PIIRILEVYJEN VALMISTUSOHJE

Tässä ohjeessa kerron kuinka itse valmistan piirilevyni käyttäen valotusmenetelmää. Toivottavasti tämä ohje auttaa harrastelijoita siten, että kaikkea ei tarvitse oppia kantapään kautta.

SISÄLLYSLUETTELO

PIIRILEVYKUVAN SUUNNITTELU

Suunnittelen piirilevykuvan Protelin Easytrax-freeware -ohjelmalla. Ohjelma on erittäin käyttökelpoinen Euro-1 -kokoisten ja sitä pienempien korttien tekemiseen. Se ei tosin sisällä automaattista reititystä.

Muutan Protelin tekemän piirilevykuvan tulostusformaattiin erillisellä Easyplot ohjelmalla. Ohjelma tulostaa kuvan mm. PostScript ja Gerber-formaateissa. Itse käytän vain PostScriptiä.

Suunnittelen kaksipuoleiset kortit siten, että läpiviennit tulevat aina jonkin komponentin jalan kohdalle, joka sitten juotetaan molemmin puolin piirikorttia (ei käy esim. pystyelkoille). Ne muutamat läpiviennit, mita jää jäljelle, juotan pienellä johdonpätkallä molemmin puolin.

PIIRILEVYKUVAN TULOSTUS

PostScript-tiedoston tulostan GhostScriptillä HP LaserJet 4L -laserkirjoittimelle ja laserkalvolle. Tulostus on positiivinen, eli levyn kuparialueet ovat mustia ja syövytettävät alueet kirkkaita. Tulostan saman layoutin kaksi kertaa, joko pienet samalle tai isot levyt eri kalvoille, ja laitan nämä kaksi kuvaa päällekkäin. Näin siksi, että usein yhden kalvon mustat kohdat eivät ole tarpeeksi tummia. Mustan tulee olla täysin läpinäkymätöntä valoa vasten katsottaessa. Vielä euro-1 -kokoisella kortilla kahden kalvon kohdistus päällekkäin onnistuu. Tämä tosin riippuu paljolti laserin paperinkuljetuksen mekaniikan tarkkuudesta.

Käytän kalvoina 3M:n taustapaperitonta värilaserkalvoa CG3700. Olen huomannut, että ultravioletti ei tule hyvin läpi 3M:n tavallisista taustapaperittomista kopiokalvoista. Lisäksi kirjoittimeni kiinnitysyksikön lämpö saa jotkin kalvot rypistymään. Huom! varmista, että kalvo on tarkoitettu kopiokoneeseen tai laserkirjoittimeen eli että se kestää lämpöä.

Tehdessäni kaksipuoleisia levyjä saan levynpuoliskojen filmit pysymään kohdakkain, kun teippaan ne ensin vastakkain ja teippaan sitten piirilevyn väliin. Valotan tämän paketin sitten molemmin puolin.

Kalvon mustepuoli tulee olla kuparia/lakkaa vasten, mikä estää hajavalon pääsyn lakalle. Hajavalo kaventaa kapeaa vetoa noin kaksi kertaa kalvon paksuuden verran. Tämän vuoksi Easyplotin Setup-PostScript-Options-Flip Layer Setup tulee asettaa siten, että komponenttipuoli (Top Layer) tehdään peilikuvana (Flipped).

PIIRIKORTIN SAHAUS JA PUHDISTUS

Sahaan levyt sopivan kokoisiksi rautasahalla ja hion reunat laittamalla hiomapaperin pöydälle ja liikuttelemalla sen päällä levyä, kunnes reuna on riittävän tasainen. Aloitan hionnan karkeudella numerolla 80 ja lopuksi hion 240:llä.

Kiillotan levyt Vim:illä (Vim Cream). Kiillotuksen jälkeen levy tulee olla kirkas eikä siinä saa olle tummentumia. Pesen Vimin hioma-ainejäänteet astianpesuaineella ja lopuksi Marinolilla, joka kuivuu nopeammin kuin vesi. Tosin valoherkän lakan käyttöohje nimenomaisesti kieltää alkoholikäsittelyn. Levyn tulee olla täysin rasvaton, pölytön ja kuiva ennen lakan levittämistä. Levy on rasvaton, kun vesi leviää levylle tasaiseksi, ohueksi, kalvoksi. Sormenjälkien tekemistä levylle tulee välttää.

