Chcete vyrábět plošňáky fotocestou ? Chcete aby byl vzor jemný a ostrý ? Chcete aby vás to nestálo zbytečně moc ? A chcete aby to netrvalo ? Tak to jste tu správně. Dle mého názoru jde o vyladěnou a spolehlivou metodu jak na to a rád bych se s vámi o ni podělil. Než přestanete číst s tím že podobných návodů jste už četli desítky, pokusím se vás motivovat následující dvojicí fotek. Pokud vás výsledek zaujal, přeji příjemné čtení a hodně zdaru pokud se metodu pokusíte zprovoznit. Nebudu dlouho kecat, ale než začnu rád bych zmínil, že svůj díl na odladění metody mají krom mě i studenti Dominik Sobek a Aleš Stejskal.
|
|
| Foto 1 - Ukázka výsledků (Deska s Attiny817) | Foto 2 - Ukázka možností (Deska s Attiny817) |
Metoda stojí na tom, že máte laserovou tiskárnu. Pokud ne tak si ji pořiďte. Nejlevnější začínají někde na 1100,- a když si uvědomíte, že krom předloh to umí tisknout i cokoli jiného, tak to není zase tak špatná koupě. Já používám Xerox Phaser 3010 protože byla levná. Tiskárna je "úzké hrdlo" celé metody. Podívejte se na motivační fotografii 1 (kliknutím se dostanete k plnému rozlišení). Vidíte spoje v jemném čtvrt-milimetrovém rastru, které lze bez většího úsilí vyrábět, pokud se vám je podaří vytisknout ! Proto se musíte před tiskem prohrabat v nastavení tiskárny a zvolit tu nejvyšší kvalitu. Na tomhle kroku si dejte záležet, lupou se podívejte s jakým nastavením vymáčknete z vaší tiskárny to nejlepší.
Vzhledem k tomu, že metoda má být nízko-nákladová zřekli jsme se používání průhledných folií. Tak odvážní abychom věřili normálnímu papíru jsme také nebyli, takže jsme zvolili kompromis v podobě pauzáku. Za jednu A4 pauzovacího papíru zaplatíte v papírnictví 2-4kč. Pokud budete tisknout předlohu k hornímu okraji papíru, můžete pak zbylou část pauzáku od předlohy odstřihnout a tisknout na něj dál (tiskárně typicky nevadí, že je papír o něco kratší). Moje tiskárna byla ochotná sežrat i 4cm krátký kousek pauzáku, takže A4 vystačila na 3-6 menších desek. Možná se pozastavujete nad tím že pauzák není průhledný, ale pouze průsvitný. Jak tedy může fungovat jako předloha. Pointa tkví v tom, že pokud předloha přímo leží na osvětlovaném materiálu je úplně jedno jestli je materiál průhledný nebo ne. Průsvitný materiál oproti průhlednému rozptyluje světelné paprsky. Na to aby se ale mohli rozptýlit musí se světlo za materiálem šířit a to se v našem případě dít nebude. Pro nás bude rozhodující pouze kontrast - tedy poměr mezi tím kolik světla projde potištěnou a nepotištěnou částí předlohy. Zdálo by se, že obecně platí pravidlo: Čím vyšší kontrast tím lepší. Ale není to tak úplně pravda. Jakmile dosáhnete určitého minimálního kontrastu je jeho jakékoli další zvyšování zbytečné. Dalo by se to přirovnat k situaci kdy máte chuť na lentilky a rozhodujete se zda koupit plný sud nebo plný vagon (je to jedno, stejně jich víc jak kilo nesníte). Protože je pauzovací papír trošku tvrdší je dobré tiskárně sdělit, že netiskne na běžný papír, ale na papír větší gramáže, tisk pak probíhá pomaleji a toner se lépe zapeče.
Pro ukázku jsem vytiskl předlohu, kterou můžete vidět na fotografii 3. Schválně jsem se zaměřil na dvě kritická místa, kde jsou na desce tenké spoje a vyfotil detail pod mikroskopem (foto 4). Vlevo na malé zvětšení aby bylo jasné odkud detail pochází a vpravo pak s větším zvětšením. Změřená cestička (vpravo nahoře) by dle návrhového SW (Eagle 7) měla mít tloušťku 10mil tedy 0.25mm. Můžete vidět, že po tisku došlo k jistému zúžení na přibližně 0.23mm i tak je ale tisk solidní, dalo by se tedy říct že tiskárna má ještě drobnou rezervu. Všimněte si také rozprachu toneru okolo tištěných oblastí.
