Bachelor's Thesis

Utilization of a resin printer for exposure of planar patterns

Final Thesis 3.59 MB

Author of thesis: Martin Dvořák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaromír Jarušek

Reviewer: Ing. Jan Brodský, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with issues related to printed circuit boards. Specifically, it focuses on verifying the feasibility of using resin-based 3D printers as a source of UV light for exposing patterns displayed through an LCD screen. The practical part concentrates on optimizing the process steps required to produce test samples, which are used to evaluate the limitations of the investigated photosensitive materials. Based on the established processes, a demonstrational PCB was fabricated to showcase the capabilities of the proposed technology.

Keywords:

Photolithography, 3D printer, Photoresist, Solder mask, Developer, Exposure time, planar pattern

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta a komise. Otázky komise k obhajobě: 1. Jaké byli optimalizační kritéria? Je optimalizován čas? 2. Bylo využito nějaké čištění desek?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Radovan Novotný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Pekárek, Ph.D. (člen)
Ing. Radim Hrdý, Ph.D. (člen)
Ing. Břetislav Mikel, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jaromír Jarušek

Student se v bakalářské práci věnuje osvitování fotocitlivých materiálů pro prototypovou výrobu plošných spojů, konkrétně pozitivního fotorezistu od firmy Bungard a suchých filmových materiálů od firmy Fortrex, pomocí resinové tiskárny Elegoo Mars 5 Ultra. S využitím testovaných materiálů pak vytvořil a zcharakterizoval řadu vzorků s testovacími motivy a také vytvořil ukázkovou desku pro pouzdro QFN64 připojené na plošky čtveřice kolíkových lišt. Cíle praktické části tak byly zcela splněny. Navíc student také věnoval poměrně dost času přípravou kompenzační masky pro displej tiskárny, čímž výrazně zlepšil rovnoměrnost intenzity UV záření, a vykompenzoval tak konstrukční nedostatek tiskárny.
Teoretická část se zabývá fotolitografií a 3D tiskem spíše z historického pohledu, což je méně obvyklé, ale vzhledem tématu práce o nekonvenčním využití resinové 3D tiskárny přípustné. Bohužel chybí doporučené části, které by praktickou část lépe teoreticky podpořily.
Po prezentační stránce bohužel práce obsahuje nedostatky, které jsou důsledkem časové tísně, ve které byla práce sepisována. Na zapracování zpětné vazby nebo i jen poskytnutí zpětné vazby již v řadě případů nezbyl žádný čas. Jde o jak drobnější formální chyby jako je formátování některých stran, nedostatky v podobě seznamu literatury nebo chybějící měřítko v některých obrázcích, což by bylo možné snadno opravit. Za závažnější pak považuji absenci obrázků v teoretické části, některé faktické nepřesnosti nebo výše zmíněné chybějící teoretické části.
V práci jsou citovány jak odborné články z impaktovaných časopisů a materiály výrobců, tak zdroje blíže populárně naučnému charakteru. Na straně druhé, rozsah technické zprávy je blíže horní doporučené hranici, což je dáno podrobným popisem praktické části.
Student pracoval na experimentální části se zaujetím, věnoval experimentům poměrně velké množství času a experimentální výsledky pravidelně konzultoval. Zároveň se také samostatně zaměřoval na optimalizaci procesních parametrů pro dosažení nejlepších výsledků. Experimentální výsledky považuji za velmi přínosné, a to nejen z pohledu optimalizované prototypové výroby jednostranných plošných spojů, ale také jako podklady pro možnou jednoduchou fotolitografii tenkých vrstev s využitím tekutých fotorezistů.
S ohledem na nedostatky v technické zprávě, ale také výborné experimentální výsledky, doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B/88 bodů. Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jan Brodský, Ph.D.

Bakalářská práce Martina Dvořáka se zabývá využitím resinové 3D tiskárny jako expozičního zařízení pro tvorbu plošných motivů na UV-citlivých materiálech. Téma práce považuji za zajímavé a prakticky využitelné, zejména s ohledem na dostupnost současných MSLA tiskáren a možnost jejich alternativního použití pro jednoduché fotolitografické procesy.

