Piirilevyjen valmistus

Perusteet

Mitä kaupallinen piirilevyjen valmistuttaminen maksaa ?

Taskurahalla levyjä ei todellakaan teetetä. Filmien tulostus maksaa helposti kymmeniä euroja kappale (2-puoleinen levy tinamaskeilla = neljä filmiä), ja kiinteät kustannukset muuten voivat olla helposti 200 euroa. Sen jälkeen onkin sitten melkein sama, tilaako levyjä 2 vai 20 kpl, mutta vähintään pari-kolmesataa kappale niille joutuu väkisinkin piensarjoissa hintaa laskemaan (noin 12x20 cm levyt).

Yksittäiskappaleiden tekoon on olemassa prototyyppilevyjen tekoon erikoistuneita piirilevyvalmistajia, joilla syntyy yksittäinen piirilevy edullisemmin. Edelleenkin hintaa tulee helposti lähes 100 Euroa kaikkine kuluineen kaksipuoliselle eurokortille.

Kaupallisen piirilevyjen valmistuksen saa suunnilleen unohtaa, jos ei ole toimittaa joko valmiita filmejä tai Gerber-tiedostoja niistä, ja valmista poratiedostoa, eli ne pitäisi tuottaa jollakin oikealla piirilevy-CAD:illä. Reiänpaikkojen digitointi käsipelillä se vasta kallista onkin.

Mistä löydän ohjeita piirilevyjen valmistamiseksi kotona ?

Piirilevyjen yleisiä valmistusohjeita löytyy seuraavista osoitteista:

Miten piirilevyn valotuksessa filminä käytettävä kalvotulostus kannattaa tehdä laserkirjoittimella ?

Tässä pari vinkkiä laserilla valotuskalvon tulostamiseen:

  • Tulosta kalvo hyvällä laserkirjoittimella (miel. 600 dpi laser) ja uudella värikasetilla suoraan kalvolle. Näin saat saat takuulla tumman ja tasalaatuisen tulostusjäljen.
  • Tulosta kuva peilikuvana! N{in saat musteen levyä vasten, jolloin saat valotuksessa paremman resoluution.

Millaiseen tarkuuteen pääsee kotona tehdyllä piirilevyn valmistuksella ?

Yksi karva IC:n pinnien (2.54 mm väli) välistä ja smd:t on suhteellisen helppoa, ainakin valottamalla. Kaksi karvaa on jo kinkkisempi. Kahden karvan veto vaatii sitten jo hyvälaatuiset kalvot (pelkät laserilla tulostetut ei enää toimi yleensä). Myös valotuslaitteen on syytä olla kohtuulaatuinen. Jos et tarvitse alle 10mil vetoja, niin käytännössä hyvälaatuinen laserkirjoitin riittää pitkälle.

Ongelma kahden karvan vedossa on että joutuu väkisinkin johonkin 8mil vetoihin, joiden välissä ei ole tilaa paljon. Tästä seuraa heti että syövytysvehkeen pitää olla riittävän hyvä, jotta levy syöpyy tasaisesti. Sekoittamaton kippo on ihan out, samoin huonot kuplasekotteiset.

Jos jälki pitäisi sitten olla tosi hyvä, ei ole muuta vaihtoehtoa kuin ohentaa sy|vytettävää kuparia. Levyhän syöpyy myös kuparin reunoja pitkin suojalakan alle. Tavallinen 70um kuparipinta laittaa rajan jonnekin tuonne 8mil huiteille. Käyttämällä esim. 35um kuparia (toinen suht. hyvin saatavilla oleva vakiolevy) voi vetää ohuempiakin. Joudut vaan todennäköisesti sitten jälkikäteen kasvattamaan levyyn lisää kuparia pintaan, jottei johde jää hirmu ohueksi.

Miten poraan reiät piirelevyyn ?

Harrastelija käytössä paras väline reikien porailuun on suurella nopeudella (jopa 20 000 kierrosta minuutissa) pyörivä pienoispora, joita saa elektroniikka-alan liikkeistä sekä askarteluliikkeistä. Minipora, jossa holkeilla terän kiinnitys, ja mieluusti laakerointi karalla, maksaa noin 20-100 euroa (saatavana mm. merkeillä MiniDrill, Minicraft, Dremel jne.). Näille miniporille kolpaavat tyypillisesti terät noin puolesta millimetristä aina 3,2 millimetriin saakka.

Tälläiset miniporat toimivat tyypillisesti noin 12V jännitteellä, joten poran lisäksi tarvitset sille sopivan muuntajan (monelle kelpaa akkulaturi tai muu sopivan teholuokan halpa muuntaja). Jotkut porat pyörivät ihan mukavasti paristoillakin, joskin on pitemmän päälle aika kallis ratkaisu.

Poraaminen onnistuu tuollaisella pinoisporalla ihan käsivaraltakin, mutta hyvä porateline nopeuttaa kyllä työtä melkoisesti.

Piirilevyjen poraamisessa tarvitset sopivankokoisia poranteriä. Yleisimmät poranteräkoot pienille komponenteille ovat 0,7mm ja 1mm. Suuremmille komponenteille (paksummat koivet) voi sitten käyttää vaikkapa 1,5mm:n terää. Piirilevyn reikien porauksessa 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 ja 1.5 millimetrin terät on jo hyvä valikoima

Pieniä poranteriä saa elektroniikka-alan liikkeistä, rautakauppojen poranteristä ei alle millisiä juuri löydy. Koska poranterät ovat hyvin ohuita, ne katkeavat varsinkin käsivaralla hyvin helposti. Sopivalla kiineteällä jalustetulla poratelineellä poraushomman voi hoitaa hiukan nopeammin ja vähemmän teriä katkomalla.

Poranterien valintaa vaikuttaa jonkin verran myös käytetty piirilevymateriaali. Pertinaxia (semmoista ruskeaa piirilevymateriaali) voi porata normaaleilla metalliporilla suhteellisen tuskatta, tosin kovametalliterät ovat tähänkin parempia. Pertinaxia ei tosin paljon kykypäivänä käytetä muuten kuin joissain valmiissa viihde-elektroniikan laitteissa.

