Leptacia stanica wEtch



  Niektorý z nás majú ešte stále husiu kožu pri myšlienke leptania pošného spoja. To je aj môj prípad. Čítal som mnoho článkov a skúšal som rôzne metódy.
  Na jemnú elektroniku sa mi osvedčila metóda fotocestou. No fotocitlivý plošný spoj je pomerne drahý. Podobne je to aj s modrou fóliou. Výsledok je síce naozaj dobrý, ale cena je prehnaná. Existujú aj rôzne iné fólie, alebo mastné papiere, ktoré sú na to určené. A za priaznivú cenu. Problém je však v tlačiarni. Zatiaľ som sa nedostal ku tlačiarni v ktorej by fóliu TES200 nepokrčilo, alebo by bezchybne vytlačila na mastný papier. Metóda nažehlením kancelárskeho papiera je síce zdĺhavý proces, ale pri pomerne hrubých čiarach si s tým človek naozaj pomôže. Ďalšia možnosť je fotorezist. S ním skúsenosť zatiaľ nemám.
  Pri leptaní fotocestou som leptal v kyseline chlorovodíkovej (plus peroxid vodíka). Takéto leptanie je pomerne rýchle. Niekedy sa mi podarilo vyrobiť plošný spoj do 10 minút aj s osvitom. No pri nažehlení je leptanie kyselinou nepoužiteľné. Kyselina je veľmi agresívna a nažehlené cestičky hravo podleptá. Skúšal som aj rôzne iné alternatívne leptacie roztoky. Ale okrem toho, že požadujú pre leptanie vyššiu teplotu, tiež majú tendenciu podleptavať.
  Na internete som našiel článok v ktorom sa jeden pán opiera o svoje skúsenosti z rôznymi leptacími roztokmi a písal, že najemnejší leptací roztok je chlorid železitý. No nevýhodou je, že chlorid pomerne pomaly leptá a je ešte k tomu aj nepriehľadny. Ťažko odhadnúť, či plošný spoj už je hotový, alebo nie. Pre tento účel som vytvoril leptaciu stanicu, ktorá by leptanie s chloridom uľahčilo.
  Keď som jedného dňa vyťahoval sklenený pekáč (Jánske sklo) z umývačky, vložil som hornú prikrývku do spodného dielu. Vtedy ma napadlo, že je to presne to, čo hľadám. Vo sklenenom veku by bol chlorid železitý. Veko by bolo vložené do spodného dielu. Vo spodnom diele by bola voda, špirála na ohrev vody a tepelné čidlo. Tak by som mohol chlorid nahriať na 40°C. Pri tejto teplote chlorid leptá rýchlejšie. Druhá výhoda je, že sklenený pekáč je možno presvietiť. A tak zistiť, či je plošný spoj už vyleptaný. Samozrejme, musí byť aj plošný spoj z laminátu, ináč by nim svetlo neprešlo.
Ďalšou výhodou je, že po ukončení leptania je možne leptací roztok prikryť nejakým dielom z podobného pekáča.
  Cela stanica je samostojaca skriňa na kolieskach. V hornej časti sú osadené dve sklenené nádoby. Predpokladal som, že v jednej nádobe bude vývojka a v druhej leptací roztok. Obidve nádoby sú vyhrievané a zo spodu podsvietené.
  V strede zariadenia sú dvere, za ktorými je 125W ortuťová výbojka (bez luminofóru). Tento vnútorný priestor som predelil difúzorom z LCD TV, kvôli rovnomernému osvieteniu fotocitlivého plošného spoja.
  Na vrchu je ovládací panel. Ten obsahuje dva termostaty pre ohrev sklenených nádob a tri univerzálne časovače. Ukončenie časovačov je signalizované zvukovým signálom a blikaním majáčika.

