1
10 Jan 2017 10:53:26

Металлизация переходных отверстий печатных плат в домашних условиях

При изготовлении плат рано или поздно встает вопрос металлизации - когда отверстий много их пропаивание перемычками довольно трудоёмкий и нудный процесс, также это не позволяет разводить плату определенным образом, в данной статье будет рассмотрен один из наиболее удачных и промышленных способов изготовления плат на основе палладиевого совмещенного активатора, а также порядок изготовления всех нужных растворов и сам процесс металлизации с помощью этой технологии. Что позволит сделать ваши платы меньше, красивее, более технологичнее

Оглавление

#Пара ремарок
#Краткое описание возможных проблем и сложностей
#Структура этой статьи​
#Примеры моих плат сделанных с помощью этой технологии:
#Краткое описание процесса металлизации:
#Активирование:
#Химическое и гальваническое меднение:
#Описания растворов для активации, меднения и гальваники и их изготовления
#Пример изготовления платы с помощью металлизации
#Травление, нанесение маски и шелкографии
#Платы после пайки и промывки:

Пара ремарок 

В пору когда мне понадобилось изучить и освоить металлизацию большой массив информации был подчерпнут с ресурса radiokot.ru http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=8&t=2647 , также с различной технической отечественной и зарубежной литературы. На форуме большой вклад в продвижение технологии внесли Ruzik, Mial, Jin, Savvey, и еще некоторые люди. С их помощью процесс занял гораздо меньшее время, если что-то непонятно или нужны очень подробные детали можете пошерстить тему например гугл поиском, уверен многое нужное для вас в контексте этой темы пригодится.

Краткое описание возможных проблем и сложностей

Для приготовления палладиевого активатора самым проблематичным является поисх хлорида палладия (PdCl2), Pd относится к драг металлам и находится на контролле государства, благо нужно его всего лишь 0.2гр (не палладия, а хлорида, т.е. палладия еще меньше) на активатор, который работает годами. С учетом того что приготовление активатора может не получится с первого раза и про запас обычно 1-1.5гр PdCl2 хватает за глаза.

Второе это поиск самих хим. реактивов, некоторые из них например соляная кислота (HCL) являются прекурсорами и физ. лицам не продаются, но если у вас есть знакомый который может купить по безналу для вас некоторые реактивы для ваших технических нужд то проблем не возникнет.

Третье - это место для приготовления растворов, сами по себе растворы не опасные (при умелом обращении, например активатор - канцерогенен, но он не летает, просто его не нужно пить, вы же не пьете бензин или жидкость для мытья посуды). Сами процессы приготовления всех нужных растворов довольно безобидны, нужно только следовать инструкциям, также соблюдать правила при работе с едкими веществами (кислотами, щелочами) - перчатки, защитные очки, по возможности СИЗОД (средства индивидуальной защиты органов дыхания) и проветриваемое помещение. При использовании растворов они не пахнут, у некоторых - например хим. лужения есть легкий запах но перчаток и пинцета вполне достаточно. Если вдруг кто-то соберется добыть 0.2 г хлорида палладия для активатора то тут все хуже, согласно литературы - царская водка, вонь, но впринципе тоже ничего невозможного.

Ну да ладно не будем пугать, главное настрой - на самом деле ничего особо сложного нет, технология повторена, отработана многоими людьми, ею успешно пользуются многие люди дома, включая меня.

После того как у вас есть все необходимое можно приступать к процессу. Если вас отпугивает наиболее технологичный и удобный в работе способ металлизации, можете поискать в приведенной статье например гипофосфитный метод - он более простой но более трудоемкий в плане изготовления плат.

Структура этой статьи

Данная статья является составной, отдельные разделы (приготовление конкретных растворов) будут представлены в списке ниже, там вы сможете найти дополнительную информацию по конкретному процессу. Сейчас я опишу кратко саму процедуру металлизации и покажу пример изготовления платы в фотографиях.

