Piirilevyjen tekeminen syövyttämällä

Julkaistu: perjantai 10.2.2017

Elektroniikan harrastus ajoi minut jo aikoja sitten siihen pisteeseen, että tarvitsin omiin tarpeisiin piirilevyjä. Selailin googlella protopiirilevyjen valmistajia, mutta pikaisen tutkinnan jälkeen päädyin siihen tulokseen, että piirilevytehtaalta tilaaminen tulisi liian kalliiksi.(EDIT: 4.1.2017 nykypäivänä piirilevyjä saa tilattua ulkomailta noin 10-15 euron hintaan.) Siksi päätin ostaa omat syövytysaineet ja muut tarvikkeet. Ferrikloridiin päädyin siksi, että se on halvinta (mutta ei ehkä aivan vaivattomin kemikaali). Nämä ohjeet pätevätkin kotikonstein tehtyihin piirilevyihin, kun käytetään tulostinta ja silitysrautaa kuvan siirtämiseen sekä ferrikloridia tai natriumpersulfaattia syövytysaineena.

Piirilevy siirtokuvamenetelmällä

Tilasin kouluelektroniikka sivustolta piirilevyjen syövyttämiseen tarvittavat aineet: muoviastian, kumikäsineitä, piirilevykynän (Decon-Dalo) korjausten tekemistä varten ja ferrikloridia (FeCl3) syövytykseen. Lisäksi tilasin mustesuihku- ja lasertulostimille sopivia piirilevyn siirtokalvoja, joiden avulla kupariin siirretään syövytettävä kuva. Tällä hetkellä käytössäni on Press n' Peel kalvoja, jotka ovat väriltään sinisiä ja joita saa esimerkiksi näistä verkkokaupoista: UralTone ja Spelektroniikka. Nämä kalvot sopivat sekä muistesuihku, että lasertulostimille ja käytännössä siirtokuvan onnistumiseen vaikuttaa käytettävä lämpötila sekä aika. Kriittisin näistä on lämpötila, sillä se vaikuttaa siihen, miten kemikaaliset reaktiot siirtävät kuvan kuparilevyn ja siirtokalvon välillä. Pienehköllä silitysraudalla (kuten omistamani Avec A2058 [tälle ei löydy kuvaa googlesta, etsitty 28.1.2012]) olen huomannut, että arvot välillä 2-3 ovat parhaimmat. Suuremmilla levyillä kuitenkaan pienen silitysraudan teho ei riitä. Kyseinen silitysrauta toimii kuitenkin hyvin maksimissaan 5x5 cm tai pienemmille levyille. Suuremmille levyille kannattaa käyttää suurempaa rautaa.

Työvaiheet

Yleisesti työvaiheet menevät näin: 1) Kytkennän suunnittelu ja layoutin teko, 2) Kuvion tulostaminen siirtokalvolle. 3) Syövytettävän piirilevyn leikkaaminen sopivaan muotoon. 4) Kyseisen piirilevyn puhdistaminen pata-padalla tai jollakin muulla millä kuparipinnan saa kiiltäväksi. 5) Kuvion siirto silitysraudan avulla puhdistetulle ja kuivatulle kuparilevylle. 6) Syövytys. 7) Piirilevyn puhdistus siirtokalvosta jääneistä "musteista". Tähän sopii hyvin asetoni eli kynsilakan poistoaine (mielellään ei öljyinen, mutta öljyinenkin toimii hetken aikaa) 8) Reikien poraaminen valmiiseen piirilevyyn jos reikiä edes tarvitaan.

Koko prosessin kesto vaihtelee piirilevyn monimutkaisuudesta ja reikien määrästä riippuen. Monimutkaisella piirilevyllä, missä on paljon reikiä porattavana saattaa työtuntimäärä venyä jopa neljään tuntiin, mutta pääsääntöisesti pitäisi yksipuolisen piirilevyn valmistamisesta selviytyä noin tunnissa. Luonnollisesti kokemus tuo varmuutta tekemiseen ja sitä kautta tekoaika lyhenee. Itse olen nopeimmillaan tehnyt (ilman reikiä olevan) piirilevyn noin puoleen tuntiin. Kokoa levyllä oli noin 5 cm x 5 cm.

Itse tehtyä...

Tällä hetkellä tehtynä on toistakymmentä omatekoista piirilevyä ja lisää tulee varmasti jatkossakin tehtyä. Kuvassa esittäytyy ensimmäinen kotitekoinen piirilevyni, joka onnistui erittäin hyvin (lue ilman oikosulkuja tai katkoksia).

Alla vielä muutama vinkki, jos kiinnostusta syövyttämiseen on tai sitä on aikeissa harrastaa.

