Светодиодная УФ лампа для экспонирования пленочного фоторезиста

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Алексей Черепанов, г. Архангельск
Радиолюбительские технологии постоянно совершенствуются. За пару десятков лет при изготовлении печатных плат в домашних условиях радиолюбители прошли путь от рисования печатных плат непосредственно на стеклотекстолите цапонлаком или лаком для ногтей к ЛУГ (лазерно-утюжной технологии) и к использованию пленочного фоторезиста. Применение фоторезиста позволяет значительно повысить качество и внешний вид плат и всей радиолюбительской конструкции, но сама эта технология сложна и требует, помимо навыков и знакомства с этой технологией, дополнительной оснастки. Для получения качественных результатов при изготовлении печатных плат необходимо оборудование для экспонирования (засветки) фоторезиста. О том, как изготовить относительно недорогую лампу-панель на УФ свето-диодах рассказано в этой статье. В Интернете можно разыскать множество методов для засветки фоторезиста. Самый простой и дешевый - засветка фоторезиста ярким солнечным светом, но он мне не подходит, т.к. я живу на севере и солнечная погода у нас далеко не каждый день.


Для засветки фоторезистора были опробованы различные осветительные приборы, рекомендуемые в сети Интернет, такие как:
• настольный энергосберегающий светильник;
• УФ лампа для дискотек (с черным покрытием);
• лампа ДРЛ (ДРЛ — дуговая ртутная люминесцентная) с разбитой внешней колбой. Настольный энергосберегающий светильник не дал приемлемого результата, главным образом, из-за большого времени засветки (более 1 часа), а также из-за неравномерной засветки платы с нанесенным на нее фоторезистом.
В принципе, неравномерность засветки можно устранить увеличением расстояния между платой и светильником, но при этом увеличивается и время засветки. На эксперименты ушел весь день, а результат, по сути, нулевой.
Использование УФ лампы для дискотек дало несколько лучшие результаты, но, всё же, время засветки достаточно велико (от 0.5 до 1 часа), а равномерность засветки годится, разве что, для маленьких плат. С применением метода ЛУГ за это время можно полностью вытравить и изготовить плату. В общем, результат есть, но затраты времени слишком велики.
Засветка лампой ДРЛ также каких-либо положительных результатов не дала. Не знаю почему, но лампа ДРЛ с разбитой внешней колбой, хоть и светит жестким ультрафиолетом, но фоторезист не реагирует на такую засветку даже через полчаса. Видимо, длина волны этой лампы очень далека от необходимых 350...400 нм.
После проведенных экспериментов стал искать в Интернете более подходящее решение. Кроме испытанных мной способов нашел, еще несколько, но, в первую очередь, меня заинтересовал способ засветки фоторезиста светодиодными УФ лампами. Проштудировал множество форумов и просмотрел десяток видеороликов на YouTube, чтобы не наступать на «грабли», на которые уже кто-то «наступал» ранее.
Существует несколько способов светодиодной УФ засветки:
• с помощью ламп-светильников на базе выводных или SMD УФ светодиодов;
• с помощью ламп-светильников на базе УФ светодиодных лент.
С лентами, на первый взгляд, все понятно: купил, наклеил, включил — все работает. Сначала так и хотел сделать, но, почитав форумы, понял, что угол рассеивания у светодиодов УФ лент очень большой. Следовательно, УФ свет будет максимально рассеянным. Да, и эксперименты с УФ черной лампой подтвердили, что рассеянный свет плохо влияет на качество засветки фоторезиста. Получить стабильный результат в этом случае не всегда удается. Оставил УФ светодиодные ленты как запасной вариант.

УФ SMD-светодиоды, как правило, также имеют большой угол рассеивания.
Судя по материалам из Интернет, в основном УФ лампы делают на выводных УФ светодиодах с углом рассеивания не более 20° диаметром 5 мм. Небольшой угол рассеивания таких светодиодов обусловлен тем, что в верхней части их корпуса из прозрачного пластика сформирована выпуклая линза. Выбор пал на изготовление лампы из таких светодиодов.
Судя по характеристикам фоторезистов, большинство из них максимально чувствительны к длине волны 350 нм. Такие светодиоды присутствуют в продаже, но неприемлемо дороги. После прочтения ряда материалов на форумах и отзывов на Aliexpress стало понятно, что для заявленных целей вполне подходят светодиоды, с длиной волны 395...410 нм и с углом рассеивания 20°, которые на порядок дешевле. Решил заказать тестовую партию из 200 светодиодов по цене примерно 5 USD за партию. Также для теста заказал макетную плату для пайки с шагом отверстий 2.54 мм. Спаял тестовый макет лампы из 204 светодиодов, т.к. продавец вместо 200 отправил 205. Тестовая засветка показала, что фоторезист засвечивается за 10...15 секунд с расстояния примерно 400 мм. При этом степень засветки контролировал по изменению цвета фоторезиста. Постоянно подобный визуальный контроль производить не следует, т.к. УФ свет негативно влияет на глаза.
Для упрощения изготовления плат в домашних условиях решил сделать УФ лампу модульной — сборной из модулей размером 61 х 81 мм. Такой размер был выбран потому, что в Китае, на момент написания статьи, можно было недорого купить фольгированный стеклотекстолит размером 70 х 100 мм. На плате размером 61x81 мм можно разместить 96 светодиодов. Они включены в цепочки по три последовательно. Всего 32 цепочки, которые включаются параллельно. Таких платы изготовлено пока 4 штуки (фото) из 6 необходимых.
Для ограничения и стабилизации тока светодиодов был использован, купленный на том же Aliexpress, импульсный понижающий (step-down) DC-DC преобразователь на микросхеме XL4015 с режимом ограничения тока. Окончательный вариант схемы УФ лампы показан на рис.1.

На этой схеме платы с 96 светодиодами каждая имеют позиционные номера А1...А6. Для уменьшения размера схемы, более-менее подробно вычерчена схема только одной платы (А1).
При приобретении светодиодов, продавец сообщил, что номинальный прямой ток этих светодиодов 30 мА. При практической их проверке таким значением прямого тока, светодиоды ощутимо греются. По опыту работы с сверхъяркими светодиодами белого цвета свечения подобного размера известно, что их максимальный прямой ток составляет всего 20 мА. Поэтому было решено использовать УФ светодиоды при токе приблизительно 15...18 мА. Каждая из плат А1...А6 будет потреблять соответственно ток приблизительно 0.5 А, а все 6 плат вместе около 3 А, а 4 платы около 2 А.
Как показали «ходовые» испытания данного DC-DC преобразователя со светодиодной лампой, стабилизация тока работает отлично в диапазоне питающего напряжения от 11 до 20 В. Больше не пробовал, т.к. питать лампу собираюсь от источника, напряжением 15В. Время засветки получилось в районе 10-15 секунд.
Если нет желания сверлить 1152 отверстия под светодиоды, то платы можно заказать на Aliexpress, представив их чертеж. Для уменьшения отражения света от самой платы желательно заказать черную паяльную маску, за которую доплату, как правило, не берут. Шелкографию (надписи на плате) заказывать не надо.
При самостоятельном изготовлении плат, перед установкой светодиодов, следует равномерно покрыть эти платы из пульверизатора черной краской со стороны установки светодиодов. Это необходимо для устранения отражения видимого света от поверхности плат.
Пробное изготовление печатной платы с использованием описанной в статье светодиодной УФ лампы показало, что проводники толщиной более 0.3 мм протравливаются идеально. Более тонкие проводники получить не удалось из-за невысокой разрешающей способности имеющегося в наличии принтера.
РА 03'2018

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR