In
professionellen Geräten findet man zumeist
geätzte Platinen. Diese Platinen sind sogar
meistens zweiseitig, das heißt, auf beiden
Seiten der Platine sind Kupferbahnen
aufgebracht.
Das bekommt man in der Hobbytechnik relativ
schwer in den Griff. Daher habe ich hier mal
ein „Rezept“ für das Ätzen von einseitigen
Platinen aufgeschrieben.
Zunächst macht
man sich mit einem Layoutprogramm oder einem
Zeichenprogramm eine „Ätzvorlage“, das
Layout.
Solch ein Layout kann folgendermaßen aussehen:
Wie du siehst, ist alles seitenverkehrt ausgedruckt.
Das hat seinen
guten Grund, denn nach dem Ausdrucken wird
das Layout mit der Tinte in Richtung Platine
aufgelegt, damit nicht so viel Licht unter
die schwarzen Flächen leuchtet. Dann ist das
Layout wieder richtig herum (seitenrichtig).
Wenn du das Layout so zeichnest, als ob du
auf die Bestückungsseite schaust, ist schon
alles richtig herum. Wenn du die Löseite
zeichnest, spiegelst du das Layout einfach
vor dem Ausdrucken.
Version 1
Papier:
So weit, so gut.
Dein Layout druckst du nun also so
hochauflösend wie möglich auf normales
Druckerpapier von 80 Gramm pro Quadratmeter
(steht immer auf den Packungen mit drauf,
die meisten Normalpapiere haben 80 g/qm). Du
kannst aber auch versuchen, auf ein
transparentes Zeichenblatt zu drucken. Das
gibt es im Büroladen. Manch einer bekommt
das sogar mit Butterbrotpapier hin, aber
dieses Papier kann leicht den Drucker
verstopfen.
Ich verwendete bei meinem Drucker die
Einstellung „auf Folie drucken“, obwohl ja
Normalpapier eingelegt ist. Das hat zur
Folge, dass die Tinte schön schwarz
aufgetragen wird.
Danach schneidest du das Layout großzügig
aus, so etwa 1 cm Rand drumherum stehen
lassen.
Nun wird die Fotoplatine
(foto-positiv-beschichtete Platine) von der
Schutzfolie befreit und kräftig und satt mit
PAUSKLAR 21 eingesprüht.
Alternativ dazu kannst du auch
Sonnenblumenöl oder ein anderes Speiseöl
nehmen, um die Vorlage durchsichtig zu
machen.
Jetzt wird das Layout mit der Tinte in
Richtung Platine aufgelegt.
Du musst darauf achten, dass sich keine
Luftblasen unter dem Papier bilden. Sollten
doch mal welche da sein (ist leider meistens
so), dann streiche sie vorsichtig zu den
Seiten hin weg, ohne mit dem Layout zu
verrutschen.
Hiernach wird das aufgelegte Layout noch
einmal kräftig mit PAUSKLAR 21 eingesprüht,
bzw. mit Öl bestrichen, so dass das Layout
schön durchscheint.
Nun belichtest du
das Ganze mit einem handelsüblichen
500-Watt-Baustrahler (Halogenstrahler) aus
dem Baumarkt. Die Schutzscheibe des
Strahlers muss so etwa 33 cm von der
Platinenoberfläche entfernt sein. Die
Belichtungsdauer ist dann etwa 4 Minuten.
Ich hatte mir dazu einen einfachen
"Belichtungsständer" gebaut, der auch gleich
eine Grundplatte besaß:
Die Belichtungszeit stelle ich mit einem mechanischen Kurzzeit-Timer von Conrad ein. Das Teil ist sehr billig und funktioniert sehr gut:
Achte beim
Belichten stets darauf, dass der Baustrahler
nicht zu nahe an der Platine ist, denn die
Strahler werden sehr heiß. Die Hitze aber
hat Auswirkungen auf die
Belichtungsgeschwindigkeit. Das ist ein
Nachteil der "Baustrahler-Technik". Da
solltest du ein wenig experimentieren.
(Vielleicht den Strahler weiter entfernt
aufstellen und die Belichtungszeit ein wenig
erhöhen).
Nach dem Belichten wird die Platine mit
einem Wattebausch/ Watteball in einem vorher
angefertigten Spülmittel-Bad gründlich und
vorsichtig gereinigt. (Als Spülmittel kannst
du jedes flüssige Geschirrspülmittel
verwenden).
Danach kommt sie in das ebenfalls vorher angesetzte Entwicklungsbad. Das Entwicklungsbad wird mit 10 Gramm NaOH (Natriumhydoxid oder auch Ätznatron) auf 1 Liter Wasser angesetzt und hat Zimmertemperatur. Ich habe mein NaOH einfach aus der Apotheke geholt.
Achtung:
Das Entwicklerbad mit NAOH zieht das CO2 der
Luft an und reagiert damit. Du kannst es
also nicht aufbewahren und musst es stets
frisch ansetzen, da es sonst relativ schnell
"lasch" und unwirksam wird.
Der Entwicklungsprozess kann schon mal so etwa 10 Minuten dauern und ist beendet, wenn sich das Schaltbild schön sauber von der nun blanken Kupferoberfläche abhebt. Hier sieht man dann auch, ob man die Platine gründlich genug vom Öl bzw. Pausklar befreit hat.
Danach wird die Platine wieder in dem Spülmittel-Bad mit dem Watteball vorsichtig und ohne Kratzer gereinigt.
Nun legt man die Platine in das Ätzbad. Hierzu mischt man 250 Gramm Eisendreichlorid in 1 Liter Wasser an. Das FEIIICl gibt es in Elektronikläden oder auch wieder in der "Apotheke um die Ecke". Im Gegensatz zum Entwicklerbad kann man aber das Bad mit dem FE3CL aufbewahren und lagern. Es wird kaum schlechter dadurch.
Ich habe für das Ätzen eine kleine Ätzanlage angeschafft, die zusätzlich eine Heizung und eine Luftzufuhr enthält. Beides beschleunigt den Ätzvorgang, die Temperatur sollte so bei 45 Grad liegen, dann geht es sehr flott und dauert nur etwa 10 Minuten.
Wenn nun das blanke Kupfer vollständig weggeätzt ist, so reinigt man die Platine wieder in dem Spülmittel-Bad mit dem Watteball:
Hiernach putzt man
den Fotolack auf den Platinen sorgfältig mit
Spiritus oder Aceton ab, bis die Leiterbahnen
schön kupfern glänzen. Alternativ zu Aceton
kann man auch gewöhnlichen Brennspiritus
nehmen.
Nun wird noch gebohrt, eine
Modellbau-Bohrmaschine (Dremel oder Proxxon)
tut dabei gute Dienste. Die Bohrungen sind mit
0.8 mm groß genug für die meisten Bauteile,
jedoch sollte man sich auch etwas größere
Bohrer (1 – 1,1 – 1,2 mm) zulegen, damit auch
Bauteile mit dickeren Beinchen durch die
Löcher passen.
Nun kann die Platine bestückt und getestet
werden.
Hier eine Experimentierplatine für die
C-Control-M-Unit von Conrad:
Hier noch einmal das erste „Ätzlabor“ im Überblick:
Folgendes Material benötigst du:
- 3 Schalen aus Kunststoff (Belichten, Ätzen, Spülen)
- NaOH (Natriumhydroxid oder auch Ätznatron genannt)
- FeIIICl (Eisendreichlorid)
- Spüli (Geschirrspülmittel)
- Wasser
- Baustrahler mit Stativ
- Zeitschaltuhr für etwa 4 Minuten
- Drucker
- Normalpapier 80g/qm / Transparentes Zeichenpapier
- PAUSKLAR 21 oder Speiseöl (Sonnenblumenöl)
- Mehrere Wattebälle
- Kunststoffpinzette
- Spiritus
Achtung !!
Die Chemikalien
sind ätzend und dürfen nicht auf die Haut
oder in die Augen gelangen. Auch dürfen die
verbrauchten Chemikalien nicht einfach in
den Ausguss geschüttet werden, sie müssen
beim Schadstoffmobil abgegeben werden.
Bei Kontakt mir
der Haut sofort mit Wasser und Seife waschen
und bei Augenkontakt sofort den Arzt
aufsuchen !
Eisendreichlorid
verursacht „Rostflecken“ die nicht wieder
herausgehen. Daher sehr vorsichtig damit
umgehen und keine Flecken in der Kleidung
oder auf Möbeln verursachen!
Wenn man das alles berücksichtigt und sauber
vorgeht, wird man mit sehr professionellen
Platinen belohnt, die sich sehr schnell
bestücken lassen und (fehlerfreies Layout
vorausgesetzt) fehlerfrei funktionieren.
Besonders ist das geeignet, um mehrere gleiche
Platinen zu erstellen.
Erweiterung aus dem Jahre 2005:
Inzwischen habe ich mich mal im Netz "umgehört", was das Belichten betrifft. Etwas professionellere Belichtungsrahmen kosten an die 200 Euro, was mir einfach zu teuer war. Aber ich las in einem Forum über das Aufdrucken der Layouts direkt auf die Platine.
Das sollte folgendermaßen gehen:
Man nehme einen Laserdrucker (derzeit für
bereits 129 Euro nagelneu zu haben) und drucke
das Layout auf Katalogpapier. Empfohlen wurde
mir dabei das Papier des Reichelt-Kataloges.
Das Katalogpapier ist ziemlich stark geleimt
und dadurch auf der Oberfläche sehr glatt. Das
Layout legt man dann mit der bedruckten Seite
auf die Platine (diesmal keine Fotoplatine,
sondern eine einfache kupferkaschierte
Platine, welche man zuerst mit Stahlwolle
(Haushaltswarengeschäft) schön gereinigt hat.
Das Katalogblatt fixiert man an nur einer
Kante mit etwas Tesafilm.
Danach stellt man ein altes Bügeleisen auf
Temperatur "Baumwolle" und bügelt schön
gleichmäßig mit mäßigem Druck über das Papier.
Die Platine muss dazu auf einer harten
Unterlage und eventuell auf noch auf einem
alten Handtuch liegen. Nun lässt man die
Platine abkühlen und gibt sie in ein Spülibad
(Geschirrspülmittel), um das Papier
durchzuweichen. Wenn das Papier durchgeweicht
ist, kann man es vorsichtig abziehen und die
restlichen "Papierfitzel" vorsichtig mit der
Fingerkuppe (nicht Fingernagel !) abrubbeln.
Nun ist das Layout bereits ätzfertig.
Aber nun auch zu den Fotos dazu:
Ich benutzte einen Laserdrucker, in dessen Einzelblatteinzug ich das Katalogblatt einlegte. Der Druck ist auf dem Foto schön zu sehen. Man sieht auch, dass es seitenverkehrt sein muss.
Die Platine wird mit Stahlwolle sehr gründlich gereinigt und danach mit Nitroverdünnung, Aceton oder Spiritus abgerieben.
Nun wird die Platine mit der Kupferseite auf das Layout gelegt und mit etwas Tesafilm fixiert. Dabei darf man die Platine nur an einer Seite ankleben, sonst bilden sich beim Bügeln Falten.
Nach dem Aufbügeln
des Layouts wird das Papier mit Spüliwasser
(Geschirrspülmittel) durchgeweicht und sehr
vorsichtig abgezogen. Die Reste des Papiers
werden mit der Fingerkuppe (nicht mit dem
Fingernagel) abgerieben. Es entsteht ein sehr
gutes Layout auf der Platine. Die Platine ist
nun bereits ätzfertig.
Nach dem Ätzen wird die Platine in Spüliwasser
(Geschirrspülmittel) gereinigt und die
Drucker-Toner-Reste werden mit einem Lappen,
der mit Nitroverdünnung oder Aceton getränkt
ist, abgewischt.
Folgendes Ergebnis ergibt sich dann:
Wie man sieht, ist
das Ergebnis recht gut. 0,3 mm
Leiterbahnbreite kann man durchaus erzielen
erzielen, wenn man sorgfältig vorgeht. 0,1 mm
ist nicht mehr möglich.
Man sieht auch, dass es am Rand zu
Schwierigkeiten kommt, welche man aber
vielleicht beheben könnte, wenn man vor dem
Bügeln die Kanten der Platine mit einer Feile
bricht. Leiterbahnen von 1mm und 0,8 mm sind
einwandfrei. Sogar Durchführungen zwischen
IC-Füßchen sind möglich, wenn man sauber
arbeitet.
Die Zutaten in Kurzform:
- Laserdrucker
- Katalogpapier vom Reichelt-Katalog
- Stahlwolle
- Nitroverdünnung / Aceton / Spiritus
- Platine kupferkaschiert
- Tesafilm
- Bügeleisen
Anmerkung:
Oft wird empfohlen, ein Laminiergerät zum
Übertragen des Layouts auf die Platine zu
benutzen, aber ich persönlich habe mit meinem
Laminator sehr schlechte Erfahrungen gemacht.
Das Laminiergerät wird nicht heiß genug, um
das Laser-Layout auf das Kupfer zu übertragen.
(Im Internet befinden sich aber einige
Anleitungen, einen Laminator zu modifizieren,
um die nötige Temperatur zu bekommen).