Kunnollinen lasikuitulevyn poraaminen vaatiikin jo vähintään kovametalliterät, jos halua kunnon jäkeä pidemmän päälle. Normaalit metalliterät tahtovat tylsyä hyvin nopeasti (parisataa reikää) lasikuitulevyn porauksessa, eli niitä pitää vaihtaa aina kun porausjälki alkaa heikkenemään. Tylsyys näkyy usein siinä, että pora alkaa repiä reikien reunoja porauspuolla ja pahimmillaan toiselle puolelle levyä muodoistuu tylsällä terällä pahat jäysteet tai pieni juotostäplä voi repeytyä irti. Jos poraa yksipuoleisia levyjä niin ei tuosta ole pahemmin haittaa. Tavalliset metalliterät maksavat 50 sentistä kappaleelta ylöspäin. Halvat esimerkiksi HSS-terät eivät paljon maksa, joten ne ovar harrastajalle hyvä vaihtoehto.

Ammattilaisten käyttämillä kovametalliterillä poraa helposti tuhansiakin reikiä piirilevyyn. Tälläiset kovametalliterät maksavat pari kymppiä kappaleelta. Kovametalliteriä käytettäessä pitää käytössä olla kunnollinen porausteline tai piirilevynporauslaite, koska muuten terän katkoo turhan helposti. Käsin poratessa naksaus kuuluu helposti, vaikka käytössä olisi hyväkin pora.

Telineessä poratessa pora keskittää itsensä juotostäppään jos sen keskellä olevassa kuparissa on jo juotuoskuvassa reikä, kun jaksaa olla kärsivällinen. Pylväsporakoneen kanssa porauksen voi hyvin suoritaa vaikka seuraavasti: pora on mahdollisimman tukevasti paikallaan ja piirilevy vain kevyesti sormilla paikalla pitäen (alla mahdollisesti pehmeähkö muovilevy). Liian tiukka kiinnitys katkoo ohuita teriä helposti, kun terä hakeutuu täpän keskelle.

Jos juotitäpissä ei ole valmista keskireikää kuparissa, niin voit porauksen helpottamiseksi tehdä pistepuikolla reikien alut. Tämä voi tosin joskus rypistää kuparia pienemmissä täpissä. Pienissä projekteissa pitepuikon käyttö on ihan hyvä homma, mutta osommmissa hommissa ei välttämättä niin hyvä, koska täplien tekeminen vie helposti melkein yhtä paljon aikaa kuin itse poraaminen. Jos meinaat tehdä muutaman levyn, niin saattaa olla hyvä idea tehdä sabluuna pistepuikolla tehtyjen reikien asemointia varten (ohut läpinäjyvä mupvilevy, johon on porattu reiät oikeisiin kohtiin mallina vaikka vero-levyn sopivia riekien paikkoja apuna käyttäen). Isommissa piirilevyprojekteissa kannattaa olla valmiina sellainen syövytyskuvio, jossa reiät ovat mukana.

Miten voin leikata piirilevymateriaalista sopivankokoisia paloja ?

Yksi perinteinen tapa leikata piirielevyjä on sahata ne pienemmäksi rautasahalla tai vastaavalla sahalla. Lasikuitulevy sahautuu ihan hyvin ja tulos on käyttökelpoinen kun reunaa tasoittelee vähän sahauksen jälkeen. Pertinaxlevyäkin voi sahata, mutta tätä tehdessä pitää olla erityisen varovainen, että levy ei pääse lohkeamaan sahauksessa.

Lasikuitulevyä voi myös leikata isoilla peltisaksilla tai peltileikkurilla. Tulos on ihan hyvä. Lasikuitulevyn leikkaaminen tylsyttää helposti tuollaisia peltileikkausvehkeitä, joten kun näitä piirilevyjä sellaisella alkaa leikkailemaan, niin vähän ajan päästä leikkuri ei välttämättä ole oikein hyvä pellin leikkaamiseen.

Pertinaxlevyjä voi myös pätkäistä siten, että porataan vieriviereen reikiä ja sitten taivutetaan levy tästä kohtaa poikki esimerkiksi pöydänreunaa vasten. Tämä menetelmä on erittäin sopiva pertinaxista valmistettujen valmiiksi reitettyjen reikälevyjen (verolevyjen) katkaisuun.

Voiko kynäpiirturilla tehdä piirlevyn syövytysmaskin ?

Piirilevyn syövytysmaski on mahdollista tehdä suoraan kuparipinnalle kynäpiirturin avulla. Jos sinulla on käytössä HPGL:ää suoltava piirto-ohjelma homma onnistuu seuraavasti:

  • Osta, lainaa tai varasta plotteri, tämä on usemmiten "tumppikynillä" varustettu Hewlett-Packard.
  • Laita tavallinen paperi piirturiin ja tulosta piirikortin ääriviivat.
  • Teippaa hieman ääriviivoja isompi piirilevy paperiin ja tulosta koko kortti hitaalla nopeudella.
  • Kun kortti on valmiiksi piirretty, syövytä se happokylvyssä (esim 3 osaa vettä, 1 osa suolahappoa ja 1 osa vetyperoksidia).
Koko homman vaikein osa on sopivan kynän löytäminen, koska plotterin vakiokynä ei välttämättä toimi. Voit kokeilla esimerkiksi Staedtler Lumocolor 313 kapeakärkistä huopakynää (sekin on pitkä), joten valmistin adapterin poraamalla vanhaan tumppikynään isomman reiän. Voit käyttää Windowsissa esimerkiksi HP ColorPro piirturii ajureita. DOS:issa HPGL-tiedoston voi syöttää piirturille suraavasti: 
type tiedosto.xxx > com2
Edellyttäen että com2 on käytössäsi oleva sarjaportti. Muista tässä tapauksessa lisätä kynän nopeus tiedostoon, joka on helposti muutettavissa millä tahansa tekstieditorilla. Lisää rivi vs 1 ennen ensimmäistä PD riviä. PD tarkoittaa Pen Down ja vs 1 ilmoittaa nopeuden senttimetri/sekunti, eli velocity 1 cm/sec.

