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Forum: Platinen Ldgraphy: Platinenbelichtung per Laser


Autor: Christoph B. (birki2k)
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Auch in Zeiten günstiger Leiterplattenfertigung stellt das Selbstätzen noch eine nennenswerte Alternative dar, vor allem wenn es besonders schnell oder kostengünstig sein soll. Ein kritischer Schritt ist dabei das Belichten des Platinenmaterials. Das Open Source Projekt Ldgraphy bietet nun eine neue Möglichkeit für den Hobbybereich, hohe Auflösung bei guter Reproduzierbarkeit und wenig Aufwand zu erzielen.

Klassisch muss das Layout bei der Platinenherstellung mit der Photo-Positiv-Methode ausgedruckt und als Maske auf das Basismaterial gelegt oder gepresst werden. Anschließend wird der lichtempfindliche Lack mit einer UV-Lichtquelle belichtet. Bei diesem Verfahren wirken sich Drucker, Druckmedium und Belichtungsgerät auf die erreichbare Auflösung aus. Dass dieses Verfahren alles andere als trivial ist, zeigen zahlreiche Forenbeiträge zu diesem Thema.

Bei dem sogenannten LDI-Verfahren (Laser Direct Imaging) wird dagegen ein Laserstrahl direkt über dem mit Fotolack beschichteten Basismaterial ohne die Verwendung eines Films verfahren. Dadurch entfallen negative Einflüsse von Druckbild, Auflageabstand und UV-Durchlässigkeit von Tinte und Druckmedium. Die Platine kann so nach nur einem Arbeitsschritt dem Ätzprozess zugeführt werden.

Das in der Industrie bereits etablierte Verfahren ist mit Ldgraphy nun im Hobbybereich angekommen. Die aktuelle Version des Projektes verwendet einen 500 mW Laser mit 405 nm Wellenlänge, dessen Strahl mit einem rotierenden Polygon-Spiegel über die Oberfläche der Platine bewegt wird. Der Spiegel stammt aus einem Laserdrucker, die Ansteuerung erfolgt über ein Beaglebone Green. Dabei wird aktuell eine Auflösung von 0,15 mm (6 mil) erreicht, wobei als Zielsetzung 0,1 mm (4 mil) angegeben sind.

Der Nachbau ist laut Projektseite für etwa 100 $ möglich. Dazu soll noch ein detailliertes Video folgen, sobald der endgültige Aufbau feststeht. Derzeit experimentiert der Autor noch an weiteren Kombinationen von Laser und Polygon-Spiegeln. Neben der Optimierung der Hardware sind Erweiterungen der Software angedacht, wie etwa ein Webserver über den Gerberdaten direkt hochgeladen werden können. Interessierten stehen die Daten zum Nachbau aber schon jetzt auf der Projektseite zur Verfügung. In jedem Fall sollte auf einen sicheren Umgang mit dem verwendeten Laser geachtet werden.

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Autor: Georg (Gast)
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Christoph B. schrieb:
> Dabei wird aktuell eine Auflösung von 0,15 mm (6 mil) erreicht,

Das ist ja so etwa die heutige Strukturgrösse - für eine vernünftige 
(z.B. stufenlose) Abbildung müsste die Auflösung viel höher sein als die 
Strichbreite. Das sind ja gerademal 170 dpi, jeder Billigdrucker hat 
1200 oder mehr.

Professionelle Laserplotter haben eine Auflösung von z.B. 10µ, von der 
Genauigkeit reden wir wohl besser garnicht erst.

Georg

Autor: Richard B. (r71)
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Georg schrieb:
> jeder Billigdrucker hat 1200 oder mehr.

Ja, theoretisch ;)

Autor: Werner H. (pic16)
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Christoph B. schrieb:
> Das Open Source Projekt

Interessant!

Georg schrieb:
>Professionelle Laserplotter haben eine Auflösung von z.B. 10µ, von der
>Genauigkeit reden wir wohl besser garnicht erst.

Statt deiner Nörgelei kannst du ja bei diesem Projekt mitmachen aber da 
reichts wohl nicht. Zeig doch mal ein Projekt von dir.