Besser ist es daher, tatsächlich ein
Bügeleisen zu benutzen und ein wenig
handwerkliches Geschick walten zu lassen. Das
ist auch billiger, weil oft ein altes
Bügeleisen noch irgendwo herumliegt.
Du sieht ja, wie gut du gebügelt hast, kannst
im Zweifelsfalle das Layout wieder abwischen
und noch einmal drucken und bügeln. Ich habe
festgestellt, dass man die richtige
Bügeltechnik relativ schnell herausfindet und
die Platinen dann meist sofort gelingen. (Für
Junggesellen: Da kann man dann sogar mal sein
Hemd selber bügeln, weil man es beim
Platinenbauen gelernt hat. ;-)..) Ein altes
Bügeleisen dürfte sich wohl in jedem Haushalt
anfinden, aber auch neue Bügeleisen sind für
ein paar Euro im Discount zu haben.
Zum Belichten ist zu sagen, dass es sehr viel
schwieriger ist, die ganzen Parameter
einzustellen, als das Bügelverfahren zu
benutzen, wenn man kein richtiges
Belichtungsgerät kaufen will.
Es kann auch passieren, dass sich die
Parameter durch Benutzung verschiedener
Hersteller des beschichteten
Platinen-Basismaterials ändern und man wieder
aufwendig die richtigen Einstellungen wählen
muss.
Beachte: Fotobeschichtete Platinen sind nicht
sehr lagerfähig, daher sollte man diese
Platinen immer nur direkt vor der Verarbeitung
bestellen und sie möglichst im Kühlschrank
lagern.
Ebenso fiel es mir auf, dass die
unterschiedliche Erwärmung der Platine bei der
Benutzung des Bautrahlers ebenfalls zu
unterschiedlichen Belichtungsergebnissen
führt. Hier also mal schauen, ob der
Baustrahler noch weiter von der Platine
entfernt werden kann, damit die
Wärmeeinwirkung geringer wird.
Letztens las ich von einem weiteren Tipp,
falls man sich keinen Laserdrucker zulegen
möchte oder kann. Man druckt dann mit einem
beliebigen Drucker das Layout seitenverkehrt
aus und geht in den nächsten Copyshop. Dort
lässt man sich das Layout schön schwarz mit
viel Toner kopieren. Danach soll man dann
genau so bügeln können wie bei einem Layout
eines Laserdruckers. Das wäre sicherlich eine
gute Alternative, wenn ein Kopierer in der
Nähe verfügbar ist. Vielleicht ist man ja auch
in dem Copyshop bereit, auf das Katalogpapier
zu kopieren, da solltest Du dann nachfragen.
Nun ist noch ein Tipp hinzugekommen:
Ich probierte mal Laserfolie, die inzwischen auch nicht mehr so ganz teuer ist. Dabei erhielt ich die bislang allerbesten Ergebinsse:
- Platine wie gewohnt mit Stahlwolle und Aceton vorbereiten.
- Laserfoilie verkehrt herum in den Laserdrucker einlegen (also die glatte Seite bedrucken, falls 2 verschiedene Oberflächen vorhanden sind).
- Schön schwarz drucken.
- Genau wie oben aufbügeln, das Bügeleisen dabei ein klein wenig kälter einstellen, als bei Papier. Ich hatte die Einstellung "etwas kälter als Baumwolle" gewählt, wenn es zu heiß ist, wellt sich die Folie.
- Danach die Folie und die Platine schön abkühlen lassen.
- Nun die Folie einfach vorsichtig abziehen und zwar in einem möglichst flachen Winkel, so dass die Folie nicht so stark gebogen wird.
Das Ergebnis ist einfach umwerfend perfekt.
Mit einem guten Laserdrucker oder einem guten
Kopierer ohne Streifenbildung oder Flecken und
Löchern ist das Layout so klar, als hätte man
es direkt mit dem Laser auf die Platine
gedruckt. Absolut gestochen scharf. Wer also
einen Kompromiss zwischen Bügeln und
Belichtungsgerät sucht, der ist mit Laserfolie
gut beraten.
Vielleicht solltest du auch einfach mal beide
Seiten der Folie ausprobieren. Das Layout,
wenn es denn nicht gelungen ist, bekommst du
mit Aceton am besten von der Leiterplatte
entfernt. Nitroverdünnung geht auch,
funktioniert aber nicht ganz so schön wie
Aceton. Danach kann die Leiterplatte wieder
für einen neuen Versuch verwendet werden.
