Установка для засветки фоторезиста при производстве печатных плат
Вступление
Желание автоматизировать всё на свете не даёт мне покоя.
При производстве плат по фоторезистивной технологии необходимо засвечивать (экспонировать) наклеенный фоторезист ультрафиолетовым светом. Наиболее простой способ сделать это — использовать ультрафиолетовую лампу. Минус лампы заключается в том, что свет падает на фоторезист в разных точках под разным углом и чем больше плата, тем больше меняется этот угол от центра к краю платы. В результате засветка у края происходит медленнее и размываются границы мелких элементов. В некоторых ситуациях это критично.
Например, на практике мне приходилось делать такую плату:
Её длина порядка 30 см, и для того, чтобы относительно равномерно засветить фоторезист, мне пришлось в процессе засветки двигать ультрафиолетовую лампу. Это заметно усложняло процесс и оттого пропадала уверенность, что плата будет сделана качественно.
После убеждений в «нужности» данной затеи, хочу добавить, что отчасти мне просто не сиделось на месте =)
Прежде в интернетах я натыкался на решение в виде матрицы из ультрафиолетовых светодиодов. Этим же путём пошёл я, но, добавив автоматизацию работы устройства на AVR. Хотелось иметь следующие возможности: устанавливать и менять время экспонирования, получать звуковой сигнал по окончанию процесса, иметь возможность приостановить экспонирование (просто на всякий случай), сохранять настройки в EEPROM. И то, что не планировалось, но дополнительно удалось — это сделать регулировку яркости.
Таким образом должно было получиться полноценное устройство, которое запустил и пошёл готовить ванну для проявки.
Плата светодиодов
Процесс производства платы светодиодов стандартный, но оставлю несколько фотографий, всё-таки плат бОльшего размера мне делать не приходилось.
текстолит с фоторезистом
Изначально плата задумывалась с двумя контурами светодиодов: если нужно, работает вся плата, если нет — только внутренняя часть. Со временем я понял, что сэкономить электричество на этом сложно, да и удобство падает из-за лишних опций. Объединил контуры, и теперь светится вся плата целиком. Если бы раньше дошёл до этого, проектирование было бы проще.
с шаблоном для засветки
При засветке платы лампа перемещалась в 4 разные точки для более равномерной засветки (ещё раз подтерждение, что нужно что-то менять).
процесс экспонирования
процесс травления
после травления
При помощи сверлильного станка в плате было сделано 8 отверстий диаметром 3 мм. Внешние 4 нужны для крепления ножек, внутренние — для крепления управляющей платы.
сверление отверстий
После лужения и напайки светодиодов плата стала выглядеть так:
Плата управления
По большому счёту плата управления не имеет ничего примечательного: микроконтроллер ATtiny2313 для реализации логики, 3 кнопки для запуска-паузы-остановки + настройки времени / яркости засветки, пищалка со встроенным генератором, светодиод для отображения текущего состояния и кренка (стабилизатор напряжения), чтобы снизить напряжение с 12 до 5V для работы контроллера.
3D модель платы в Altium Designer
Для отображения информации я использовал свой же проект дисплея на сдвиговых регистрах. Я выложил проект, чтобы можно было повторить, но можно использовать и любые другие наработки, лишь бы в качестве интефейса взаимодействия был 74HC595D. При другом подключении сдвигового регистра к индикаторам останется поправить только отображение символов в коде.
Для крепления дисплея к плате я спроектировал и напечатал на 3D принтере уголок. Дисплей на него встал как родной! К нему подведены 2 линии питания и 3 провода для передачи данных на сдвиговые регистры 74HC595D.
Тесты
Когда устройство было протестировано, оказалось, что оно настолько ярче лампы, которой я пользовался раньше, что при изготовлении платы с его помощью происходит либо пересвет, либо недосвет в зависимости от производителя фоторезиста. Для решения проблемы в прошивку платы управления была добавлена опция установки яркости, реализованная при помощи ШИМ контроллера. Изменяется скважность импульсов — изменяется яркость. Настройки времени работы и скважности ШИМ сохраняются в EEPROM память контроллера, поэтому перенастраивать эти параметры при включении не нужно.
Ошибки
На этом, в общем-то, можно закончить, добавив видео, но дополнительно укажу, что было сделано некорректно.
Место за кренкой оставлено не случайно, но, как ни странно, оно предназначалось не для радиатора, а чтобы загнуть эту самую кренку и плата выглядела чуть изящнее. Проблема лишь в том, что я совершенно забыл про яркий дисплей, который немало потребляет. А в результате кренка не просто нагревается — она греется как утюг. Из-за этого пришлось устанавливать на кренку радиатор, после чего она уже грелась меньше. Так как вода на радиаторе не кипит (да, так и проверял), а рабочая температура кренки может по даташиту доходить до 150 градусов, то было решено оставить всё как есть, хотя если дотронуться до радиатора во время работы, он неприятно обжигает. Правильно, конечно, было бы использовать DC-DC.
Результат
Фото работающей установки. На дисплее 3 минуты 10 секунд. По истечении этого времени установка перестанет светить и пропищит beeper’ом, мол, «я закончила».
Видео настройки яркости + работы устройства. Здесь уже появились ножки высотой 35 мм, на которые ставится установка. Из необычного, на видео дисплей обмотан малярным скотчем. Это сделано только для того, чтобы тогдашний телефон смог заснять информацию с очень яркого дисплея. Глаза человеческие сделаны качественнее, так что этот костыль в реальном применении не нужен.
Спасибо за внимание!
