Comments 54
Была такая технология — "гибридные микросхемы". Это миниатюрная печатная плата, керамическая. На которую методами шелкографии (толстопленочная технология) или напыления (тонкопленочная технология) наносили проводящие дорожки, резисторы и конденсаторы. Для СВЧ и пассивные элементы СВЧ. Потом к этому приваривались активные элементы.
Впрочем, почему "была"? И сейчас эти технологии используются. Возможно, если порыться в справочниках того времени, то можно найти и рецептуру и технологи. И приспособить с учетом нынешних возможностей, прежде возможностей CNC.
Напыление, кстати, бывает ионное. Возможно, плазменная головка маленькой мощности может напылять медь. Плазменные резаки/сварка сейчас не экзотика, по гаражам полно.
Это всё были мысли вслух.
на самом деле две технологии, и сейчас всё также: тонкоплёночная, когда наносят напылением, и толстоплёночная, когда наносят пасту или суспензию и запекают до надёжного сплавления гранул. Но в обоих случаях на керамику, которая это может выдержать. В советское время в военной радиосвязи не жалели и целиком плату ВЧ части так сделать, серебром на литой фарфор, с выемками под пассивные компоненты.
У автора всё грустно в плане качества, нельзя так делать, по всем параметрам плохо будет. Вот если бы поверх порошка залудить припоем или гальванизировать, то еще бы прошло в ограниченных случаях может быть, на НЧ и без остальных жестких требований. Но, если было бы так просто, многие бы уже делали. К сожалению, даже гальванически наращенная медь не даёт нужного минимума по качеству, к которому все привыкли.
Я делал еще в 2008 нечто подобное (плазменное напыление). Суть в чем. При коротком замыкании медных контактов (в рубильниках) было стойкое явление - проводимость в местах, которые были рядом с дугой, резко падала. На основе этого принципа и родилась установка. Вручную (лазеры тогда еще не были доступны) вырезалась маска для дорожек и наклеивалась на текстолит (без меди совсем). Затем непосредственно над платой устраивалось КЗ от батареи конденсаторов. Напыление было, и устойчивое. Но даже многократное "напыление" давало порядка сотен ом на сантиметр дорожки. Это довольно топорный метод, и дорожки там меньше миллиметра не получить. ЛУТ тогда уже шагал по планете уверенно.
В журнале ЮТ когда-то был выпуск, где схемы рисовали мягким графитовым карандашом, и в теории они даже работали. Ну это так, к слову.
Если с современными лазерами 5вт и чпу типа 3018 на обычном же нефольгированном текстолите прожигать "дорожки". Они разумеется это уголь, и сопротивления там будут высокие. Но это уже дорожки. А как насчет того, чтобы тем же валиком под давлением вдавливать в эти "дорожки" которые уже являются углублениями в текстолите некую пасту, и далее с ней работать? Сечение ведь можно сделать довольно большим!
если есть уголь или графит, то уже гальваника пойдет, покроет как минимум сплошной и химически чистой медью. Другое дело что даже такая медь слишком мягкая и рыхлая для электроники, у неё сопротивление заметно больше и коррозия пойдет быстро, еще добавит пакостей. Медь должна быть прокатнная. А если катать там прямо на плате, то что случится со сцеплением к текстолиту, как её паять после этого?
Если с современными лазерами 5вт и чпу типа 3018 на обычном же нефольгированном текстолите прожигать "дорожки". Они разумеется это уголь, и сопротивления там будут высокие. Но это уже дорожки.
Проще как сейчас многие делают - на фольгированный текстолит нанести краску, выжечь ее лазером и протравить. Либо нанести фоторезист и засветить его тем-же лазером. Качество высокое получается, и не особо сложно.
Или профрезеровывать дорожки, там еще меньше телодвижений, вообще никакой химии не потребуется.
Фольгированный текстолит + жидкий или плёночный фоторезист.
Печатаем шаблон лазерником на прозрачной плёнке или тонкой кальке, засвечиваем, проявляем "кротом", дальше травим хлорным железом по классике.
Ничего более простого и качественного по выходу(при набитой руке) для домашнего изготовления нет. Ну, разве что утюжная технология, но она на класс ниже по точности и ширине дорожки.
да, и точность в пределах 0.1мм даже удается, дорожки по 0.2 вполне даже выходят. Но всё же, муторно это, совмещать обе стороны на такой точности. Хочется чего-то доброго, светлого.
У готовых плат с фоторезистом одна неизлечимая проблема, всегда: "битые пиксели", неизбежные дефекты покрытия. Чем больше размером делаете плату, тем больше риск что оно где-то порвёт дорожку. Каждый раз все дорожки прозванивать приходится.