Saatat joutua tappelemaan plotterin kanssa jonkun verran jolloin ksikirja on hyvä apu. Tyypilliset tietoliikenneasetukset: siirtonopeus 2400, 8 bitin sanaleveys, 1 stopbitti, ei pariteettia, ja konekättely.

Miten teen kotikonstein läpivientejä kaksipuoleisiin piirilevyihin ?

Yksinkertaisin läpiviennin korvike on laittaa paikkoihin joissa läpivientiä tarvitaan johto ja juottaa tuo kummaltakin levyn puolelta kiinni kupariin. Tässä menetelmässä piirilevy kannattaa suunnitella siten, että läpiviennit tehdään kohdissa missä on komponentin johdon reikä, joten läpivientikohdassa tarvitsee vian juottaa komponentin johdin tai jalka piirilevyn kummankin puolen kupariin kiinni. Levyn kahdelta puolelta juottaminen on ongelmallinen jos laitetta on tarvetta korjata myöhemmin, koska kahden puolen juotettu holkiton komponentti on kelju irrottaa. Varsinkin läpijuotettujen liitinten tai IC:itten irrottamisessa tahtoo ainakin jokin folio revetä irti levystä. Jos reiässä on läpivientiholkki tai läpikuparointi niin kaiken tinan saa yhdellä imaisulla pois reiästä ja komponenti irtoaa helposti.

Joskus on vaan jopa ihan pakko tehdä piirilevylevy niin ettei sitä juoteta molemmin puolin ja tällöin pitää käyttää läpivientiholkkeja läpikuparointia. Läpivientiholkki on periaatteessa siis metalliholkki joka puristetaan siihen reikään (joka on aluksi hieman iso) ja joskus lisäksi juotetaan oikein hyvän liitoksen saamiseksi. Holkkien painelu ja puristelu on aika hidasta eikä holkkeja myydäkään ihan joka puolella.

Mitne voin paloitella piirilevyn pienempiin paloihin ?

Piirilevyn voi paloitella hyvin monella tavalla. Yksi perinteisin on sopiva saha, joko käsisaha tai esimerkiksi moottoroitu pistosaha (pitää valista sopivan pienihanpainen terä joka kestää piirielvymateriaalia). Kun laittaa levyn kahden lastulevyn väliin puristuksiin ja sahaa sitten rautashalla levyn reunaa seuraten, tulee ihan hyvää jälkeä.

Helppo tapa saada lasikuitulevy pienemmiksi palasiksi siististi on vetää mattopuukolla teräsviivaimen kanssa viillot molemmille puolille (kuparin läpi) ja sitten laittaa levy puristuksiin viillon molemmin puolin.. Esim. tasaiset vanerinpalat (4 kpl) käy hyvin, kun vuolee viillonpuoleiset sivut viistoiksi. Nyt kun levyn taittaa viillon mukaisesti, levy katkeaa TODELLA siististi viiltoa myöten. Ilman noita puristuksia (tasotukia) levy vääntyy jonkinverran. Levyn tarkkuudeksi saa näin +- 0.5mm helposti.

Toinen tapa on käyttää kulmahiomakonetta (rälläkkää) ja ihan normaalia katkaisulaikkaa. Toimii mainiosti, mutta on ikävän brute-force menetelmä tohon ylläkuvattuun verrattuna.

Piirilevymateriaalia voi myös katkaista peltisepän levygiljotiinilla. mutta se on iso ja maksaa paljon. Tässä käytössä terän pitää todellakin olla kunnossa.

Syövytys

Millaisessa astiassa syövytys pitää tehdä ?

Piirilevyjen syövytys tulee tehdä lasi- tai muoviastiassa. Metalliastiat eivät sovi syövytyshommiin, koska ne syöpyvät. Edes mitää pinnoitettuja metalliastioita ei kannata käyttää, koska hyvin helposti pinnoitteissa on pieniä helkeamis joista astia pääsee syöpymään.

Tuleeko piirilevyjä syövytettäessä vaarallisia kaasuja ?

K{yt{nn|ss{ kotona tehtävässä pienimuotoisessa sy|vytyksest{ tulevat kaasu- m{{r{t ovat sen verran pieni{, ett{ pelkk{ tuulettaminen ulko- ilmaan riitt{{. Ferrrikloridilla ei varsinaisia kaasua tule, mutta ilmaan tulee kuitenkin hento dispersio rauta- ja kupariyhdisteit=E4. Tuon huomaa lähinnä siitä, ett=E4 pitk=E4 oleskelu huoneessa tuo lievän metallisen maun suuhun. Tämä riippuu tietysti siit=E4 millainen kuplitussysteemi kippoon on järjestetty.

Suolahappo + vetyperoksidi -liuoksella vapautuu pieniä määriä HCl ilmaan. Ei noista haittaa ihmiselle ole, määrät ovat ihan olemattomia. Sen sijaan erinäiset metalliset objektit kuten vesihanat yms. syöpyvät kyllä pidemmän päälle aika hyvin. Korroosio-ongelmien takia on välttämätöntä järjestää ilman kohdepoisto tuolla menetelmällä.

Korroosio-ongelmista pääsee eroon, jos käyttää suolahapon sijasta esimerkiksi rikkihappoa. Rikkihappo + vetyperoksidi on syövytysaineena suunnilleen samaa luokkaa suolahappoliuoksen kanssa.

Muut prosessit voivat tuottaa typen oksideja. Ainakin ammoniumpersulfaattia käytettäessä huomaa heikosti tuuletetussa huoneessa selvän = (suht. hennon) typen oksidien tuoksun. Ainakin kuplitetulla systeemillä, joka oli lämmitetty oli tuo selvästi havaittavissa. Käytettäessä natriumpersulfaattia ei typen oksideja pitäisi tulla ja kuulemma litkun kestoikäkin on huomattavasti pidempi kuin ammoniumpersulfaatin kanssa (ammoniumpersolfaattilius kestää vain 1-2 viikkoa).

Laitosmaisessa prosessissa kaasujen puhdistaminen on varmasti tarpeen, mutta kotikäyt|ssä pienillä ainemäärillä pelkkä tuulettaminen (tai parvekkeella tekeminen) riittää.