Achtung !
Keine Inkjetfolie verwenden !
Die ist nicht hitzefest und brennt im
Laserdrucker oder Kopierer fest !
Auch keine Overheadfolie verwenden,
sondern nur eindeutig ausgewiesene Laserfolie
!
Auch nicht mit der Folie zum Copyshop
gehen, sondern dort fragen, ob sie auf deren
Folie kopieren können.
(Steht auf der Packung drauf und im guten
Online Shop ist das deutlich vermerkt).
Hier auch mal ein Foto von einer dieser
Platinen, erstellt mit einer Laserfolie.
Auffällig ist, dass das leidige Wegrubbeln der
"Papierfitzel" entfällt und das Layout wie
gedruckt auf der Platine erscheint:
Eine echte Alternative zu dem Katalogpapier, wie ich finde, und nur unwesentlich teurer, also durchaus für Hobbyisten geeignet. Wie du siehst, hängt nicht ein Papierfitzel dran und ich bin auch gar kein guter Handwerker im Umgang mit dem Bügeleisen. Wer mit diesem Haushaltsgerät besser umgehen kann, wird perfekte Layouts zaubern können. Wer mehr Muße zum Ausprobieren der verschiedenen Bügelparameter hat, kann ein wahrer Perfektionist werden. Wer einen guten Copyshop kennt, kann sogar um den Laserdrucker herumkommen, wenn in diesem Shop auch Kopien auf Folie angeboten werden. (Bitte keine eigene Folie dort mitbringen).
Ein Bestückungsaufdruck müsste sich übrigens genauso herstellen lassen, einfach auf die Bestückungsseite aufbügeln...
Heute schreiben wir den 17.06.2021 und ich hatte endlich einmal richtigen Erfolg bei der Platinenätzerei.
Ich kaufte mir vor ein paar Monaten einen 3D-UV-LCD-Drucker der Marke ELEGOO => MARS PRO.
Es ist ein wunderbares Teil und ich drucke viel damit. Aber gerade heute erfand ich ein "Rezept", um diesen Drucker als Belichtungsmaschine für Leiterplatten zu missbrauchen.
Also:
Ich suchte nach einem Weg, um aus dem Leiterbahnbild eine STL-Datei für den Chitubox-Slicer zu machen. Nach endlosen Versuchen gelang mir der Import einer entsprechenden SVG-Datei in Tinker-CAD.
Die SVG-Datei erstellte ich zuvor folgendermaßen:
Layout in SprintLayout zeichnen und als BMP-Format exportieren:
Dieses Bild lässt
sich mit https://convertio.co/de/
in das SVG-Format konvertieren.
Danach lässt sich die SVG-Datei in TinkerCAD
importieren:
Hierbei kann die vorgegebene Höhe von 10mm beibehalten werden. Man sollte die Platine jetzt aber maßgenau in X- und Y-Richtung skalieren. Es stellte sich heraus, dass der Weg gut war und die original Platinenmaße aus dem SprintLayout zur Skalierung verwendet werden können.
Dieses Konstrukt habe ich nun als STL-Datei exportiert und in den Chitubox-Slicer eingelesen:
Hier muss man nun
beachten, dass die Platine richtig herum (also
nicht spiegelverkehrt) zu sehen ist. Ich habe
das Layout auf 10mm Höhe belassen und mittig
ausgerichtet.
Vor dem Slicen müssen die Parameter wie folgt
(oder ähnlich mit kleinen Abweichungen)
eingestellt werden:
Das ergibt insgesamt dann eine
Belichtungszeit von rund 180 Sekunden (also
rund 3 Minuten).
Mit diesen Parameter wird jetzt gesliced und
das Ergebnis als CTB-File für den Mars-Drucker
abgespeichert.
Jetzt ist es ganz wichtig, dass der Drucker
entsprechend vorbereitet wurde:
- Der Werkstückträger muss abgeschraubt sein.
- Das Harzbett muss entfernt sein.
- Das Display muss sauber sein.
Jetzt kann man die Platine auflegen und den Drucker starten:
Der Drucker
belichtet jetzt die Platine einwandfrei.
Jedenfalls ist das Ergebnis besser, als alle
bislang hier gezeigten Belichtungsverfahren.
Die Platine wird nach der Belichtung vom
Drucker genommen, und wie gewohnt mit
NaOH-Lösung entwickelt und mit
Natriumpersulfat-Lösung geätzt.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen: