Tillverkning av mönsterkort

För många händer det titt som tätt att de hittar en projektbeskrivning eller en ritning på internet till något elektroniskt bygge som de vill förverkliga. Om bygget inte är alltför avancerat går det att använda ett experimentkort, men för mer avancerade byggen kan det behöva etsas ett riktigt mönsterkort (eng. Printed Circuit Board eller PCB). Detta kapitel förklarar hur det går till.

Kretskortsmönster

Hemmagjort mönsterkort

Förr i tiden tog det lång tid att tillverka sina egna mönsterkort. Det bästa sättet som fanns var att tejpa/maska de områden på kopparskiktet som inte skulle försvinna i ­etsningen. Arbetet kunde ta timmar av koncentration med pincett, nål, lupp, milli­meterbred kurvtejp och gnuggisar. Det snabbare alternativet var med hjälp av en specialpenna, och det är fortfarande det snabbaste sättet vid etsning av kort med ett fåtal ledningsbanor. Hantverket med tillverkning av egna kretskort finns fortfarande kvar men det har kompletterats med ett i många fall enklare sätt: UV-känslig lack. Vid etsning av ett större mönsterkort med många detaljer där det är tätt mellan ledningsbanorna, är detta den tveklöst bästa metoden. Då behövs, utöver den fotokänsliga lacken, en UV-lampa och en utskrift av kretskortsmönstret på en overheadfilm.

Kretskortsmönster på overheadfilm finns ibland att köpa färdigt. Används en egen ­layout går det att skriva ut overheadfilm i en vanlig bläck- eller laserskrivare. Det är viktigt att det svarta täcker ordentligt; annars går det att fylla i det för hand med en spritpenna. Det får inte läcka något ljus genom det svarta. Om ljus tränger igenom resulterar det i att den slutliga kvaliteten på kopparbanorna blir dålig och i värsta fall med små avbrott.

Med hjälp av datorprogram såsom Eagle (www.cadsoftusa.com) går det att med många smarta funktioner skapa sina egna kretskortslayouter i datorn för utskrift på overheadfilm.

Använd kretskortslaminat vars kopparskikt har belagts med en UV-känslig fotoresist. Foto­resisten reagerar på UV-ljus så att de belysta områdena sedan fräts bort av fram­kallningsvätskan (ej att förväxla med etsvätskan).

Kretskortslaminat med fotoresist, övertäckt med blå skyddsfilm.

Fotoresisten exponeras genom att belysas med UV-ljus. Fotoresisten är känsligast vid ca 370 nm (alltså det minst farliga UV-ljuset, UV-A). Overheadfilmen läggs direkt på koppar­sidan av mönsterkortet. OBS! Avlägsna skyddsplasten som sitter på laminatet innan jobbet påbörjas.

För att overheadfilmen ska ligga an ordentligt kan en tunn glasskiva läggas över. Det är en enkel lösning, men det bästa resultatet fås med en riktig UV-exponeringsbox (se byggbeskrivning längre ned). Exponeringstiden beror på hur mycket UV-ljus som träffar fotoresisten. Normal tid är cirka tre till tio minuter.

Philips UV-A-lysrör (vänster) och Philips Blacklight-lysrör (höger).

Använd ett UV-A-lysrör eller ett blacklight-lysrör. Spektrumen ovan visar hur liten skillnad det är mellan de två varianterna. Båda rören strålar som mest vid 370 nm. Kom ihåg att skydda ögon och hud vid arbete med UV-ljus.

Efter exponeringen av fotoresisten ska mönstret framkallas. Använd en för ändamålet speciell framkallare (NaOH, natriumhydroxid). OBS! Vätskan är starkt basisk! Använd gummihandskar och skyddsglasögon när den hanteras.

Lägg kortet i ett vätskebad och vicka på skålen så pass att vätskan kommer i rörelse och löser upp den lack som har belysts. När mönstret har framträtt efter cirka fem till tio minuter ska kortet tas upp och sköljas noga under rinnande vatten. Kontrollera noggrant att kopparskiktet är frilagt och synligt på de områden som senare ska bort i etsbadet. Om inte kan du prova att framkalla lite extra i efterhand eller att skrapa lätt med nål och skalpell. Var försiktig så att du inte skadar fotoresisten på kopparskiktet som inte ska etsas.

Etspulvret består av natriumpersulfat (Na₂S₂O₈) som är ett salt av natrium och persulfat­joner. Natriumpersulfat är starkt oxiderande och löser koppar till kopparsulfat (CuSO4). Etsvätskan blir mer och mer blåfärgad i takt med att mängden kopparsulfat ökar. Natrium­persulfat är lösligt i vatten och kan vara irriterande vid kontakt med hud, ögon och luftstrupe. Skydda därför med god luftväxling, plasthandskar och skyddsglasögon.

Innan du börjar etsa blandas etspulvret med varmt vatten. Etsningen fungerar bäst vid 30-40°C. Lägre temperaturer försämrar etsförmågan. Etsningen sker i en låg plast­behållare eller plastskål. När du lagt laminatet i behållaren måste vätskan hållas i ­rörelse. Detta görs enklast genom att vicka behållaren fram och tillbaka. Etsprocessen tar normalt tio till 20 minuter beroende på etsvätskans temperatur och kopparlagrets tjocklek. Kontrollera efter cirka tio minuter hur kortet ser ut. Områdena av kopparytan som ska bort blir ljusare. När all koppar som ska avlägsnas är borta ska kortet sköljas noga under rinnande vatten. Rengör sedan ledningsbanorna med aceton för att få bort resterna av fotoresisten. Första gången du etsar kan det vara bra att testa med några små testkort innan du går på det stora kortet med många detaljer.

Etspulver för kopparlaminat

Nu är kortet klart att borra. Kontrollera först med lupp att ledningsbanorna är hela. Det räcker med att en rispa, bred som bråkdelen av ett hårstrå, har gått igenom fotoresisten för att det ska ha etsats ett avbrott i ledningsbanan. Om det blivit ett avbrott går det att löda över springan med tenn.

Hårdmetallborr 0,8 mm

Vid borrning i ett mönsterkort som inte är glasfiberlaminat är det viktigt att vara extra försiktig så att man inte trycker för hårt. Trycket kan annars knäcka loss små kratrar runt hålet på komponentsidan. Sitter hålen tätt kan kortet försvagas mekaniskt och även knäckas av helt. Vid användning av glasfiberlaminat är risken nästan obefintlig. Normalt används 0,8 mm-borr men hålstorleken varierar förstås beroende på tjock­leken på komponentbenen. Ett 1 mm-borr kan vara lagom för komponenter med kraftigare ben. Köp gärna ett hårdmetallborr så varar det längre. Det gäller särskilt vid borrning i glasfiberlaminat, då det sliter mer på borret.

Den som exponerat sina kretskort med en vanlig enkel UV-lampa vet att resultatet kan misslyckas. UV-lampan räcker inte alltid till för att belysa mönsterkortet jämnt över hela ytan. Att bygga sin egen exponeringslåda för kretskortsexponering är därför en bra idé.

Hemmabyggd UV-exponeringsbox

Professionell UV-exponeringsbox

Att tillverka en UV-exponeringsbox