Noilla kaasuilla on yleensä kolme haittavaikutusta. Ne voivat olla ihmiselle haitallisia, kiinteist|ä/irtaimistoa sy|vyttä- viä tai luonnolle vaarallisia. Pienissä määrissä lähinnä tuo terveyspuoli on ongelma. Eli oman turvallisuuden vuoksi nuo on kyllä hyvä tuulettaa pihalle. Onneksi sekä kloori että ammoniakki ilmaisevat olemassaolonsa herkälle nenulle ennen kuin ovat vaarallisia.

Noiden kaasujen lisäksi syövytysliuosten kanssa kannattaa myös muistaa liuosten muut vaarat, koska nuo syövytysliuoksen ovat syövyttäviä sekä tahraavia (ainakin kun niitä on käytetty). Käsillä tai silmissä väkevä happoliuos (tai emäs) liuos tekee pahaa jälkeä. Suojahanskat samoin kuin roiskeilta suojaavat suojalasit ovat välttämättömät turvavarusteet ainakin ärhäkämpien syövytyslitkujen kanssa.

Miten hävitän piirilevyn valmistuksessa käytetyt kemikaalit ?

Valoherkkien levyjen kehityksessä käytettävän natriumhydroksidin kanssa ei mitään suurempia ongelmia pitäisi olla koska putket kestävät emäksisiä aineita hyvin ja pienet määrät natriumhydroksidimäärät reilun vesimäärän kanssa eivät aiheuta mitään haittoja jäteveden PH-arvossa. Natriumhydroksidia käytetään useissa puhdistushommissa ja viemäriputken avausaineet ovat suurimmaksi osaksi juuri tuota samaa natriumhydroksidia väkevänä liuoksena.

Käytetty ferrikloridiliuosta ei kannata kaataa viemäriin. Ongelmana ei ole sen pH, vaan muu kemiallinen koostumus. Syövytysvaiheessa ferri-ionit muuttuvat ferroioneiksi (eri hapetusluku), ja piirilevyn kupari tulee kupari-ioneina liuokseen. Nuo kupari-ionit (samoin kuin monet muutkin metalli-ionit) ovat melkoisen myrkyllisiä solukemialle. Nykyinen jätevedenpuhdistus perustuu bakteereihin, jotka tykkäävät huonoa tietyistä myrkyistä (orgaaniset liuottimet, raskasmetallit).

Tarpeeton myrkkyjen viemäriin kaataminen kannattaa jättää väliin. Ainakin pääkaupunkiseudulla pyöriskelee YTV:n jäteauto, jonne nuo käytetyt litkut voi viedä.

Mitä tarvikkeita tarvitsen piirilevyn syövytykseen ?

Piirilevyn syövytykseen tarvitaan vähimmillään syövytysastia ja syövytyskemikaali. Yleisin ja turvallisin harrastajien syövytyskemikaali on Ferkkikloridi. Muita vaihtoehtoja tosiaan on, ainakin persulfaatit (natrium- ja ammoniumpersulfaatti) sekä nuo happo/vetyperoksidi-seokset.

Happoliuosten etu on kupliva liuos. Liuos kuplii reaktiokohdassa (kuparin pinnalla) eli erillistä sekoitusta ei välttämättä tarvita tiheillekään levyille. Syövytyksessä kannattaa sitten huolehtia riittävästä tuuletuksesta, että happohöyryt ei tule hengitykseen eikä syövytä paikkoja. Turvallisuuden vuoksi kannattaa käyttää suojalaseja ja suojakäsineitä.

Ihan yksinkertaisia levyjä voi syövyttää ihan sekoittamattomassa muovikipossa. Tällöin on syytä liikutella levyä vähän edes likipitäen tasaisen syöpymisen saamiseksi. Normaalissa avoimessa syövytysastiassa voit yrittää välttää sekoituksen tarvetta tekemällä piirilevvyn teipistä "kahvat" ja asettamalla piirilevy varovasti kahvasta kiinni pitäen kellumaan ferrikloridin pinnalle Kaupallisissa syövytysastioissa yleensä piirilevy on pystyssä ja sekoituksesta huolehtii joko pumppu tai ilmakuplat joita tehdään ilmapumpulla.

Syövytystä voi nopeuttaa lämmittämällä ferrikoridiliuosta (vesihaude, IR-lamppu tai tätä varten tehty lämmitin valmiissa syövytysastiassa). Jos haluat tehdä hyvälaatuisia levyjä, niin tasaisesti sekoittuva lämmitetty syövytysallas on ihan pakkohankinta. Kaupalliset syövytylaitteet käyttävät kierrätystä/sekoitusta tai jopa spray-tankkeja taatekseen tasaisen syöpymisen joka puolella piirilevyä. Pohjimmiltaan syövytyksen ongelma on epätaisainen syöpyminen joka johtaa maskin alta syöpymiseen. Tämän efektin takia ei paljon alle 10mil leveisiin kupareihin pääse normaalilla 0.075mm paksuisella kuparilla.

Syövytyksen jälkeen levy pitää sitten pestä kunnolla ja kuivata. Seuraavaksi valotuslakka pois levystä. Lopukse levy kannattaa suojata jollain suojalakalla (alan liikkeistä saa useitakin), koska suojaamaton levy syöpyy aika nopeasti pilalle. Juotettavat lakat (kuten "Plastic Spray") voi ruiskaista levylle heti porauksen jälkeen, ennen tinausta ja levyn kasausta. Muut kannattaa laittaa vasta tinaamisen jälkeen. Käryjä tulee vähemmän kaikilla jos suojalakan laittaa viimeiseksi.

Missä suhteessa kannattaa annostella vettä ja Ferrikloridia ?

Jos et halua odottaa montaa tuntia levyn syöpymistä, niin kannattaa tehdä liuoksesta niin vahvaa kuin saa vaan veteen liukenemaan. Ferrikloridia liukenee veteen tehokkaasti, joten sitä saa kaataa reilusti aina tilavuussuhteeseen puolet ja puolet saakka. Yleisissä ohjeissa on monesti suositellaan 500 grammaa ferrikloridia 1 litran syövytysliuokseen, mutta ferrikloridia voi laittaa tähän verrattuna melkein tuplamääränkin jos haluat nopeampaa syöpymistä.

Voiko piirilevyä syövyttää suolahapolla ?

