Leiterplatten (PCBs) sind im modernen Leben allgegenwärtig und ein wesentlicher Bestandteil von Hightech-Geräten, Computerwerkzeugen und Haushaltsgeräten. Es gibt sie in verschiedenen Typen und sie werden mit unterschiedlichen Methoden hergestellt. Bei der traditionellen PCB-Produktion wird eine kupferkaschierte Platte entworfen und überschüssiges Kupfer selektiv weggeätzt. Die Möglichkeit, kundenspezifische Kupferplatten herzustellen, eröffnet jedoch kreative Möglichkeiten. Glas-PCBs stellen eine einzigartige Kategorie innerhalb dieser vielfältigen Landschaft von PCB-Typen dar.
Was ist ein Glassubstrat?
Glassubstrate bilden den Kern zahlreicher optischer Geräte. Sie werden sorgfältig geschliffen, beschichtet und poliert, um Spiegel und Linsen herzustellen. Glassubstrate bieten außergewöhnliche thermische Stabilität und Gleichmäßigkeit, die für die Aufrechterhaltung der optischen Übertragungsqualität entscheidend sind. Sie werden in einem breiten Größenspektrum eingesetzt, von Mikrometern Dicke bis zu Metern Durchmesser.
Glas-PCB
Glas-PCBs werden häufig in LCD- und LED-Technologien verwendet. Diese Platten werden aus Rohglasmaterialien hergestellt. Bei der Herstellung von Glas-PCBs wird das Schaltungsmuster mithilfe einer UV-härtbaren Maske auf eine Kupferplatte übertragen. UV-härtbare Masken werden bevorzugt, da sie präzise Ergebnisse erzielen, insbesondere bei schmalen Leiterbahnbreiten, wodurch sie sich auch für die Massenproduktion eignen.
Während des Prozesses wird eine dünne Schicht UV-härtbaren Ätzresists auf die Kupferplatte aufgetragen. Ein undurchsichtiger Film, der das Schaltungsbild enthält, wird über die mit Resist beschichtete Platte gelegt und UV-Licht ausgesetzt. Diese Belichtung härtet den Resist in den Bereichen aus, in denen die Schaltung entworfen wurde. Anschließend wird der ungehärtete Resist mithilfe einer Entwicklerlösung entfernt, die die unbelichteten Teile des Resists auflöst, während die gehärteten Bereiche intakt bleiben.
UV-Resistfilme werden in positive und negative Typen eingeteilt. In diesem Zusammenhang wird ein negativer Resist verwendet, bei dem die belichteten Teile des Resists nach der Entwicklung erhalten bleiben und das Schaltungsmuster bilden.
Der Aufbau der Rennstrecke
Sobald das Material bereit ist, erstellen Sie zunächst ein schematisches Diagramm Ihrer Schaltung und entwerfen anschließend das PCB-Layout. Um dieses Layout auf ein leeres Blatt zu übertragen, wird normalerweise OHP-Papier (Overheadprojektor) verwendet. Verwenden Sie zum Verlegen der Schaltkreispfade das automatische Routing-Tool, das für Anfänger zunächst kompliziert erscheinen mag, mit etwas Übung jedoch machbar wird.
Beim PCB-Design sind nur die Leiterbahnen (Routen) und Pads (Verbindungspunkte) wichtig. Wenn Sie mit dem Design zufrieden sind, isolieren Sie die Leiterbahn- und Pad-Ebene in der Ebenenpalette und exportieren Sie das monochromatische Bild als PNG-Datei.
Für unseren Prozess verwenden wir einen negativen Fotolack. Dazu muss der Lack in den Bereichen, in denen die Kupferspuren erhalten bleiben sollen, Licht ausgesetzt werden. Wählen Sie beim Exportieren des Bildes die Option „Weiß auf Schwarz“, um sicherzustellen, dass die Leiterbahnen und Pads vor einem schwarzen Hintergrund weiß erscheinen. Dieses Format sorgt für Klarheit, da weiße Bereiche auf OHP-Papier nach dem Drucken transparent bleiben.
Drucken und Layout
Ziel des OHP-Drucks ist es, eine Maske zu erstellen, die die UV-Bestrahlung unerwünschter Bereiche des Resists effektiv blockiert. Um dies zu erreichen, stellen Sie sicher, dass die schwarzen Bereiche des OHP-Drucks das UV-Licht vollständig blockieren, um eine Belichtung zu verhindern. Für eine optimale Blockierung werden drei Drucke ausgerichtet und sicher miteinander verbunden, um die Stabilität während des Belichtungsprozesses aufrechtzuerhalten.
Glas auf Kupferfolie kleben
Wenn Sie Kupferfolie auf Glas verwenden, ist es wichtig, das Kupfer sicher mit der Glasoberfläche zu verbinden. Reinigen Sie zunächst sowohl das Glas als auch die Kupferfolie gründlich mit Reinigungsalkohol, um eine ordnungsgemäße Haftung zu gewährleisten und eine Delamination des Kupfers zu verhindern. Tragen Sie eine großzügige Schicht Klebstoff gleichmäßig auf die Glasoberfläche auf und drücken Sie die Kupferfolie dann fest auf den Klebstoff. Entfernen Sie alle Luftblasen, indem Sie gleichmäßigen Druck auf die Folienoberfläche ausüben. Schneiden Sie überschüssige Folie nach Bedarf ab und lassen Sie dem Klebstoff ausreichend Zeit, vollständig auszuhärten.
