Prokovování plošných spojů na kuchyňském stole

[Lojza1]

Už jsem v této části fóra našel staré vlákno, ale to se zvrhlo k nýtkům a o ty mi nejde. Odmítám zde i zahájit debatu o cenách prototypových destiček zadávaných do Číny, protože prostě mám nějaký důvod chtít to zvládnout i sám, jakkoliv ani tu možnost nezavrhuji. Nepovedlo se tady někomu úspěšně zvládnout výrobu "opravdu" prokovených destiček podomácku?
Já se o to pokouším a moc úspěšný nejsem. Ať dělám, co dělám, vždy se nějaký ten otvor neprokoví, zůstane v něm kroužek bez mědi. Sice se ta deska dá použít, ale při vší té pracnosti to za úspěch nepovažuji. Pokusničím s receptem zde:
https://www.instructables.com/Inexpensi ... ality-PCB/
Posílám obrázky prvních dvou takto vyrobených destiček. Měď je postříbřená a destička Continuity+ je pájená bezolovnatě, což nedopadlo nijak extra pěkně. Možná je to zastaralý materiál FR4, který se pro vyšší teploty nehodí. Nevím. Možná se nepovedlo to postříbření, nová lázeň někdy moc brzo během stříbření začne dělat špatně pájitelný povrch.
Ale k prokovování. Mám podezření, že by se měl k poměďování použít nějaký vhodnější elektrolyt. Já jsem použil modrou skalici v demineralizované vodě a podle nějakého návodu jsem do ní přilil i trochu kyseliny sírové. Při malých proudových hustotách ten elektrolyt má tendenci odmývat nebo prostě nějak poškozovat měď vyloučenou z aktivátoru. S větší proudovou hustotou je to lepší, ale uprostřed otvorů je asi ta proudová hustota menší a tam se tvoří ty zmíněné neprokovené tmavé prstýnky. Nevyznáte se někdo v této oblasti elektrochemie? Myslel bych si, že to kazí ta kyselina, ale v elektrolytu je trvale ponořený měděný drát (anoda) a očekával bych, že se ve výsledku vytvoří rovnováha, jako kdybych tam tu kyselinu na úvod nepřidal.
On ten recept bohužel neodpovídá ani na jiné podstatné otázky, třeba jaké mýdlo použít. A v diskusi pod receptem jsou názory nebo nápady, které mi po mých pokusech připadají až škodlivé. Ponechám stranou názor, že se prokovená deska nedá leptat tradičním způsobem a s fotorezistem ve spreji, jako je třeba Cramoline. Jde to, i když to ještě neumím bez velké pracnosti. Kdo motivy rovnou frézuje, ten by s tím neměl problém vůbec a navíc by si mohl desku vyvrtat rovnou podle souřadnic. Já jsem si vyrobil plechovou vrtací šablonu svrtáním s neprokovenou verzí destičky a na tuto dvojici prokovených destiček jsem ještě použil stejné filmy s ručně začerněnými otvory. I to jde, jakkoliv je důkladné začerňování opět velice pracné. Zkrátka teprve s tím pokusničím. Zkouším, co a jak.
Tedy, nedošel někdo dál a nemohl by tu teď začít poučovat?

[jezevec]

Něco tady.

[Lojza1]

Něco tady.