Piirilevyjen syövytys onnistuu suolahapolla esimekiksi seuraavalla seoksella:

  • 200ml 37% suolahappoa
  • 700ml:aan vettä
  • 50ml 30% vetyperoksidia
Tätä seosta valmistaessasi suolahappo pitää kaataa veteen, ei missään nimessä toisin päin. Toinen nopeampi sekoitussuhde on seuraava:
  • 2 osaa suolahappoa
  • 1 osa vetyperoksidia
Suolahappo maksaa apteekissa luokkaa 15-20 euroa/litra. Isommissa määrissä teollisuuskemikaalifirmoista paljon vähemmän. Suolahapot kannattaa unohtaa, jollei ilmastointi ole kunnossa. Ensin ei huomaa mitään, mutta vähän ajan päästä kaikki metalliobjektit on syöpyneitä. Eikä tuota ilmaan leviävää huurua kannata hengitellä.

Miten neutraloin Ferrikloridiliuoksen ?

Halvin tapa on laittaa se pulloon ja toteuttaa kunnan järjestämään jätehuoltopisteeseen sellaisenaan. Kunnillahan on nykyisin velvolllisuus järjestää kuntalaisten ongelmajätteiden hävitys. Tämän joutuisit muutenkin tekemään, jollet ajatellut heittää vaan kylmästi kuparipitoista lientä viemäriin. (Haitallista vesistöille ja pieneliöille.)

Periaatteessa oikea määrä natriumhydroksisia pystyy neutraloimaan ferrikloridiliuoksen. Tuo neutralointi ei vielä tee tuosta ferrikloridiliuoksesta vaaratonta jätevettä. Neutralointi huolehtii ainoastaan siitä, ettei tuo ferrikloridi syö metallista tehtyjä viemäreitä mennessään.

Lisäksi NaOHilla on kovin vaikea neutraloida mitään, koska kyseessä on vahva emäs. Tuosta "neutraloidusta " liuoksesta tulee hyvin emäksinen, jos neutralointia ei tee titraamalla. Käytännössä tämä ei kuitenkaan viemäreitä haittaa, ovathan tiskikoneenkin jätevedet emäksisiä ja viemäriputkenavaajat natriumhydroksidiuosta.

Yleensä neutralointi tulee helpommaksi ruokasoodalla.

Syövytysliuoksen todellinen syövytykseen käytetyssä ferrikloridissa on mukana se kupari, jota sillä on syövytetty. Kupari-ionit ovat puolestaan kohtuullisen vahvoja bakteerimyrkkyjä, jotka voivat suurempina määrinä sotkea biologisen jätevedenpuhdistuksen.

On totta, ettei tuo yksittäisen harrastajan viemäriin päästämä kuparikonsentraatio ole kovinkaan suuri puhdistamolle tullessaan. On silti hyvä opetella hoitamaan homma oikein eli toimittaa tuo käytetty ferrikloridi ongelmajätteisiin. Tämän pitäisi olla ilmaista yksityishenkilöille.

Valotusmenetelmä

Millaisella valoherkällä lakalla kannattaa valotuskokeilut aloittaa ?

Käytä aluksi valmiiksi valoherkällä lakalla päällystettyjä levyjä. Nämä ovat tasalaatuisempia, joten pääset helpommin hyvään tuloseen. Alussa yleensä menee pari korttia suteen. Eli ensimmäisissä testauksissa yee tarpeeksi pieniä levyjä, koska suden näkee jo parin neliösentin alueelta, joten ei kannata liikaa levyä tuhlata alkuparametrien etsimiseen.

Myöhemmin voit kokeilla tehdä noita itse, jos näet homman vaivan arvoiseksi.Välttämättä homma ei ole kannattavaa. Levyn puhdistaminen, käsittely siihen sormin koskematta, pöly ym. ym aiheuttavat liikaa työtä varsinkin jos tekee paljon isoja kortteja. Suurin osa piirilevynvalmistusongelmista tuppaa helposti olemaan lakkausongelmia.

Miten kuivaan oikein valoherkön Positiv20-lakalla valotetun piirilevyn ?

Positiv-laskan voi kuivata uunissan noin 70 asteessa niin pitkään kunnes on kuiva (noin 10-15 minutissa pääsee valottelemaan). I sitten kannata välttämättä käyttää levyjen kuovaamiseen sitä samaa uunia jossa tekee ruokaakin. Kuivaamisen voi tietenkin yrittää tehdä jättämällä levyn yöksi pimeään ja pölyttömään paikkaan kuivumaan.

Millainen pitää olla piirilevyn valotusvalon ?

Valotus kannattaa tehdä mieluiten UV-valottimella, koska tavallisilla lampuilla tulee lähinnä vain vihaiseksi.

Valotuslaitteeksi paras on 365nm aaltopituutta tuottava UV-polttimo. Ainakin jotain hommaan tarkoitettuja elohopeahöyrylamppuja on kaupan (aika kalliita, noin 50 euroa). Solariumien kaltaiset uv-putket on toinen tapa (nämäkin valitettavasti hiukan hinnakkaita, esimerkiksi Merval Oy:ssä noin 15-20 euroa/kpl). UV-putkia tekee ja tuo maahan ainakin Philips, Osram jne. Aika moni solarium-putki on ok, erot vaan ovat aika huomattava. Noin 15W putkilla on valoteho/putken pituus maksimissa (hintaluokka 15-25 euroa/kpl). Paras systeemi on sellainen, jossa on useita lamppuja yhdellä puolella hoitamassa tuota valotusta. Näitä piirilevyn valotukseen sopivia UV-putkia ei kannata sotkea diskoissa käytettyihin UV-putkiin, koska näistä saatava UV-valo on aallonpituudeltaan pidempää eikä oikein sovuellu piirilevyjen valmistukseen.

Jos etsi halpaa ratkaisua muutamaan viritykseen, niin seuraavassa vinkkejä tähän:

Tavallisen hehkulampun voi unohtaa, koska tulos sellaisella on huono ja valotusaika helposti tunteja. Jos on pakko, loisteputki on paljon hehkulamppua parempi. Tavallisen pöytälampun loisteputkilla voin jotain tulosta syntyäkin, mutta valotusaika taas voi olla luokkaa pari tuntia.