VALOHERKÄN LAKAN LEVITYS PIIRIKORTILLE

Lakka tulee levittää levylle heti puhdistuksen ja kuivauksen jälkeen, ettei levylle ehdi kertyä oksidikerrosta. Käytän lakkana Positiv lakkaa ( Cramolin POSITIV Resist, CRAMOLIN(R) . Cont.: 200 ml e3 [270], Art. no.: 1261412). Kontakt Chemie:n Positiv 20 -lakka on aivan yhtä hyvää kuin tämä Cramolinin tuotekin. Lakka on riittoisaa, sillä 200 ml:n pullo riittää n. 4 m2 kuparilevylle. Suihkutan lakan levylle n. 20 cm:n etäisyydeltä ohueksi kerrokseksi siten, että levy on vaakasuorassa. Kesällä ulkona (>15°C) ja talvella sisällä liesituulettimen ympärille sanomalehdistä kyhätyssä "vetokaapissa". Vetokaapiksi käy hyvin myös opiskelija-asuntolan porraskäytävä tms :-) Positiv-lakka nimittäin haisee kamalalta. Levy ei saa olla suorassa auringonpaisteessa levityksen aikana. Liian lämpimässä lakka kuivuu ennen kuin se ehtii levitä tasaisesti. Levitystä ei saa tehdä myöskään pölyisessä paikassa. Sopiva lakkakerros on tummahkon siniharmaa.

Positiv-lakka säilyy ainakin 3 vuotta ohi eräpäivän kun sitä pitää väliajat jääkaapissa. Se pitää kuitenkin ottaa lämpiämään huoneenlämpöön muutama tunti ennen valotusta, jotta se ehtii notkistua.

LAKAN KUIVAUS

Annan lakan tasaantua rauhassa 10 - 15 min levityksen jälkeen. Pölyn välttämiseksi laitan levyn päälle kehitysaltaan kuivumisen ajaksi. Tämän alkukuivauksen ja tasaantumisen aikana lakasta haihtuvat pahimmat katkut. Tämän jälkeen kuivaan levyn sähköuunissa 50°C:ssa n. 20 minuuttia. Kannattaa jättää luukku auki ettei käry tartu uuniin. Mikäli levyä ei valoteta heti se pitää säilyttää pimeässä ja viileässä. Levy tulisi kuivata pimeässä, mutta pienitehoinen uuninlamppu ei tunnu vaikuttavan paljoakaan.

VALOTUS

Valotan levyä 10 - 15 minuuttia alppiaurinkolampulla (kotisolarium, valohoitolamppu). Etäisyys n. 25 cm. Otsoniaukkouudisoinnin jälkeen noita lamppuja on saanut 30 mk:lla kirpputoreilta. Lampun tekniset tiedot: "Hanau - Höhensonne", Original Hanau Quarzlampen GmbH Höhensonne(R) 100, Type 1084, 400W IR, 300W UV+IR. Nämä lamput tuottavat pehmeintä eli UVA säteilyä.

Lakka on valoherkkää alueella 310 - 440 nm ja herkintä alueella 330 - 420 nm. Elohopean spektristä piikit 337, 365, 405 ja 436 nm osuvat tälle herkkyysalueelle. UVA on määritelty alueeksi 315 - 400 nm ja näkyvä valo alueeksi 380 - 770 nm. Elohopealampun spektripiikit 405 nm ja 436 nm ovat näkuvän valon alueella ja ovat sävyiltään violetti ja sinivioletti.

Lampun pitää antaa lämmetä n. 2 minuuttia ennen valotusta, että lampun ultravioletin tuotto on noussut oikealle tasolle.

Päällä on hyvä olla paksu (1×15×20 cm) akryylilevy tms., joka painaa kalvon kiinni piirilevyyn. Akryylilevy tosin syö osan ultravielottevalosta, mutta olen kompensoinut sen valotusaikaa lisäämällä. Lasilevy syö n. 65 % ultraviolettivalosta.

Filmin mustepuoli tulee laittaa aina piirilevyä vasten, niin reunoista tulee terävämpiä. Tällä menettelyllä voi tehdä esim. 62 mil (1 mil = 1/1000 tuumaa) juotostäplien välistä yhden vedon 15 mil leveydellä (Kuva 1.), mutta ei enempää. Rajoituksena lienee 300 dpi laser ja Ghostscript.


