Любой, кто пытался изготавливать печатные платы самостоятельно, сталкивался с тем, что процесс этот довольно медленный и грязный.
В некоторой (и даже в существенной) степени, его можно сделать менее пачкующим, если использовать вместо классического хлорного железа другие составы, например ту же самую соль, в смеси с перекисью водорода и лимонной кислотой (ещё один общеизвестный состав).
Но что же делать со скоростью? Или, вот ещё проблема: зачастую (а особенно при изготовлении относительно габаритных плат) требуется также запастись и относительно большим количеством травящего раствора.
После чего начинается «задумчивое потряхивание платы в этом растворе, глядя в угол комнаты» :-B, — что безусловно отвлекает от других дел и, к тому же, занимает не сказать, чтобы уж совсем маленькое время…
Конечно, это всё не является проблемой, если делать печатные платы вам приходится раз от разу, и изредка… Но, всё существенно усложняется, если попытаться делать платы хотя бы малыми сериями — здесь уже любая эффективность будет ко двору, так как за рабочий день их не натрясёшься…
Тем не менее, есть один интересный способ, с весьма широкими возможностями, который, наверняка, далеко не каждому попадался на глаза! ;-)
И способ этот — сборка простых установок типа «ротоспрей»…
Обеспечение места химической реакции новым, свежим раствором;
Удаление из места реакции её продуктов.
Таким образом, глядя на этот весьма короткий список, сразу же становится понятно, почему, при собственных экспериментах по изготовлению печатных плат, многие сталкивались с наглядной констатацией того факта, что даже простое потряхивание раствора с погружённой в него печатной платой существенно ускоряет травление, — иногда, при достаточно высокой температуре, ускоряет настолько, что это даже видно невооруженным взглядом, например, хотя бы даже по тому, как резко начинают отваливаться кусочки алюминиевой фольги (если изготовление печатной платы идёт по лазерно-утюжному методу (ЛУТ), например).
Однако, как уже выше упоминалось, такой ручной труд существенно отвлекает от других более важных дел…
В качестве альтернативы можно попробовать установить под дно ванны с раствором некий механический вибратор самостоятельного изготовления, наподобие того, как это делается в химических лабораториях, где подобные виброустановки (только заводского изготовления) могут использоваться для смешивания компонентов и других целей:
Или даже простые «покачивающие» системы:
Это одни из самых простых вариантов механического воздействия на плату в процессе травления, которые, тем не менее, не позволяют в полной мере использовать потенциальные возможности механических воздействий… Но, с другой стороны, предоставляют весьма доступный и простой в исполнении для многих способ…
В качестве параллельного направления существует ещё интересный вариант, где целый ряд экспериментаторов идут ещё дальше — зачем нужно использовать механику, если можно полностью её убрать, и, в то же время, сохранить приблизительно похожий стиль воздействия?
С технической стороны это выглядит красиво и увеличивает надёжность: именно такими являются разнообразные «барботеры» — то есть, устройства, «пробулькивающие» воздух, разбитый на мелкие пузырьки сквозь травящий раствор: никакой механики и, в то же время, некоторое воздействие на плату:
В качестве источника воздуха для таких устройств обычно используются небольшие компрессоры разного рода, например, для таких целей может быть использован даже слабенький воздушный компрессор для аквариума.
Проблема только заключается в том, что пузырьки воздуха оказывают весьма слабое воздействие на удаление продуктов реакции с поверхности — они скорее всего лишь больше перемешивают раствор, поставляя его новые порции в зону реакции…
Таким образом, мы видим, что из поставленных в начале статьи двух задач — подобное пробулькивание выполняет, по сути, только первую…
Таким образом, глядя на типы устройств выше (в большей степени, последние) приходит понимание, что простого перемешивания раствора недостаточно — очень желательно ещё и достаточно сильно воздействовать на поверхность, чтобы с усилием буквально «сдирать» вязкие слои отложений продуктов реакции…
Кроме того, мы наглядно видим и другой недостаток устройств выше — для их нормальной работы необходимо относительно большое количество раствора, чтобы обрабатываемая плата была полностью залита им!
После осмысления перечисленных выше фактов, становится понятно, почему устройства подобного типа ушли в историю (по большей части), оставшись только уделом энтузиастов; тогда как промышленные высокопроизводительные методы используют другой альтернативный подход: так называемые установки типа «ротоспрей» (Rota-Spray).
В силу прошедших лет сложно сказать, кто явился зачинателем этого направления, но, судя по некоторым данным, процесс этот был известен ещё в 1958 году (возможно, и стартовал тогда же; но точные данные отсутствуют).
Основная идея установок подобного типа заключается в следующем: зачем использовать большое количество раствора для травления, если можно взять его малое количество и разбрызгивать под давлением на плату?
Кстати говоря, подобный принцип будет очень понятен тем, кто когда-либо в жизни имел дело с посудомоечной машиной: она тоже моет посуду не «руками или механическими щётками» — для этого всего лишь используются струи воды, разбрызгиваемые под давлением*!
*Насколько мне удалось понять, «копаясь» в установках подобного типа (установленных в посудомоечных машинах), там используется весьма остроумная система: вода под давлением подаётся в легко вращающийся разбрызгиватель, где даже этого малого давления воды уже хватает, чтобы он начал сам собой вращаться, разбрызгивая воду из отверстий, имеющихся в нём — чем-то это напоминает садовые системы для полива…
Нечто аналогичное реализовано и в установках типа «ротоспрей» — только там используется электрический привод для разгона воды, с целью создать относительно большое её давление, — с которым она и будет воздействовать на поверхность обрабатываемой платы.