Fotolack auftragen
Beginnen Sie damit, den Fotolack auf die erforderliche Größe zuzuschneiden. Der Fotolackfilm wird zwischen zwei Schutzabdeckungen gelegt, die vor dem Auftragen vorsichtig entfernt werden müssen. Kleben Sie die freiliegende Seite des Fotolackfilms fest auf die Kupferoberfläche. Verwenden Sie Streifen Klebeband auf beiden Seiten des Films, um das Entfernen der Schutzabdeckungen zu erleichtern. Drücken Sie den Fotolack fest auf das Kupfer, um eine vollständige Haftung sicherzustellen und eingeschlossene Luftblasen zwischen dem Film und der Kupferoberfläche zu beseitigen.
Vorbereitung für die Belichtung
Legen Sie den zuvor vorbereiteten OHP-Druck auf die Kupferplatte und achten Sie dabei auf die richtige Ausrichtung, um gespiegelte Drucke zu vermeiden. Legen Sie ein Stück Glas über das Setup, um den OHP-Druck fest auf der Kupferoberfläche zu befestigen. Verwenden Sie Klammern, um die Anordnung zu stabilisieren und Bewegungen während der Belichtung zu verhindern.
Belichtung mit UV-Licht
Setzen Sie das Setup UV-Licht aus, entweder von einer speziellen UV-Quelle oder Sonnenlicht. Bei Verwendung von Sonnenlicht sind normalerweise etwa 5 Minuten Belichtung ausreichend. Sorgen Sie während des gesamten Belichtungsvorgangs für Stabilität des Setups, indem Sie Klammern verwenden, um Bewegungen zu verhindern.
Entfernen Sie das Setup nach der Belichtung vorsichtig von der Lichtquelle und zerlegen Sie die Anordnung. Der Fotolack sollte Anzeichen von Trocknung aufweisen, was auf eine erfolgreiche Belichtung hinweist.
Entwicklung des Fotolacks
Nach dem Auftragen des Fotolacks ist dieser mit einer Schutzfolie bedeckt, die entfernt werden muss. Ziehen Sie diese Schutzfolie vorsichtig mit Klebeband ab. Bereiten Sie eine Entwicklerlösung aus Backpulver oder einer ähnlichen alkalischen Substanz vor, die in Wasser gelöst ist. Tauchen Sie die Platine etwa eine Minute lang in die Entwicklerlösung und spülen Sie sie dann vorsichtig unter fließendem Wasser ab. Die unbelichteten Bereiche des Fotolacks werden weggespült und geben die ausgehärteten Lackspuren frei. Wiederholen Sie den Spülvorgang, bis alle belichteten Bereiche vollständig entwickelt sind und das gewünschte Schaltkreismuster auf der Kupferplatine zurückbleibt.
Ätzen
Bereiten Sie eine Eisenchloridlösung vor, indem Sie Eisenchloridpulver in etwa 150 ml Wasser auflösen, bis die Lösung schwarz wird. Fügen Sie bei Bedarf mehr Eisenchlorid hinzu, um die Wirksamkeit sicherzustellen. Tauchen Sie die Kupferplatine in die Eisenchloridlösung und schütteln Sie sie regelmäßig, um ein gleichmäßiges Ätzen zu ermöglichen. Nach etwa 10–15 Minuten sollte sich das gesamte unerwünschte Kupfer aufgelöst haben und nur die geschützten Kupferspuren intakt bleiben.
Endergebnis
Entfernen Sie den restlichen Fotolack mit Aceton oder warmem Wasser von den Kupferbahnen. Auf Glassubstraten hergestellte Leiterplatten bieten zwar keine elektrischen Vorteile, eignen sich jedoch für Anwendungen, die Transparenz erfordern. Anwendungen wie die Platzierung von LEDs auf solchen Schaltkreisen können von ihren einzigartigen Eigenschaften profitieren.
Vorteile von Glas-PCBs
Mit dem 360-Grad-Lichtemissionspaket und der unsichtbaren Drahtverzierung aus klarem Glas werden transparente Glas-PCBs in LED-, 5G-, LCD- und anderen Anwendungen eingesetzt.
Das Glassubstrat hat deutliche Vorteile in Bezug auf Ebenheit, Transparenz, Verformung, Hitzebeständigkeit, Reißfestigkeit usw.; die Verformungsrate ist bei längerem Arbeiten bei hohen Temperaturen sehr gering; die Glas-PCBs können 360-Grad-Lumineszenz mit einem 80-Farbwiedergabeindex von 140 lmw oder mehr ausstrahlen; sie benötigen keinen Kühlkörper und es gibt keine Lichtdämpfung. Derzeit werden Glas-PCBs in großem Umfang in LED-Displays, Solarmodulen, 3D-Druckern und anderen Anwendungen eingesetzt.