Díky, asi totéž se probralo v tom dávném vlákně v "Součástky" o nýtcích, jak jsem zmínil v úvodu. Ono to s tím koloidním stříbrem vypadá celkem snadno a s výborným výsledkem. Je to ale jiný princip. Neobejde se mj. bez velmi drahé pasty a odkazy na dodavatele v tom článku už ani nefungují. Možná protože se levněji, bez vlastního vybavení a s menší závislostí na jednom dodavateli dá získat hotová deska v Číně. Nezkoumal jsem to a nevím, jestli vznikne kompaktní kov jako při elektrochemickém vyloučení mědi. Propájením otvoru už jistě ano.
Můj dotaz směřoval spíše k principu s vyloučením mědi pyrolýzou a vytvořením finální měděné vrstvy elektrochemicky. Popsal jsem problémy, které s tím mám a které by s tím asi být neměly, pokud takový aktivátor někdo úspěšně používá. On i tento aktivátor má jeden strategický problém. Já jsem si ten článek přečetl před mnoha lety a tenkrát jsem si na to pořídil chemikálie. Od té doby jsme budováním svobodné společnosti dospěli ke špatné dostupnosti fosfornanu vápenatého. Když už ho mám, je to tak, jak to teď dělám, dobře a levně realizovatelné v kuchyni.
Spíš jsem se obával, že mi někdo třeba poradí alkalický elektrolyt. Kyanidy bych v domě spíš nechtěl a ani nevím, jestli jejich občasné používání (třeba jednou za rok či dva...) není jinak problematické nebo třeba moc drahé.
Kyselý elektrolyt ze skalice je snadno dostupný a méně problémový, ale vyžaduje na laminátu dost solidní poměděný základ. Mně to moc nefunguje, pokud aktivátor nenanesu a neprohřeji opakovaně. Ale problém může být i jinde. Zplodiny po pyrolýze je třeba odstranit. Houbičkou jako podle receptu jsem při pokusech vždy příliš vymyl i otvory. Teď opatrně používám plastovou škrabku s rovnou hranou a se zaoblenými rohy, která otvory šetří. Ale i tak se hodně mědi z otvorů vymyje. Třeba by to šlo lépe s jiným mýdlem v aktivátoru. V receptu se o něm nepíše nic konkrétnějšího. Nebo dělám špatně něco jiného. Kdybych byl s čištěním zplodin šetrnější, v mědi vyloučené elektrochemicky na rovných plochách destičky by se prokreslily mapy a asi by ani dobře nepřilnula k původním měděným fóliím.

[HF_Tech]

S ručním vrtáním děr se ti to asi nikdy nepodaří. Povrch díry nebude dostatečně kvalitní, aby se na tom chemie správně chytala. Chtělo by to alespoň nějakou precizní stojanovou vrtačku s vysokootáčkovým vřetenem nebo cnc strojek.
V práci občas vyrábíme prokovené díry na cnc frézce - nejprve se vyvrtají díry, pak se kreditkou propasíruje do děr nějaká pasta. Ta se vysaje vysavačem, aby byly díry průchozí a pak se hodí zapéct do trouby.
Po zapečení se opět hodí do frézky a dodělají se cestičky.
Pastu dodává LPFK a cena a životnost není přívětivá. Proudová zatížitelnost taky nic moc. Vyloženě se to nehodí na výkonové věci, kde teče víc jak 0,5A.
V posledních letech se to používá vyloženě při řešení průserů, když jde o čas. Jinak to vychází cenově na stejno, jako si nechat udělat expres desku v GATEMĚ.

[Lojza1]

No to je ale opět právě ta stejná pasta. Ano. Drahá a asi závislá na jednom dodavateli, se specifickým (v mnoha ohledech dobře vyhovujícím) výsledkem.
Já vrtám díry tak, jak je to třeba. Normální, ale dobře vycentrovanou minivrtačkou vrtákem z karbidu wolframu. Samozřejmě ve stojánku, Z ruky by to moc nešlo a nejspíš bych i lámal křehké vrtáky. Takže se povrch neznečistí otěrem oceli. Spíš se ušpiní při přebroušení ploch, aby měly otvory správné hrany. Já to pak dobře vyčistím v ultrazvukové vaně. Ta se dá koupit za tisícovku, ale za moc nestojí, je slabá a časem odejde. Za necelé čtyři tisíce jsem od stejného tuzemského dodavatele nedávno koupil vaničku překvapivě dobrou a silnou, se dvěma měniči, dostatečně velkou pro menší destičky.

Přidal jsem fotky, jak lze levně získat dobrou a silnou minivrtačku.

