Stále zhoršující se stav kupovaných fotocitlivých DPS mě přiměl k nápadu využít laser pro výrobu DPS. Pro zhoršující? Dříve byly fotocitlivé DPS tmavě zelené a člověk to nepřesvítil i kdyby chtěl. A to jsem používal horské sluníčko a strašné technické podmínky. Nyní už byla chyba na 6 minutách osvitu 30 s a buďto lak nešel dolů, nebo se odstranilo vše. Dále i dodávaná vývojka se musela naředit, neboť stačilo o 5 sekund déle a vše zase zmizelo. A to jsem ještě velké plochy přetahoval fixem. Udělat 0,5 mm spoje byla sázka do loterie. A kvalita samotných DPS? V obchodě koupíte fotocitlivý FR4 – má to být sklolaminát a epoxydová pryskyřice, ale ve skutečnosti je to FR3 – papír a epoxy. Na pákové nůžky můžu rovněž zapomenout, protože ten papír se láme podobně jako kdysi cuprexcart (nebo jak se to tehdy jmenovalo). V souvislosti s tím mě napadla jistá pohádka o Jiříčkovi. Jestli nedosvítíš, budeš o hlavu kratší, jestli přesvítíš budeš taky. A co by kat se mnou dělal kdybych nedosvítil a současně přesvítil? To se mi stávalo poslední dobou pořád...

Samotný laser, který by odpařil vrstvičku mědi by stál nemalé peníze. Co takhle DPS nastříkat běžnou akrylovou barvou (autolak ve spreji) a poté tuto barvu odstranit laserem. Pak by již následovalo běžné leptání.
První jsem zkusil najít dostupný laser. Ten jsem na www.gravipro.cz. Výhodou bylo, že má jak infračervený tak i modrý laser, jak se ukázalo později. Abych neriskoval, že to nepůjde, zeptal jsem se dodavatele, zda by mohl zkusit „vylejzrovat“ ukázku DPS. Poslal jsem tedy DPS nastříkané černou barvou a z neznalosti i průhledným lakem. Průhledný lak prý nefunguje, ale černý lak celkem vyšel, ale cesty byly příliš úzké. Můj požadavek byl bezproblémové cesty tloušťky 0,3 mm. Dodavatel ovšem zkusil i standardní hliníkovou DPS, kde byl nějaký lak (prý tajemství výrobce) speciálně určený pro laser. Zde byly cesty perfektní. Takže to asi půjde. Bohužel má laser jen malou plochu, ale většinou člověk pro experimenty nepotřebuje velkou DPS. Ty velké si stejně necháváme dělat profesionálně. Důležité, je že je potřeba vyzkoušet nějaké zapojení a to velmi rychle (např. nějaký nový SMD IC, pro který nemám konverzní patici do DPS, nebo to bez DPS vůbec nejde udělat (např. spínaný zdroj). I nechal jsem objednat tento laser do firmy.


Problémem však bylo, že program pro obsluhu laseru (X-tool creative space) funguje jen pod Windows nebo pod MacOS. Mám na počítači Linux a přes svátky nikdo ve firmě už nebyl. Naštěstí mám Windows ve VirtualBoxu. Zde se program sice rozběhl, ale ani za nic nemohl zavést správně ovladače k laseru. Vtipné je to, že samotný firmware laseru zřejmě běží na Linuxu. A slibovaná WIFIna se taky nikde neobjevila. Nakonec jsem sehnal heslo k zastrčenému notebooku s WIN10 a laser jsem rozjel. Když už byl připojený přes USB, bylo možno zapnout WIFI v laseru. Tam to mají uděláno tak, že se připojuje k síti jen jako klient. Jakmile byl laser ve firemní síti, mohl jsem již ze svého počítače s VirtualBoxem komunikovat s laserem a jsem spokojený. Další výhodou je, že laser je malý a přenosný. Může být tedy přenesen do místnosti s odsáváním (při činnosti laseru se pálí barva a to smrdí) a po dobu činnosti se tam nebude pracovat (pracuje se tam málo) a pak zase uklizen.
Nyní jsem vyzkoušel vyrobit DPS. Modrý laser fungoval rychle, ale dělal příliš tenké spoje. Odpálil víc, než by měl. Infračervenáý laser zase neměl potřebný výkon k odstranění barvy, ani po více průchodech. Nakonec jsem po různých kombinacích dospěl k řešení.

1. Odstranění barvy modrým laserem při výkonu 30% a době pulsu 100 us.
2. Dočištění IR laserem při výkonu 30% a době pulsu 350 us.

A další důležitá věc – nepoužívat lak s metalízou! Mám auto s šedou metalízou bo bylo ve slevě levnější než bez metalízy a pro případ poškrábání mám v autě tento sprej na drobné opravy. Tento lak však značně ztenčuje spoje! Dále jsem zkoušel různé barvy, tmavě modrou, červenou a žlutou. Hodně závisí na typu barvy. Žlutá by dovolila i vyšší výkon laseru, možná že by šlo i jednoprůchodově, tmavě modrá zase měla užší spoje, ale pokud byla barva nově koupená, jevila se modrá jako ideální.

