PCB Prototyping mit Blue Laser auf UV-beschichtetem Basismaterial?

hallo,

hat jemand schon den o.g. Weg verfolgt? Im Netz finde ich diverse Anleitungen, die unbeschichtetes Basismaterial verwenden und dieses dann mit einem laserbaren Lack beschichten und diesen dann lasern. Also so, als würde man Metall markieren. Was mir hierbei nicht so gut gefällt, ist, das man danach den nicht gelaserten Decklack mechanisch entfernen muss. Hier würde ich Probleme sehen, denn kleinste Kratzer/Riefen/Mikrorisse beim abtragen könnten die Leiterbahnen unterbrechen. Solche Fehler sind sehr ärgerlich, die findet man nur mit dem Mikroskop.

Da gefällt mir die Vorstellung besser, UV-beschichtetes Material FR4, bsw. dieses hier --> https://www.pollin.de/p/bungar…1ngQSSEAQYAiABEgKWUPD_BwE

zu verwenden. Zum Belichten bräuchte man sicher nur einige wenige Prozent Leistung. Der Vorteil wäre, das der unbelichtete Decklack sich beim entwickeln in Natronlauge von selbst auflöst, einfach abgespült werden kann und keine Gefahr das Beschädigung entsteht.

Ich muss dazu sagen, das ich schon viele Jahre Leiterplatten mit der UV-Belichtungsmethode erstelle. Das Problem war und ist aber, eine lichtdichte Positiv-Vorlage zu erstellen. Anfänglich klappte das mit den ersten Laserdruckern (HP 4L) noch sehr gut. Doch dieser verabschiedete sich infolge Altersschwäche. Neuere Laserdrucker sparen extrem mit Toner und so wird es immer schwieriger, lichtdichte Fotovorlagen zu erstellen.

Nun könnte ich mir vorstellen, mit einem schwachen Laserstrahl das UV Platinen-Material direkt zu belichten. Fraglich wäre hierbei, ob Streulicht an den Rändern zu Unschärfen führen würde und welche Auflösungen praktikabel zu erreichen wären. Sicher bin ich nicht der Erste, dem sowas einfällt, vielleicht hat jemand links zu erfolgreichen Projekten - Prototyping mit Blue Laser auf UV-beschichtetem Basismaterial.

Gruß Frank

danke Michael,

ja, so in etwa hatte ich mir das vorgestellt. Ich habe es mal überflogen, sehr schön, die Bilder hätten mich ja auch noch interessiert. Also müsste es mit einem möglichst kleinem (5Watt) blue Laser mit kleinstem Focus gut gehen. Dann werde ich die "Null-Licht" Option im Gehäuse weiter auch weiter verfolgen.

Momentan habe ich diese Sichtfenster drin --> https://expresszuschnitt.de/3m…2pbwASEAQYASABEgKFIPD_BwE

die sollten, da spektral am anderen Infrarot-Ende angesiedelt, die UV-Platinen in Ruhe lassen, wenn ich gedämpftes Umgebungslicht einsetze

OK, dann werde ich bei Gelegenheit auch mal ein paar Testreihen fahren.

Gruß Frank

danke Viktor,

wie viel Leistung braucht es zum reinen Belichten? würde die auch schon reichen --> https://de.aliexpress.com/item…urPageLogUid=GovcXjVWJdRY

oder sollten es ein paar Nummern größer sein?

Zitat von VDX

den Photolack vorher komplett ausbelichten, dann wird er braun, und danach weglasern, so als wäre das mit schwarzem Lack vorlackiert.

nach dem lasern nicht mehr reinigen? dann gleich mit dem Ätzen beginnen?

Gruß Frank

Zitat von VDX

und dann schauen, ob noch was in den gravierten Bereichen zurückgebliben ist - manches geht noch mit Seifenlauge und einer Zahnbürste wegzubürsten (nicht zu stark, damit die dünnen Bahnen nicht beschädigt werden) ...

deswegen finde ich gerade die Belichtungsmethode so charmant,

Zitat von ichbinsnur

Den kannst du auch mit dem passenden Lösemittel runter waschen

meine Erfahrung dazu ist.

Man kann den Fotolack sicher auch mit Aceton abwaschen, jedoch bleibt da immer ein gewisser gelöster Mikrofilm übrig, der dann Probleme beim Ätzen bereitet. Beste Erfahrungen habe ich bis jetzt immer so gemacht. Bis zum Schluss den Fotolack drauf lassen. Zum Schluss stark überbelichten, dann die Reste ausentwicklen. Nun ist die Kupferfläche chem. clean. Nicht mehr berühren, dann klappt es bsw. auch mit dem chem. verzinnen oder anderen nachträglichen Sachen.

Irgendwelche anderen Lösungsmittel verunreinigen leider die Oberfläche.

Gruß Frank

danke Michael,

ich habe mir nun gerade mal das hier bestellt:

https://de.aliexpress.com/item…F862&gatewayAdapt=glo2deu

plus

https://de.aliexpress.com/item…F862&gatewayAdapt=glo2deu

das wäre dann die Diode plus KK für die Halterung inkl. 3 fach vergüteter Glaslinse usw.

Die Steuerleiterplatte mit KSQ und FET zum TTL-schalten der Diode an 12 Volt baue ich mir dann selber.

das sollte doch so gehen?

Gruß Frank

kurzer Zwischenstand,

ich habe mir nun den Laserkopf aufgebaut. Dazu habe ich eine 405nm Laserdiode SLD3236VF genommen. Für die Ansteuerung verwende ich den IC1 BCR401U. Dieser bildet eine lineare Konstantstromquelle mit einstellbaren Strom zwischen 10- 100mA. Der IC lässt sich mit bis zu 25Khz PWM Frequenz steuern. So sieht die angedachte Schaltung aus

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über das Mäuseklavier SW2 kann ich die Bestromung der Laserdiode mit 10mA, 30mA, 60mA oder 100mA auswählen. Mit dem Schiebeschalter SW1 kann ich zwischen der Bestromung über der KSQ BCR401U oder der Dauerbestromung mit 1mA wählen. Diese nutze ich, um den Fokus manuell einstellen zu können. Bei einer Bestromung mit 1mA entsteht eine optische Leistung von ca. 1mW. Diese ist so gering, das ich den fokussierten Lichtpunkt mit einer UV Schutzbrille (orange) gerade so auf einem weißen Blatt Papier noch erkennen kann. Wird der Strahl diffuser , verändert sich der weiße Lichtpunkt zu violett und verschwindet dann durch den Filter der Brille.

Die Schaltung für die Ansteuerung der Laserdiode habe ich kompakt in SMD-Bauweise erstellt. So sieht das Board-Layout aus. Es hat die Abmaße von 30x30mm

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Die Ansteuerung ist auf dem Kühlkörpergehäuse oberhalb des Lüfters montiert.

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Den Halter für den Laserkopf habe ich aus 2mm Alublech gefertigt. Zur Führung am Arm der X-Achse sind dort 4 Stück 6mm Messingstifte eingepresst. Aus Messing habe ich zwei Rändelmuttern gedreht, die dann den Halter am Arm von hinten befestigen. So kann ich den Halter grob in der Höhe vorjustieren. Dies ist durch die rückwärtige Montage aber recht umhandlich. Zur Feinjustage hat der Halter eine kurze Linearführungsschiene , die ich manuell mit der oberen Rändelschraube verstellen kann. Damit kann ich den Z-Schlitten mit angebrachten Laserkopf nun genau auf den besten Fokus in Position bringen.

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hier ist der Laserpunkt zu sehen, der bei Einstellung Dauerlicht/1mW auf weißem Papier entsteht.

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für einen ersten Test mit belichtbaren PCB Platinen habe ich den Speed und Leistungstest darüber laufen lassen. Dabei habe ich zuerst mit der Einstellung 100mA Diodenstrom begonnen.

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dies ist aber eindeutig zu viel. Gerade mal bei 10% PWM Leistung und höchster Geschwindigkeit gibt es keine Überbelichtung. Alles andere darüber ist stark bis sehr stark überbelichtet. Bei 80 -100% werden durch die Koronabildung um den fokussierten Strahl größere Bereiche außerhalb auch mit belichtet (rechts oben im Bild).

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Nun habe ich den Diodenstrom auf 30mA abgesenkt und dabei den Speed erhöht.

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als dritten Test habe ich dann bei 30mA Diodenstrom fullspeed mit 6000mm/min laufen lassen.

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Ich werde noch einige weitere abschließende Tests demnächst machen, ich denke aber, das der optimale Bereich hier so bei 30mA mit Speed 4000mm/min und 100% PWM liegen wird. 100% Dauerbetrieb sind dabei kein Problem, da die Diode ja nur ein Viertel der maximalen Bestromung bekommt.

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ein Problem erkenne ich aber noch. Es ist zu sehen, das der Laserstrahl einen kleineren Fokus hat, als es die Schrittweite der Schrittmotoren zulässt. Dadurch bleiben bei Füllung feine Linien übrig, die nur durch Überbelichtung und dessen Korona dann ausgeglichen werden können.

Hier könnte ich noch die Antriebritzel von 20 auf 16 Zähne sowie die Motoren von 1,8° auf 0,9° Schrittweite tauschen. Das Verfahren hatte Melvin hier anschaulich beschrieben. --> https://diode-laser-wiki.com/d…optimierung-des-antriebs/

Damit hätte ich dann anstelle der 12,5µm Schrittweite nur noch 5µm.

Gruß Frank

Zitat von VDX

Normal nehme ich aber eher NEMA-23 2Nm Stepper und Mikroschritt-Treiber

ja, das wäre sicher was, wenn ich die Treiber auf dem Sculpfun-Board wechseln könnte

Zitat von VDX

könntest du auch z.B. ein Getriebe nehmen - hab' NEMA-17-Stepper mit 5:1 Getriebe.

das wäre sicher auch eine gute Alternative. Ich vermute jedoch, dass das Getriebe dann mechanisch im Weg stehen könnte

Gruß Frank

so sieht das Board aus --> https://diode-laser-wiki.com/w…022/10/IMG_3597_small.jpg

die Treiber sind direkt aufgelötet und Abgriffe für externe Treiber kann ich auch nicht erkennen.

Gruß Frank

hallo,

bei der zweiten Staffel von Versuchen bin ich meinem angestrebten Ziel schon ein weiteres Stück näher gekommen.

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die Schrift ist jetzt vollständig, die Rechtecke in der Mitte sind exakt und sauber (das Interlacing klammere ich dabei mal aus, das ließe sich wohl umgehen, wenn ich bidirektionalen Vorschub abschalte).

Nur die Randbereiche links und rechts sind unschön, da schwingt sich wohl was auf, abbremsen/umsteuern des Kopfes?. Es verbleiben auch keine Unreinheiten vom Lack mehr auf der Platine. Alles ist ausreichend ausbelichtet.

Nur das Banding ist noch in einigen Einstellungen sichtbar.

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Das werde ich in Angriff nehmen, wenn die neuen Motoren und Ritzel aus China da sind.

die momentane Qualitätsstufe hat mich mal veranlasst, das ich eine produktive Platine "gedruckt" habe

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aus dieser Vorlagendatei ist dann diese Platine entstanden

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so weit so gut.

Doch nun muss es ja noch weiter gehen.

Gerade bei SMD Bauweise ist Lötstopresist unerlässlich. Dieses wird nun im Nachgang als Folie mit einem Laminator im Dunklen auf die Platine auflaminiert. Das Resist ist auch UV-empfindlich und lässt sich ebenso mit UV-Licht belichten.

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so sieht die zugehörige Lötstopmaske aus. Die muss nach dem Entwickeln jetzt auflaminiert und belichtet werden.

Doch nun beginnt ein weiteres Problem.

Dieses Resist muss auf mindestens den 1/10tel Millimeter deckungsgleich auf die Platine belichtet werden. Da das Resist genauso lichtempfindlich ist, fallen Kameras und Kreuzlinienlaser damit zur Positionierung aus.

Mir fällt da nur die Möglichkeit ein, gleich zum Anfang einen mechanischen Anschlag zu konstruieren, der die Platine genau reproduzierbar arretiert und die Position vorgibt. Die Vorlagenbilder für die Kupferfläche und das Resist sind gleichgroß und könnten dann in Lightburn an derselben Stelle positioniert werden. Doch dann dürfte man zwischendurch nichts bewegen und könnte auch nicht mehrere Platinen gleichzeitig fertigen.

Gruß Frank

ja genau,

dann habe ich mich wohl oben missverständlich ausgedrückt.

Also jetzt, wo die Platine fertig geätzt ist, wird das Resist auflaminiert. Dann muss es mit der Vorlage belichtet werden. Daraufhin kommt es in den Entwickler, der löst dann die nicht belichteten Stellen heraus.

Lötstopresist = Soldermask --> https://en.wikipedia.org/wiki/Solder_mask

--> https://www.ebay.de/itm/272947…2qJAdCEAQYByABEgLqLfD_BwE

die Tschechen verkaufen das auch in grün

Gruß Frank