Při osvitu je nutné aby předloha přilnula k fotodesce velice těsně. Je proto nutné aby byla fotodeska rovná. My ji stříháme nůžkami na plech (foto 5) a po této násilné činnosti bývá deska v rozích prohnutá (foto 6). Desku si položím na stůl, dotýkám se jí v rozích a sleduji jestli se "kolébá", pokud ano tak příslušný roh ohýbám tak dlouho než se kolébat přestane. V tom okamžiku desku považuji za rovnou. Dále se během střihu může měď na okrajích "srolovat" a trčet nad plochu desky. V takovém případě hrany srazím buď nožem nebo hranu desky táhnu pod přítlakem po stole. Každopádně je potřeba všechny nerovnosti zahladit aby matrici nic nenadzdvihávalo nad povrch. Pokud je deska připravena, sloupnu ochrannou folii a položím matrici na fotodesku (foto8), tonerem směrem k desce (aby byl vzor co nejblíže fotocitlivé vrstvě). Z toho plyne, že je nutné tisknout vzor zrcadlově než jak má vypadat měď na desce ! Většinou není potřeba nikam spěchat, svit běžných zářivek obsahuje jen minimální množství UV světla a expozice desky při práci nehrozí. Následně přiložím na desku s matricí sklo (bývá vhodné ho ještě na krajích zatížit). Tím dojde k přitlačení předlohy a vše je připraveno k osvitu (foto 9).
 |
 |
| Foto 5 - Deska ustřižená nůžkami na plech ... | Foto 6 - ... je docela pokroucená |
 |
 |
| Foto 8 - Lehce přiložená předloha | Foto 9 - Předloha přitlačená k desce sklem - těsně před osvitem |
Teď uděláme malou vsuvku o tom jak provést osvit. Nejtypičtější zdroje osvitu budou buď UV zářivky nebo UV LED. Teoreticky je možné osvěcovat i pomocí slunečního záření, ale to bych si bez expozimetru asi nedovolil, protože odhadnout vhodný čas bývá v tomto případě velice ošemetné. Čas osvitu (který řídí dávku UV záření) je naprosto klíčový. Potištěné oblasti vaší předlohy jsou totiž do jisté míry průsvitné pro UV záření ! Z toho plyne že i části, které mají zůstat zakryty dostávají svoji dávku. Kdyby jste dobu osvitu příliš přetáhli, (řádově o 100-200% potřebné doby), osvítila by se vám deska v podstatě celá. Jedinou výjimkou by byl osvit přes filmovou předlohu, kde se dá předpokládat, že černé úseky na filmu budou UV záření tlumit docela solidně. Stejně tak nesmíte zvolit dobu příliš krátkou, pak by nedošlo k dokonalému osvitu míst, které mají být osvíceny. Doba také závisí na materiálu fotovrstvy. Je tedy dobré odladit ji pro jeden typ desek a toho se držet. Najít hodný čas není komplikované. Ustřihnete si pásek vaší fotodesky, naříznete si ochranou folii na několik úseků. Z prvního úseku sundáte ochrannou folii a zahájíte osvit. Každých dejme tomu 15s sundáte folii z dalšího úseku. Nakonec budete mít na jedné desce dejme tomu 10 míst s různou mírou osvitu. Pásek desky pak vyvoláte a dáte leptat. Najdete si první místo které je spolehlivě odleptané a podle toho který úsek to bude můžete poznat jak dlouho bylo třeba osvěcovat. Přirozeně ale můžete vzít nějaký pěkný vzor a zkusit si na několik desek osvěcovat s různými časy a sledovat se kterým je výsledek nejlepší.
