چاپ برد مدارچاپی (PCB) با لمینت حساس به نور

اگر در زمینه برق و الکترونیک فعالیت داشته باشید ، حتما به اهمیت استفاده از PCB پی بردید. تولید و به اصطلاح چاپ این مدار چاپی با روش های مختلفی انجام میشود ، که ما قصد داریم در این مقاله به طور کامل روش چاپ PCB با لمینت حساس به نور را بررسی کنیم. ابتدا توضیح مختصری در مورد اینکه PCB چیست و چه کاربردی دارد بدهیم و سپس با جزئیات روش چاپ PCB با لمینت را بررسی میکنیم .

PCB چیست ؟

حتما تا به حال وقتی که یک وسیله الکترونیکی را که باز کرده اید به یک فیبر معمولا سبز رنگ برخورده اید که روی آن پر است از قطعات الکترونیکی . به این فیبر سبز رنگ فیبر مدار چاپی یا PCB میگویند.

PCB مخفف کلمه Printed circuit board به معنی تخته مدار چاپی است ، که در ایران به آنها فیبر مدار چاپی میگویند.

با پیشرفت روز افزون علم الکترونیک و پیچیده تر شدن مدارات الکترونیکی ، برای پیاده سازی سیستم های مختلف ، نیاز به اتصالات متراکم و متعدد بیشتر شده است.

اگر بخواهیم این اتصالات را با سیم به هم وصل کنیم ، در نتیجه سیم کشی های زیاد و خیلی پیچیده داریم که اصلا گزینه مناسبی برای این کار نیست!

پس بهترین انتخاب استفاده از PCB است که بوسیله دستگاه چاپ pcb مونتاژ می شود .

---

روش های تولید فیبر مدار چاپی

علاوه بر چاپ PCB با لمینت روش های دیگری برای تولید فیبر مدار چاپی وجود دارد که به چند نمونه از آنها در زیر اشاره گردیده است.

تولید PCB با استفاده با روش اتو :

در این روش طرح مورد نظر را پس از طراحی باید خروجی بگیرید و با پرینتر لیزری بر روی کاغذ گلاسه چاپ کنید . سپس طرح را بر روی فیبر مدار چاپی خام قرار میدهند و با اتو بر روی آن میکشند . چون جوهر پرینتر لیزری با حرارت بخش فیوزینگ پرینتر به کاغذ چسبیده شده است ، پس با حرارت هم جدا میشود و به فیبر منتقل میشود ، سپس فیبر با کاغذ روی آن را در آب سرد انداخته تا کاغذ از آن جدا شود. پس از اینکه کاغذ جدا شد و طرح بر روی فیبر مدار چاپی نقش بست . آن را داخل اسید بیندازید تا مس های اضافی آن از بین برود.

تولید PCB با استفاده از روش چاپ سیلک :

در این روش هم طرح مورد نظر پس از طراحی خروجی بگیرید و چاپ کنید . سپس طرح را بر روی یک شابلون ابریشمی ظاهر و فیبر های خام را زیر این شابلون بگذارید و با کشیدن رنگ بر روی این شابلون طرح مورد نظر بر روی PCB منتقل میشود ،

سپس بعد از خشک کردن رنگ ، فیبر را داخل اسید بیندازید تا مس های اضافی آن از بین برود.

تولید PCB با استفاده از روش فوتو ایمیج :

این روش ترکیبی از روش چاپ سیلک و چاپ PCB با لمینت میباشد.

در این روش ابتدا طرح مورد نظر پس از طراحی خروجی گرفته و چاپ کنید . سپس به کمک یک شابلون ابریشمی یک لایه رنگ حساس به نور UV بر روی فیبر مدار چاپی بکشید.

سپس طرح را بر روی فیبر رنگ خورده قرار داده و زیر نور UV بگذارید. طرح از طریق نور بر روی رنگ سطح PCB شکل میگیرد و این طرح را با کمک مواد ظاهر کننده یا به اصطلاح ظهور بر روی سطح فیبر مدار چاپی ظاهر کنید ، در مرحله بعدی هم فیبر را داخل اسید غوطه ور کرده تا مس های اظافی آن از بین برود.

چاپ PCB با لمینت حساس به نور :

در این روش هم همانند روش های بالا طرح به کمک نور بر روی سطح PCB شکل میگیرد . در ادامه این روش را کاملا باز کرده و مورد بررسی قرار میدهیم.