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Autor: Christoph B. (birki2k)
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Georg schrieb:
> Das ist ja so etwa die heutige Strukturgrösse - für eine vernünftige
> (z.B. stufenlose) Abbildung müsste die Auflösung

Die Auflösung ist in dem Fall tatsächlich auf die erreichbaren 
Strukturen (also Traces+Clearance) bezogen, die mit einem Siemensstern* 
ermittelt wurden. Die optische Auflösung ist sicherlich noch mal 
deutlich besser.

* 
http://plus.google.com/u/0/photos/photo/1139173907...

Autor: Base64 Urandom (6964fcd710b8d77)
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Echt geiles Projekt! :) Thx auch für die Veröffentlichung als oshw.

Autor: Funkenflug (Gast)
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Jep.
Es wundert mich, dass das so genau wird trotz dieses etwas "wacklig" 
ausschauendem Aufbau (man beachte die eiernde Welle unten ;-) )

Autor: Dieter F. (jim_quakenbush)
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Funkenflug schrieb:
> ep.
> Es wundert mich, dass das so genau wird trotz dieses etwas "wacklig"
> ausschauendem Aufbau (man beachte die eiernde Welle unten ;-) )

Probiere es halt aus.

Ich bin gespannt ... auf Deine Erfahrungen.

Die angegebene "Auflösung" von 6 mil ist schon interessant. Das ist 
ordentlich - ich warte gerne auf ein Ergebnis.

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Autor: Cyborg (Gast)
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Dieter F. schrieb:
> Die angegebene "Auflösung" von 6 mil ist schon interessant. Das ist
> ordentlich

Willst du weniger, explodieren die Kosten, vor allem wegen
der Optik.

Funkenflug schrieb:
> Es wundert mich, dass das so genau wird trotz dieses etwas "wacklig"
> ausschauendem Aufbau (man beachte die eiernde Welle unten ;-) )

Das Umkehrspiel spielt ja keine Rolle. Sicher ist das auch nur ein
errechneter Wert und kein gemessener. Hauptsache die Linearführung
ist genau. Gegenkräfte treten ja wohl nicht auf.
Ist übrigens nicht der Einzige der sich da schon versucht hat.
Hier das Autoren-Video:
Youtube-Video "Homemade Laser Exposer"
und hier das Projektwiki
https://wiki.das-labor.org/w/LaserExposer

Autor: Crazy H. (crazy_h)
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Sehr interessant. Ich muß mir das mal genau anschaun und dann (wenn ich 
es aufbaue) eine wirklich präzise Mechanik herstellen. Was ich mir 
wünschen würde, wäre aber die Möglichkeit eine Eurokare als 1200dpi 
Bitmap als Vorlage zu verwenden.

Autor: Guido B. (guido-b)
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Crazy H. schrieb:
> Was ich mir
> wünschen würde, wäre aber die Möglichkeit eine Eurokare als 1200dpi
> Bitmap als Vorlage zu verwenden.

Na besser 1000 DPI entsprechend 1 mil. Ich bin mit meinen 500 DPI
aber recht zufrieden ;-).

Autor: Jan Bader (fernostler)
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birki2k,
wie macht man denn die genaue positionierung z.B. wenn zuerst gebohrt 
wird, oder bei doppelseitigen Leiterplatten?

Autor: Werner H. (pic16)
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Jan B. schrieb:
> wie macht man denn die genaue positionierung

Zb. mit Passtiften (ich weigere mich dieses Wort mit 3s zu schreiben).

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Beitrag #5064996 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Jan Bader (fernostler)
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Werner H. schrieb:
> Jan B. schrieb:
>> wie macht man denn die genaue positionierung
>
> Zb. mit Passtiften (ich weigere mich dieses Wort mit 3s zu schreiben).


Ich auch!

Passsstifte ist klar. Frage ist dann ob man bei dem Geraet den X/Y 
Nullpunkt genau definieren kann.

Autor: Werner H. (pic16)
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Jan B. schrieb:
> Frage ist dann ob man bei dem Geraet den X/Y Nullpunkt genau definieren kann.

Wo siehst du da ein Problem?

Autor: reiner (Gast)
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gebruzzelten Tag zusammen,

der Zentralstern röstet einem Heuer so ziemlich alles.
Ich finde es einfach nur hübsch von den blonden Leuten die meckern aber 
nicht die Xenonlampe haben den angeprangerten Mangel zu lösen oder 
Alternativen aufzeigen (können?). Sollten sich einfach Fragen ob sie zu 
den  Adressaten gehören. Auf Github sieht man das sich da jemand doch 
durchaus Gedanken zu Abbildungsfehlern, ... gemacht hat.