    Silová časť
  Schéma silovej časti a hlavnej dosky je na obrázku 1. Sieťové napätie sa cez poistku F2 dostane do hlavného vypínača S1. Po zapnutí vypínača sa dostane napätie do napájacieho transformátora TR2, cez rezistor R31 (softstart) do silového transformátora TR1 a do ďalších dvoch prepínačov. Vypínačom S2 sa zapína podsvietenie sklenených nádob svietidlami HL3 a HL4. Pôvodne som zamýšľal použiť 1000W halogénové reflektory. Ale v dnešnej dobe je ich už ťažko zohnať. Preto som siahol po LED reflektoroch. Vypínačom S3 sa zapína osvitka. Ide o 125W ortuťovú výbojku HL2, pred ktorou je predradená 125W tlmivka L1.
  Po usmernení sekundára transformátora TR2 sa vytvorí napätie 12V. Toto napätie sa používa pre rôzne účely. V prvom rade sa vďaka stabilizátoru IC4 vytvorí napätie 5V pre napájanie logiky. V druhom rade sa 12V zopína relé K1, ktoré tvorí jednoduchý softstart pre výkonový transformátor.
  Ďalej je 12V použité pri moduloch s displejmi. Súčasťou každého modulu je spínač s kontrolkou. Použil som vypínače, určené pre automobily a tie potrebujú pre správnu intenzitu podsvietenia 12V.
  V schéme som to nezaznačil, ale napätím 12V sa napájajú aj ventilátory chladenia a dokonca som vyviedol 12V napätie cez 1A poistku na Jack 6,3 konektor. Týmto konektorom napájam ventilátor, ktorý zabezpečuje nútený obeh leptacieho roztoku.
  Sekundár transformátora TR1 je usmernený výkonovým 25A usmerňovačom B1. Usmernené 24V napätie je spínané tranzistormi v hlavnej doske a následne napája vyhrievacie špirály. Skúšal som použiť rôzne vykurovacie rezistory, ale nevydržali dlho. Nakoniec som do každej z nádob ponoril odporový drôt o výkone 150W pri 24V

  Zoznam súčiastok: silová časť
    R31 – 22R / 10W
    C14, 15 – 330nF/50V MLCC
    C16 – 4700uF/25V
    D2, 3 – 1N4007
    B1 – usmerňovač 25A
    IC4 – L7805
    DS1, 2 – DS1820
    TR1 – transformátor 230V/24V 450W
    TR2 – transformátor 230V/2x8V 15W
    L1 – tlmivka 125W
    K1 - relé 12V=
    F1 – poistka T2A
    F2 – poistka F10A
    S1-3 – vypínač 250V~ 16A
    HA1 – piezoelektrický bzučiak 5V
    HL1 – svetelný maják 5V
    HL2 – ortuťová výbojka 125W
    HL3, 4 – LED reflektor 50W


    Hlavná doska
  Srdcom celej logiky je μP (mikropočítač) AtMega8 ktorý je taktovaný na 16MHz. Konektorom JP1 (SPI) je možné pripojiť programátor k μP. Výstupy PB0 a PB1 slúžia na komunikáciu medzi μP a tepelnými čidlami DS1820. Tie sa pripájajú k doske pomocou svorkovnice X1 a X2. Funkčnosť komunikácie je signalizovaná LED diódami LED1 a LED2. Vyhrievacie telesa sú pripojené k svorkovnici X4. Telesa sú spínané tranzistormi Q2 a Q3, ktoré sú ovládane výstupmi PD6 a PD7. Aj keď je signál označený PWM v skutočnosti ide o jednoduché zapínanie a vypínanie. Ohrievanie nádob je signalizované LED4 a LED5.
  Pomocou rozhrania SPI sú odosielané dáta do jednotlivých moduloch s displejom a do riadiaceho registra IC2. Výstup QA je vyvedený na diódu LED3, ktorá signalizuje funkčnosť μP. Výstupy QB až QH sú zosilnené a negované obvodom IC3. Jednotlivé segmenty všetkých displejoch sú riadené výstupmi QB, QC, QD. Signalizačné zariadenia sa pripájajú na svorkovnice X5, X6 a sú riadené signálmi z výstupov QG a QH.
  Analógový vstup PC5 mal byť pôvodne pripojený na fotorezistor, ktorý sníma osvetlenie osvitky. Nakoniec som ho z konceptu vylúčil.
  Moduly displejov sú pripojené k hlavnej doske dvoma zbernicami. Zbernicou SV1 sa moduly displejov napájajú, prenášajú sa signály CLK a STB pre posuvné registre a signály SEG1, 2, 3, ktoré rozsvecujú jednotlivé segmenty v displejoch. Táto zbernica prechádza cez všetky dosky.
Druhý typ zbernice je individuálny pre každý displejový modul. Prenášajú sa ním dátové pre posuvné registre, stav príslušného vypínača a potenciometra.

  Zoznam súčiastok: hlavná doska
    R1-10 – 470R 0,4W
    R11-12 – 4k7 SMD 0805
    R13-14 – 1k SMD 0805
    R15-17 – 33R 0,4W
    R18 – Trimer 200k
    R19 – 1k SMD 0805
    R20-22 – 470R 0,4W
    R23 – 33R 0,4W
    R24 – 1k 0,4W
    R25-26 – 470R 0,4W
    R27-R30 – 1k 0,4W
    C1-2 – 22pF
    C3-5 – 100nF 50V MLCC 2,5mm
    C6-10 – 1nF 50V MLCC 5mm
    C11 – od 470uF do 4700uF / 16V
    C12-13 – 100nF 40V fóliový 5mm
    Q1 – kryštál 16MHz
    D1 – 1N4007
    Q1-2 - IRLZ44
    IC1 – AtMega8-P
    IC2 – 74HCT595N
    IC3 – ULN2003N
    LED1-7 – LED 5mm
    JP1-4 – hrebienková lišta 2,5mm
    SV1 – konektor 2x5 2,5mm
    SV2-6 – konektor 2x3 2,5mm
    X1,2,4 – svorka 3p 5mm
    X3,5,6,7 – svorka 2p 5mm

    Doska displeja
  Úlohou tejto dosky je zobrazovať na malom displeji predvolenú hodnotu, ktorá sa nastaví potenciometrom P1. A na veľkom displeji reálnu, či nameranú hodnotu. Keďže displeje sú troj-segmentové, sú spravované multiplexom. Signály SEG1, 2 a 3 prichádzajú po spoločnej zbernici z hlavnej dosky. Slúžia na prepínanie jednotlivých segmentov. Pomocou posuvných registrov IC1, 2 sa na požadovaný segment dostanú dáta zobrazeného znaku. Signál či sa má daný modul používať sa odoberá z podsvieteného vypínača S1. Za pomoci deliča R27, 28 sa prevádza signálové napätie z 12V na 5V. Delič je obohatený o zenerovú diódu 5V1.
  Schéma zapojenia je na obrázku 2.

  Zoznam súčiastok: modul displeja
    R1 – 470R 0,4W
    R2-9 – 270R SMD 0805
    R10-17 – 470R 0,4W
    R18-25 – 270R SMD 0805
    R26 – 470R 0,4W
    R27 – 10k 0,4W
    R28 – 8k2 SMD 0805
    P1 – RK09K113 B10k lineárny
    C1, 2 100nF/50V MLCC SMD 0805
    C3, 4 470nF/40V fóliovy 5mm
    D1 – zenerová dióda 5V1 SMD
    IC1, 2 – 74HC595D
    DISP1 (JP1up/dw) – KW3-304-CVA
    DISP2 (JP2up/dw) – KW3-567-CVA
    SV1 – konektor 2x5 2,5mm
    SV2 – konektor 2x3 2,5mm
    S1 – vypínač s podsvietením 12V=


    Záver
  Snažil som sa toto zariadenie vyrobiť pre rôzne spôsoby výroby plošných spojov. Preto obsahuje dve vyhrievané nádoby a osvitku. Pri výrobe dosky metódou fotocesty je v jednej nádobe vývojka, v druhej leptací roztok. Môžme využiť všetký tri časovače. Prvý na osvitku, druhý na vývojku a tretí na leptanie. Pri metóde nažehlením mám v jednej nádobe leptací roztok a v druhej vodu. Aj tu je možne použiť časovače podľa potreby.