Травление металла с помощью фоторезиста

Материалов посвященных фоторезисту в сети Интернет огромное количество, но временные характеристики у всех свои, т.к. у всех разные условия и оборудование.

4 года назад я уже делал платы по методу ЛУТ и мне не понравилось, потом делал платы по методу Фоторезист и мне понравилось :), делал я тогда стабилизаторы тока для моторчиков заслонок для OPEL ASTRA H и даже какое-то их количество продал, люди до сих пор стучатся с просьбой продать или сделать 🙂

За не надобностью и 2 сменами места жительства я умудрился растерять все знания и материалы для фоторезиста, удалось найти только УФ Ерайзер и то с началом работ стало ясно, что он не канает и надо переходить на нормальную УФ Лампу.

Для восстановления процесса создания плат с применением фоторезиста было прочитано много материалов и просмотрено роликов на YouTube, сделано много ошибок и куплено оборудование, химия, материалы.

Не забываем про технику безопасности! Ну как всегда всё на свой страх и риск! Дома не повторять!

Материалы и химия:

1. Фоторезист сухой пленочный ПФ-ВЩ, 300×1000мм
2. Cтеклотекстолит фольгированный, FR4 100х150мм 18/0 (1.5мм, 18мкм)
3. Сода кальцинированная (150-200гр.) (Для проявки фоторезиста)
4. Аммоний персульфат 250 г. (Для травления меди)
5. Сода каустическая (гидроксид натрия) 250 г. (Для снятия остатков фоторезиста)
6. Изопропанол (Для обезжиривания печатных плат)
7. Сплав «Розе» (Для лужения)
8. Плёнка A4 Lomond LazerFilm для лазерной печати 10л (Печатать на глянцевой стороне)

1. Ламинатор Fellowes Lunar A4
2. Лампа энергосберегающая УФ 26Вт, 220Вт, Е27, LH26-FS/BLB/E27
3. Настольная лампа из О`Кея
4. Лазерный принтер
5. Ванночки (Для химии)
6. Пинцет диэлектрический
7. Нож канцелярский
8. Кисточка
9. Ложка пластиковая
10. Стекло от Фото-рамки 10*15 см
11. Пару канцелярских зажимов

Кто из заядлых моделистов не мечтал освоить технологию фототравления?
Возможность серийного производства деталей любой конфигурации и сложности – притом идеальной обрезки – вдохновляла многих, но немногим хватило смелости и терпения, чтобы освоить этот многоступенчатый технологический процесс. Последним по праву есть чем гордиться, а первым – чему завидовать.

Преимущества фототравления очевидны. Это значительная экономия времени и сил, возможность тиражировать одну деталь до бесконечности, а также высокая точность, которой в случае «ручного производства» не достичь даже при наличии идеального глазомера и маниакальной аккуратности.

К тому же фототравление не требует больших финансовых вложений и вполне осуществимо в домашних условиях – при соответствующем уровне оснащённости и теоретической подготовки.

Цель этой статьи – снабдить всех желающих базовой инструкцией, которая позволит самостоятельно освоить фототравление с максимальным КПД и в минимальные сроки.

Основные сведения.

Давайте сперва разберёмся, в чём специфика технологии.

Итак, фототравлением называют процесс химического фрезерования, используемый для изготовления металлических деталей при помощи фоторезиста и травильных растворов. Технология появилась в 60-х годах прошлого века и поначалу использовалась при изготовлении печатных плат.

Фототравление представляет собой экономичную альтернативу штамповке, лазерной и гидрорезке, а также электроэрозионной обработке металлов. Все активные компоненты и оборудование стоят сравнительно дёшево, поэтому технология широко применяется в массовом производстве (например, при изготовлении надписей и логотипов).

В качестве материла для фототравления используются такие металлы как латунь, медь, алюминий, никель, нержавеющая сталь, марганец, цинк, титан, инконель и серебро. Толщина металлических пластин, используемых в качестве заготовок, варьируется от 0,013 до 2 мм.

Оборудование и материалы.

Существует множество вариантов фототравления, предполагающих использование различного оборудования, инструментов, материала и химических реагентов. Представленный нами список отнюдь не является исчерпывающим. Просто, на наш взгляд, он обеспечивает максимальную эффективность при минимальных затратах.