به این روش به اصطلاح DRY Film نیز میگویند.

روش های دیگری هم مثل استفاده از ماژیک ضد اسید و CNC وجود دارد که تقریبا کمتر استفاده میشوند که برای طولانی نشدن بحث ، بهتر است از آنها بگذریم.

---

چرا چاپ PCB با لمینت ؟

همانطور که متوجه شدید روش های مختلفی برای تولید PCB وجود دارد ، اما چرا از روش چاپ PCB با لمینت استفاده میشود ؟ آیا نسبت به دیگر روش های بهتر است؟ در این روش جنس PCB چه تفاوتی با سایر روش ها دارد؟

در این روش چون طرح مورد نظر با استفاده از نور بر روی سطح فیبر مدار چاپی شکل میگیرد دقت بسیار بالایی دارد همچنین چون لمینت نسبت به بعضی رنگ ها پایداری بیشتری دارد ، در فرآیند تولید خرابی کمتر و قابلیت اطمینان بیشتری دارد.

البته چون کمی فرآیند تولید طولانی تری نسبت به دیگر روش ها دارد و همچنین لمینت حساس به نور قیمت بالایی دارد ، بیشتر از این روش برای تولید PCB های نمونه و تعداد پایین استفاده میشود.

---

مزایا و معایب چاپ PCB با لمینت

مزایا:

• دقت بالا

معایب :

• فرآیند طولانی تولید
• هزینه بالاتر نسبت به دیگر روش ها
• حساسیت بالا در تولید

چاپ PCB با لمینت

ساخت PCB با این روش دارای مراحل زیادی است که سعی میکنیم به همه این مراحل اشاره کنیم و هر کدام را توضیح دهیم .

ترتیب مراحل به شکل زیر میباشد.

1. پرینت گرفتن طرح مورد نظر
2. سوراخکاری فیبر مورد نظر
3. تمیز کاری فیبر پس از سوراخ کاری
4. چسباندن لمینت حساس به نور بر روی فیبر مدار چاپی
5. پر رنگ کردن طرح پرینت گرفته شده
6. تنظیم کردن طرح بر روی فیبر مدار چاپی
7. نور دادن به طرح و فیبر
8. جداسازی طرح و لایه محافظ لمینت
9. ظاهر کردن طرح بر روی فیبر مدار چاپی
10. چک کردن طرح ظاهر شده و اصلاح مشکلات
11. اسید کاری و از بین برد مس اضافه
12. از بین بردن پوشش لمینت روی سطح PCB
13. برش کاری اضافه های PCB
14. تمیز کاری سطح PCB بعد از فرآیند تولید

هر کدام از این مراحل نیز در خود چند مرحله دیگر را جای داده اند که سعی شده در ادامه به مهم ترین آنها اشاره شود.

پرینت گرفتن طرح مورد نظر در چاپ PCB با لمینت :

اولین مرحله در تولید با این روش ، پرینت گرفتن طرح مورد نظر میباشد .

برای پرینت گرفتن ، طرح PCB باید طوری باشد که یک طرح سیاه و سفید داشته باشید که در آن ترک ها و پد ها و تمام نقاطی که نمیخواهید در فرآیند اسید کاری از بین بروند سفید باشد و تمام قسمت های ناخواسته به رنگ مشکی .

دلیل این کار هم این است که وقتی طرح بر روی لمینت حساس به نور در داخل دستگاه نور دهی قرار میگیرد ، نور از داخل سفیدی ها رد شده و از داخل مکان هایی که در طرح به رنگ مشکی میباشد رد نمیشود و اینگونه است که طرح بر روی فیبر و لمینت شکل میگیرد.

در پنجره باز شده گزینه Units را بر روی Milimeters قرار داده و گزینه Format  را روی 4:3 قرار داده و سپس OK را بزنید.

یک فایل با فرمت CAM. در مسیر پروژه شما به همراه فایل های PCB ایجاد میشود ، این فایل مخصوص کار با دستگاه CNC میباشد.

