UV Laser Exposer – еще один способ изготовления печатных плат дома.

Началась эта история совершенно банально. Искал какую-то штуку в своем хламе и наткнулся на сканер от лазерного принтера, который валялся там уже с десяток лет. Но не тот сканер, что документы сканирует, а тот, что разворачивает луч инфракрасного лазера на печатающий барабан.

Когда-то я в нем уже полазил — вместо инфракрасного лазера там уже был установлен маломощный красный лазер. Что я пытался изобразить тогда — за давностью лет уже и не помню. На фото ниже не мой сканер, у моего другие линзы, но такое же зеркало.

Сейчас же мысль пошла другим путем — а почему бы не поставить туда ультрафиолетовый лазер и не засвечивать им фоторезист на заготовке печатной платы? С другой стороны — не один же я такой ушлый, все уже украдено до нас если это можно — то кто-то уже наверняка это сделал. Гугль сообщил, что пара таких проектов есть и даже работают. Почему-то в основном у немцев.
Ссылка 1
Ссылка 2
Ссылка 3
Ссылка 4
Ссылка 5
В интернете увидел красивую гифку с демонстрацией принципа работы сканера — не смог пройти мимо и не спионерить:

Заказал в Поднебесной лазер на 1ватт 405 нм.

Быстро сказка сказывается, но не скоро посылки из Китая приходят.
В конце концов лазер пришел. Где-то в отзывах прочитал, что там есть вход PWM, но наружу он не выведен. Мне нужно быстрое управление, поэтому без PWM ну совершенно никак.
Вскрытие показало, что надежды юношей питают порой напрасно, входа для меня никто не приготовил.


Для начала измерил входной ток — при 5 вольтах оказалось 320 мА. Больше полутора ватт по потреблению, если КПД преобразователя близко к 100%.
Начинаем разбираться со схемой.

На микросхеме чьи-то заботливые руки сошлифовали название. Зачем? Невооруженным взглядом видно, что это повышающий преобразователь. На выходе у него 7 вольт. Сам лазер запитан от ограничителя тока, ток судя по номиналам, в районе 140 мА. Обычное прямое напряжение на 405 нм лазерном диоде 4.2 вольта, значит, лазеру достается в лучшем случае чуть больше полуватта. Товарищи! В зоопарке тиграм не докладывают мяса! Куда они еще почти ватт дели?

Но тем не менее — если убрать конденсатор C3, можно быстро управлять лазером открывая/закрывая транзистор Q1 — к его базе мы и подключимся.

Оставим пока лазер, займемся зеркалом. Документация на микросхему AN8247SB, на которой реализовано управление двигателем зеркала, к сожалению не нашлась,

но схема соединения блоков для принтера HP6L находится легко, по крайней мере назначение контактов понятно.

Временные диаграммы для аналогичного зеркала тоже нашлись.
F[kHz] RPM TACHO[Hz] N[Fin/Tach]
300 2166 216 692
600 2375 475 1263
900 3605 721 1248
1200 4885 977 1228
1500 5950 1190 1260
1800 6900 1380 1304

Немцы писали, что с теми линзами, что в сканере стоят, работать не будет, потому как длина волны лазеров ну очень разная. Я очень усомнился — ну подумаешь, фокус в сторону уедет. Они оказались правы — просто по разным направлениям фокус уезжает по-разному. Сфокусироваться в точку не удается, только в тире миллиметров 5 длиной.


Остались сущие пустяки — соединить все это вместе и написать программное обеспечение. Берем дешевую платку на базе STM32F103 и соединяем согласно схемке.


Не забываем, что развертка у нас только по одной координате, чтобы получить вторую — делаем трей для заготовки, который будет двигаться шаговым мотором — так что драйвер надо не забыть.

Коробочку и механику рисуем в древнем SketchUp который, как завещал обещал великий Google будет всегда бесплатным даже для коммерческих применений. Правда, тот, кому этот SketchUp потом продали, ничего подобного не обещал.