UV zářivky jsou běžně k dostání (nehtové studio, akvaristika) a celkem levné (okolo stokoruny za kus). Čas osvitu se může pohybovat okolo jedné až dvou minut, takže vám stačí obyčejné stopky pro řízení doby osvitu. Elegantní řešení jsou UV LED. Ať už se rozhodnete použít klasické 3mm a 5mm nízkovýkonové LED nebo výkonnější 1W LED musíte si dobře rozmyslet jak je na osvitce rozmístit. Je třeba sledovat vyzařovací charakteristiku LED, úzkoúhlové (15-60°) je možné uspořádat rovnoměrně po ploše (do vzoru rovnostranných trojúhelníků), ale je třeba vhodně nastavit výšku osvitu. Jestliže v takovém případě umístíte LED nízko nad desku, budou na ní místa, na která UV záření nedopadá (nebo dopadá jen ve velmi malém množství) a nedosáhnete tak rovnoměrného osvitu. Naopak když dáte LED daleko od desky, budou se jevit jako bodový zdroj a střed desky dostane větší dávku než kraje. Pokud dáte LED velice daleko (několikrát více než je rozměr osvitky a rozměr desky), pak bude osvit sice homogenní, ale bude trvat dlouho (řádově minuty) a bude vás to zdržovat. Vhodnější se proto jeví použití výkonových LED. Jednak proto, že se vyhnete komplikovanému osazování desítek LED na DPS a za druhé proto, že není problém vhodným uspořádáním dosáhnout rovnoměrného osvětlení i na malou vzdálenost mezi osvitkou a DPS. A tím pádem je možné zkrátit čas osvitu. Udělali jsme pár simulací a pro desky do rozměru 100x160mm se nám jeví vhodné rozmístit LED po obvodu osvitky (foto 10). Osvit je homogennější než kdyby byly LED uspořádány v celé ploše (pak dostává střed desky o 30-40% větší dávku než kraje !). K plnému komfortu už stačí jen koupit napáječ a dodělat časovač (my používáme jednoduchý s NE555).
 |
 |
| Foto 10 - Osvitka s 18ti 1W UV LED | Foto 11 - Průběh osvitu - osvitka zároveň slouží jako těžítko tlačící přes sklo matrici k desce |
Vraťme se ale k postupu. Desku s přitlačenou matricí osvítíme (těžítkem je zde osvitka - foto 11). A po osvitu ji položíme do 1.5% roztoku hydroxidu sodného. Ten lze koupit už naředěný v lahvi (foto 12) a jeho spotřeba je minimální. Láhev na fotce stojí cca 35kč a vystačí přibližně na 20 desek tohoto rozměru. Díky tomu, že je roztok relativně hodně koncentrovaný netrvá vyvolání dlouho (10-20 vteřin). Vývojkou není potřeba plýtvat, stačí aby byla deska jen lehce ponořená. S vaničkou pak jemně kolébejte aby se vývojka z vyvolaných míst odplavila. Postup odplavování můžete vidět na fotkách 13,14 a 15. Na poslední fotografii můžete vidět že dochází k odplavování i v plochách které byly schované pod matricí. to je důsledek již zmíněného faktu, že i toner je do jisté míry pro UV záření průsvitný. Nemusíte se ale bát, dojde k odplavení jen tenké svrchní vrstvičky fotolaku. Po vyvolání opláchněte desku vodou. Není od věci ji lehce "pojezdit" prstem aby se případně mechanicky odstranil povrchový povlak, který voda nemusí odplavit. Každopádně je třeba s deskou po celou dobu od odkrytí ochranné nálepky až po leptání zacházet opatrně. Fotovrstva nevydrží například poškrábání. Po opláchnutí není od věci utřít desku šetrně ubrouskem a pořádně si ji prohlédnout jestli není někde neostrá nebo nemá vady. Neostrosti a rozmazané úseky naznačují že se během osvitu předloha drobně nadzdvihla a nedoléhala na těsně desku. Pro přehlednost jsem vyfotil mikroskopem desku i po osvitu. Na fotografii 17 můžete vidět stejná místa jaká jsme fotili na předloze.
 |
 |
| Foto 12 - Menší světlá láhev je 1.5% roztok hydroxidu sodného | Foto 13 - ihned po vložení se odplavuje osvícený lak |
 |
 |
| Foto 14 - Je potřeba vývojkou míchat aby reakce probíhala rychleji | Foto 15 - A je hotovo. Všimněte si že se lehce odplavuje lak i z míst odkud bychom nechtěli. |
 |
 |
| Foto 16 - Deska s vyvolaným lakem, po opláchnutí a osušení | Foto 17 - Detail na vybraná místa (pro plné rozlišení rozkliněte) |
Desku vám doporučuji leptat vzorem dolů, aby mohla odleptaná měď spadat na dno nádoby a uvolňovala tak místo u desky pro čerstvý roztok. Vhodnější by asi bylo roztokem míchat, ale to je z hlediska konstrukce a čistoty okolního prostředí problematické. Pro tyto účely jsem si vyrobil z kusu plastu malé stojánky do kterých desku nasunu a pokládám i s deskou do chloridu (foto 18 a 19). Podobně dobře mohou posloužit třeba i plastové kolíčky na prádlo.