Z hlediska zadání lze konstatovat, že hlavní požadavky byly splněny. Student provedl rešerši související s 3D tiskem, fotolitografií a fotocitlivými materiály, optimalizoval expoziční a vyvolávací podmínky pro několik testovaných materiálů, vyhodnotil dosažitelné rozměry vybraných motivů a zabýval se také sesazením vodivé a izolační vrstvy.

Praktickou část hodnotím jako zdařilou a poměrně rozsáhlou. Student se věnoval nejen samotnému osvitu fotocitlivých materiálů, ale také důležitému problému homogenity osvitu LCD displeje. Pozitivně hodnotím experimentální postup při tvorbě homogenizační masky, ověření několika typů fotocitlivých materiálů, stanovení expozičních časů, vývojek a vyhodnocení minimálních dosažitelných rozměrů motivů. Práce tak přináší reálné technologické poznatky, které mohou být dále využity při laboratorní výrobě jednoduchých DPS nebo při výuce. Odborná úroveň praktické části je dobrá. Oceňuji zejména experimentální přístup, snahu o optimalizaci technologických parametrů a vyhodnocení dosažených rozměrů pro jednotlivé materiály.

Slabší stránkou práce je teoretická část. Ta je podle mého názoru kratší a méně vyvážená, než by odpovídalo tématu. Poměrně velký prostor je věnován historii 3D tisku, historii fotolitografie a etymologii pojmu fotolitografie, což není pro vlastní zadání práce zásadní. Naopak zde chybí nebo jsou jen omezeně popsány části, které by byly pro práci přínosnější. Negativně též hodnotím absenci obrázků v této části práce.

V teoretické části se rovněž vyskytují odborné nepřesnosti. Například formulace, že „ultrafialové záření vyzařované pomocí LCD displeje má vlnovou délku 405 nm“, není přesná, protože LCD displej sám UV záření nevyzařuje. V textu se objevují také další nepřesné nebo nedotažené formulace, například u zápisu pH nebo u některých zkratek a pojmů, které nejsou předem jasně definovány. Dále například kapitola 1.3.3 „Alternativní metody k fotolitografii“ je obsahově velmi zavádějící.

Úroveň technické zprávy je celkově přijatelná, ale text by zasloužil výraznější jazykovou a stylistickou revizi. V práci se nachází poměrně velké množství překlepů, drobných gramatických chyb a neobratných formulací. Některé pasáže jsou zbytečně zdlouhavé a místy působí hovorově. V některých částech práce jsou také větší prázdná místa, která mohla být lépe využita správným formátováním.

Práce s literaturou je dostačující, nicméně kvalita zdrojů je nevyrovnaná. Vedle odbornějších zdrojů jsou využity také obecnější internetové zdroje. Vzhledem k tématu by bylo vhodné více pracovat s technickými listy konkrétních použitých materiálů, literaturou k výrobě DPS a zdroji zaměřenými na fotorezisty, suché filmy, nepájivé masky a technologii laminace.

Celkově považuji práci za splněnou a prakticky přínosnou. Praktická část ukazuje, že student byl schopen navrhnout a ověřit použitelný experimentální postup. Hodnocení však snižuje slabší a méně relevantně zaměřená teoretická část, odborné nepřesnosti, stylistická nevyrovnanost textu a větší množství překlepů. Práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. 1. V kapitole 2.5.6 je v technologickém postupu pro nepájivou masku uveden krok leptání pomocí směsi HCl/H2O2. Co je v tomto případě leptáno?
  2. 2. V práci uvádíte, že při laminaci nepájivé masky vznikaly vzduchové bubliny, které negativně ovlivnily výsledek. Jak by podle Vás měla ideálně probíhat laminace suché nepájivé masky, aby se vzniku bublin zabránilo?
  3. 3. V práci uvádíte, že větší tloušťka fotorezistu Fortex vedla k minimálnímu podleptání. Toto tvrzení považuji za diskutabilní. Můžete vysvětlit, jakým mechanismem by měla tloušťka fotorezistu ovlivňovat podleptávání mědi, a které další technologické parametry mají na podleptání zásadní vliv?
Points proposed by reviewer: 83

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová