UV LED Belichter

Allgemein

Platinenbelichter

Da ich mich schon länger dafür interessiere Platinen selber herzustellen habe ich mich jetzt kurzerhand dazu entschlossen das Projekt in Angriff zu nehmen! Als Ätzgerät werde ich mir das Ätzgerät 1 von Reichelt kaufen es ist für ca. 115€ erhältlich und hat einen sehr guten Ruf. PS: Teilweise wird das Ätzgerät auch als Angebot verkauft und ist dann schon für rund 95€ erschwinglich, diese Phase habe ich allerdings leider verpasst! Kurz zur Platinen Herstellung ein paar Worte. Als erstes mal ein Beispiel einer selbst geätzten Platine, wie man sieht lassen sich ziemlich gute Ergebnisse erzielen Foto. Ich finde es herrlich wenn man eine Schaltung auf einer schönen geätzten Platine aufbaut es sieht einfach sehr professionell aus und ist ordentlich und akkurat. Natürlich ist es auch mit einem gewissen Aufwand und Kosten verbunden aber ich finde dafür lohnt es sich alle mal. Im Grunde genommen braucht man ja nur einen Belichter, ein Ätzgerät und Zubehör. Dann nimmt man sich ein Layout Programm z.B. Target 3001 oder aber Eagle ( an dieser Stelle möchte ich mal kurz erwähnen dass ich nach langer Zeit von Eagle auf Target gewechselt habe und es gefällt mir viel besser ) erstellt sich seine Schaltung und druckt diese dann auf Folie aus. Die Ausdrucke, man sollte immer zwei mal drucken damit die Farbe besser deckt, klebt man dann genau Deckungsgleich übereinander und fixiert diese dann wiederum auf der Fotoplatine. Alles samt kommt dann in den Belichter für eine gewisse Zeit ( Belichtungsreihe ). Nachdem fertig belichtet ist kommt die Platine für 1-2 Minuten in eine Entwickler Lösung wo nun der Belichtete Bereich vom Schutzlack entfernt wird, damit dieser später im Ätzbad angreifbar wird. Und nach circa 10 Minuten langem Ätzbad ( 45°C ) sollte die Platine fertig sein. Ich sprühe sie dann immer gerne nochmal mit Lötlack ein so bleibt das restliche Kupfer geschützt und oxidiert nicht so schnell.

Projekt Beschreibung

Nun gut, das Ätzgerät war gekauft und nach einem Belichter wurde Ausschau gehalten. Leider musste ich fest stellen, dass die Belichter, die man z.B. bei Reichelt kaufen kann ziemlich teuer sind ( rund 200€ ). Und ehrlich gesagt kann ich das nicht nach voll ziehen, da ja kaum was drin ist. Also entschloss ich mich dazu einen Belichter selber zu bauen. Nach ein paar Stunden Recherche im Internet fiel mir auf das es zwei grundlegende Versionen gibt. Entweder mit UV Röhren oder aber mit UV LEDs. Und da ich mit der Zeit gehen will habe ich mich für LEDs entschieden. Bei eBay habe ich für knapp 20€ einen super Fang gemacht 100 UV LEDs mit einer Stärker von 2000 Mcd ( gibt zwar mehr ist aber schon ordentlich ).

Kurz zu den erworbenen Leuchtdioden:

➜ Anzahl:      100 Stück
➜ Preis:       ca. 20€
➜ Spannung:    3,2 bis 3,5V
➜ Strom:       20mA
➜ Intensität:  2000 Mcd

Schaltungsaufbau

Die LEDs liegen über einen R an der Versorgungsspannung von 32V da ich jeweils 9 LEDs in Serie geschaltet habe ergibt sich eine Spannung von 28,2V daher ist der Vorwiderstand dementsprechend klein und dient als Strombegrenzung ( LEDs brauchen immer einen Vorwiderstand ) ! Die kompletten LEDs werden über einen FET Transistor angesteuert, welcher wiederum durch die Steuereinheit mit einem PIC16F877 kontrolliert wird. Es gibt Hauptsächlich zwei Stromkreise in der Schaltung einmal der Logikpfad mit 5V für die Steuerung samt PIC und den Laststromkreis mit 32V für die ganzen UV LEDs.

Eine kurze Anekdote Eines Tages lud ich einen Arbeitskollegen zu mir ein, da er mich gefragt hatte ob ich ihm nicht mal eine Platine ätzen könne. Zu dem Zeitpunkt war gerade der Belichter an meinem Labornetzgerät angeschlossen und der Logikpfad stand natürlich auf 5V Gleichspannung. Mein Arbeitskollege interessierte sich für mein gebautes Labornetzgerät und drehte fröhlich am Spannungsregler als ich das bemerkte waren PIC und LCD ( Wert ca. 45€ ) schon hinüber *autsch* Seitdem habe ich vor dem 5V Pfad noch eine Überspannungsschutz Schaltung eingebaut. Das ist nichts weiter als ein Spannungsstabilisator ( 7805 ), welcher ständig auf 5V regelt.

Schaltplan und Ergebnis der Spannungsversorgung für den Belichter

Spannungsstabilisierung

Ich möchte hier einmal kurz zeigen wie man eine einfache Spannungsstabilisierung realisieren kann. Nun wie oben beschrieben wurde ein 7805 Spannungsregler eingesetzt hier der zugehörige Schaltplan.

Schutz

Wie Sie, wie ich annehme, ja unschwer erkennen können habe ich ein 2 Kanal Oszilloskop einmal am Eingang und dan den Ausgang der Schaltung verbunden um zu veranschaulichen wie sich die Schaltung bewährt.