 |
 |
| Foto 18 - Deska a držáčky | Foto 19 - Deska v držáčcích (do chloridu vkládat mědí dolů) |
Na chlorid můžete použít libovolnou nádobu, já používám zapékací misku (foto 20). Jednak se dá snadno uzavřít a nehrozí zbytečně riziko že zašpiníte všecko kolem. A za druhé se dá celá miska ponořit do horké vody. Ohřátí chloridu pak výrazně zrychlí leptání (foto 21 a foto 22). Pokud s miskou manipulujete šetrně a zbytečně kapalinu uvnitř nevíříte začne se vám měď usazovat u dna. Díky tomu, že se nemísí se zbytkem roztoku v lázni, máte jakousi záruku že lázeň je stále čerstvá. Kdyby se vám měď mísila sníží se koncentrace čerstvého roztoku a leptání se zpomalí. To všechno jsou ale jen kosmetické záležitosti které řeší dobu leptání. Druhá možnost jak leptat i bez stojánku je nechat plavat desku na hladině (mědí směrem pod hladinu přirozeně). V takovém případě ale mohou pod deskou vzniknout bublinky vzduchu, které zabrání odleptání některých míst a to je velice nemilé, takže tuto metodu nedoporučuji. Stejně tak je nevhodné položit desku na dno. Pak leptání probíhá pomalu, protože se k desce nedostává čerstvý chlorid. Stejně tak je stojánek nutný pokud budete připravovat oboustrannou desku (o tom v poznámce na konci). Leptání podle čerstvosti a teploty chloridu může trvat 10-25minut. Pokud necháte desku v chloridu déle než je potřeba začnou se cesty pod-leptávat. Cestičky jsou sice shora chráněny vytvrzeným fotolakem, ale po odleptání okolí se k nim chlorid dostává zboku a postupně je ztenčuje.
 |
|
| Foto 20 - Leptací miskou může být kuchyňská zapékací mísa | Foto 21 - Stojánek s deskou v chloridu |
 |
|
| Foto 22 - Teplá voda ohřívá chlorid v misce a urychluje leptání |
Pokud desku ihned po vyleptání neplánujete používat, můžete na ní nechat vrstvu fotolaku. Chrání měď před korozí a není problém ji takto několik týdnů skladovat (déle jsem to nezkoušel). Před pájením je ale nutné ji očistit. Protože má lak barvu podobnou mědi, stává se, že se tento krok opomene. Nesčetně krát jsem slyšel větu "Co to máš za desky, to nejde vůbec pájet", když se někdo pokusil osadit neočištěnou desku. Čištění můžete provést lihem a zubním kartáčkem (foto 23).
 |
 |
| Foto 23 - Odleptanou desku očistěte lihem od fotocitlivého laku | Foto 24 - Výsledek leptání (kliknout pro plné rozlišení) |
I přes veškerou péči mohou na desce vzniknout jisté neduhy. Pokud máte prach na skle, na předloze nebo na desce tak na ní během osvitu vznikají malá zrníčka na místech, kde se UV záření skrze nečistoty nedostalo. Tyto nečistoty můžete vidět buď na fotografii 24 a nebo na detailech z mikroskopu (foto 24x,25 a 26). Na fotografii 24a si všimněte že došlo ke znatelnému zúžení cestiček. Mimo jiné tím, že jsem leptal zbytečně dlouho (25minut). Na obrázku 25 pak můžete najít i zbytky po prachových nečistotách. to jsou však doslova detaily. Na poslední fotce přidané jen pro zajímavost si můžete prohlédnout výškový profil a ověřit si že šlo o desku s 35um plátováním mědí.