[JirkaZ]

K celému tématu uvedu dvě poznámky:

1) zcela bez ironie a "na férovku" velmi fandím komukoliv, kdo se snaží něco dělat, být samostatný a zlomit pakárnu tzv. "vývoje", který - jak jsem pochopil - nás vede převážně do nejhlubších prdelí. Myslím tím průběžně tlačenou neschopnost, podřízení se nejrůznějším bolševickým zákazům a příkazům, spotřební mentalitu atd.

To jen na úvod.

2) přesto si dobře uvědomuju, že každá taková snaha má svoje limity, jak technické, tak ekonomické. U mě to jsou třeba pokusy o dvojstranné DPS... Poměrně záhy po jakýchkoliv úvahách tímto směrem jsem dospěl k následujícím bodům:

a) pro prototypy a vzorky (nebo i finální výrobky, ale třeba v podobě jednoho kusu) prokovy jednoznačně vylučuju, a to buď protažením a zapájením Cu vodiče otvorem pro prokov na dvouvrstvé desce (to pokud má návrh sloužit pro pozdější profi výrobu), nebo desku rovnou navrhnu jako jednovrstvou a použiju nutné množství propojek. U SMD technologie jsou propojky buď hotové (odpory s nulovou hodnotou), nebo pro delší trasy používám drátek a podlepení kaptonovou páskou + příp. pozdější fixaci vhodným lakem nebo lepidlem.

b) vícekusové série navrhuju jako dvoustranné a nechávám si je vyrobit.

[Lojza1]

JirkaZ: Jistě, tak nějak to dělám také. Jen jsem mnoho let žádnou desku nezadal profesionálnímu výrobci a ještě jsem proto nevyzkoušel Čínu, kterou teď chápu jako mezidobí mezi jejím technologickým rozvojem a válečným embargem.
Jak naznačují fotky především destičky Continuity+, narazil jsem na limity drátových náhražek prokovů. Tedy, destička se sériovým číslem 001 je neprokovená, podle ní jsem svrtával vrtací šablonu. Ale ta je osazená precizními lištami místo obyčejných objímek. Precizní lišta se dá zapájet z obou stran a na rozdíl od objímky se dá osazovat postupně, aby byl k pájení stále přístup.

Ještě k těm vyhlídkám vývoje v Evropě. On by se fosfornan vápenatý sehnat dal. Bohužel asi na trzích mimo Evropu a její regulace. Ale ve větším množství. Byla by to dražší investice. To by mělo smysl, kdyby se ta metoda výroby dotáhla vychytáním problémů. Na pokusy stačí, co tu mám. Tedy kromě odborných znalostí a zkušeností, ty mi v této oblasti bohužel chybí.

[makak]

Tady máš poměrně podrobný návod, jak se to dělá:
https://www.youtube.com/watch?v=Qb9MZHS ... el=Drirr90

[PotPalo]

Ať dělám, co dělám, vždy se nějaký ten otvor neprokoví, zůstane v něm kroužek bez mědi.

Cirkuláciu roztoku máš zabezpečenú? Aby v otvore neostala bublinka vzduchu, a aby sa vyčerpaný roztok premiešaval s nevyčerpaným (vyčerpaný roztok v otvore už asi nebude ďalej pokovovať).

[Lojza1]

Ať dělám, co dělám, vždy se nějaký ten otvor neprokoví, zůstane v něm kroužek bez mědi.

Cirkuláciu roztoku máš zabezpečenú? Aby v otvore neostala bublinka vzduchu, a aby sa vyčerpaný roztok premiešaval s nevyčerpaným (vyčerpaný roztok v otvore už asi nebude ďalej pokovovať).