Для совмещения давным давно придумали штифты
Можно подробнее, как это сделать? Чтоб не выдумывать заново велосипед, а использовать отлаженный метод ))
сверлите на плате 2 отверстия под штифты, ставите штифты и по ним позиционируете все шаблоны
нет, сверлить нельзя до травления, по многим причинам. Кроме того, это ничего не даст, у меня и сейчас погрешность в пределах 0.1мм, только это довольно кропотливо, требует времени и концентрации. Вопрос скорее в том, как штифты могли бы это сделать лучше? Возможно ли под штифты пробить плёнку шаблона с большей точностью?
в смысле нельзя? по классике: сверление => металлизация => травление
нет, если берем готовые платы с фотопокрытим, то их свелить нельзя до травления, как минимум в любительских условиях. Пыль, неизбежные царапины, а главное что вокуг отверстий медь деформируется, трафарет уже не ляжет плотно. А после травления наоборот, в отверстиях уже протравлены лунки и сверло прекрасно в них входит, да и с медью меньше контачит, дольше живет.
наконец то я вас понял. это же дорогая экзотика, которой никто не пользуется. хотя бы потому что с таким материалом невозможна металлизация отверстий
нет, почему дорогая, для любителя вполне себе дешевле чем заказывать, и цикл прототипирования намного короче, за день обычно 1-2 плат удается сделать, не нужно ждать пока доставят.
С металлизацией конечно определенные ограничения, делаю тонким проводом, требует времени конечно, и под корпусами не сделать отверстия.
Была недавно мысль вместо провода взять шарики для BGA подходящего диаметра и по нескольку штук их туда слегка впрессовывать, потом пропаять более легкоплавким припоем, с висмутом например. Если буду еще когда снова платы делать, попробую.
так а в чем проблема на голый текстолит нанести фоторезист?
можно будет попробовать, сейчас в продаже есть уже, раньше его не достать было, только аэрозольное непотребство попадалось. Но врядли удастся получить такое же равномерно тонкое покрытие как на готовых платах, а если слой толще делать то навеняка просветы в тонких местах уже пострадать могут.
Сейчас уже и ламинатные плёнки с фоторезистом у китайцев продаются, может у них качество не хуже.
по сути технология не отличается от той, что применяется на заводах. разница только в нюансах касающихся техпроцесса. фоторезист наносится как попало, да собственно и хранится как попало и часто просроченный. засвечивается/проявляется тоже на глазок. ну и так по каждому пункту. ну и, в конце концов, тестирование и на серийных платах никто не отменял.
да, так и есть, эти платы изначально производятся для любителей, производители похоже не особо о чистоте заморачиваются. В пределах платы у них в фоторезист попадает несколько пылинок размером с миллиметр, увидеть можно на просвет только после травления. С определенной вероятностью попадают на дорожки, приходится ремонтировать.
почему для радиолюбителей? мы ящиками заказываем на производство по той же технологии. или вы другие популярные технологии знаете?
-шаблон на "лазернике" получается довольно хреновым из-за низкой плотности заполнения тонером, в этом плане его даже струйник переплевывает.
-вместо лазерника можно использовать фотополимерный принтер, можно использовать чпу с лазерной головкой 405нм (или даже 450нм но это хуже)
-"крот" вспучивает края дорожек фоторезиста, нужна кальцинированная сода
в остальном все верно.
P.S. кстати даже на китайском условном "cnc 3018" фрезой вполне прилично режутся печатные платы, если никуда не спешить )))
я на лазернике всегда двухслойные шаблоны делал, вполне достаточно. Совместить плёнки для одного слоя как раз не проблема, плёнка после распечатки довольно заряжена электростатикой, если резать аккуратно и касаться только по краю то они надёжно и точно слипаются. Вот совместить стороны всегда проблема, если хочется точности и via меньше 0.8мм
проблема лазерника еще и в точности. если печатать два шаблона не на одном листе, то с большой вероятностью они не сойдутся
1 От лазерника зависит, и от подбора экспозиции(если передерживать, то начинает просвечивать)
если тонер совсем рыхлый - трик - быстро, чтобы не успел поплыть тонер, проводим кистью, смоченной в ацетоне, поры закрываются.
Под струйник сложней найти плёнку\кальку.
2 Мысли были, но удачных реализаций не видел. Сомневаюсь, что растровая засветка с точностью распространённых китайских принтеров даст приличный результат.
3 Крот(NaON) в правильной концентрации на дистиллированной воде даёт идеальный результат. Рекомендации производителей ФР всё-таки не с потолка взяты.
Сотни плат на этой технологии сделаны, значительная часть - двухсторонние.
быстро, чтобы не успел поплыть тонер, проводим кистью, смоченной в ацетоне, поры закрываются.
Читал рекомендацию подержать в закрытой ёмкости в парах ацетона, но кажется там была речь про фотошаблон. Надо попробовать сами платы, а то "жёлтая китайская бумага для ЛУТ" тоже даёт провалы из за пористой структуры пленочного покрытия.