 

تمیز کاری فیبر پس از سوراخ کاری برای چاپ PCB با لمینت :

پس از سوراخکاری در محل سوراخ ها پلیسه ایجاد میشود که اگر این پلیسه ها گرفته نشود لمینت به خوبی به سطح PCB چسبیده نمیشود و همچنین لمینت روی پد ها به خوبی چسبیده نمیشود و در فرآیند اسید کاری پد ها آسیب میبینند.

برای این پلیسه گیری میتوان از دستگاهی به نام براش کمک گرفت که هم سطح فیبر را تمیز میکند و هم پلیسه ها را از بین میبرد و یا اینکه به کمک سطح مسی یک فیبر دیگر روی سطح مسی فیبر سوراخ کاری شده بکشید تا پلیسه ها از بین رود .

چسباندن لمینت حساس به نور بر روی فیبر مدار چاپی:

اصلی ترین و مهم ترین مرحله در این روش مرحله چسباندن لمینت است .

این مرحله باید در محلی تاریک انجام شود ، چون نور خورشید و لامپ ها باعث خرابی لمینت ها میشود.

در دو طرف لمینت حساس به نور یک لایه پلاستیک وجود دارد که از لمینت در برابر آسیب دیدن جلوگیری میکند. ابتدا پلاستیک جهتی که نرم تر است را کنده و لمینت را بر روی فیبر مدار چاپی چسبانده

سپس به کمک دستگاه لمینتور ( یا همان پرس کارت) با حرارت و پرس لمینت را به خوبی به فیبر میچسبانید.

دقت شود که در فرآیند چسباندن لمینت به PCB خیلی باید دقت کنید و محیط عاری از هرگونه گرد و غباری باشد و سطح PCB هم باید تمیز و بدون گرد و غبار باشد و همچنین در هنگام چسباندن لمینت بر روی فیبر مدار چاپی دقت کنید که کوچک ترین لکه هوا در زیر لمینت شکل نگیر ، به طور خلاصه لمینت باید صاف و بدون کوچک ترین آسیب و گرد غباری بر روی سطح PCB بچسبد .

این کار را میتوانید بدون استفاده از دستگاه لمینتور هم انجام دهید اما احتمال اینکه لمینت به خوبی به فیبر نچسبد خیلی بالا میرود و در مرحله ظهور و اسید کاری احتمال آسیب دیدن بالا میرود.

پر رنگ کردن طرح پرینت گرفته شده:

پس از چسباندن لمینت نوبت میرسد به تنظیم کردن طرح بر روی PCB اما یک مرحله این وسط باید انجام شود تا طرح به درستی بر روی PCB ظاهر شود ، و آن هم پر رنگ کردن طرح سیاه و سفید مدار که روی برگه پرینت گرفته شده است . این کار باعث میشود تا جوهر قسمت هایی که رنگ مشکی دارند پر رنگ تر شده و نور کمتری از آن عبور کند . البته برای طرحی که روی برگه ترنسپرنت و دستگاه لیتوگرافی پرینت گرفته شده نیازی به این کار نیست .

پر رنگ کردن طرح هم به کمک یک اسپری که به آن اسپری تونر پر رنگ کننده یا اسپری پر رنگ کننده مهر میگویند و معمولا مهر سازی ها از آن استفاده میکنند.

تنظیم کردن طرح بر روی فیبر برای چاپ PCB با لمینت:

پس از آماده شدن طرح و لمینت خوردن PCB باید طرح را بر روی فیبر مدار چاپی تنظیم کرد

تنظیم کردن طرح باید طوری باشد که کادر طرح از فیبر بیرون نزند و همچنین تمامی پد ها و سوراخ های طرح دقیقا با سوراخ ها و پد های PCB در یک راستا و سوراخ ها در مرکز پد ها باشد.

سپس طرح را با یک تکه چسب به فیبر محکم میچسبانید.

نور دهی در چاپ PCB با لمینت :

پس از اینکه طرح تنظیم شد و طرح به فیبر چسب خورد . باید فیبر مدار چاپی که طرح روی آن هست را داخل دستگاه نور دهی قرار بدهیم .

نور دهی هم یکی از مهم ترین مراحل چاپ PCB با لمینت است.

نور دهی به کمک نور UV میباشد . شما میتوانید از مهتابی های UV استفاده کنید یا از لامپ های UV .

این اشعه برای بدن ضرر دارد ، پس نکات ایمنی را رعایت کنید.