Kuva 1. 15 mil veto 62 mil juotostäplien välistä.

Jos kuviot ovat valotuksen ja kehityksen jälkeen himmeitä ja kontrasti huono, niin joko filmi päästää läpi UV-valoa huonosti tai lakka on vanhentunutta. Lisäksi lakkakerros saattaa olla liian ohut.

Käytän melko paksua lakkakerrosta, mikä vaatii pitkän valotuksen. Vanhaa lakkaa pitää valottaa pitempään.

KEHITYS

Olen käyttänyt kehitykseen 0,7 % lipeäliuosta (NaOH, Natriumhydroksidi, lipeäkivi, syöpä natroni, kaustinen sooda, natriumhydraatti). Alla apteekin varoitustarra purkin kylkeen.

C
NATRIUMHYDROKSIDI, VEDETÖN

Voimakkaasti syövyttävää.
Säilytettävä lukitussa tilassa ja lasten ulottumattomissa. Roiskeet silmistä huuhdeltava välittömästi runsaalla vedellä (15 min ajan) ja mentävä lääkäriin. Käytettävä sopivia suojakäsineitä ja silmien- tai kasvonsuojainta. Onnettomuuden sattuessa tai tunnettaessa pahoinvointia, hakeuduttava heti lääkärin hoitoon (näytettävä tätä etikettiä mikäli mahdollista).

Syövyttävä.

Olen antanut apteekin tätien punnita minulle 7 g rakeista lipeää omaan purkkiin. Olen liuottanut se sitten kotona litraan vettä, jolloin vahvuudeksi tulee 7 promillea (0,7 painoprosenttia). Tämä vesiliuos ei ole yhtä vaarallista kuin raaka lipeä, mutta suojakäsineitä on silti hyvä pitää. Ennen punnitusta purkissa ei saa olla vettä, sillä lipeä kehittää lämpöä liuetessaan nesteeseen. Laimennetulle liuokselle etiketti on:

Xi
NATRIUMHYDROKSIDI, 0,7 %

Ärsyttää silmiä ja ihoa.
Säilytettävä lukitussa tilassa ja lasten ulottumattomissa. Roiskeet silmistä huuhdeltava välittömästi runsaalla vedellä (15 min ajan) ja mentävä lääkäriin. Käytettävä sopivia suojakäsineitä ja silmien- tai kasvonsuojainta. Onnettomuuden sattuessa tai tunnettaessa pahoinvointia, hakeuduttava heti lääkärin hoitoon (näytettävä tätä etikettiä mikäli mahdollista).

Ärsyttävä.

Kehitystäkään ei saa tehdä kirkkaassa päivänvalossa. Levy sietää valoa vasta kehityksen jälkeen.

Nyttemmin en ole jaksanut ostaa lipeää apteekista, vaan käytän 0,7 dl Kodin Putkimiestä(R) litran pulloon ja vettä täyteen. Kodin putkimies on 10 % lipeää, vettä ja sinistä väriä. Jos valottumaton lakka liukenee kehitettäessä, mutta kuviot ovat teräviä ja kontrasti kuvioissa on hyvä, niin todennäköisintä on, että kehite, on liian vahvaa.

Mitä käytetyn kehitteen hävitykseen tulee, niin putkimiespullosta seuraavat lainaukset: "Sopii kaikkiin viemäreihin, mutta ei wc-pöntöön eikä tiski- tai pesukoneisiin" ja "Ongelmaviemärit: 1/4 pullollista kerran viikossa estää tukkeutumisen". Tosin olen kuullut, että lipeä sotkee pahasti biologista vedenpuhdistusta. En käytä kehitettä uudelleen, vaan käytän joka kerta aina tuoretta liuosta.

Jatkossa vanha putkimiespullo kannattaa säästää kehitepulloksi.

Levy on kehitetty, kun kaikki valottunut lakka on liuennut, ja kuparipinta on aivan kirkas. Levy huuhdellaan lopuksi juoksevan veden alla.

VALOTUKSEN KORJAILU KEHITYKSEN JÄLKEEN

Positiv-lakan jäljen mahdolliseen korjaukseen on paras kynä (unohtakaa Dalo ja sen hienot mainoskuvat) Staedtler Lumocolor 313, Permanent, Punainen. Se on spriiliukoinen ja lähtee samalla kuin Positiv-lakkakin.