Для понимания, как устроены и работают установки подобного типа, обратимся к схеме ниже, а затем изучим на её базе их работу (ручка и подвес платы показаны упрощённо, символически — в конце статьи будет видео с более интересной конструкцией):
Как можно видеть, по большому счёту, она состоит всего лишь из пяти элементов:
корпус (он же, одновременно, и ванна для раствора); электродвигатель; полая трубка, соединённая с электродвигателем; крыльчатка на конце полой трубки; специальный стационарный рассекатель, жёстко соединённый с корпусом и неподвижный.
Теперь, как это всё работает: как можно видеть по схеме выше, трубка снабжена большим количеством маленьких отверстий (могут быть просверлены даже вручную — через них будет вылетать вода).
Как только двигатель запускается, то, соединённая с ним трубка также набирает обороты — равно как и крыльчатка на её конце; в результате этого, крыльчатка сразу начинает засасывать воду внутрь полой трубки, где вода, под воздействием центробежной силы и прижатая к стенкам трубки, начинает активно взбираться вверх, — в результате, покрывая эти стенки изнутри слоем, толщина которого напрямую зависит от оборотов двигателя (больше обороты и меньше диаметр отверстий — больше толщина).
Здесь явно есть простор для анализа и апгрейда параметров — «поиграться» с диаметром трубки и отверстий в ней, а так величиной оборотов двигателя — за счёт чего можно попробовать сохранить давление воды (то есть, мы варьируем толщиной слоя воды на стенках), с одновременным уменьшением скорости вращения двигателя, что может снизить шум установки во время работы! ;-)
То есть, проще говоря — давление создавать преимущественно силой давления толстого слоя воды, а не оборотов двигателя! ;-)
Таким образом, мы имеем быстро вращающуюся трубку, содержащую внутри воду под давлением — которая, в силу имеющихся в трубке отверстий, сразу же начинает вылетать наружу на большой скорости.
Так как трубка вращается — вместе с ней вращаются и струи воды под давлением. И, таким образом, возникает ситуация, когда весь объём ёмкости внутри корпуса оказывается пронизанным во всех направлениях своеобразными «водяными лазерами», к тому же, перемещающимися с большой скоростью, и буквально «подметающими» поверхность обрабатываемой платы, весьма эффективно удаляя продукты протекающей реакции!
Казалось бы — всё отлично, замечательно и работает? А вот и нет — по мере раскрутки двигателя и набора оборотов всей системой, возникает проблема:
Чем больше обороты двигателя, тем быстрее и больше захватываются массы раствора вокруг, которые тоже начинают вращаться вокруг трубки!
Можно было бы подумать «ну и пускай себе вращаются, нам то, что…», но нет: это вращение воды создаёт вокруг трубки воронку, под трубкой начинает всё больше обнажаться дно и… вы всё правильно поняли: начинаются перебои подачи раствора внутрь трубки! Ведь дно всё более обнажается и крыльчатка на конце трубки, тоже, соответственно, начинает всё меньше получать раствор!
Иными словами, наблюдаемую тенденцию можно охарактеризовать как своеобразный физический ограничитель величины оборотов, который никак не даст создать более-менее большое давление раствора, которое хотелось бы!
А ведь от этого как раз напрямую и зависит эффективность и скорость травления поверхности печатной платы!
Чтобы успешно бороться с этим негативным явлением — придумали хитрый «лайфхак»: вокруг вращающейся трубки, у самого её основания (там, где находится крыльчатка, всасывающая воду внутрь трубки) — установили ещё одну крыльчатку, только которая неподвижна и жёстко скреплена с корпусом, а её крылышки расположены под прямым углом к трубке.
Основное назначение этой крыльчатки, как вы уже, наверное, догадались — максимально тормозить пытающуюся закрутиться воду!
И именно поэтому, как можно обратить внимание, лопасти этой крыльчатки расположены не по касательной, а под прямым углом к трубке — так как их задача не закручивать поток, а максимально тормозить его.
Вот и всё: при наличии всех этих элементов — установка работает успешно, где, в зависимости от типа используемого раствора, могут добавлять, опционально, ещё и нагреватель в корпус, на дно ванны, чтобы он подогревал раствор.
Платы в такие установки обычно загружаются сверху, закрепляясь в зажимах — то есть, они травятся, будучи подвешенными вертикально (на самой первой схеме выше это показано).
Таким образом, используя подобную систему, можно как раз и получить то, что хотелось в самом начале: потребность в малом количестве раствора и большую скорость травления!
Кое-какие дополнительные нюансы о процессе работы на таких установках, можно посмотреть в видео ниже (особенно, наверное, это будет интересно с общепознавательных целей, а также, ознакомления с растворами для травления) — кстати говоря, если там перемотать на 8:39, то хорошо становится видно то самое, о чём я говорил выше — крылышки, под прямым углом у стационарный крыльчатки.
И, кстати говоря, в этом видео даётся ещё одна интересная идея для обработки плат: не только травить их с помощью таких установок, но и проявлять фоторезист:
Ну и, напоследок, вооружившись всеми этими знаниями, думается, что если вы перейдёте вот по этим (ссылка1(на сайт), ссылка2(на pdf-документ)) ссылкам и посмотрите на ротоспрей-установки промышленного изготовления, то вам почти всё в них будет понятно, даже с первого взгляда! :-)
По сути, их отличие от кустарных вариантов заключается только в более «заводском» виде… :-)
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
