K40 kleinste Strukturen?

    Hallo zusammen,


    ich bin immer wieder auf der Suche nach alternativen Wegen, Platinen herzustellen.


    Normalerweise verwende ich fotobeschichtete Platinen von Bungard und Filme aus dem
    Laserdrucker. Das klappt seit Jahren recht gut.


    Mein Problem ist allerdings der Laserdrucker (Brother HL2030) der nicht 1:1 druckt,
    sondern für leichten Versatz sorgt. Vermutlich ist der Einzug/Transport daran schuld.


    Da die Platine vorher CNC gebohrt wird, passt der Film nicht präzise zum Bohrbild.


    Gestern hatte ich eine Platine mit Marksolid eingesprüht und das Leiterbild mit meinem
    K40 aufgebracht. Prinzipiell funktioniert das, ich brauche ja keine schwarze oder gar
    kratzfeste Schicht. Sie muss nur ätzresistent sein.


    Das Problem ist nun die Auflösung. Die Strukturen werden nicht fein genug. Abstände von
    0.15 und Leiterbahnbreiten von 0.2 mm bräuchte ich schon, sonst kann ich die Technik
    gleich bleiben lassen.


    Aktuell habe ich das originale Alublech mit dem gefederten Halter durch ein gleich großes
    Alu-Lochblech ersetzt. Dort liegt die Platine mit 1.5 mm Stärke direkt drauf. Nach oben hin
    wird der Fokus schlechter, ich müsste also den "Tisch" herausnehmen um den Fokus
    nach unten setzen zu können.


    Nun meine Frage, welche Auflösung lässt sich denn mit dem K40 überhaupt erreichen,
    d.h. gibt es eine Chance im optimalen Fokus Strukturen von unter 0.1 mm zu lasern?


    Viele Grüße,
    Christian

    Hi Christian,


    mit dem K40 wohl eher nicht - entweder du besorgst dir einen RF-CO2-Laser oder ein Laserdiodenmodul mit guter Optik.


    Mit den blauen 2W-Laserdioden und den Standard-Kollimatoren schaffe ich etwa 0.05 bis 0.07mm breite Gravierspuren auf vorher dunkel lackierten Platinen (mit besseren Linsen etwa 0.04mm, bestenfalls 0.03):
    https://reprap.org/forum/read.php?414,610132


    - mit einer fasergekoppelten 9Watt-IR-Laserdiode etwa 0.1mm:
    https://reprap.org/forum/read.php?133,235148


    - mit einem Faserlaser-Kopf auf meiner CNC-Anlage etwa 0.02mm


    - mit dem gleichen Faserlaser per Galvoscanner (wegen größerem Abstand) ohne Beam-Expander etwa 0.03mm -- mit etwa 0.01mm ...


    Viktor

    Hallo zusammen,


    jetzt habe ich doch noch mal einen Versuch gemacht. Simples Notizpapier direkt auf das Lochblech
    gelegt und mit Kreppband befestigt, damit es schön flach bleibt.


    Hier zwei Bilder mit jeweils 100 mm/s und Leistung 10 und 12 %. Das Papier ist bei 12 % komplett durch
    und bei 10 % teilweise. Auf dem Bild mit den 10 % habe ich ein Stück Lötzinn gelegt, das hat 0.25 mm.


    Optisch sind das deutlich unter 0.25 mm. Das ist doch gar nicht so schlecht und lässt hoffen.
    Lötpastenschablonen werden definitiv funktionieren, das erleichtert mich dann doch. Unter anderem
    dafür hatte ich den Laser ja angeschafft.


    Testweise habe ich ein Stück Papier auf eine Leiterplatte geklebt um zu sehen, ob der Fokus schlechter
    wird. Das ist im dritten Bild zu sehen. Links die Tischhöhe und rechts Tischhöhe plus 1.5 mm. Links sind
    die Pads etwas besser und die Leiterbahnen etwas dünner.


    Hm, das heißt wohl Lochblech ausbauen und Bolzen kürzen. Aktuell bekomme ich ja gar nichts außer Papier
    scharf geschnitten. Jetzt ist mir auch klar, weshalb ich bei Plexiglas immer mehrere Durchgänge brauchte.