Die Idee an sich habe ich schon länger per Laser Platinenbelichtung zu 
machen. Nur den Weg stelle ich mir etwas Komoder vor. <Wünschmirwasan:>
Laserdrucker zerlegen, passende LD (Laserdiode) rein, Papierweg etwas 
anpassen (Rollen abdrehen, Lager => Exzenter ändern, ...), Toner raus, 
Positivplatine in Einzelblatteinzug und nach dem Druck kommt hinten eine 
fertig belichtete bzw. entwickelte Platine zum ätzen raus. Ätzen.
Lötstopplack drauf, erneut durch n Drucker mit Lötstoppmaske.
Bestückungsdruck ggfs. auch noch was aber auch mit Tinte gehen sollte.
Inne CNC zum bohren und Fräsen. Fettisch und drüsch.
Die Fixiereinheit könnte man zum laminieren ... nehmen und sollte 
manuell schaltbar gemacht werden voraus gesetzt das es mechanisch kein 
Hindernis ist.
</Wünschmirwasaus:>

Unbekannte: LD ändern, Optik & Lambda in Bezug auf Verluste => Erwärmung 
... Feurio, Syncimpuls Platinenkante bei Mehrfachbdruck Bestückung, 
Lötstopp, oder was das Ziel ist.

Persönlich wäre ich damit zufrieden: nur belichten => entwickeln => 
ätzen
Ganz doll toll: Abdeckung komplett weg brennen => direkt zum ätzen gehen

Mehr, wie direkt Kupfer weg lasern, bohren, schneiden ... dürfte wohl in 
einem Druckergehäuse nicht funktionieren und auch reichlich 
Seiteneffekte haben die es zu lösen gilt.

Ersteres benötigt wohl die geringste Laserleistung aber die passende 
Wellenlänge oder passendes Deckmaterial. Ersetzt man die Steuerung kann 
eine Zeile auch mehrfach belichtet werden. Mit Syncsensor kann man auch 
mehrfach durchnudeln bis das Ergebnis da ist.

Zweite Variante wirft bereits Fragen / Probleme auf wie Reflexionen, 
Rückkopplung in LD, da Metall recht gut reflektiert.
Materialabtrag darf den Strahlengang nicht zusetzen. Lösung Lüfter / 
Druckluft in das Lasergehäusl leiten. Die höhere LD Leistung benötigt 
wahrscheinlich auch einen neuen LD Treiber, der wiederum schnell genug 
sein muss, mechanisch passen sollte, ....
Bleibt die Optik in Bezug auf Leistung und Lambda.

Bei einem anderen Deckmaterial der Platine sollte gewährleistet bleiben 
das der Rest nach dem Ätzen ohne mechanische Verfahren entfernt werden 
kann. Die im Netz zu findenden Filmchen wo dann mit Schmirgelpapier das 
Kupfer blank gemacht wird sind mir ein Gruselwoosel. Ein Haarriss der 
erst bemerkt werden kann wenn alles getötet ähh gelötet ist. ääöhnnööhh 
nich wirklich prickelnd.


Gleich die Frage ob damit dann auch eine Lötstoppmaske, 
Bestückungsdruck, gelasert werden kann. Sollte eigentlich nur ein 
passender Lack erforderlich sein, der entweder per Laser ausgehärtet 
oder zerstört wird. Bestückungsdruck könnte ggfs. direkt auf die Platine 
erfolgen ähnlich wie bei ICs, Tastaturen, .... oder einbrennen von 
Lasertoner, Pulver, ... . Letzteres dürfte ohne Gehäuse etc aber wieder 
eine ziemliche ungesunde Sauerei werden.

Unterm Strich würde sich so was nur tragen / rechnen ... wenn ein pool 
von Leuten möglichst arbeitsteilig daran arbeitet ausgehend von einem 
Massenprodukt auf dem Markt um eine Nutzung langfristig zu sichern.

Saludos

Autor: Werner H. (pic16)
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reiner schrieb:
> Persönlich wäre ich damit zufrieden: nur belichten => entwickeln =>
> ätzen

Darum geht es hier.

