagryziona.
    Jako że ja za dużo się tym osobiście nie bawiłem, to wiem tylko od innych że przy za grubych warstwach materiał może się łuszczyć, nie mówiąc o trwałości takiej warstwy, z szkła miedź paznokciem mogłem ściągać.

  • #16 25 Paź 2018 09:40
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Nie jest zbyt fajnie, jeśli szybkość parowania jest zbyt duża. To właśnie sprzyja złuszczaniu się warstwy. Ponadto powierzchnięa na którą się naparowuje musi być odpowiednio przygotowana. Na przykład szkło warto nadtrawić.

  • #18 25 Paź 2018 16:21
    paluszasty
    Poziom 23  

    Fajny pomysł.

    Mam techniczne pytanie:
    Po co w tym wszystkim szczawian dwuetylowy? Jedyne co mi przychodzi do głowy to to żeby pasta pozostała wilgotna przy włożeniu do pieca. Octan butylu szybko odparuje, szczawian dwuetylowy już nie za bardzo.

    A co sadzicie o tym żeby płytkę z Al2O3 na początku napylić cienka warstwo miedzi a później pogrubić to warstwę elektrolitycznie?

  • #19 25 Paź 2018 17:07
    Thorgus
    Poziom 10  

    Ja jestem pod wrażeniem, nawet dużym

  • #20 25 Paź 2018 18:03
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Szczawian jest tzw. plastyfikatorem. Byłoby smutno, gdyby pasta popękała podczas wysychania.


    Można oczywiście spróbować postąpić tak, jak sugerował kolega dwa posty wyżej, odnośnie cienkiego napylania miedzią i pogrubiania elektrolitycznego.

  • #21 25 Paź 2018 20:09
    paluszasty
    Poziom 23  

    Przepraszam (to raczej zawodowe czepialstwo - jestem chemikiem) za czepialstwo, ale nie nazwał bym szczawianu tutaj plastyfikatorem. Ale z grubsza widzę ze moja koncepcja po co on był jest prawdziwa.

  • #22 25 Paź 2018 20:21
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    A jednak (również) jako chemik dalej podtrzymuję, że szczawian jest tu plastyfikatorem tej nitrocelulozy z lepiku. W miejsce szczawianu można stosować alkohol dwuacetonowy :D

  • #23 28 Paź 2018 07:12
    domator
    Poziom 13  

    Ja wykorzystuje płytki ceramiczne z niesprawnych ogniw Peltiera.

  • #24 30 Paź 2018 16:15
    mareb
    Poziom 15  

    Super, jak sobie przypomnę, ponad 30 lat temu robiłem podłoża układów grubowarstwowych metodą sitodruku, a potem wypalane to było w piecu tunelowym otwartym. Ponieważ był to epizod w moim życiu, niewiele pamiętam oprócz tego, że pasty nanoszone na ceramikę były produkcji DuPont. Bardzo ciekawy jestem jaki miały skład, że dały się wypalić w normalnej atmosferze.

  • #25 30 Paź 2018 20:57
    stasiekb100
    Poziom 23  

    Mnie jest
    taka płytka potrzebna.

  • #26 30 Paź 2018 21:10
    tplewa
    Poziom 38  

    H3nry napisał:
    AlekZ napisał:
    Trochę nad tym wszystkim rozmyślając, zastanawiam się, na ile byłyby atrakcyjne dla elektroników- amatorów takie laminaty ceramiczne.

    Czasami wykorzystuje laminaty ceramiczne pozyskane z modułów mikrofalowych. Problemem jest korygowanie ścieżek, czy wysepek, pomocne są narzędzia diamentowe (przyznaje się nie trawiłem).
    Olbrzymim ułatwieniem była by możliwość skorzystania z Twojej oferty na laminaty ceramiczne obustronnie miedziowane.


    Nie lepiej coś kupić ? Jak się nie ma kasy to idzie np. od Rogersa sample załatwić. Tak samo często odkupić za grosze tzw. odpadki od firm produkujących PCB...

    Projekt fajny, ale ja go bardziej widzę jako ciekawy eksperyment i dobrą zabawę niż produkcję takich płytek :) Bo jak wspomniałem szybciej i taniej kupić. Aby robić coś na takich PCB nie potrzeba budować fabryki laminatu ;)

  • #27 31 Paź 2018 14:46
    nanab
    Poziom 27  

    A nie da się po prostu zrobić metalizacji próżniowej i na takiej płytce dopiero trawić/frezować ścieżki i elementy? Na domowe warunki przeciętnego kowalskiego to by było chyba wystarczające.

  • #28 31 Paź 2018 17:22
    tplewa
    Poziom 38  

    nanab napisał:
    A nie da się po prostu zrobić metalizacji próżniowej i na takiej płytce dopiero trawić/frezować ścieżki i elementy? Na domowe warunki przeciętnego kowalskiego to by było chyba wystarczające.


    tylko po co przeciętnemu kowalskiemu takie laminaty... Kolejna sprawa to może być problem z utrzymaniem powtarzalności parametrów takich laminatów co w przypadku w.cz. i mikrofal będzie miało spore znaczenie. Jak masz znany laminat to bierzesz Allegro PCB z Analog/RF + ADS (keysight) i w zasadzie układ zazwyczaj działa - jak dojdzie zmienność parametrów laminatu to nawet nie widzę jak podejść do projektowania - zwłaszcza jak przeciętny kowalski zapewne nie ma odpowiedniego zaplecza sprzętowego by znaleźć problem...

    Jak wspomniałem IMHO takie coś można bardziej traktować jako ciekawostkę by zrobić sobie prostą płytkę i to na pewno nie pod w.cz.

  • #29 02 Lis 2018 16:45
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Myślę że kolega zaprezentował ten post by pokazać że można to zrobić metoda dość chałupniczą :-) Sam pamiętam że w ZEG'u były produkowane układy hybrodowe na ceramice a i nie tylko takie. Pamiętam z praktyk że były wygrzewane w piecu tunelowym otwartym jak kolega wyżej pisał, jednak pamiętam że był tam wtłaczany jakiś gaz ochronny. Lecz nie wiem skąd były pasty i jakiej firmy a tym bardziej jaki miały skład.

  • #30 02 Lis 2018 18:34
    nanab
    Poziom 27  

    tplewa napisał:
    i to na pewno nie pod w.cz.

    Dlaczego? Z tego co widziałem to poza duroidem tylko takie ceramiczne płytki są używane w układach rf.

  Szukaj w 5mln produktów