Muita mahdollisuuksia ovas sitten erilaiset kasvinhoitolamput (yleensä kalliita nekin) tai "sekavalo"-tyyppistä UV-valoa antavat lamput, kuten "ultra vitalux". Esimerkiksi Osram Vitalux 300W mahdollistaa piirilevyn valotuksen vlaotusajalla noin 5 minuuttia kun polttimo on noin 30 cm päässä piirilevystä.

Jotkut ovat suositelleet työmaahalogeenia (8-15 euroa 500W lampusta rautakaupassa), mutta se ei ole hyvä ajatus. Tuollaisesta lampusta ei saa kovin paljoa UV-valoa normaalitilassa ja etulasin irrotaminen tekee siitä vaarallisen (sähköiskuvaara ja kuuman polttimon räjähtämisen vaara). Jotkut ovat myös suositelleet katuvalon polttimoa, josta on uloin kuori rikottu, mutta tämäkin on aika vaarallinen viritys ja vaatii oikeanlaisen kuristimen toimiakseen (eikä välttämättä anna tehokkaasti tuota haluttua aallonpituuttakaan).

Piirilevyn valotusta voi yrittää myöskin tehokkaalla piirtoheittimellä laittamalla fimin ja piirilevyn normaalin piirtoheitinkalvon tilalle (valotusaika ehkä noin 5-10 minuuttia).

Kirpputoreilla kannattaa pitääsilmänsä auki josko löytäisi valotuskäyttöön sopivan vanhan aurinlamppun.

Piirilevylakat ovat yleensä herkkiä 350-400nm aallonpituuksille ja epromit taas yleensä 254nm aallonpituudelle. Eri valotusputket/laitteet tarvitaan kunnon tulokseen. Molemmat ovat yleensä tosin peräisin elohopean resonansseista eli jonkun verran tulee aina 365, 254 ja 184nm yms. aallonpituuksia. Odottelemalla huimasti *saattaa* lampun kuoresta tulla tarpeeksi läpi että piirilevylampulla saa EPROM-piirin tyhjäksi tai toisin päin.

Ryhmässä on myös suositeltu että vaömiiksilakattujen levyjan kanssa voi valotuksen hoitaa myös tavalliseslla loisteputkea käyttävllä pöytävalaisimelle. Esimerkiksi Bebekin levylle 11W pöytäloistelampulla noin 5 sentin päässä levystä valotusajaksi riittää noin 15 minuuttia.

Onko muovi vai lasi parempaa pitämään valotusfilmiä kiinni piirilevyssä ?

Sekä läpinäkyvissä muovilevyissä ja lasissa on kummassakin ongelmansa. Kumpikaan ei päästä kaikkea UV-valoa hirveän tehokkaasti läpi, ja muovilevy naarmuuntuu lisäksi helposti. Tuon UV-vaimennuksen takia ei kannata kamalan paksuja levyjä joka tapauksessa käyttää.

Yleisimmin käytetty lasi on borosilikaattilasia. Sen tuotantovolyymit ovat erittäin suuria, siitä tehdään mm. ikkunoita ja kuumuudenkestoa vaativia laseja. Optiikassa se kulkee yleisimmin kruunulasin tai BK-7:n nimellä. Valoa se läpäisee erittäin hyvin välillä 350 nm - 1000 nm. Lyhyessä päässä (UV) tuo läpäisy hyytyy erittäin tehokkaasti tuonne 300 nm:n tienoille.

Ihan ikkunalasina ostettavaa tavaraa on saatavilla useasta eri materiaalista, ja eri laseilla on erilaiset ominaisuudet. Jos lasin UV-läpäisy on tärkeä parametri, kannattaa katsoa lasilevyä reunasta; jos levy näyttää kovin vihreältä, se tuskin läpäisee UV:ta kovin hyvin. Kannattaa myös muistaa, että ohut levy vaimentaa vähemmän kuin paksu.

Optisissa tarkoituksissa käytetään UV-hommiin usein materiaalia, joka kulkee nimellä "fused silica". Se on puhdasta silikaa (SiO2), ja sen läpäisy ulottuu noin välille 150 nm - 4000 nm. Tuo sana "fused" tarkoittaa, ettei kyseessä ole yksikiteinen kvartsi (myös SiO2). My|s kvartsia voidaan käyttää, mutta se on varsin hinnakasta, ja lisäksi sillä on eräitä mielenkiintoisia optisia ominaisuuksia. Arkikielessä tuo "fused silica" kulkee joskus kvartsilasin nimellä. Todellisuudessa kvartsilasi (fused quartz) on valmistettu luonnosta löytyvästä kvartsihiekasta, joka on epäpuhtaampaa kuin synteettinen silika. Tämä epäpuhtaus näkyy nimenomaan UV-läpäisyssä. Aivan ylivoimainen materiaali kovaan käyttöön UV-puolella olisi safiiri (yksikiteinen Al2O3), mutta se on hinnaltaa hyvin kallista.

Muovit ovat yleisesti UV-käyttöön erittäin huonoja, koska niillä on taipumus muuttaa kemiallista rakennettaan UV:n vaikutuksesta. Yleisimmin pleksiksi kutsuttu tavara on polykarbonaattia, joka kellastuu ja haurastuu lyhytaaltoisessa UV:ssa. Toinen yleisesti saatavilla oleva läpinäkyvä muovimateriaali PMMA (akryyli) taas haurastuu. Kumpikaan näistä ei päästä kunnolla läpi edes syvimpiä violetteja (< 390 nm). Ilmeisesti sellaista muovia ei löydy, joka päästäisi alle 300 nm säteilyä läpi.

Onni onnettomuudessa on se, että oikeastaan nuo piirilevyillä käytettävät fotoresistit ovat yleensä herkkiä välillä 350 nm - 430 nm olevalle valolle. Tämä mahtuu vielä hyvälaatuisesta ikkunalasista läpi. Itse asiassa saattaa olla hyväkin, että tuo korkeaenergisempi 254 nm hyytyy, koska sillä saattaa olla ei-toivottujakin efektejä. Yleensä kaikki erikoislasit ovat niin kalliita, että tulee paljon halvemmaksi lisätä vaan uv-tehoa ja antaa osan jäädä ikkunalasiin.