Но иногда ламинатор как то особо удачно чуть размазывает, что всё получается идеально, но на малой площади. Т.к. делаю не часто, забиваю подобрать оптимальный режим.
Автору можно посоветовать подумать на тему EDM технологии для удаления меди, может что и выйдет.
проблема любых электрохимических методов в том, что нужно подводить ток ко всем дорожкам. а они мало того что имеют свойство быть разделенными, так еще и могут пострадать от этого тока
нет, это не проблема, скорее логическая ошибка. Если проходить растром, то всегда контакт будет. По EDM в пинципе всё также как современная резка лазером, только что должно быть менее затратно в плане расходов, и материал текстолита скорее всего меньше повреждаться будет, если он это вообще заметит. Просветы в 0.1мм в принципе должны получаться, если тонким проводом резать в качестве электрода, примерно как в прошлом на заводах газовые форсунки на такой диаметр прокалывали. Только, для ускорения процесса нужен плоттер с несколькими сменными электродами разного диаметра. Так, мысли в слух, может у кого новые идеи появятся.
Делал когда-то следующим способом.
На медь наносил тонер для лазерного принтера, потом на 3D принтере с лазером от dvd резака запекал тонер на тех местах, где должны быть дорожки, промывал от незапекшегося тонера и травил. Переводил картину в G-код самлписным скриптом. Была одна хитрость - изображение должно выводиться построено и рабочий ход головки всегда должен быть в одну сторону - так устраняется проблема люфта временной передачи принтера.
Может быть возможно печатать паяльной пастой (возможно измененного состава) на специально подготовленном текстолите (чтобы после расплавления пасты она приклеивалась к текстолиту. Возможно, в два прохода - сначала печатаем клеем дорожки, потом наносим пасту, там где был клей она после оплавления приклеится, образуя дорожки. Это так, в порядке идеи.
Вторая идея кажется более реальной - печать на струйном принтере (или модернизированном FDM) защитной маски непосредственно на плате и дальнейшее ее травление.
проблема любой пасты в том что у олова удельное сопротивление примерно в 8 раз больше чем у меди, любые более-менее высокочастотные сигналы будут вести себя очень непредсказуемо на таких дорожках. Может быть в каких-то удачных случаях и будет работать, но будет невозможно предсказать заранее как плата себя поведет, всё будет плясать от минимальных нюансов разводки.
И кстати у любых легкоплаввких порошков на основе олова та же проблема будет, даже если в него гранулы серебра замешать - на постоянном токе сопротивление может и будет более-меннее приемлемое, но на ВЧ и для импульсных сигналов моментально будет сказываться скин-эффект, который выдавит ток в несколько последних микрон поверхности, а там снова всё то же сплошное олово. А если оно еще и подокислилось, шероховатость поверхности увеличилась, да не сразу а после скольких-то недель работы...
Я чего то не понял, если мы хотим нанести дорожки рисованием, то берем старый известный рапидограф, далее что больше нравиться:
Аддитивный способ - заправляем хлоридом палладия, рисуем дорожки на чистом текстолите, сушим, опускаем в щелочной раствор меднения, вынимаем - медные дорожки 3-5 микрон толщиной
Субтрактивный способ - заправляем водостойкой тушью, рисуем дорожки на фольгированном текстолите, сушим, опускаем в хлорное железо, полоскаем - готово! Дорожки от 18 до 50 микрон.
Всё равно колхоз какой то, толи дело - https://ru.wikipedia.org/wiki/LTCC (низкотемпературная керамика)
Мне кажется, что все способы связанные с нанесением мелкодисперсного, что серебра, что меди, являются крайне ненадежными в продолжительной эксплуатации. Напечатать и показать в ролике, что оно проводит ток - можно. Но развитая поверхность меди будет подвержена окислению, а серебра - образованию сульфида серебра. Это для цельной дорожки не страшно, там под слоем оксида (сульфида) лежит сплошной металлический монолит проводника. А тут монолита нет, есть слипшиеся зёрна с точечным контактом этих зёрен.
да, именно об этом речь, наносить порошки на текстолит не даст минимального качества, или будет опять сложно и дорого, если какие-то редкоземельные металлы использовать. А порошки на керамику уже 70 лет наносят, тут без вопросов, только не может карамика текстолит заменить, дороже на порядок и хрупкая. Было бы просто, уже бы пользовались.
Вакуумную камеру и ионную пушку с электростатическим ускорителем.
Cпасибо, в свое время восстанавливал дорожки графитом и прочими составами, медь из купороса с аскорбиновой кислотой, да ещё её пролудить сплавом розе, так как дорожи были на плёнке типа лавсана, похожие на клавиатурные :)
Альтернативные технологии производства печатных плат