Ylimääräiset lakkatahrat voi tässä vaiheessa raaputtaa esim. pienellä terävällä veitsellä.

SYÖVYTYS

Syövytykseen käytän ferrikloridia (Rauta(III)kloridi, FeCl3). Alla varoitustarra purkin kylkeen.

Xn
RAUTA(III)KLORIDI, KIDEVEDELLINEN

Terveydelle haitallista nieltynä.
Säilytettävä kuivana ja tiiviisti suljettuna.

Haitallinen.

Sopiva väkevyys on n. 100 g FeCl3 2,5 dl:aan vettä. Tämä siis kiteistä apteekin ferrikloridia. Bebekin myymää kannattaa laittaa 1:1.

Syövytyksen kemiallinen reaktio on seuraava:
2FeCl3 + Cu -> CuCl2 + 2FeCl2
Rauta(II)kloridi muodostaa levyn pinnalle Rauta(II)hydroksidia:
FeCl2 -> (vesiliuoksessa) Fe2+ + 2Cl- sekä Fe2+ + 2H2O -> Fe(OH)2 + 2H+

Levyt olen syövyttänyt kannellisessa altaassa. Olen teipannut levyn altaan reunoille maalarinteipillä. Kuparipuoli tulee alaspäin ja näin levyn pintaan muodostuva raskaampi rautahydroksidisakka kertyy sedimentiksi altaan pohjalle. Allasta ei saa suuresti sekoitella, ainoastaan levyä voi hieman liikutella. Varsinkin aluksi kannattaa levyä kallistella la täristellä, että levyn alapuolelle ei jäisi ilmakuplia, mitkä estävät syöpymisen siltä kohdalta. Kun viimeinenkin kuparikalvo on syöpynyt, niin levy kannattaa ottaa heti pois syövytysliuoksesta. Sitten kansi kiinni ja allas kaappiin säilöön. Ferrikloridi kestää näin huomattavasti pitempään kuin jos sitä kaadellaan aina välillä pulloon ja takaisin altaaseen. Lisäksi syöpyminen on tasaista koska syövytystulokset laskeutuvat suoraan pohjalle.

Syövytyksen jälkeen levy on hyvä pestä saippuavedellä ja huuhtoa.

REIKIEN PORAUS

Lopuksi olen porannut reiät 0,7 mm terällä ja miniporalla. Paras koko olisi kuitenkin n. 0,8 mm. Juotostäpliin kannattaa jättää 10 mil:n ohjausreiät poraamisen helpottamiseksi. Ohjausreikien koko määrätään Easyplotin asetuksissa Setup-PostScript-Options.

LAKAN POISTO

Lakka kannattaa poistaa vasta juuri ennen juottamista. Positiv-lakka liukenee etanoliin (Marinol-100, valmistettu vahvasti denaturoidusta spriistä). Juottamisen jälkeen olen usein suojannut kuparin spraypullossa olevalla hartsilla.

KOMPONENTTIPUOLEN PAINATUS

Levyyn saa ammattimaisen säväyksen, jos tulostaa komponenttien sijoittelupainatuksen (Overlay) kalvolle ja silittää kuvan kankaan läpi levyn komponenttipuolelle. Kalvon muste tarttuu (osittain) piirilevylle ja osia on helpompi sijoitella kun levyllä on painatus. Silityslämpötila on kahden ja kolmen pisteen välimailla. Silitysrautaa ei kannata liikutella edestakaisin, vaan painaa se kevyesti levyä vasten ja pitää jonkin aikaa. Tätä varten kuvio pitää kääntää peilikuvakseen ennen tulostusta.

KÄYTETTYJÄ LÄHTEITÄ JA LISÄTIETOJA

Printed circuits self-made! Hints+Aids, Positiv 20 Photoresist varnish, Kontakt Chemie

Kontakt Letter No. 7, Technical Information about application of POSITIV20

Metalligrafiikka, Tuula Lehtinen, Gummerus, Jyväskylä 1992, ISBN 951-608-003-0

N:o 635/1994, Sosiaali- ja terveysministeriön päätös vaarallisten aineiden luettelosta

Käyttöturvallisuustiedote, Työsuojeluhallitus, RAUTA(III)KLORIDI, 18.2.1992

Kaupallisia WWW-sivuja

Muiden harrastajien piirilevynteko-ohjeiden www-sivuja

pam(at)iki.fi Päivitetty 10.9.1999