> Ersetzt man die Steuerung kann
> eine Zeile auch mehrfach belichtet werden.

Warum, die Steuerung muß nicht ersetzt werden, evtl. aber ein Tuning der 
Soft/ Hardware. Die Resultate dieser kleinen Maschine sind doch schon 
recht beeindruckend.

> Unterm Strich würde sich so was nur tragen / rechnen ... wenn ein pool
> von Leuten möglichst arbeitsteilig daran arbeitet ausgehend von einem
> Massenprodukt auf dem Markt um eine Nutzung langfristig zu sichern.

Für eine 100€ Maschine?

> Gleich die Frage ob damit dann auch eine Lötstoppmaske,
> Bestückungsdruck, gelasert werden kann.

Ja, zb. mit Peters SD2467

>Bestückungsdruck

Ja, zb. mit Peters Signierlack

Wär schön wenn du Konstruktives zu diesem Projekt beitragen kannst.

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Beitrag #5085707 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5085748 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Conny G. (conny_g)
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Es gibt einen ganz langen Thread zu dem Thema
Beitrag "UV-Laserdrucker II"

Mit verschiedensten Ansätzen dazu.
Der Ansatz des Verfassers ist allerdings bestechend einfach und die 
Auflösung dafür beeindruckend mit 6mil. Gefällt mir!

Ich habe den Ansatz gemacht einen Laser an den Kopf meines Ultimaker 3D 
Druckers zu hängen (wollte mich nicht mit der Mechanik beschäftigen) und 
habe damit kürzlich mal 3mil belichtet.

Beitrag "Re: UV-Laserdrucker II"

Ist im Prinzip auch eine recht simple Lösung. Aber noch nicht für 
Nachbau standardisiert. Dafür müsste man noch ein paar Sachen 
glattziehen.

Autor: Dieter F. (jim_quakenbush)
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Christoph B. schrieb:
> Dabei wird aktuell eine Auflösung von 0,15 mm (6 mil) erreicht, wobei
> als Zielsetzung 0,1 mm (4 mil) angegeben sind.

Kannst Du das bitte mal vorführen / zeigen?

Autor: Werner H. (pic16)
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Dieter F. schrieb:
> Kannst Du das bitte mal vorführen / zeigen?

Da müsstest du aber den Autor H. Zeller fragen. Allgemein ein sehr 
interessantes Projekt. Ich hab aber noch Probleme mit dem BeagleBord. 
Ist noch komplett Neuland für mich, aber dabei mich einzuarbeiten.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dieter F. (jim_quakenbush)
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Werner H. schrieb:
> Da müsstest du aber den Autor H. Zeller fragen.

Reicht es nicht, wenn ich den Autor des Artikels frage? Der solltre es 
doch wissen - oder?

Christoph B. (birki2k)

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Autor: Werner H. (pic16)
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Dieter F. schrieb:
> Der solltre es
> doch wissen - oder?

Ich vermute der hat nur die Geschichte hier verlinkt. Wär natürlich 
schön wenns nicht so wäre, dann könnte man evtl Support bekommen.

Ps. Du hattest doch auch schon mal etwas Ähnliches beim Wickel?

: Bearbeitet durch User
Autor: Christoph B. (birki2k)
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Dieter F. schrieb:
> Christoph B. schrieb:
>> Dabei wird aktuell eine Auflösung von 0,15 mm (6 mil) erreicht, wobei
>> als Zielsetzung 0,1 mm (4 mil) angegeben sind.
>
> Kannst Du das bitte mal vorführen / zeigen?

Wie Werner richtig geschrieben hat, habe ich lediglich den Artikel hier 
verfasst. Für detailliertere Informationen kann ich daher nur auf die 
oben verlinkte Projektseite verweisen.

Was die erreichbaren Strukturgrößen betrifft, findet man dort 
beispielsweise folgende Testplatine;

https://plus.google.com/u/0/photos/photo/113917390...

Das sieht meiner Meinung nach schon recht vielversprechend aus. Auch der 
Schluss, dass 0,1mm hier erreichbar sind, liegt da meines Erachtens 
nicht allzu fern.

Autor: Dieter F. (jim_quakenbush)
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Christoph B. schrieb:
> Das sieht meiner Meinung nach schon recht vielversprechend aus. Auch der
> Schluss, dass 0,1mm hier erreichbar sind, liegt da meines Erachtens
> nicht allzu fern.