دقت داشته باشید که طرح باید کاملا به سطح PCB چسبیده باشد تا طرح به درستی بر روی لمینت روی PCB نقش ببندد به این منظور دستگاه ها معمولا دارای وکیوم هستند تا وقتی فیبر در دستگاه نور دهی قرار میگیرد طرح کاملا به فیبر بچسبد .

همچنین نور دهی تایم مشخصی دارد اگر از حدی بیشتر شود کم کم نوری که از همان نقاط سیاه رد شده باشد طرح را خراب میکند و اگر هم کم نور داده باشید طرح به خوبی ظاهر نمیشود . با توجه به شدت نور دهی شما این زمان میتواند متفاوت باشد که باید تایم نوردهی خود را با توجه به دستگاه نور خود پیدا کنید.

جداسازی طرح و لایه محافظ لمینت :

بعد از مرحله نور دهی خواهید دید که طرح مدار بر روی لمینت نقش بسته است.

پس از اینکه لمینت با طرح نور خورد باید طرح را از لمینت جدا کرد .

همانطور که قبلا اشاره کردیم لمینت حساس به نور دارای دو پلاستیک در دو طرف آن میباشد که شما در چند مرحله قبل پلاستیک یک طرف آن را جدا کرده اید و به فیبر چسبانده اید و طرف دیگر را الان باید جدا کنید.

دقت کنید که پلاستیک این سمت لمینت را به آرامی جدا کنید تا به هنگام جداسازی پلاستیک محافظ ، لمینت را از روی PCB جدا نکنید .

معمولا این پلاستیک محافظ را میتوان با یک تکه چسب شیشه ای یا گوشه تیغ کاتر جدا کرد .

ظاهر کردن طرح بر روی فیبر مدار چاپی:

از این مرحله بعد تقریبا وارد مراحلی میشویم که باید با مواد شیمیایی کار کنید . پس حتما از دستکش و عینک محافظ استفاده کنید .

وقتی که پلاستیک محافظ را جدا کردید باید فیبر را داخل محلول ظاهر کننده یا به اصطلاح ظهور قرار دهید.

محلول ظهور از ترکیب ماده ای به اسم بی کربنات سدیم صنعتی و آب ساخته میشود.

وقتی که PCB داخل این محلول قرار گرفت میتوانید با یک تکه ابر یا دستمال نرم بر روی PCB بکشید تا کم کم ببینید که جاهایی که داخل طرح سیاه بوده است ، کم کم از بین میرود و قسمت هایی که در طرح سفید بوده و نور از آن رد شده و نور با این قسمت لمینت اثابت داشته است از بین نمیرود .

وقتی که کاملا طرح شکل گرفت و تمام قسمت هایی که مورد نظر نیست از بین رفت باید فیبر را کاملا آبکشی کنید ، چون اگر زیاد از حد این ماده بر روی PCB بماند کم کم همه لمینت ها را از بین میبرد . پس وقتی هم که طرح کاملا نمایان شد دیگر نیازی به ماندن داخل این محلول نیست .

همچنین علاوه بر ابر یا دستمال نرم میتوان از دستگاه ها کمک گرفت که محلول را مانند یک دوش به صورت دوار بر روی فیبر اعمال میکنند تا طرح ظاهر شود.

چک کردن طرح ظاهر شده و اصلاح مشکلات :

پس از اینکه فیبر ها را آبکشی کردید و خشک شد ، باید چک کنید که طرح به درستی بر روی فیبر مدار چاپی اعمال شده است .

اگر در مرحله چسباندن لمینت به سطح PCB گرد و غباری وجود داشته و احتمالا یک ترک یا پد قطع شده باشد باید در این مرحله این مشکل را برطرف کنید تا در اسید کاری ترک یا پد قطع نشود.

برای این کار میتوانید از ماژیک های ضد اسید یا ماژیک لتراست استفاده کنید که در برابر اسید مقاوم هستند و پاک نمیشود .

همچنین قسمت هایی که قرار بوده است در ظهور از بین بروند اما به دلیل ضعف در نوردهی این قسمت ها هم نور خورده و در ظهور از بین نرفته اند را میتوانید با یک تیغ بتراشید تا در اسید مس اضافی از بین برود.