Výsledky

První pokus s lakem „šedá metalíza“ při vyzkoušeném nastavení laseru. V polovině jsem stopnul dočišťování IR laserem. A pak jsem dal DPS vyleptat. Jsou vidět příliš tenké spoje. Jedná se je o pokus, DPS se již vyrábí jako oboustranná, ale jsou zde krásně vidět potřebné cesty. V šedé metalíze je vidět značné ztenčení cest. Dočištění IR je důležité, protože kde nebylo, se to nevyleptalo.


Dále jsem použil starý červený akrylový lak na škodovky. Výsledky byly mnohem lepší. Po prosvícení žádné podleptání, plochy i spoje celistvé. A taky není vidět nedoleptání.


V posledním případě už jsem vyráběl konverzní patice do DPS, kterých už zase mám málo a použil jsem žlutý a modrý akrylový auto lak. Zde jsou DPS před vyleptáním.


Jak je vidět, použitý tmavě modrý auto lak bude asi nejlepší. Po vyleptání bylo třeba trochu vyčistit spoje mezi cestami QFN, asi to chtělo pro tuto barvu o trochu vyšší výkon nebo delší čas na bod.


Potisk

Zkusil jsem potisk vypálit laserem přímo do DPS. Do strukturovaného cuprextitu se skelnými vlákny to opravdu nebylo ono a výsledek bys sotva viditelný.. Takže je zde druhá možnost, zkusit to stejným způsobem, tedy pomocí barvy. Potisk jsem zmenšil na 50%, aby mi vlezl na testovací DPS. S barvou je to dobré, ale díky zmenšení jsou čáry pro rezistory a kondenzátory příliš tenké. Svorkovnice, relé a elektrolytické kondenzátory jsou správně. Samozřejmě lze tloušťky čar zvětšit například pomocí programu INKSCAPE, i když se to dělá celkem obtížně. V praxi však kvůli jedné DPS potisk nebude potřeba, muselo by se jednat o něco opravdu složitého. Druhá možnost by byl potisk pro SMD součástky, ale zase by nebylo možno vytvořit nepájivou masku. Buďto jedno nebo druhé. Povrch DPS zůstal nepoškozen, což je dobré.


Nepájivá maska

A když už je hotový DPS, proč nezkusit nepájivou masku? Výborná věc u tohoto laseru je, že umožňuje generovat zaměřovací čtverec – tedy laserem nakreslí obdélníkový obrys a tím umožňuje snadné zaměření přes prvotní obrys DPS, který lakem mírně prosvítá. Důležité je neotočit desku o 180° což se mi samozřejmě na poprvé podařilo.


A na podruhé jsem byl až příliš netrpělivý. Šup tam s tím a nedodržel jsem správně osu Y. Navíc jsem zkusil jeden průchod modrým laserem na vysoký výkon, což mělo za následek odpálení již hotových tenkých cest. Tedy zase je potřeba malý výkon jak pro modrý, tak pro IR laser. Příště si tam musím dát zarážku, která je součástí laseru, abych nemusel centrovat podle obdélníčku.


Jiná možnost by byla vyvrtat díry do rohů obdélníčku. To by bylo vhodné pro oboustranné DPS.

Šablona

Ano, i jednorázové šablony lze udělat. Samozřejmě zde nelze použít kov, ale tenký plastikový list je dobrá volba. Důležité je, aby nebyl roztažitelný, byl dostatečně tvrdý a nebyl příliš teplem tavitelný. Některé mají i vespod lepící vrstvu a tak je lze nalepit na DPS, přejet pastou a pak šablonu odlepit. A lze osazovat do pasty! Jenže deska nemá HAL nebo zlacení a tak to pro tento konkrétní případ není ono. Nicméně se vyskytly zakázky na malou sérii, kde bylo neekonomické kupovat šablonu (6000 Kč) a tak se mělo použít ruční osazování. Vyzkoušeli jsme tedy plastovou šablonu (cena do 100 Kč), kdy jedna vydržela pro danou sérii 6 ks výrobků + osazování automatem. Zelený plast ze složek na papír byl naprosto nevhodný – roztékal se a křivil se. Žlutý voskovaný papír byl OK, ale příliš malou rozteč pro LCD konektor přece jen nedal. Oproti tomu oba IC se povedly dobře. Použil jsem modrý laser o výkonu 80% a rychlosti 100 mm/s a řezání podle okrajů. Šablona byla hotova do minuty.

Další možnosti

Technické možnosti laseru jsou značně široké. Například pokud je potřeba mít popisky pod plexisklem, je možno zespodu přilepit papír s vytištěným textem, nebo nastříkat barvu přímo na plexisklo, a laserem odpálit, pak znovu přestříkat jinou barvou (nejlépe bílou – neměl jsem) a výsledek je super. Jen se nesmí zapomenout správně otočit text a musí se dbát na čistotu. Použil jsem výkon 75%, 100us a 300 DPI.