Примеры моих плат сделанных с помощью этой технологии:

 

Краткое описание процесса металлизации:

Чтобы металлизировать плату нужно:

  • иметь просверленную плату
  • ​активировать ее (это значит химически подготовить перед меднением)
  • химически меднить (в это время наносится очень тонкий слой меди, который пока еще не пригоден для готового устройства)
  • гальванически нарастить слой меди до нужной толщины (после этого плата металлизирована, ее нужно протравить с потомщью фоторезиста и паять или можно приступить к другим желаемым работам - например нанести паяльную маску и шелкографию)

Более подробное краткое описание некоторых верхних пунктов:

Активирование

  • вначале обезжиривание (хим раствор, плата окунается на 1-2 минуты), можете использовать любой другой способ, но этот лучше, т.к. проникает в переходные отверствия
  • промывка в теплой воде 40-50гр 1-2 мин (поскольку обезжириватель мылкий, он смывается лучше теплой водой)
  • микротравление 1-2 мин (медь немного подтравливается слабым травителем, убираются окислы и прочая грязь)
  • промывка в дистиллированной воде 1мин (убрать остатки травителя)
  • полоскание в предактиваторе 20-30 секунд (предактиватор это раствор обычной соли, только чистой - нужно чтобы убрать воду, т.к. активатор сам солевой мы не должны разбавлять его водой иначе это приведет в преждевременному выходу активатора из строя)
  • активация 10-15 мин (соответственно полоскание платы, а потом оставление ее до конца времени в самом активаторе, тут коллоидные частицы палладия обволакивают поверхности платы и остаются на ней. но эти частицы окружены оловом (т.к. активатор совмещенный, олово там для поддержания дисперстности системы (чтобы палладий не слипался и не падал на дно))
  • промывка в дистиллированной воде 20-30 секунд (смыть лишний активатор)
  • промывка в ускорителе 1-2 минуту (ускоритель по сути раствор щелочи, он призван освободить частички палладия от олова для последующего меднения)
  • промывка в дистиллированной воде 20-30 секунд (смыть лишний ускоритель)
 

Все плата активирована можно меднить:
 

Химическое и гальваническое меднение:

  • химическое меднение 15-20 минут (из за высокой каталитической активности палладия медь в растворе начинает обволакивать активированные поверхности и расти, после 15 минут она должна быть розоватой без проплешен, но она все еще тонка, этот шаг призван нарастить медь на стенках отверстий, где был голый текстолит после сверления, после того как слой нарощен нет трудности увеличить его с помощью гальваники)
  • Перед гальваникой нужно активировать (для гальваники) плату в слабом растворе серной кислоты (примерно 10-15%) и убедившись что плата смочена полностью опустить ее в ванну с гальваникой, иначе оксиды и другие появившиеся загрязнения могут повлиять на качество покрытия и некоторые участки платы могут не покрыться медью.
  • Далее гальваника 40 минут при токе 2-3 А дм^2 (опускаем плату в электролит как катод, подключаем источник тока к анодам или 12V (автомобильные) лампочки например через обычный блок питания ПК)
В итоге плата готова, дырки металлизировны. Весь процесс металлизации занимает примерно 1ч20-30 минут. Платы  можно делать пачками за одну итерацию. Не нужно никаких перемычек. Сам процесс оцень легкий, когда у вас готово оборудование и растворы, самые долгие этапы это активирование 15м, меднение 15м, гальваника 40м, в эти периоды вы можете заниматься своими делами, растворы делают свои дела автономно.