Právě smolím podrobný komentář k tomu videu a tohle je asi zásadní přínos. Ano, cirkulaci jsem jenom občas trošku pomohl houpáním s destičkou, takže nepomohl. Spíš jsem chtěl mít menší proudovou hustotu, aby elektrolyt nasycený mědí stíhal difundovat. Takže mohu zkusit použít magnetickou míchačku a skleněné míchátko. Bohužel to mám v nějaké neznačkové kádince s nevhodným tvarem dna, to míchátko na něm drhne.
Bublinek jsem si v otvorech nikdy nevšiml a okukoval jsem to pečlivě. Třeba jsem je opravdu jenom neviděl.
Zásadní rozdíl v tom videu je v proudové hustotě. Tam je brutální, řádově větší, než jsem použil já a považoval za trochu moc velkou. A i v době pokovování. Autor tam té mědi nanáší hodně. To není u profi desek běžné.
Rozdíl je i v gumových medvídcích. Zatím jsem neměl takový problém s drsností nanesené vrstvy, abych to řešil. Naopak se vyhladí povrch od drsnějšího brusného papíru, takže není nutné plochu pracně a nákladně zjemňovat kaskádou jemnějších papírů. Ale mám zkušenost, že pokud se nanáší silná vrstva mědi, objeví se na ní zrnitost, zrnek přibývá a rostou. až povrch vypadá jako prorezlá ocel. Ono to souvisí i s proudovou hustotou.

[Lojza1]

Tady máš poměrně podrobný návod, jak se to dělá:
https://www.youtube.com/watch?v=Qb9MZHS ... el=Drirr90

Díky za hodnotný odkaz. Autor dospěl k deskám přinejmenším na pohled hezkým a jistě povedenějším, než se to zatím daří mně. Postupně to okomentuji:

1. Poloviční plátování mědí. Tohle mi přijde kontroverzní. Uvažoval jsem o tom jako o poraženeckém řešení, pokud se mi nepovede udělat kvalitní prokovy přiměřenou tloušťkou vyloučené mědi. Předpokládám, že vyloučená měď nebude mít v amatérských podmínkách takovou rovnoměrnost a asi ani čistotu. Ale to souvisí i s promícháváním elektrolytu. Měl jsem pocit, že se deska poměďuje dole rychleji, než nahoře, a spojoval jsem si to s hmotností mědi v elektrolytu. Předpokládal jsem, že se nějaká měď naopak odbrousí při souvisejících operacích. Ale dobře, cesta to je.

2. CNC vrtačka. Jak jsem zmínil, je ideální pro toho, kdo si pak i vyfrézuje motiv. Míněno ve stejném souřadnicovém vedení. Pokud se má deska leptat podle filmu, který navíc nemusí být geometricky ideální, zkusil jsem podle neprokovených desek svrtat vrtací šablony z odřezku klempířského pozinkovaného plechu, který jsem tu našel. Na plech jsem použil obyčejné spirálové vrtáky. Pak jde ještě o vzájemné tolerance průměrů vrtáků na šablonu a tvrdokovových do laminátu. To se musí sladit. S vrtací šablonou a ve stojanové vrtačce je výsledek vyhovující. Pak jde o to mít na prokovenou desku filmy bez otvorů. Pokud jsou to jiné filmy, musejí k sobě geometricky pasovat.

3. Recept na elektrolyt máme stejný. Já jsem použil síran měďnatý pentahydrát chemicky čistý a kyselinu sírovou 33% čistou, koupeno dohromady s fosfornanem kdysi dávno v chemickém eshopu. Zatím jsem tam nenasypal medvídky, ale právě jsem v Košíku přihodil želatinu plátkovou
https://www.kosik.cz/produkt/fine-life- ... escription
a předpokládám, že pokud vyjde na hmotnost násobně dráž, než medvídci, je v medvídcích spousta nechtěného balastu.
Opravil jsem zde dodatečně specifikaci použitých chemikálií.

rozdělím to na více příspěvků

[Lojza1]

4. Grafit, dehydro...todleto a paládium.
Autor používá grafit ve spreji. Já jsem kdysi fantazíroval o nějaké směsi grafitu s nějakým vypalovacím silikonovým lakem. Ten by mohl dobře držet na skelné rohoži (pokud by se k ní měl šanci dostat, protože mi připadá, že je fest pokrytá epoxidem) a nemělo by mu vadit pájení. V tom "běžném" spreji, jako vidím nejspíš na
https://www.conrad.cz/p/cramolin-graphi ... gKISPD_BwE
bych očekával běžné organické pojivo. Předpokládal jsem, že pájením se prokov uvolní od stěny laminátu. Což ovšem nemusí být tragické. Tak jako tak se autor videa nezmiňuje, že by s tím pak byly problémy.
Fosfornan je to, s čím se teď trápím. Je možné, že s grafitem bych musel pak přijmout vychytávky (viz video) skoro stejné, jaké mi zatím chybí s fosfornanem. Ale měď vyloučená pyrolýzou fosfornanu nemá žádné pojivo kromě mazlavých zplodin a snáze se proto odplaví. U obou metod je nakonec možná podstatou zakotvení členitý reliéf stěny otvoru. Na hladké rovné ploše laminátu pomědění sice nějak trochu drží, ale podle okolností více či spíše méně pevně. Grafitový lak by díky pojivu držel na laminátu až do poškození pojiva teplem. Ale jak dobře drží měď na laku netuším a nedělal bych si iluze. Rozdíl pak tuším v zahlazení reliéfu stěny tím lakem. Myslím si, že otvor dobře vytlučený kavitací v ultrazvukové vaničce by mohl lépe udržet prokov vyloučený na měděném nanoprášku.
Paládium už podle názvu vypadá draze až nedostupně tady dole mezi sprostým lidem.

[Lojza1]

5. Jen poznámka k leptacímu roztoku, když už je tam zmiňován. Mně na chloridu železitém vadí jen jak rychle se nový, krásný, drahý a rychlý nasytí mědí a pak už je to s ním otrava. Ale chemicky je šetrný k fotorezistu jako je Cramoline. Napadlo mě zkusit si desku předleptat elektrolýzou, tím trochu doplnit anodu v pokovovací kádince a teprve po rozpojení plochy desku doleptat v chloridu. Tento postup rozhodně nedoporučuji, protože elektrolyt je ke Cramoline mnohem agresivnější a poškodí ho dřív, než se podstatná část mědi rozpustí.

6. Míchání elektrolytu už jsem zmínil výše. K tématu bublinek mě napadá předsmáčení destičky. Připadá mi, že pokud je deska ještě mokrá a v demineralizované vodě se bublinky v otvorech neudělaly (tam jsem si jich nevšiml a může to souviset s povrchovým napětím či viskozitou nebo nevím s čím), i další lázeň do otvorů dobře navzlíná. Podstatné je to při namočení desky do aktivátoru. Ale ten grafitový lak může situaci zhoršit. Dobře umytý laminát ve vyvrtaném otvoru je smáčivý celkem dobře. Měděný nanoprášek se zbytky mýdelnatých zplodin také.

[Lojza1]

7. Fotorezist. Kdysi jsem se zajímal o nažehlovací a získal jsem dojem, že s běžnou levnou laminovačkou by výsledky nebyly spolehlivě dobré. Jak i autor zmiňuje, spoléhat se na přesné posazení plošek kolem otvorů a na neporušenost fólie je choulostivé. Autor má i mnou ověřenou pravdu, že ani při plýtvání tekutým fotorezistem se nepodaří dobře ochránit hrany otvorů a jejich těsné okolí. Řešením, které jsem použil zatím ne úplně uspokojivě, je natlačit do otvorů za horka stěrkou termoplast z tyčinky do lepicí pistole a potom plochu zabrousit. Má to na první pohled několik problémů.
a) Jak ten termoplast potom odstranit? Levné tyčinky z mých zásob asi z OBI nejsou čistý PE. Asi už kvůli lepivosti je v tom nějaké plnivo. Ten materiál se dá narušit acetonem. Bohužel už jsem i zjistil, že dlouhodobé působení acetonu ničí i laminát plošného spoje. Na prokovené destičce Continuity+ je to i vidět, protože jsem ji nechal naloženou v acetonu dlouho a bez dozoru. Zdá se, že by řešením mohl být technický benzín. Aceton sice termoplast nerozpustil, ale uvolnil ho, takže šel snadno vyšťouchat a zbylé nečistoty pak vymýt. S benzínem bych to očekával podobně, jen bez poškození laminátu.
b) Je termoplast smáčivý pro Cramoline? Je. Zdá se, že po zabroušení plochy je vhodné desku ještě ohřát, aby termoplast získal hladký povrch dobře slitý s hranami otvorů.
c) Jak termoplast natlačit do otvorů? Já jsem to zkusil běžnou ocelovou stěrkou s pomocí horkovzdušné pistole, kterou jsem desku ohříval. Samozřejmě z toho pálí prsty, rukavice je pak upatlaná od termoplastu a deska se musí ohřívat s citem, protože je to jen laminát.
d) Jak zabrousit plochu. S tím ještě bojuji a nabírám zkušenosti. Připadá mi, že je tento termoplast navlhavý a pokud je navlhlý, dá se odbrušovat hrubým papírem docela přijatelně rychle. Vždy to chce mezi broušením chvilku počkat, aby nový povrch opět nasál vlhkost. Podstatné je stěrkou napřed setřít měď za horka co nejlépe. Ale zároveň tak, aby se výplň otvorů schládnutím nesmrskla do ďolíčků.

[Lojza1]

8. Výroba osvitových filmů. Moje LED tiskárna Xerox Phaser 6020 tiskne s kosodélníkovým zkreslením, černý toner je dost průsvitný a nechytá se na průhledné fólie. Nevím, jak tiskne kvalitní inkoustová tiskárna, a o mé staré v multifunkčím zařízení Lexmark, která míchá černou soutiskem barev, bych vůbec neuvažoval. Neočekával bych ani, že se inkoustová tiskárna vyhne kosodélníkovému zkreslení. To záleží na úhlu posuvu papíru proti posuvu tiskové hlavy. Ještě před několika lety nedaleko fungovala v grafickém studiu osvitová jednotka a pokud se strany oboustranné destičky umístily symetricky kolem osy filmu, daly se zrcadlově sesadit. Musel jsem teď hledat jinou osvitku a po prvních zkušenostech doporučuji firmu Rpress
http://www.rpressrak.cz/index.php/kontakt

9. Vrtáky. Z historických důvodů ještě používám na malý průměr v plošných spojích kopinaté tvrdokovové vrtáky od Proxxonu. Před desítkami let jsme si v PS el. koupil drahé spirálové a v tehdejší plastové minivrtačce jsem je hned polámal. Ty kopinaté jsou odolnější. Pokud je vrták dobře nabroušený, je otvor pro prokovení vyhovující, Pokud už tak ostrý není, měď se na spodní straně trochu odchlípne a po zabroušení zůstane kolem otvoru úzký prstenec bez mědi. Ale i ten se pokryje mědí spolu s otvorem a problém jsem s tím u prvních dvou destiček, kde se mi to stalo, neměl. Pro mne je hlavní nevýhodou kopinatých vrtáků, že jejich cena je dána cenou materiálu i předražeností Proxxonu a na rozdíl od spirálových vrtáků jsou po několika nabroušeních nepoužitelné, protože už nemají přijatelný tvar. Ve vrtací šabloně to pro křehké vrtáky nevypadá moc bezpečně a raději i u kopinatých používám menší otáčky.

10. Exponování fotorezistu. Na rozdíl od autora videa používám dvojici desek z organického skla tlustých kolem 2 mm, mezi nimi po obvodu samolepicí možná silikonové těsnění (nebo nějaká PU pěna ?), v rozích dotěsněno chemoprenem. Připojuji si to na rotační olejovou vývěvu silikonovou bužírkou velkého průměru vyztuženou ocelovou pružinkou. I já ozařuji z větší vzdálenosti. V dobře větrané lepenkové krabici bodovým zdrojem, vysokotlakou rtuťovou výbojkou s odříznutou vnější baňkou. Ale takto to trvá dlouho, pro Cramoline půl hodiny každá strana. Výhodou je, že u neprokovených destiček nemusí být sestava filmů k destičce nějak nalepená. Destička se jen vloží mezi filmy a při otočení se to nijak neposune.