 |
 |
| Foto 24x - Detail na známá místa na desce (klikněte pro plné rozlišení) | Foto 25 - Detail na jiná místa (klikněte pro plné rozlišení) |
 |
|
| Foto 26 - Jen pro pobavení měření profilu. Tloušťka mědi odpovídá deklarovaným 35um. (klikněte pro plné rozlišení) |
Dlouho jsem si lámal hlavu s tím jak osvěcovat oboustranné desky. Metoda s provrtáním desky se mi nelíbila kvůli nutnosti provést vrtání velice čistě (aby mohla předloha přilnout). A protože jsem lenoch, sháněl jsem nějakou nekomplikovanou metodu. Nakonec jsem se inspiroval řešením v podobě dvou kolmo umístěných pravítek přilepených na sklo. Lepit je nutno tenkou oboustrannou páskou aby mezi sklem a pravítkem vznikla tenká mezera do které lze vsunou papír (předlohu) viz foto 27 a 28. Předlohu zasuneme (tonerem nahoru, tedy k budoucí desce) tak aby hrany (případně pomocné linky na předloze) splývaly s hranami pravítek. Poté položíme desku nad předlohu a zarovnáme ji (foto 29). Může se stát, že deska není ustřižena pravoúhle, v takovém případě zarovnáme jednu hranu desky s jedním pravítkem. Druhého pravítka se pak deska dotýká pouze jedním rohem. V konečném důsledku se tento problém eliminuje. Pak už stačí desku přitlačit (například molitanem a těžítkem) a provést osvit (foto 30). Druhou stranu desky pak vsadíme mezi pravítka otočenou o 90° (foto 31). Desku obrátíme a přikládáme ji opět stejným postupem. Tedy v případě, že není ustřižena pravoúhle zarovnáme TUTÉŽ stranu desky s pravítkem (tentokrát druhým pravítkem) a druhého pravítka se deska bude dotýká opět jedním (STEJNÝM) rohem. Jinak řečeno tentýž roh desky i předlohy míří VŽDY do místa styku pravítek. Pokud máte pravítka opravdu kolmo na sebe, měl by osvit podle pravidel geometrie proběhnou naprosto přes sebe. Ne vždy se vám ale podaří zasunout předlohu správně na rysky. Vzniká tak nejistota, která se ale ukázala jako přijatelná. Přirozeně budou existovat sofistikovanější způsoby, ale také pracnější a pokud jste lenoši jako já, možná vás tento postup osloví. Ještě na závěr bych vám rád předal jeden poznatek. Jestliže se rozhodnete vyrábět oboustrannou desku větších rozměrů uvědomte si, že se během tisku pauzák zahřívá a protahuje. Protažení může být až 1% v ose tisku. Je proto nutné tisknout předlohu pro zadní i přední stranu orientovanou stejně vůči směru tisku. Aby se tak protažení projevilo na obou předlohách stejně.
 |
 |
| Foto 27 - Na sklo jsou přilepena kolmo dvě pravítka tak aby pod ně šla vsunout předloha | Foto 28 - Předloha vsunutá tak aby okraje desky splývaly s hranami pravítek |
 |
 |
| Foto 29 - Deska přiložená nad předlohu (dotlačená do rohu výše uvedeným postupem) | Foto 30 - Ilustrační pohled (nejde o reálný osvit) |
 |
|
| Foto 31 - Ilustrační pohled (nejde o reálný osvit) |
U některých tiskáren je možné toner naleptávat parami acetonu. To je proces který může zvýšit kontrast předlohy o desítky procent. V takovém případě stačí do plytké mističky nalít minimální množství acetonu a těsně nad misku pak umístit pauzák s předlohou. Tonerem dolů směrem k acetonu. Aceton se rychle odpařuje a dostává se na předlohu a práškový toner se naleptává a slévá v rovnoměrnější vrstvu. Při tomto procesu je potřeba dávat pozor a nevystavovat parám pauzák dlouho. Mohl by "nasáknout" a začít se kroutit. Zkroucený už pak kvalitně nepřilne k desce což se projeví při osvitu rozmazáním vzoru.
Pokud se vám podaří odleptat oboustrannou desku s drobně přesazenou přední a zadní stranou, můžete otvory vrtat šikmo do desky. U desek tloušťky 1,5mm takhle můžete opravit i několik desetin milimetru přesazení. Což je běžná odchylka výše uvedené metody pro lenochy.