Die rote Signallinie gibt das Eingangs- und die blaue Linie das Ausgangs-Signal wieder. Ich habe am Eingang eine Wechselspannung mit 1V Peak und 8 Volt Offset angelegt. Das heisst es liegen permanent 8V am Eingang an und darauf wird eine Sinunsspannung von 1 Volt Peak gelegt. Somit habe ich nicht nur den Fall der Überspannung, sondern sogar noch der Spannungsstabilisierung mit eingebunden. Mit der blauen Linie kann man sehr schön sehen, dass der 7805 die Spannung am Ausgang auf 5V DC herunter regelt. Nun bei einem solchem Längsregler wird die überschüssige Spannung in Wärme umgesetzt. Je nachdem wie groß dazu noch der entnommene Stromwert ist, ergibt sich eine gewisse Verlustleistung. Man kann diese immer noch mit einem Kühlkörper herabsetzten aber dennoch ist irgendwann die Grenze erreicht. Abhilfe schaffen hier Schaltregler.

Verlustleistung [W] = Entnommener Strom [A] * Spannungsdifferenz Ein-/Ausgang [V]

Bedienung 

Auf dem Bedienboard sind insgesamt 4 Taster: Reset für den Mikrocontroller, Start für die LEDs, und Time UP und Time Down zum Regeln der Belichtungszeit. Auf dem GLCD wird angezeigt ob der Deckel des Belichters offen oder geschlossen ist, ob die LEDs eingeschaltet oder ausgeschaltet sind und wenn die LEDs an sind für wie lange noch und wie lange sie insgesamt an sein sollten. Nun gut also man kann mit den Tasten Time UP/DOWN nun die Belichtungszeit einstellen ich habe meinen Wert, der sich über die Zeit eingependelt hat gespeichert - dieser wird jetzt immer als Default Wert genommen. Wird jetzt die Taste Start gedrückt werden die LEDs eingeschaltet und die Zeit läuft herunter bis 0 und schaltet dann automatisch die LEDs aus und eine Signal LED ein.

Vorsicht UV-Strahlung! UV Strahlung kann die Netzhaut der Augen schädigen. Ihr solltet daher keinesfalls ohne Schutzbrille arbeiten!

CNY70

UV-Schutzschaltung  Ich habe mir lange Gedanken darüber gemacht wie ich es realisieren kann, dass die LEDs nur leuchten wenn der Deckel geschlossen ist, denn UV Strahlung ist gefährlich und man darf auf keinen Fall mit bloßem Auge hinein schauen. Aus dem Grund trage ich trotz Schutzschaltung immer eine UV Filter Brille beim Belichten. Zu Anfang dachte ich ein einfacher Endschalter wäre die leichteste Lösung, doch es scheiterte immer wieder an der Befestigung also musste doch was anderes her. Und da in meiner Abschlussprüfung was über Optoreflexkoppler dran kam, kam mir die Idee:

Einfach einen Optoreflex-Koppler ( Typ CNY70 ) in den Deckel kleben, welcher dann auf die LEDs zeigt. An dem Punkt wo der CNY dann die Glasplatte trifft habe ich einen Quadrat aus weißem Karton geklebt. Da der CNY je nachdem wie stark er seine IR Strahlung wieder empfängt die Basis eines Transistors schaltet, wird eine mehr oder weniger analoge Spannung ausgegeben. Kein Problem diese werte ich am PIC aus und kann so entscheiden ab welchem Spalt, die LEDs deaktiviert werden und es funktioniert hervorragend! Sobald der Deckel auch nur ein kleines Stück angehoben wird, werden sofort die LEDs ausgeschaltet und die Belichtungszeit wird angehalten. Wird der Deckel wieder geschlossen gehen die LEDs wieder an und die Zeit läuft weiter. Jenachdem wie stark die Strahlung der IR Diode (links) reflektiert wird, sinkt die Ausgangsspannung.

Bau eines passenden Gehäuses für den Belichter

Das Gehäuse sollte eigentlich nur leicht, passend für die Anzahl der LEDs und möglichst günstig sein. Also ab in den Baumarkt und nach sehen was sich machen lässt. Ich habe recht schnell das Holz entdeckt und mir meine Maße zurecht sägen lassen und ich war angenehm überrascht es war super günstig nicht einmal 10 Euro für das ganze Gehäuse. Ich habe dann die einzelnen Platten zusammen geleimt. Die Platinen auf denen die 91 LED's auf gelötet werden habe ich mit glänzend weisem Lack besprüht um die reflektierenden Strahlen wieder zu reflektieren und somit eine hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Außerdem sind es Streifenrasterplatinen das erspart mir einiges an Lötarbeit, welche man ja durch die LEDs ja mehr als genug hat! Hier ein Bild der noch unbestückten Platinen (ober und unter Seite):

• 

  Platinen

• 

  Ansicht von hinten mit der Spannungsversorgung

• 

  Foto der Platine mit der Steuerelektronik

• 

  Optorelflexkoppler ( CNY70 ) im Deckel

• 

  Innenansicht mit den UV-LEDs

• 

  ...

• 

  ...

Nachtrag

Auf diesem Foto Link zum Foto ist das neue LCD Display zu sehen. Außerdem einmal kurz dargestellt, wie ich das "Menü" auf dem Display aufgebaut habe. Im Prinzip ist dieses Display für die Aufgabe total überdimensioniert.. Aber was soll's.

Abstände der LEDs untereinander / zur Leiterplatte

Aufgrund der Nachfrage möchte ich hier nochmal die Abstände angeben:

➜ LED zu LED:               ~ 2,5cm
➜ LEDs zur Leiterplatte:    ~ 13cm

Autoren

Nico 16:49, 19. Aug. 2011 (CEST)