Millä kehitän piirilevyssä olevan valoherkän lakan ?

Piirilevyjen valmistuksessa käytettävä valoherkkä lakka kehitetään natriumhydroksiliukosessa (NaOH). Yleisimmin suositeltu kehitysliuos on 7 grammaa NaOH:ta litraa vettä kohti. Joillain valmiiksi lakatuilla levyillä tuo tuntuu vaan toimivan heikohkosti, joten voi myös käyttää hiukan vahvempia seoksia (10-15g NaOH litraan vettä). Natrumhydroksidia (kiteinen NaOH) saa ampteekista ja litraan tarvittava määrä maksanee luokkaa alle euron. Yhdellä litralla kehitysliuosta kehittää hyvin muutaman kappaleen EURO1 (160x100 mm) kokoisia piirilevyjä. Pienien NaOH määrien hävittämisen voi suorittaa viemäriin runsaan veden kanssa (NaOH on samaa ainetta kuin viemäriputken anavausaineet).

Natriumhydroksidia (NaOH) saa apteekista. Jos halvempaa ainetta etsit, niin jotkut ovat suositelleet viemärinavausaineen kokeilua (useat ovat esim. 20% NaOH-liuosta). Natriumhydroksidia käytetään myös pesuaineena, joten jos jostain onnistut löytämään kiteistä natriumhydroksidia pesuaineena tai viemärinavausaineena, niin vieläkin parempi sekä tulee edullisemmaksi.

Miten saan selville piirilevylle sopivan valotusajan ?

Oikea valotusaika vaatii kokeilua. Nyrkkisääntönä voi sanoa, että jollei levy kehity 10-15g/l NaOH-liuoksessa alle 1-2min on valotusaikaa lisättävä ehkä. Jos kehitysaika on yli 5min on valotus selvösti liian pieni. Kokeilu pöytälampun loisteputkella (~2h ajat) ei olekaan ihan nopea ja kiva juttu. Kannattaa siis hankkia unnon lamppu piirielevyjen valotukseen, niin pääsee kohtuullisiin valotusaikoihin.

Valottaessa muista painaa maski *mustepuoli levyä vasten* ja kiinni siihen kunnolla, vaikka lasilevy painoksi.

Miten pääsen hyvään tulokseen käyttämällä kopiokalvoa valotusmaskina ?

Kopiokalvon valinta vaikuttaa paljon tulokseen. Kannattaa valita sellainen, jolle tulee tumma kopiotulos ja koka päästää kuitenkin UV-valon kunnolla läpi (ei selviä oikein kuin kokeilemalla). Jos kopiokalvon tulos ei ole ihan musta, niin sitten ei auta muuta kun yrittää valotusta kahdella kopiokalvolla päällekäin. Valottaessa kopikalvo kannattaa pitää siinä asennossa, että mustepuoli on levyä koti ja kavo tarkkaan kiinni levyssä (esimerkiksi lasilevy päällä pitämässä kalvon kiinni levyssä että väliin ei jää ilmaa). Laserkirjoittimeen kunnolla sopivalla kopiokalvolla pitäisi päästä ihan hyvään tulokseen yhdelläkin kalvolla.

Mistä löydän lisätietoja piirilevyjen valmistamisesta valotusmentelmällä ?

Osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/art01.htm löytyy Kari Huhtaman kirjoittama suomenkielinen kuvitettu selostus piirilevyjen valmistamisesta valotusmentelmällä. Myös osoitteesta http://www.hut.fi/~then/mytexts/piirilevyt.html löytyy yksi valotusohje sekä lisää aiheeseen liittyviä yleisohjeita osoitteesta http://www.hut.fi/~then/mytexts/syovytys.html.

Lämpösiirtokalvot

Onko kellään kokemusta Press-n-Peel lämpösiirtokalvoista?

Minulla ei ole omakohtaisia kokemuksia Press-n-Peel kalvoista. Newsseissa olleet kokemukset ovat olleet että pinellä harjoitellulla syntyy ihan käytettäviä protolevyjä tai että samah homman voi tehdä yhtä hyvin tavallisella kopiokalvolla. Press-n-Peel kalvoa saa Radioduosta.

Kuinka käytän lämpösiirtokalvoa ?

Tulosta tai kopioi piiri kopiokonekalvolle, kalvon mustepuoli levyä vasten ja silitetään silitysraudalla. Rauta saa olla aika kuuma ja silitteyä kestää noin pari minuuttia painaen joka puolelle piiriä. Annetaan jäähtyä ja revitään kalvo varovasti irti taivuttaen kalvoa aika jyrkästi ja maski on valmis. Muste on sulanut kiinni kupariin ja pysyy. Sitten vain syövytykseen! Muste lähtee hyvin asetonilla ja etyylimetyyliketonilla.

Menetelmällä saa aikaan tosi tarkkoja levyjä! DIL-jalkojen välistä pääsee komeasti. Liian pitkä silitys levittää mustetta, joten pitää löytää lyhin aika jolla muste on siirtynyt mutta ei vielä ala levitä. Se on ollut minulla noin 2-3min.

Miten voin käyttää normaalia kopiokalvoa lämpösiirtokalvona piirilevynvalmistuksessa ?

Useiden raporttien mukaan tavallista kopiokalvoa voisi käyttää tähän tarkoitukseen tehtyjen arikoiskalvojen tapaan hyvissä olosuhteissa. Seuraavia vinkkejä tähä hommaan on anntetu:

  • Kalvoja kannattaa ainakin ensimmisellä kerralla varata riittävästi (5 - 10) ja rarjoitella muutaman kerran esimerkiksi jollekin muulle pinnalle kuin se paras piirilevymateriaali
  • Kopioitaessa on kopiokoneen värimäärän säätö laitettava maximiasentoon
  • Puuvilla on sopiva raudan lämpötila, kuumempi (pellava) sulattaa kalvon.
  • Laita piirilevy tasainen laudan tai vanerinkappaleen päälle (silityslauta on liian pehmeä alusta)
  • Kalvoa on painettava suoraan raudalla
  • Rautaa ei saa liikuttaa kalvon päällä vaan sillä on vain painettava tai muuten kalvo venyy ja suttaa layoutin
  • Yksi kalvo ei riitä välttämättä saamaan täysin tummaa tulosta. Joit koettaa siirtää useammaan kalvon (jopa 4) värit tarkkaan samaan paikkaan.
  • Kalvo on vedettävä irti piirilevystä kuumana. Toiset sanovat, että tämä on tehtävä kylmänä, mutta kannattaa kokeilla kumpi tapa toimii paremmin.
  • Tee kalvosiirron jälkeen vielä pieniä tussikorjauksia paikkoihin joissa siirto ei täysin onnistunut
  • Hommaan ei sulamisvaaran takia kannata käyttää huushollin parasta silitysrautaa (voit koettaa käyttää paperia kalvon ja silitysraudan välissä vähentämässä sotkeutumisvaaraa)
Homma on siis mahdollista saada toimimaan jos piirilevy ei ole ratkaisevasti silitysrautaa suurempi eikä se ole liian tiheä tai kapeajohtoinen. Kopiokonetta parempaan tulokseen pitäisi päästä laserkirjoittimen tulosteella, koska se on yleensä tummenpi.

Silitysraudan tilalla jotkut käyttävät uunilämmitystä. Levy ja kalvo uuniin, kalvon päälle sopiva paino (esim. lasilevy). Uunin lämpö runsas 100 astetta (musteen sulamislämpötila). Paketin saavutettua riittävän lämmön ota se ulos uunista. Anna paketin jähtyä rauhassa ja ota kalvo varovasti irti.

Protokorttien valmistamisesta lämpösiirtometelmällä on ollut juttua Prosessori-lehden numerossa 3/95 (s. 26). Tässä perässä lyhyt referaatti artikkelin kyseisestä osasta:

Kyseissä artikkelissa mainittiin tähän tarkoitukseen tehdyt amerikkalaiset TEC-200-kalvot. Piirikortin johdotuskuva tulostetaan suunnitteluohjelmistosta kalvolle lasertulostimella (tavallinen 300 dpi laser on riittävän tarkka). Kuva tulostetaan kortin komponenttipuolelta katsottuna oikein päin (kalvon on oltava tulostettaessa täysin puhdas). TEC-200-kalvot ovat tarkkoja käytetyn kirjoittimen tai kopiokoneen suhteen ja hitailla koneilla saavutetaan parempi tulos kun nopeammilla. Musteen leviäminen kalvolla johtuu usein liian kuumasta lämpöpäästä. Piirikorttimateriaaliksi sopii kuparipäällysteinen lasikuitulevy (normaali 35 mikrometrin kuparipäällys). Piirikortin pinta on puhdistettava huolellisesti esimerkiksi hankausjauheella ja liuottimella, jotta muste saataisiin tarttumaan kunnolla kupariin.

Piirikortti lämmitetään silitysraudalla, keittolevyllä tai uunissa noin 140 asteen lämpöiseksi TEC-200-kalvoa käytettäessä (muille sopiva lämpö etsittävä kokeilemalla). Kalvo asetetaan mustepuoli alaspäin kuuman piirilevyn pinnalle ja muste siirretään painamalla kalvoa kevyesti esimerkiksi valokuvausliikkeestä saatavalla kumitelalla. Liika painaminen aiheuttaa musteen leviämistä. Silitysrautaa käytettäessä raudan alle kannattaa asettaa tavallinen kopiopaperi suojaksi ja estämään kalvon liikkumista silityksen aikana. Kortin jäähdyttyä kalvo voidaan irrottaa ja piirilevy on valmis syövytettäväksi.

Lämpösiirtotekniikka soveltuu yksinkertaisten protokorttien valmistukseen (PLCC-kannan vaatima välys on menetelmän äärirajoilla). TEC-200-materiaalin ongelma on liiallinen herkkyys tulostimelle. Tavallista lämpökalvoa käytettäessä tulostus onnistuu helpommin, mutta muste irtoaa heikommin ja leviää helpommin.

Voiko paperia käyttää lämpösiirtomenetelmässä ?

Paperia voi yrittää käyttää kalvon tapaan. Paperia käytettäessä sitä ei uritetäkään repiä kuumennuksen jälkeen irti, vaan paperi irrotetaan levystä veden avulla. Paperin saa prthaiten irti kun liottelen sen vedessä muusiksi ja pehmeällä harjalla putsailen loput. Paras puoli paperissa on sen elämättömyys lämmitettäessä. Elektroniikkaliikkeistä (ainakin RadioDuo) on saatavana myös erikoispaperia tähän hommaan.

Jälki printteripaperi-metodilla saattaa vajavainen, himmeä ja melkoisen suttuinen (riippuu printteristä, paperista jne.). Jos peprimentelmä ei kelpaa piirilevyhisi, niin paperilämpösiirtomenetelmää voi kutenkin käyttää esimerkiksi komponenttisijotteluiden siirtämiseen valmiille piirilevylle (suttuinenkin jälki riittää tähän).

Sekalaiset

Miten juottamatta toimivassa kokekytkentälevyssä (breadboard) nuo sisällä olevat kytkennät on järjestely ?

Tyypillisesti tälläiset pienet koekytkentälevyt on sisäisesti kytketty suunnilleen seuraavaan tapaan (o = reikä, - | kuvaavat metalliliuskoja levyn sisällä): 

o-o-o-o-o-o-o-o-o-o---o-o-o-o-o-o ...

o-o-o-o-o-o-o-o-o-o---o-o-o-o-o-o ...


o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...


iso väli (2 riviä)

o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...
| | | | | | | | | | | | | | | |
o o o o o o o o o o o o o o o o ...


o-o-o-o-o-o-o-o-o-o---o-o-o-o-o-o ...

o-o-o-o-o-o-o-o-o-o---o-o-o-o-o-o ...

Muuta

Mistä löydän hyvän piirilevycadin ?

Tähän kysymykseen ei ole oikein yksielitteistä vastausta, varsinkin jos se ei saa paljon maksaa. Seuraavia vinkkejä on ryhmässä suositeltu:

Tomi Engdahl <[email protected]>

Back to home page