    Bleibt zu hoffen, dass die Ergebnisse mit dem Solidmark nun besser werden. Ich bleibe dran! :)


    Viele Grüße,
    Christian

    6mil Bahnen bzw. Abstände sind für den Anfang schon eine Herausforderung.
    10mil gehen aber mit meinem 2,5W-Diodenlaser gut.
    Ich habe das aber nur mal gemacht, weil ich unbedingt auf die Schnelle mal ein paar kleine Platinen benötigte.
    Gelasert hatte ich eine Bitmap im Graviermodus. Sicher sind mit Vektorbildern bzw. "Isolationsbahnen" bessere Ergebnisse zu erzielen, aber ich war zu faul, extra eine Software zum Konvertieren zu suchen.
    Also schnell einen Screenshot vom Platinen-CAD gemacht und die Bitmap gelasert.


    Es braucht dazu auch kein sündhaft teueres Marksolid oder solche Wundermittelchen - Rallyespray Schwarz geht einwandfrei.


    Nach dem Lasern ist die Platine noch recht schwarz. Der Lack ist aber zerstört, auch wenn er noch am Kupfer haftet.
    Ein erster Spülgang in Seifenwasser mit etwas Rubbeln mit den Fingern bringt schon die Kontur hervor. Es liegt noch ein leichter Lackschleier darauf, aber der löst sich nachher im Ätzbad komplett ab.


    Durch das Rastergravieren sind die Konturen natürlich etwas "pixelig", aber für meine Zwecke wars ausreichend.
    Der Lack sieht nach dem Ätzen noch etwas ausgefranst aus, aber nach dem Lösen mit Aceton waren die Kupferbahnen einwandfrei.
    Von den insgesamt 16 gemachten Miniplatinen war keine einzige fehlerhaft.


    Die dünnen Bahnen bzw. Schnittmarkierungen sind 10mil.
    Aber wie gesagt, es ging mir darum, schnell an 16 kleine Platinen zu kommen und nicht darum, den Wettbewerb fürs beste Ergebnis zu gewinnen. Mit viel Probieren geht da bestimmt noch mehr.


    Gruß


    Joachim
    Platine01_web.jpg Platione_nach_Lasern.jpg Platine_nach_Spülen.jpg Platine_nach_Aetzen.jpg Platine_nach_Lackentfernen.jpg Platine_bestueckt.jpg

    Mit Diodenlaser und dem UV-Fotolack klappt das hervorragend, da hab ich schon 3-4mil geschafft.


    https://www.mikrocontroller.net/topic/364946?page=8#5000387



    Aber der Fokuspunkt von CO2-Lasern ist eine ganz andere Dimension, ich würde sagen der hat 0,1-0,2mm.
    Theoretisch könnte man mit einer ganz dünnen Lackschickt, niedriger Leistung und etwas aus dem Fokus fahren versuchen, dass der "effektive Bereich" des Fokus kleiner wird. Mit effektiv gemeint, dass der Fokus zwar 0,1mm ist, aber wegen Gauss der Lack nur bei 0,05mm weggeht.
    Aber da muss alles ganz genau passen.


    Also denke ich 0,2mm Bahnen sind wahrscheinlich gut machbar, 0,1mm sind eine Herausforderung, vielleicht aber nicht unmöglich.


    Der Russ hat in seinen Videos mal Fotogravur versucht zu optimieren mit allen möglichen Linsen-Kombinationen und wenn ich mich richtig erinnere kam er auf Pixel von 0,05 Millimeter mit viel Mühe.
    Das wäre genau richtig für "sichere" 0,1mm.

    ... hier habe ich noch zwei Videos, in denen ich Leiterplatten lasergraviert hatte.