Postup co provádím při výrobě DPS

1. Vygenerovat gerber soubory
2. V gerbv vybrat vrstvu mědi, okraje a díry PTH a NPTH. Okraje modré, měď černá, PTH červené a NPTH zelené.
3. Měď posunout úplně dolů
4. Vyexportovat do SVG.
5. Otevřít SVG v programu Inkscape
6. Kliknout na díru PTH (červenou) pravým tlačítkem, vybrat totéž, barva a tah
7. Menu Objekt > Transformace > Škálování
8. Zaškrtnout změnit rozměr proporcionálně a Použít na každý objekt zvlášť
9. Změnit rozměr na 50%
10. Použít
11. Nastavit barvu výplně na bílou
12. Kliknout na díru NPTH (zelenou) pravým tlačítkem, vybrat totéž, barva a tah
13. Nastavit čáru na černou
14. Menu Objekt > Transformace > Škálování
15. Zaškrtnout změnit rozměr proporcionálně a Použít na každý objekt zvlášť
16. Změnit rozměr na podle potřeby, aby byla díra malá
17. Změnit výplň na bílou
18. Nastavit tloušťku čáry podle potřeby Melu Objekt > Výplň a Tah > Styl tahu > Šířka
19. Okraje vybrat, změnit tloušťku a zčernat
20. Seskupit všechny objekty
21. Pokud máme BOTTOM, obrátit zvrchu dolů.
22. Nakreslit obdélník – výplň bílá, okraje žádné přes celý výkres (stránku)
23. Obdélník posunout do spodní vrstvy (klávesa END)
24. Soubor > Export > Strana > 500 DPI, PNG, Exportovat (důležitá je strana, pro oboustannou DPS)
25. Spustit xTool Creative Space, načíst PNGobrázek.
26. Nastavit rozměry DPS (ne obrázku, protože ten je s okrajema) od středu čáry do středu čáry stejně jak jsou rozměry v KiCADu – v tomto případě je vhodné mít rozměry DPS v mm. Stačí hlídat jeden směr, druhý se mění proporcionálně.
27. Nastavit BLACK and WHITE
28. Měď je potřeba INVERTOVAT, masku ne. Odpálí se to černé.
29. Sundat krytku laseru, zapnout a nastavit, aby se červená a modrý paprsek překrývaly
30. Vybrat BLUE LIGHT, 100us, 30% výkon, 500 DPI, GRAYSCALE
31. Pustit FRAMING a zarovnat na DPS. V případě, že máme oboustrannou DPS, je nutné si připravit 3 díry průměru 0,8 mm – jednu v rohu a 2 po stranách DPS kvůli zarovnání. Obdélník pak zarovnat, aby procházel těmito dírami.
32. Zavřít laser, zrušit framing
33. Pustit Process
34. Po ukončení vybrat pro ten samý obrázek IR, 350us, 30% výkon, 500 DPI, GRAYSCALE a znovu pustit process. Nehýbat z DPS ani z obrázkem!
35. Pokud máme oboustrannou DPS, otočit zvrchu nahoru a pokračovat pro druhou stranu z bodu 30
36. Vypnout laser, zandat krytku

Některé nevýhody

Nemohu nastavit výkon laseru plynule. Zdá se, jako by šel výkon a rychlost regulovat jen po poměrně velkých skocích. Vypadá to na 3 různé výkony. Ať jsem se snažil jak jsem chtěl, řezat pěnovku se nepovedlo, protože se vždy roztékala. Menší výkon byl beze změny a pak nastal prudý pokles výkonu paprsku, který zase nic neuřezal. Stejně tak i rychlost laseru (nebo doba paprsku) je rovněž nastavitelná po skocích a program samotný nezjišťuje jakých. Musí se značně experimentovat a to zdržuje. Prostě termoplasty se taví a já ztratil na další experimenty s termoplasty chuť.
Samotný software je dělaný spíš pro umělce, než pro techniky. Funguje jen pro Windows nebo MacOS a Android a nejde použít s Linuxem. Zprovoznění laseru je nutno dělat přímo pod daným operačním systémem, VirtualBox s USB nefunguje.

Závěrem

Fotocestou jsem si o takových DPS mohl nechat jenom zdát. S laserem je výroba nejen levnější (DPS bez laku stojí 49 Kč oproti s fotocitlivým lakem 149 Kč, ceny Hadex), ale mnohem přesnější. A hlavně jde to napoprvé. Už nemusím nadávat jak tiskárna tiskne blbě, jak se to blbě osvítilo, a když jsem to přelil vývojkou jak všechno zmizelo, a když už se všechno povedlo, tak se to podleptalo, nedoleptalo nebo obojí současně. Dokonce díky tlusté vrstvě barvy se nemusím bát podleptání (i když hlídat se to vždy vyplatí). Dále fotocitlivé DPS vyráběné z FR3, ale označené jako FR4 se mi rovněž nelíbí. Nyní mohu použít kvalitní FR4 a mám možnost vytvořit i potisk, jak ve vrstvě součástek, tak ve vrstvě mědi.


Starší články