 

Описания растворов для активации, меднения и гальваники и их изготовления

Пример изготовления платы с помощью металлизации


Порядок активации и продолжения изготовления платы после нее разбит, последнее время я не снимал активацию, т.к. она давно отработана и не представляет для меня интереса, но чтобы был образ я выложу свои фотографии активации другой платы-теста, а продолжение уже будет на одной из рабочих плат которые активированы точно также:

Обезжирил заготовку в растворе 2-3 мин

Промыл 1-2 мин в теплой воде

Микротравление 1-2 мин


Промывка в дистиляте 1-2 мин, Затем полоскание 20-30 секунд в предактиваторе и ВАЖНО не ополаскивая сразу в активатор

Полоскание 1-2 минуты в активаторе, вдоль и поперек, чтобы активатор заполнил все отверстия (0.4мм в том числе) затем оставляем плату лежать в активаторе еще на 8-13 минут

Затем промыка в дистиляте 1-2 мин, ускоритель 1-2 мин, промывка в дистиляте 1-2 мин и сообственно само хим. меднение, фотки я тоже возьму более свежие для этого шага

Плата металлизирована, но слой тонкий, его надо нарастить, т.к. во первых на нем будет падать большее напряжение из за сопротивления, а во вторых для прочности, т.к. можно сколоть, поцарапать, медь может со временем окислиться, также при нагревании платы от её элементов во время работы и последующего остывания медь расширяется \ сжимается, она должна быть пластичной чтобы избежать брака в будущих устройствах

Окунаем плату в слабый раствор серной кислоты (10-15%) на непродолжительное время, чтобы убрать всю грязь которая могла образоваться в процессе хим. меднения и после него (окислы, жиры и тд), затем в электролит на гальванику (важно чтобы плата после активации в серной кислоте была смочена полностью, иначе возможен брак в местах где образуются оголенные участки). На гальванику плату помещаем на 40 минут фотки взяты тоже от другой заготовки, но все платы делаются в этой же ванне, точно также

После этого шага плата готова - металлизирована. Но чтобы она не потускнела ее надо сразу же окунуть в растрор 15% серной кислоты на 1 мин и сразу же в дистиллированную воду на 1-2 минуты, чтобы смыть всю кислоту и избежать окисления платы, после этого надо не сушить ее а стряхнуть капли и остаток воды собрать пылесосом чтобы на ней не оставалось пятен, это не обязательная операция но делает медь более шелковистой и красивой. Фотки моих разных плат на этом этапе:

Травление, нанесение маски и шелкографии

Затем травление, маска и шелкография (вставил свое сообщение с формуа)

фоторезист alpha ordyl 340 и доделывал последнюю метализированную плату, металлизирована она была здесь viewtopic.php?p=2882005#p2882005

Я недавно перебрал установку для застветки свою старую и купил alpha ordyl 340, раньше МП ВЩ 50 пользовался, впринципе получалось но с повторением были очень серьезные поблемы из за адгезии 0.2 дорожек к меди несмотря на хорошую подготовку и следованию тех. документации на резист (после засветки мин 15 плата с накатанным резистом лежала, прогревалась феном, все равно дорожки иногда отрывались, изредка удавалось сделать платы без брака на этой стадии) В общем попробовав альфу, проблема повторяемости ушла на нет и пользоваться им стало гораздо комфортнее.

Подбирал время застветки на тестовой заготовке, справо-налево 1 мин 1м 30 2 м


2 минуты явный пересвет, на одной минуте впринципе нормально, но побоялся адгезия будет плохая или не засвет, в итоге основную плату светил 1м25с

Вначале накатал фоторезист ламинатором на сухую
 


Пришлось повозиться с шаблонами, купил денсити тонер, пленку Lamond для лазерных принтеров, принтер samsung ml2020 самый дешевый, есть струйник, на нем я раньше шаблоны делал, но решил попробовать лазерник, т.к. постоянно шаблоны каплями воды случайно портил. У меня линуксовый cups, перепробовал все настройки пока не добился приемлемого результата, лучшее качество было на типе бумаге Bond, enhancement eges "off", яркость\котраст -> 50/50, качество печати high quality resolution, потом побрызгал денсити тонера, денсити тонер не сильно оказывает влияние на родные чернила, читал на форуме что если поменять на другой то будет лучше, но т.к. я собираю лазерную установку HLDI, то этого качества пока за глаза хватит.