اگر مشکلات قابل رفع نبود و تعداد قطع شدگی ها و مشکلات بیش از حدبود ، باید تمام طرح ظاهر شده را پاک کنید و برگردید به مرحله چسباندن لمینت بر روی سطح PCB

اسید کاری در روش چاپ بردمدارچاپی با لمینت :

بعد از اینکه مشکلات طرح گرفته شد ، میرسیم به مرحله ای که دیگر بازگشتی در کار نیست پس بهتر است طرح را به خوبی چک کنید که به خوبی روی PCB ایجاد شده باشد و زیر لمینت ها هوایی وجود نداشته باشد و قطعی وجود نداشته باشد.

پس از اینکه چک کردید باید فیبر را داخل اسید غوطه ور کنید تا مس های اضافی آن از بین برود .

دقت کنید که دمای اسید کاری در چاپ مدارچاپی با لمینت نباید زیاد باشد.

چون دمای بالا باعث جدا شدن لمینت از سطح فیبر میشود و جدا شدن لمینت یعنی از بین رفتن تمام مس های مدار و عملا هیچ مسیر مسی باقی نمیماند.

پس از اسید کاری حتما PCB را شستشو دهید تا عاری از هرگونه قطرات اسید شود.

بهترین محلول اسید پیشنهادی برای این کار ترکیب : آب + آب اکسیژنه + جوهر نمک است. ( 1 پیمانه آب ، 1/2 پیمانه جوهر نمک ، 1/4 پیمانه آب اکسیژنه)

در تصویر بالا کاملا واضح است،  قسمت هایی که در مراحل قبلی برای اصلاح به آنها اشاره شد ، در فرآیند اسید کاری آسیب دیده است.

از بین بردن پوشش لمینت روی سطح فیبر در فرآیند چاپ PCB با لمینت :

بعد از اینکه اسید کاری انجام شد باید پوشش لمینت را پاک کرد .

برای این کار میتوان از محلول سدیم هیدروکسید یا به اصطلاح : سود سوز آور استفاده کرد .

این ماده شیمیایی را با آب مخلوط کرده و فیبر مدار چاپی که دارای لمینت میباشد با درون آن غوطه ور کنید ، خواهید دید که پس از چند دقیقه پوشش لمینت از روی سطح فیبر مدار چاپی جدا میشود.

همچنین میتوانید از تینر هم برای از بین بردن لمینت ها بهره برد ، اما با توجه به قیمت پایین تر سدیم هیدروکسید (سود) و یکی از اصلی ترین مواد شیمیایی در تولید PCB اکثر تولید کنندگان از این محلول استفاده میکنند.

برش کاری و تمیز کاری PCB :

دیگر تقریبا کار به اتمام رسید و شما باید کادر مدار خود را برش بزنید

از آنجایی که در فرآیند چاپ PCB با لمینت ، شما مجبور هستید کمی سایز فیبر مدار چاپی خود را بزرگ تر در نظر بگیرید تا بتوانبد طرح را تنظیم کنید و لمینت بزنید . در این مرحله باید اضافه های آن را اصلاح کنید.

همچنین در فرآیند چاپ برد مدارچاپی با لمینت ، چون با ماده های مختلف و مراحل گوناگون سر و کار دارید ، فیبر مدار چاپی احتمالا کثیف است و شما میتوانید با استفاده از محلول جوهر نمک + آب سطح PCB خود را تمیز کنید . ( دقت کنید اگر از جوهر نمک استفاده کردید ، حتما بعد از تمیز کاری ، فورا PCB را وکیوم کرده تا اکسید نشود.)

---

نتیجه گیری

همانطور که متوجه شدید چاپ برد مدارچاپی با لمینت دارای دقت بالایی میباشد . یعنی اگر در طراحی شما ترک ها نازک هستند و فاصله ترک کشی های شما کم است ، میتوانید از این روش کمک بگیرید .

اما قیمت نهایی و زمان مصرفی در این روش به مراتب از روش هایی مثل چاپ سیلک و فوتوایمیج بیشتر است .

بیشتر از این روش برای تولید فیبر های نمونه استفاده میشود و برای تولید در تعداد بالاتر از روش های جایگزین استفاده میکنند.

 

شرکت مرصا میتواند در زمینه تولید فیبر مدار چاپی ، طراحی و مونتاژ به شما عزیزان خدماتی را ارائه بدهد.