Лазерно-праскова технологія

Лазерно-праскова технологія (рос. Лазерно-утюжная технология, ЛУТ, англ. Iron Toner Transfer for PCB Making) — технологія виготовлення друкованих плат, в основі якої лежить термоперенос тонера лазерного принтера з паперу на поверхню металізації майбутньої друкованої плати. З її допомогою можна в домашніх умовах виготовляти складні одно- і двошарові друковані плати з товщиною друкованих провідників та відстанню між ними від 0,3 мм і більше.^{[джерело?]}

Друкована плата готова до витравлення

Інструменти та матеріали

• Фольгований склотекстоліт
• Лазерний принтер. Для якісного виготовлення друкованої плати важливо використовувати новий чи якісно запралений картрідж та відімкнути в налаштуваннях принтера функцію економії тонера.
• Глянцевий папір. Не існує однозначної думки, який саме тип паперу краще застосовувати для термопереносу тонера. Кожен з радіолюбителів експериментуючи обирає свого «фаворита». Найчастіше для термопереносу застосовують: глянцевий фотопапір невеликої щільності для струменевого принтера, сторінки з «глянцевих» журналів, підкладки cамоклейної плівки, рекламні буклети та інші.
• Наждачний папір зернистістю P1000 —P2000 згідно ISO-6344
• Ацетон чи сольвент для обезжирення перед термопереносом тонера і стирання тонеру після витралення плати.
• Праска без відпарювача. Оптимальною температурою термопереносу тонера є 190 °C, хоча вона може варіюватись від 150 до 200 градусів в залежноті від виробника тонера.
• Старі газети чи тонкий папір. Слід пам'ятати, що при нагріванні типографічна фарба чи тонер можуть розплавитись, тому верхній і нижній шари слід розміщувати не продрукованою стороною назовні.
• Розчин для витравлювання. Водяні розчини сульфату амонію; хлорного заліза; мідного купоросу і кухонної солі; перекису водню в присутності лимонної кислоти.

Виготовлення плати

Створення рисунку друкованих провідників

Для створення топології друкованої плати застосовуються різноманітні радіотехнічні САПР, наприклад: AutoCAD, P-CAD, Proteus Design, Sprint Layout та інші. Перед роздруком на чорно-білому принтері у САПР-програмі необхідно вимкнути видимість усіх шарів окрім шару з зображенням доріжок друкованої плати та налаштувати відображення актуального шару чорним кольором. Роздруковувати рисунок майбутньої друкованої плати у масштабі 1:1 необхідно в дзеркальному відображенні на глянцевому папері попередньо налаштуавши найвищу контрастрастність друку. Також таким методом можна наносити маркування на зворотню сторону (з боку виводних компонентів) друкованої плати. Потрібно робити це вже після витравлення, очищення від тонера та лудіння основного шару.

Попередньо очищений від забруднень з відшліфованим наждачним папером мідним покриттям склотекстоліт необхідно обезжирити розчинником. Якщо текстоліт довго зберігали в сирому приміщенні чи промивали водою, його небхідно просушити. Так як текстоліт має волокнисту структуру, вода, яка в ньому накопичилась при термопереносі тонера чи паянні може кипіти і розширюючись руйнувати плату.

Друковану плату кладуть на рівну термостійку поверхню фольгою вверх і попередньо нагрівають її праскою. Після цього акуратно накладають аркуш з надрукованим рисунком тонером всередину і накривають одним-двома шарами газети чи тонкого паперу. Нагрітою праскою з середнім натиском рівномірно прогладжують всю поверхню плати, щоб тонер розплавився але не розтікся. Після цього плату не можна переміщувати до повного її остигання.

Після остигання плати папір потрібно зняти. Підкладка самоклеючої плівки, як правило відклеюється без проблем залишаючи весь тонер приклеєним до фольги, а інші види паперу потрібно розмочити під струменем теплої води і акуратно терти пальцями до повного відставання всіх часточок паперу.