Ich mag da etwas Kleingeistig sein - aber nein - 0,1(5424) mm sind schon 
eine Hürde, die es zu beweisen gilt. Das gelieferte Bild kann ich 
beliebig interpretieren ...

Ich kenne mich etwas mit der Belichtung mit Polygonspiegeln aus - und 
weiß sicher, dass bei der Wackel-Welle in y-Richtung nichts vernünftiges 
heraus kommt. Das ist mit Sicherheit weit von 0,1(5424) mm entfernt.

Mich würde die "wahre" Auflösung interessieren - so von "Laser-Exposer" 
zu "Laser-Exposer"  :-)

Autor: Matthias D. (marvin42)
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Hallo Christoph

ich habe mir vor 2 Jahren ein ähnliches Gerät gebaut: ein XY-Plotter mit 
Antrieben von nanotech, mit einer PHR-805 Laserdiode. Der Vollschritt 
liegt bei 50µm, dh. bei 1/4-Schritt komme ich auf 12.5 µm, das reicht 
für mich völlig aus.

Ich hatte auch mit einem Drehspiegel experimentiert, aber mit einfachen 
optischen Mitteln (Kollimator..) ist kaum ein paralleler Strahl machbar. 
Daher verwende ich einen fokussierten Laser-Spot mit ca. 60 mm Abstand - 
also kein Drehspiegel.

Die Laserdiode betreibe ich an einer 125mA Konstant-Stromquelle, das 
reicht für normales Bungert-Platinenmaterial, mit typ 200µs Pulsdauer 
pro Pixel. Wenn man das auf 500-2000µs verlängert, kann man damit sogar 
auf Holz oder Leder lasern.

Ich steuere den Plotter mit einem Raspberry-3 (das ist nicht die beste 
Idee) und als Input kann ich entweder BMP-Dateien (im Raster-Modus) oder 
HPGL (im Plot-Modus). Eine Europlatine benötigt bei mir ca. 15 min.

Das Foto zeigt eine so gefertigte Platine, mit HCl geätzt und dann 
verzinnt.

PS. zum testen/üben verwende ich anstelle Platinenmaterial gerne 
Thermopapier  (Kassendrucker), das wird bereits bei 50µW Laserleistung 
schwarz.

Grüße, Matthias

Autor: Werner H. (pic16)
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Hallo Matthias,

Das Resultat sieht ja schon mal top aus! Wär schön mal ein Bild deines 
Gerätes zu sehen. 15 min hört sich auch gut an.

Autor: Matthias D. (marvin42)
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Hallo Werner

oha, entschuldige bitte, die Europlatine dauert 45 min (Tippfehler)

Autor: Conny G. (conny_g)
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Ich habe heute mal aus Neugier diese Testplatine belichtet, mal mit 
"Alltagsauflösung" von 1016 dpi als Schrittweite (2 Microsteps des 
Ultimaker), bis 5mil sieht es gut aus.
Dabei und auch bei dem LDGraphy ist der Knackpunkt, dass man nicht mit 
einem Laserfokus von 1mil belichtet sondern soviel Puffer lässt, dass am 
Ende die 5mil übrig bleiben. Man muss also 3mil belichten und 7mil 
stehen lassen, damit am Ende 5mil übrig bleiben.
Auf diese Weise kann der Laserfokus 3mil breit sein (0.08mm) und es 
klappt noch. Da ist sogar noch etwas mehr Luft.
Der Witz beim LDGraphy ist, dass durch den weit entfernten Fokus 2 
Effekte auftreten: einerseits ist die Fokuszone besonders lang (pure 
Geometrie) und andererseits ist der Längenunterschied bei kleinem Winkel 
bengrenzt.
Lt der Skizze im Theorieteil der Projektseite liegt die Entfernung des 
Fokus bei ca. 250mm und der Unterschied in der Länge zwischen Mitte und 
Rand bei 7mm. D.h. Wenn der Fokus in Mitte und Rand jeweils maximal weg 
vom Optimum dann sind das 3.5mm. Das kann ich mir gut vorstellen, dass 
das noch funktioniert. Hab ich bei 7cm Abstand schon 1mm Spiel auf jede 
Seite.

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