Итак, для фототравления в домашних условиях нам понадобятся:

Оборудование и инструменты:

Компьютер с установленным на нём векторным графическим редактором (вроде Adobe Illustrator, CorelDraw или AutoCad).

Лазерный принтер и несколько листов прозрачной плёнки (типа Lomond или Emtec).

Ультрафиолетовый облучатель (например, лампа для кварцевания)

Две пластины из оргстекла канцелярский зажимы

Пластиковая кювета

Резервуар для травления (вертикальная кювета для травления печатных плат)

Молярная кисть

Наждачные шкурки различной зернистости

Средства индивидуальной защиты (силиконовые перчатки, защитные очки, маска-респиратор, фартук или сменная одежда)

Материалы и реагенты:

Латунная пластина (толщина – 0,1 мм)

Негативный плёночный фоторезист (СПФ)

Раствор едкого натра (7 г на литр)

Раствор хлорного железа (250 г на литр)

Ацетон

Технологический процесс.

Существуют разные способы фототравления. Различия касаются как принципиальных моментов (например, выбора между негативным или позитивным технологическим процессом) так и менее значимых деталей (например, способа и продолжительности экспонирования). Мы не будем рассматривать преимущества и недостатки каждого из них, а опишем наиболее распространённую и вполне проверенную методику.

Весь технологический процесс делится на несколько этапов:

• 1. Создание фотошаблона
• 2. Подготовка материала
• 3. Экспонирование
• 4. Проявка
• 5. Травление

Итак, пойдём по порядку.

Создание фотошаблона.

Чтобы изготовить высококачественную деталь, прежде всего нам нужно создать её чертёж. Для этого подойдёт большинство векторных графических редакторов, вроде Adobe Illustrator, CorelDraw или AutoCAD. Растровые редакторы, вроде Photoshop и Gimp, для наших целей совершенно бесполезны.
Мы не станем здесь рассказывать о принципах работы в векторных графических редакторах – для этого есть соответствующая литература и масса он-лайн самоучителей. Для пытливого моделиста не составит труда разобраться в этих программах самостоятельно.
Важный момент при изготовлении шаблона – тип технологический процесса: позитивный или негативный. В первом случае на чертеже детали будут иметь чёрную заливку, а фон – белую. Во-втором – наоборот. В нашем случае детали будут белыми – на чёрном фоне.
Для того, чтобы процесс травления проходил равномерно с обеих сторон заготовки, следует изготовить два чертежа: один из них должен быть зеркальным отражением второго.
Как только оба чертежа будут готовы, их нужно перенести на прозрачную плёнку с помощью лазерного принтера. Для этого вполне подойдёт плёнка типа Lomond.
На самом деле, принтер может быть и струйным. Главное – это качество изображения. Неравномерное наложение пигмента, посторонние шумы на чёрных и белых фрагментах – недопустимы. Рисунок на плёнке должен, в буквальном смысле, дублировать то, что вы видите на экране монитора.

Подготовка материала.

Теперь займёмся заготовкой. В нашем случае это пластина из латуни произвольного формата – главное, чтобы она свободно помещалась как в горизонтальном кювете, так и в резервуаре для травления. Оптимальная толщина платины для первых экспериментов – 0,1 мм. Конечно, можно взять заготовку потолще, но тогда процесс травления займёт больше времени.
Обязательное условие: совершенно плоская поверхность, без малейших искривлений. Сразу предостережём от покупки материала в рулонах – в домашних условиях сделать из него абсолютно плоский лист будет чрезвычайно сложно.

Сначала тщательно зачистим металл с помощью шкурок, постепенно снижая их зернистость. Затем обработаем поверхность ацетоном и протрём сухой плотной тканью.

Потом аккуратно наложим на обе стороны пластины слой сухого плёночного фоторезиста. При этом следует помнить, что фоторезист чувствителен к ультрафиолету. Следовательно, прямой контакт с солнечными лучами на этом этапе крайне нежелателен. Для освещения нужно использовать лампы дневного света или обычные лампы накаливания.

Экспонирование.

Теперь размещаем прозрачные фотошаблоны по обеим сторонам пластины так, чтобы они полностью соответствовали друг другу. Существуют различные приёмы для более точного выравнивания – от специальных маркеров на обоих кусках плёнки до полного соответствия фотошаблона размерам заготовки. Некоторые из них мы опишем в следующих статьях.