  • Suunnittele piirikaaviokuva jollain CAD-ohjelmalla. Ilmaisiakin löytyy netistä (esim. EAGLE tai KiCad) ja kokeilemalla löytyy omaan käyttöön sopivin. Suunnittelussa kannattaa ehkä muistaa, että pitää eristeväliä tarpeellisesti ja vähintään 0,25 mm. Pienempikin varmaan onnistuu, mutta itse käytän 0,25-0,35 mm (tarkoitus päästä 0,1 mm eristeväliin joskus, mutta lienee ilman valotuslaitteita olevan aika kinkkistä).
  • Yleiset piirilevyn suunnittelusäännöt pätevät luonnollisesti harrastelijajutuissakin. Eli vältetään yli 90 asteen kulmia vedoissa ja pyritään tekemään virran kulkureitit piireille optimaalisiksi.
  • Piirilevyn vedot kannattaa tehdä paksuiksi (paitsi jos vetojen impedanssi täytyy olla tarkka). Itse käytän oletuksena 1 mm:n paksuisia vetoja ja tarvittaessa ohuempaa aina 0,25/0,3 mm asti. Eristevälinä 0,3 mm on hyvä vedoille ja kuparitäytölle 0,5 mm.
  • Kuvion siirto kalvosta piirilevyn pintaan on tarkkaavaisuutta vaativa vaihe. Syövytyslaatu riippuu paljon käytetystä menetelmästä ja huolellisuudesta. Itse käytän siirrossa Press N' Peel kalvoja tai 3M monitoimikalvoja. Laser-tulostimella saa siistimpää jälkeä kuin mustesuihkulla, joka myös vaikuttaa laatuun, mutta laser ei ole onnistumisen tae.
  • Käytä kalvojen kuvion siirrossa tasaista lämpöä, esimerkiksi riittävän iso silitysrauta on hyvä. Lämpötila 150-180 astetta on paras sinisille Press N' Peel kalvoille, mutta tämä riippuu hieman myös tulostimestakin. Edelleen kokeilemalla saa parhaan tuloksen.  Silitysraudan merkkeinä lämpötila tarkoittaa puuvillaa tai II-lämpöä, ainakin suurinpiirtein. Kokeilemalla löydät omiin välineisi sopivan asetuksen.
  • Kalvojen siirrossa silitysrautaa ei pidä painaa liian paljoa, raudan oma paino riittää, jos rauta on tarpeeksi painava. Kevyellä matkasilitysraudalla ei saa kunnon jälkeä aikaiseksi ilman jatkuvaa pientä painetta. Toisaalta jos painaa liikaa, niin siirtokuva leviää ja suttaa levyn pintaa jolloin pahimmassa tapauksessa koko levy epäonnistuu.
  • Syövytyksessä pitää olla tarkkana, ferrikloridiroiskeet tulee välittömästi siivota ja neutralisoida asiaan kuuluvalla aineella eli lipeällä eli natriumhydroksidilla. Ferrikloridia ei saa kaataa viemäriin ilman neutralisointia, se syövyttää putkistoa samalla tavalla kuin piirilevyjäkin.
  • Syövytysainetta voi tehostaa lisäämällä natriumpersulfaattiliuokseen vetyperoksidia tai kasvattamalla ferrikloridi-liuoksen konsentraatiota lisäämällä siihen ferrikloridirakeita. Eli laittamalla enemmän niitä keltaisia mukuloita sinne nesteeseen.
  • Syövytysaikaa voi lyhentää lämmittämällä syövytysnestettä. Toisaalta lämpimästä nesteestä haihtuu höyryjä, jotka eivät ole terveellisiä hengittää ja höyryt ruostuttavat kaikki ympärillään olevat metalliesineet ainakin pitkän ajan kuluessa. Välitöntä haittaa niistä ei kuitenkaan pitäisi olla.
  • Jos konsentraatio on vahvaa (eli FeCl3-liuos on paksumpaa kuin vesi), niin kupari syöpyy levyn pinnalta aika joutuisasti. Syövytystä voi jouduttaa huljuttelemalla levyä syövytysaltaassa kumikäsineiden avulla sekä hieroen ferrikloridia paikkoihin joista kuparin halutaan poistuvan.
  • Syövytysastian ja kaikkien työkalujen, joita syövytysprosessissa käytetään tulee olla muovisia.

 

Lähteitä, linkkejä ja vinkkejä:

http://fi.wikipedia.org/wiki/Ferrikloridi
http://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_chloride
http://www.instructables.com/id/DIY-Printed-circuit-board/
http://koti.mbnet.fi/ijl/piirilev.html
http://sik.ayy.fi/wiki/index.php?title=Elektroniikkapaja::Piirilevyn_valmistus