Плату повністю очищену від паперу перевіряють на відсутність браку (доріжки, що не перенеслись, злиплись між собою, фарба з паперу, що могла прилипнути до плати при нагріванні). Тепер плата готова до витравлювання

Травлення

Процес травлення друкованої плати в розчині персульфату амонію в пластмасовій кюветі

Під травленням фольги розуміють хімічний процес перетворення міді в розчинні сполуки. Для цього плату з нанесеним на ній захисним зображенням доріжок поміщають в посудину, найчастіще в кювету з розчином для травлення. У випадку виготовлення двошарової друкованої плати одну з її сторін перед першим витравлюванням заклеюють скотчем дбаючи, щоб останній якісно прилягав по краях плати та в місці склеювання кількох стрічок. Зараз зазвичай застосовують наступні водні розчини для травлення:

• Розчин хлорного заліза. Типова концентрація розчину 400 г/л, температура до 35 °С. Процес травлення плати йде наступним чином: FeCl₃+Cu → FeCl₂+CuCl. Недоліком використання хлорного заліза для побутового виготовлення друкованих плат є різкий запах розчину та небезпека стійкого, а деколи невідновного забруднення оточуючих предметів та рук при маніпуляціях з платою у посудині з розчином.
• Розчин мідного купоросу та кухонної солі. Реакція: Cu+CuSO₄+2NaCl → 2CuCl↓ +Na₂SO₄; CuCl+NaCl → Na[CuCl₂]. У реакції ключову роль відіграє хлорид натрію (сіль), оскільки, мідь з мідним купоросом практично не реагує. Рекомендована концентрація — 180 грам мідного купоросу і 86 грам солі на 1 літр води. На відміну від хлорного заліза при необережному поводженні не залишає плям, але недоліками є отруйність мідного купоросу і повільна реакція. Для прискорення останньої посудину з розчином потрібно нагрівати на водяній бані.
• Розчин персульфату амонію. Під час гідролізу персульфат амонію розпадається на три складові: перекис водню, сірчану кислоту та сульфат натрію чи амонію, що не бере участь у процесі травлення, яке відбувається за рівнянням: Me₂S₂O₈ +Cu → CuSO₄ + Me₂SO₄, де Me — іони натрію чи амонію. Про цей факт говорить необхідність істотного підігрівання розчину персульфату, яке необхідне для його гідролізу. Рекомендована концентрація — (200–250 г/л).
• Найбільш розповсюдженими реагентами для травлення є перекис водню та лимонна кислота. У 100 мл медичного 3% розчину перекису водню розчиняється 30 г кондитерської лимонної кислоти і 5 г кухонної солі. Цього розчину достатньо для травлення 100 см² міді завтовшки 35мкм. Сіль грає роль каталізатора і в процесі травлення практично не витрачається. рівняння рекції: Cu+ H3Cit +H₂O₂→ H[CuCit] +2H₂O, де Cit — залишок лимонної кислоти [(CH₂)₂C(OH)(COO)₃]. Це найбільш безпечний і доступний спосіб травлення міді.

Після завершення травлення плату промивають у проточній воді від залишків розчину і за допомогою розчинника змивають тонер з поверхні доріжок. Також тонер можна видалити за допомогою дрібнозернистого шліфувального паперу. У випадку виготовлення двашарової друкованої плати після витравлення першого шару суміщаючи перехідні отвори наносять захисний рисунок на другу сторону плати, а готовий шар після термотереносу заклеюють скотчем і повторюють процес травлення для другого шару. Якщо на платі передбачені виводні (DIP) елементи, то під їх виводи потрібно просвердлити отвори. Для цього застосовують свердла малих діаметрів для металу закріплені в мікродрилі чи бормашині. Для захисту міді від корозії та надання більшої товщини друкованим провідникам доріжки на друкованій платі лудять

Переваги і недоліки

Переваги

• Доступність технології. На даний час лазерні принтери широкодоступні є оптимальним рішенням для домашнього використання при монохромному друці документів.
• Ціна. Усі матеріали та більшість хімікатів широко розповсюджені та дешево коштують. Є можливість використання вторинної сировини при переведенні рисунку та одноразового посуду при приготуванні розчину та витравленні плати.
• Невисока складність та невелика кількість операцій. На відміну від переведення зображення друкованих провідників методом нанесення і експозиції фоторезисту в лазерно-прасковій технології застосовуються розповсюдженіші та дешевші інструменти та сировина.

Недоліки

• Для виготовлення якісних друкованих плат з малою товщиною провідників та відстанню між ними потрібно строго дотримуватись технології та експериментальним шляхом підбирати матеріали та температуру термопереносу.

Див. також

• Друкована плата
• Фоторезист
• Склотекстоліт

Посилання

• Національний банк стандартизованих науково-технічних термінів
• Маркин С. Как травить платы? // Химия и жизнь. — 1990. — № 7. — C. 76-77
• Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. — Москва : Химия, 1971. — 456 с.
• Печатные платы. Общие сведения, история, технологии (рос.) — Переглянуто: 16 грудня 2015.
• Лазерно-утюжная технология (рос.) — Переглянуто: 16 грудня 2015.