После того, как прозрачная плёнка точно позиционирована и закреплена, зажимаем пластину между двумя кусками оргстекла – для этого потребуются канцелярские зажимы. Необходимо убедиться в плотном прилегании оргстекла по всей поверхности пластины. Даже зазор в десятую долю миллиметра может привести к браку.
Теперь очень ответственный момент: облучение заготовки УФ светильником. Сразу оговоримся, что работа с ультрафиолетом требует некоторых мер предосторожности. Так крайне не рекомендуется смотреть на источник УФ излучения – это может привести к самым нежелательным последствиям – вплоть до ожога сетчатки. Также следует избегать прямого попадания ультрафиолета на незащищённые участки кожи – работать следует в светонепроницаемых перчатках и в одежде с длинными рукавами.

Время выдержки зависит сразу от нескольких параметров: типа фоторезиста, мощности излучателя и расстояния от УФ лампы до заготовки. Стандартное время выдержки – 7-10 минут. В любом случае, не стоит бояться пересветить фоточувствительный слой. Гораздо хуже его недосветить.
Облучать нужно обе стороны заготовки. То есть, полная обработка займёт вдвое больше времени.

Проявка.

Чтобы смыть фоторезист с незасвеченных фрагментов пластины, нам понадобится раствор едкого натра. Наливаем раствор в горизонтальную кювету и погружаем в него пластину, предварительно сняв с неё плёночные фотошаблоны.
Обычно процесс проявки занимает около одной минуты – при достаточном экспонировании. Чтобы ускорить процесс и сделать его более эффективным, рекомендуется, не вынимая заготовку из раствора, несколько раз пройтись по обеим сторонам пластины мягким ворсом молярной кисти.

После того, как на поверхности заготовки появился чёткий рисунок зелёного или фиолетового оттенка, вынимаем пластину из кюветы и тщательно промываем её водой.

Травление.

Процедура травления – это кульминация всего технологического процесса, требующая особых мер предосторожности. Главный реагент – хлорное железо – весьма токсичен. Поэтому травление следует проводить в хорошо проветриваемом помещении. Работать необходимо в латексных перчатках, защитных очках, и фартуке. Рекомендуется также использовать респираторную маску, так как пары хлорного железа вредны для организма.
В качестве ёмкости для травления лучше всего использовать вертикальную кювету для травления печатных плат со встроенным компрессором и нагревателем.

Наливаем в неё раствор хлорного железа и нагреваем до температуры 50° C. После этого включаем компрессор и погружаем в жидкость пластину. Контакт с реагентом должен быть равномерным по всей поверхности, поэтому в большинстве резервуаров для травления предусмотрены специальные крепежи, удерживающие заготовку в подвешенном состоянии.

Дальше внимательно следим за процессом травления, ожидая момента, когда «откроются» все предназначенные к этому фрагменты. Время травления сильно варьируется и зависит от толщины металла и свежести раствора. В нашем случае весь процесс должен занять не больше получаса. Как только все лишние перемычки будут удалены – достаём пластину из раствора и тщательно прополаскиваем в кювете с водой.

Осталось удалить остатки фоторезиста ацетоном и отшлифовать пластину для дальнейшего использования.

***

Как видим, технологический процесс довольно прост, и его несложно воспроизвести в домашних условиях. Конечно, наша инструкция не гарантирует идеальных результатов с первого раза. Как известно, мастерство приходит с опытом.
Заметим, что описанный нами метод – это только один из множества вариантов фототравления. На каждом этапе имеется масса нюансов и различных приёмов, которые мы пока оставили в стороне. В следующих статьях этого цикла мы рассмотрим альтернативные решения и поговорим о различных сложностях, с которыми сталкиваются энтузиасты фототравления.
Удачных вам опытов и до новых встреч!

Химическое травление металлов ( фотолитография )

Фотолитогра́фия — метод получения определённого рисунка на поверхности материала с фотографической точностью.
Все по порядку :

1) Изготовление фото-формы или трафарета

Выбираем или рисуем черно-белый рисунок , который хотим перенести на металл.
Я обычно готовлю эскизы в CorelDraw . но можно делать и в др. графических редакторах (рисовалках).

Потом этот файл отдаю на пленку или на трафарет (плоттерную резку рекламщикам)

Добавлено спустя 6 минут 14 секунд:
.