    Blaue 2Watt-Diode auf schwarzen Lack mit späterem Freiätzen - https://vimeo.com/100716811


    - und mit dem Faserlaser direkt auf "nacktes" Polytherm Leiterplattenmaterial - https://vimeo.com/230447348


    Viktor

    Ich würde aus den Beiträgen schlussfolgern:
    Hänge Dir lieber einen Diodenlaser an Deinen Laserkopf anstatt mit dem Co2 zu versuchen feine Strukturen von <= 0,1mm zu schaffen.
    Evtl. kannst ja sogar die Steuerung verwenden und das Steuersignal statt auf das Co2-Netzteil auf den Diodenlaser-Treiber schicken.
    Dann ist die Mechanik und Steuerung gleich, nur Laser und Treiber sind umschaltbar.
    Rein mechanisch dürfte es nicht so schwierig sein an den Kopf eine Diode mit Kühlkörper zu hängen.

    Musst nur aufpassen beim Diodentreiber zwecks TTL Laser On.



    Manche lasern los bei 0Volt und andere bei 5 Volt...


    Sprich dein Treiber muss zum Controller kompatibel sein, sonst ist alles falsch rum :)

    Gruß

    Michael


    Vom Handwerk kann man sich zur Kunst erheben. Vom Pfuschen nie.

    Johann Wolfgang von Goethe

    Mal ne ganz blöde Frage: Hat das einen Grund das bei den Platinen so viel weggeätzt wird? Ich kenne das vom Platinen basteln immer andersrum, das heisst ich trenne das Kupfer nur und lasse alles andere stehen. Ich denke dafür würde der 0,2mm Spot eines CO2 Lasers doch sicher ausreichen?
    Hab das aber noch nie mit dem Laser gemacht, also kenne mich wirklich nicht aus. Ich hab immer Belichtungsschablonen mit nem Tintenstrahler ausgedruckt und dann mit UV belichtet habe...

    Na... wenn die Leiterbahnen 0,2 und der Abstand 0,15 sein soll, dann ist wirklich der Spot beim CO2 zu fett.


    Da muss nen feinerer "Schnitt" her um gerade Leiterbahnen zwischen den Chips noch hinzukriegen :)

    Gruß

    Michael


    Vom Handwerk kann man sich zur Kunst erheben. Vom Pfuschen nie.

    Johann Wolfgang von Goethe

    ... ich denke, das kommt noch aus der Frühgeschichte der Leiterplatten-Herstellung, als die Belichtungsfilme noch mit Hand und aufgeklebten Rubbel-Symbolen für die Pads und Streifen für die Leiterbahnen gemacht wurden (hab' selber so angefangen ;) ).


    Heutzutage lassen sich in den meisten PCB-Editoren Iso-Bahnen/Abstände definieren (in Target z.B. als "Aura") und für größere Abstände bei z.B. Netz- oder Hochspannung lassen sich breitere "Auras" oder "Rubout"-Flächen definieren.


    Hier hatte ich das mal so, mal andersrum probiert:


    DicePCB-Vergleich.jpg


    Viktor

    Zitat von Danceman

    Mal ne ganz blöde Frage: Hat das einen Grund das bei den Platinen so viel weggeätzt wird?

    Hallo,


    das kommt ganz auf die Platine an. Kupferflächen können eine Funktion erfüllen, z.B. als Ground-Plane
    für eine Antenne wirken oder als Abschirmung. In Innenlagen würde man sie beispielsweise stehen
    lassen, weil sich sonst Unebenheiten auf den Außenlagen bilden können.


    Wenn die Kupferflächen keine weitere Funktion haben, sollte man sie entfernen. Sie können nämlich
    auch negative Auswirkungen haben, beispielsweise kann sich die Platine beim Löten verbiegen, wenn
    die Flächen groß und ungünstig verteilt auf Ober- und Unterseite liegen.


    Die Kupferflächen können auch kapaztiv störend wirken oder beim Löten den Bauteilen Wärme entziehen.
    Es kann auch Probleme beim ESD-Test geben, wenn eigentlich unnötige Masseflächen für eine große
    Kapazität zwischen Platine und der Umgebung sorgen.


    Im Hobbybereich schont man gerne sein Säurebad und ätzt wirklich nur die Isolationskanäle heraus.
    In der Industrie spielt das keine Rolle, dort ist die Kupferstärke nur wenige µm dick, die weggeätzt
    werden muss.


    Ich gehe immer so vor, dass ich die Platine zuerst zu 100 % route und den Rückstrom-Pfad für jedes
    einzelne Signal sicherstelle. Erst dann füge ich gezielt Masseflächen hinzu und sorge dafür, dass sie
    gut und niederohmig angebunden sind.


    Nicht angebundene Flächen entferne ich grundsätzlich und auf automatisch generierte thermal Reliefs
    verzichte ich grundsätzlich. Die Platine ist ja bereits fertig geroutet, daher werden zusätzliche
    Anbindungen nicht benötigt, sondern schaden eher.


    Viele Grüße,
    Christian

    Zitat

    Im Hobbybereich schont man gerne sein Säurebad und ätzt wirklich nur die Isolationskanäle heraus.

    Danke für eure Erläuterungen. Das vorstehende wird es gewesen sein, allerdings hab ich auch nie was wirklich schwieriges gemacht. Deswegen fand ich es ungewöhnlich das bei der doch recht einfachen Platine nur die Leiterbahnen stehenbleiben und alles andere weg ist...

    Hallo,


    hier nochmal ein Bild von der Platine, normal belichtet, entwickelt und geätzt.


    Die Platine hat nur 28 mm Durchmesser. Man sieht eigentlich schon, dass zusätzliche
    Masseflächen gar keinen Sinn hätten sondern nur beim Bestücken stören würden.


    Wie gesagt, es kommt immer auf den Einzelfall an. Generell gilt aber: wenn man
    nicht ganz genau erklären kann, für was die Flächen elektrisch gut sein sollen,
    lässt man sie besser weg.


    Ich vermute ganz stark, dass der Toner zum schwärzen der Flächen teurer ist als die
    Säure zum wegätzen der gleichen Fläche. Ist aber nur eine Vermutung. :)


    Schönen Sonntag noch,
    Christian

    ... mit dem Masseflächen bzw. Iso-Bahnen habe ich um 1994 herum bei meinen ersten "kommerziellen" RF-Laser-Treibern (5A Puls-Strom, bis zu 100kHz moduliert) angefangen - hab' da aber auch alle Masseflächen auf GND durchverbunden.


    Damit bei der EMV-Prüfung beim TÜV Kassel hat mich der Prüfer auch erstmal komisch angeschaut und gefragt, was dass soll -- danach hat er aber gemeint, das wären die bisher besten Prüfergebnisse in seiner Praxis gewesen - während andere Treiber oft knapp an die Grenzwerte wegen Abstrahlung und EMV-Empfindlichkeit drankämen (bzw. "durchgefallen" wären und nachgebessert werden mußten), lag ich überall bei unter 30% der erlaubten Grenzwerte ;)


    Heute schalte ich die Laserdioden-Treiber bis 20A (demnächst auch bis 70A) -- da hilft das auch noch ganz gut 8)


    Viktor

    Hallo Viktor,


    Respekt, das sind ordentliche Ströme!


    Die größten Probleme hat man meiner Meinung nach bei Platinen, wo ein Mikrocontroller mit drauf ist.
    Denn der "petzt" durch seinen Brownout-Reset.


    Dann ist gerne mal die Massefläche schuld, die mit der Metallplatte der Testkabine einen Kondensator
    bildet. Bei dem ESD-Puls saust das Potential schlagartig nach + oder -4 kV weg und die Massefläche
    versucht dem zu folgen. Wenn dann innerhalb der Platine Potentialunterschiede auftreten, geht gerne
    mal der Prozessor in Reset. Bei der CE-Prüfung heißt das dann: durchgefallen.


    Das meinte ich damit, dass Massefläche durchaus einen negativen Einfluss haben können. Aber wie gesagt,
    jede Platine ist anders. :)


    Viele Grüße,
    Christian

    Hi Christian,
    hier mal ein Beispiel für eins meiner Designs für "kleinere" und "großere" Ströme - das obere Modul (mit "Prozessor") kann bis 10A, das untere habe ich bis 30A fehlerfrei ausprobiert und werde damit auch noch größere Ströme zu pulsen versuchen (hab' letztens zwei Netzteile mit 12V @77.5A bekommen):


    LaserdiodenModul - 10A_vs_30A.jpg


    Und so sieht das dann mit den automatisch generierten Masseflächen in Target aus:


    PCB-Top.jpg


    Viktor