Ну и нужно как-то картинку преобразовать в удобоваримый для микроконтроллера вид — этим у нас займется программа на Питоне.

Пробуем написать буквочки на фоторезисте, чтобы проверить концепцию — что-то даже получилось!

Надо сказать, что одна из самых сложных вещей в этом проекте — компенсация нелинейностей. На всю шкалу так и не получилось линеаризовать, терпения не хватило. Ограничился 10 сантиметрами, дальше ошибка может быть до 5-10%. Но дальше — это не так много, вместо 12 сантиметров 10 — для теста вполне хватит.

Теперь неплохо бы сделать реальную плату. Плату управления для этой штуковины и попробуем сделать. Проводники 0.25 мм, зазоры 0.2мм. Схема дублирует предыдущую и выглядит так:

Вид на плату:

Примазываем ламинатором фоторезист на стеклотекстолит, пробуем печатать.

Выглядит многообещающе.

Проявляем и смотрим в случайно оказавшийся в загашнике USB микроскоп.

Да, платы явно плохо обезжирены перед нанесением фоторезиста — куски разводки исчезли.

Смываем фоторезист, наносим по новой, проявляем — разочарование. Фоторезист между близко идущими проводниками не смылся. (500 циклов засветки на линию, расстояние между линиями 50 микрон.)

Может, переэкспозиция? Снова смываем, наносим по новой, печатаем с два раза меньшей экспозицией — результат тот же. (250 циклов на линию.)

Возможно, что причина банальна — мне просто не удалось сфокусировать лазер до точки хотя бы 0.05 мм — это разрешающая способность экспозера. В итоге видно, что печатать можно с шириной проводника и зазором только 0.5мм. То есть минимальный шаг ног микросхемы 1.27 или в лучшем случае 0.8мм.

Это фиаско.
Когда я был помоложе и здоровее, с помощью лазерного утюга у меня спокойно получалось делать платы для микросхем с шагом 0.5мм. Но времена уже не те— народ с такой атаксией, как у меня, в дурке неврологии пластилин мнет, чтобы как-то моторные навыки восстановить.

В лазерном принтере 2 линзы стоят, а у меня одна — видимо, тут собака и порылась. Надо думать дальше.


С другой стороны, вроде бы цилиндрическая линза работает в паре с F-Theta линзой.
Впору открывать учебник физики за 8-й класс и вспоминать геометрическую оптику.
Тем не менее, продолжим эксперименты. Уже плюнув на конечный результат и наклеивая фоторезист абы как.
100 циклов на линию — явное недоэкспонирование:

Кстати, а зачем нам верхняя пленка? Скрипач не нужен :)
Увеличиваем экспонирование до 160 циклов на линию, без верхней пленки.
К сожалению фотографию сделал уже после того, как перепроявил, часть линий облезла, часть подтравилась.


Если кто захочет советом помочь — исходные данные: фоторезист достаточно старый, заказан был на Али еще 31 мая 2018 года, хранился в темноте. Проявлял кальцинированной содой.
Похоже, еще что-то можно исправить с более свежим или более качественным резистом и процессом проявления.

Зачем все это делалось? Ну, во-первых, мы, бояре, народ работящий! Такая уж наша боярская доля ©. Нет, пожалуй это получше будет: чем бы дитё не тешилось — лишь бы водку не пило. Ну а если совсем серьезно — есть у нашей конторы контракты на разработку электроники — работаем. Нет — извращениями страдаем наслаждаемся. А сейчас работы нет :( — довольствуемся пенсией и развлекаемся, как умеем.

Вместо старотрадиционных кошечек. Вот такие зверюги пасутся на газоне во дворе дома по улице переулку имени Ленина Ушастой Совы.

Нужны кому-то исходники или нет — не знаю. Тут возможности выложить нет, на файлообменниках ссылки быстро стухнут. Поэтому — кому надо — пишите. Хотя программное обеспечение под эту сборную солянку из запчастей, выдранных из HP LaserJet, Lexmark и ископаемого струйного Epson придется сильно редактировать под свои нужды.