Затем засветка и проявка в примерно комнатной температуры растворе жидкого стелка (12 мл на 0.5л), проявилось быстро, дополнительно подержал недолго, потом промыл струей холодной воды и высушил феном. Придавливал поликарбонатом 4мм (выглядит как оргстекло). 
 


Затем травление в растворе HCL 100% 100мл + 200мл H20 + 37% перекиси водорода, раствор стоял, добавил туда 13мл перекиси, стравился  слой минут за 8

 

Затем нужно было убрать резист с платы, взял упаковку крота и примерно на 0.3-0.4л высыпал 5-6грамм, ждать 5 -7 минут в теплой воде, потом резист обесцвечивается - под холодную воду его, он съежится и слезет шкуркой


После сушки и прозвонки - маска, покупал трафаретную сетку, довольно мелкая, не помню точный размер, натягивал на деревянную рамку, строительным степлером, болтами с гайками для упора и резиновым клеем моментом. Маска FSR8000 синяя и белая, только только приехали в шприцах с pplata. Ракель - кусок красной резины оттуда же.


грел ее в гриль печке, купленной для этих целей, там был термометр (мультиметр китайский) показывал около 76 градусов, иногда опускалось до 66 и снова до 76,  FSR8000 сохнет около 40мин , когда теплая маска немного липкая на ощупь, после остывания перестает липнуть. Также взял тестовую заготовку и светил участки 4м 5.5м 7м 8.5м 10м, лучше всего получился 8.5м c хорошим глянцем и смывалось нормально, на нем и остановился


Затем нанес белую FSR8000, старался более тонким слоем чтобы высохла быстрее. Белую маску светил 7 минут.


Затем дубление платы температура 130 градусов в течении часа.

Поставил плату на ЧПУ и вырезал по чистовому контуру


Дальше убрал окислы после дубления в 15% растворе серной кислоты, промыл и кинул в хим. лудилку. 


Потом пайка, припой тонкий ruichi c флюсом + глицерин

 

Платы после пайки и промывки:

Затем промывка - сначало спиртом и купание в дистиляте, потом чтобы удалить глицерин мытье щеткой в теплой воде с сармой, и сушка пылсосом, чтобы собрать капли воды


Также фотки похожей платы которая делалась таким же способом но уже с более настроенной установкой для экспонирования (они были даны вначале)
 

Всем интересных проектов!

 

Comments:

аноним
HCL 100% - не бывает, концентрированная примерно 37%
15 дек 2016 в 14:43
root
конечно она не бывает, в том конексте имелось ввиду что использовалась концентрированная кислота
15 дек 2016 в 19:23
аноним
Прекурсоры, в том числе и солянка продаются частным лицам, но при этом заполняется счет-фактура с паспортными данными этого лица. При этом вся ответственность на покупателе, за безопасное храннение. Если с этой кислотой возьмет милиция по какому-то поводу, то вот с ними действительно придется объяснятся, зачем кислота, как хранится и т.д.
28 янв 2017 в 11:25
root
Ну это все же от страны и возможно региона зависит, у нас где не был и судя по отзывам других людей работают с ИП, а с физ. лицами продадут только что-то простое - перчатки, посуду какую и мб не прескурсоры.
29 янв 2017 в 12:49
аноним
Как заказать металлизацию? И сколько стоит? jurok1402@i.ua
01 июн 2017 в 21:16
root
Не понятен вопрос, вам нужна готовая плата по вашему чертежу с металлизированными отверстиями? Если да то полно заводов которые этим занимаются, не знаю как у вас, например в Москве резонит есть Если же вопрос в реактивах, то тут смотреть надо какие конторы рядом есть, продадут ли, что прекурсор и тд. (Это если желание возться есть со всем этим)
03 июн 2017 в 00:13
аноним
Да заводов - то полно.Только у китайцев 50 баксов за многосойную (до 1 Дециметра кв). В Москве наверное дороже((((
30 сен 2017 в 13:46

add comment