Добавлено спустя 4 минуты 19 секунд:
завтра нарежу трафарет, выложу

Добавлено спустя 3 минуты 57 секунд:
и подготовлю заготовочку под медальку

Нарезал у рекламщиков трафарет, правда пленка говённая , плохо вырезалось .

Добавлено спустя 30 минут 24 секунды:

Пленку заказываю в конторах которые делают фотовывод для офсетчиков. шелкотрафаретчиков, электронщиков .

Добавлено спустя 1 минуту 20 секунд:
Размер всех пленок и трафаретов 1:1

Кстати, можно вообще без форм и трафаретов обойтись — термоперенос порошка лазерного принтера на заготовку..

Вот честный плагиат с одного из сайтов

Использование . Данная технология появилась сравнительно недавно, однако сразу получила широчайшее распространение в силу своей простоты и высокого качества получаемых плат. Основу технологии составляет перенос тонера (порошка, используемого при печати в лазерных принтерах) с какой-либо подложки на печатную плату. При этом возможны два варианта: либо используемая подложка отделяется от платы перед травлением, либо, если в качестве подложки используется алюминиевая фольга, она стравливается вместе с медью.
Первый этап использования данной технологии заключается в печати зеркального изображения рисунка печатной платы на подложке. Параметры печати принтера при этом должны быть установлены на максимальное качество печати (поскольку в этом случае происходит нанесение слоя тонера наибольшей толщины). В качестве подложки можно использовать тонкую мелованную бумагу (обложки от различных журналов), бумагу для факсов, алюминиевую фольгу, пленку для лазерных принтеров, основу от самоклеящейся пленки Oracal или какие-нибудь другие материалы. При использовании слишком тонкой бумаги или фольги может потребоваться приклеить их по периметру на лист плотной бумаги. В идеальном случае принтер должен иметь тракт для прохождения бумаги без перегибов, что предотвращает смятие подобного бутерброда внутри принтера. Большое значение это имеет и при печати на фольге или основе от пленки Oracal, поскольку тонер на них держится очень слабо, и в случае перегиба бумаги внутри принтера существует большая вероятность, что придется потратить несколько неприятных минут на очистку печки принтера от налипших остатков тонера. Лучше всего, если принтер может пропускать бумагу через себя горизонтально, печатая при этом на верхней стороне (как, например, HP LJ2100 — один из лучших принтеров для применения при изготовлении печатных плат). Хочется сразу предупредить владельцев принтеров типа HP LJ 5L, 6L, 1100, чтобы они не пытались печатать на фольге или основе от Oracal — обычно подобные эксперименты заканчиваются плачевно. Также помимо принтера можно использовать и копировальный аппарат, применение которого иногда дает даже лучшие по сравнению с принтерами результаты за счет нанесения толстого слоя тонера. Основное требование, которое предъявляется к подложке, — легкость ее отделения от тонера. Кроме того, в случае использования бумаги она не должна оставлять в тонере ворсинок. При этом возможны два варианта: либо подложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров или основы от Oracal), либо предварительно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага).
Перенос тонера на плату заключается в прикладывании подложки с тонером к предварительно очищенной плате с последующим нагревом до температуры, немного превышающей температуру плавления тонера. Возможно огромное количество вариантов как это сделать, однако наиболее простым является прижим подложки к плате горячим утюгом. При этом для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Очень важным вопросом является температура утюга и время выдержки. Эти параметры варьируются в каждом конкретном случае, поэтому, возможно, придется поставить не один эксперимент, прежде чем вы получите качественные результаты. Критерий тут один: тонер должен успеть достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. После тонера к плате необходимо отделить подложку (кроме случая использования в качестве подложки алюминиевой фольги: ее отделять не следует, поскольку она растворяется практически во всех травильных растворах). Пленка для лазерных принтеров и основа от Oracal просто аккуратно снимаются, в то время как обычная бумага требует предварительного размачивания в горячей воде.
Стоит отметить, что в силу особенностей печати лазерных принтеров слой тонера в середине больших сплошных полигонов достаточно мал, поэтому следует по мере возможности избегать использования таких областей на плате, либо после снятия подложки придется подретушировать плату вручную. В целом использование данной технологии после некоторой тренировки позволяет добиться ширины дорожек и зазоров между ними вплоть до 0,3 мм.

Все описанное годится и для травления медалей др. вещей , мы так делали — получилось.
Но для больших поверхностей не пойдет