Platinenherstellung

Die eigene Platine ätzen

An dieser Stelle möchte ich von meinen Erfahrungen der Platinenherstellung berichten, sowie eine kurze Anleitung für die geben, die auch damit anfangen möchten. Man liest im Internet auch immer mal wieder auch von alternativen Methoden zu der hier aufgeführten, wie Tonertransfer oder ähnlichem. Ich selbst habe diese Verfahren noch nie ausprobiert, sondern von vornherein auf die hier vorgestellte Weise meine Platinen gefertigt. Damit war ich auch immer sehr zufrieden und habe kaum fehlerhafte Platinen bekommen.

Das Layout

Meine eigenen Schaltungen entwerfe ich mit Eagle. Aber natürlich gibt es auch noch andere CAD-Programme dafür. Eigentlich würde sich auch ein einfaches Zeichenprogramm oder Notfalls auch Stift und Lineal dafür eigenen, jedoch denke ich, dass es durchaus lohnenswert ist, wenn man sich mal in ein dafür vorgesehenes CAD-Programm einarbeitet. Das Routing geht hier sehr viel einfacher, die Bauteile passen und, vorausgesetzt der Schaltplan war richtig, vergisst man keine Leiterbahnen oder legt sie falsch.

Dann muss man das Layout natürlich ausdrucken. Falls ihr Eagle benutzt, achtet darauf, dass ihr die richtigen Layer sichtbar schaltet und vorher immer noch auf “Luftlinien berechnen” klickt, wenn ihr eine fertige Datei geöffnet habt. Zum Drucken benutze ich einen Tintenstrahldrucker. In den Einstellungen wähle ich “hochauflösendes Papier” aus und als Folie benutze ich normale Overheadprojektorfolien, die für Tintenstrahldrucker geeignet sind. Diese Folien sind auf einer Seite leicht angerauht, damit die Farbe hält. Leider sind diese Folien oft etwas teuer (etwa 20€ für 50 Stück). Jedoch sind die Ergebnisse so gut, dass es mir das Geld durchaus wert ist. Zu billigen No-Name Produkten kann ich nichts sagen. Außerdem ist der vorhandene Drucker sicherlich ausschlaggebend für die Güte des Layouts und damit am Ende auch für die Qualität der fertigen Platine.

Doppelseitige Platinen: Falls ihr eine doppelseitige Platine herstellen wollt, druckt ihr natürlich Ober- und Unterseite der Platine getrennt jeweils auf eine Folie. Die beiden Drucke werden dann genau aufeinander gelegt. Hierbei haltet ihr euch an Vias und sonstige Pins, die auf beiden Seiten der Platine vorhanden sind. Anschließend verklebt ihr einfach die beiden Folien an drei Rändern miteinander, so dass ihr eine Art “Tasche” erhaltet. Auf diese Weise könnt ihr die zu belichtende Platine dann einfach in diese “Tasche” schieben. Achtet darauf, dass die Folien perfekt übereinander liegen, sonst habt ihr Probleme, wenn ihr hinterher die Durchkontaktierungen bohrt. Außerdem müsst ihr natürlich aufpassen, dass ihr die Folien nicht spiegelverkehrt legt (an der Beschriftung orientieren). Unten seht ihr ein Foto mit solch einer “Tasche” für eine doppelseitige Platine.

Hinweise zum Layout: Achtet beim Erstellen des Layouts darauf, dass ihr bei dem bleibt, was ihr auch herstellen könnt. Soll heißen: Bei industriell gefertigten Platinen gibt es ganz andere Möglichkeiten als im Hobbybereich. Insbesondere kann es bei sehr feinen Strukturen zu Problemen kommen, da diese nicht mehr herstellbar sind. Wo hier die persönlichen Grenzen liegen muss jeder mit seiner Herstellungsmethode selbst herausfinden.

Des Weiteren müsst ihr bei doppelseitigen Platinen darauf achten, dass CAD-Programme wie Eagle davon ausgehen, dass ihr bei Pads Durchkontaktierungen habt. Da diese im privaten Bereich nur schwer herzustellen sind, bietet es sich an, die jeweiligen Pins an den betroffenen Bauteilen auf beiden Seiten der Platine zu verlöten. Allerdings ist dies nicht bei allen Bauteilen ohne weiteres möglich. Hier ist es dann nötig, ein Via neben das Bauteil zu setzen.

Noch eine kleine Bemerkung zu Vias: Billigste Methode diese anzufertigen ist ein einfaches Drahstück, das auf beiden Seiten der Platine verlötet wird. Also das Via einfach wie gewohnt bohren und dann einen Drahtabschnitt, der nur geringfügig länger, als die Platine dick ist in das Via stecken. Mit einer Zange kann man dann den Draht auf beiden Seiten leicht andrücken, so dass dieser nicht mehr herausfallen kann. Dann einfach verlöten.

Belichten

Das Layout ist vorhanden. Nun also zum Belichten. Ich benutze lediglich die originalen Bungardplatinen. Diese sind bereits mit Fotolack beschichtet. Also einfach Schutzfolie der Platine abziehen, Layout auflegen und mit einer Glasscheibe beschweren. Hierzu kann man einfach einen billigen Bilderrahmen aus irgendeinem “Ramschladen” auseinander nehmen. Wenn es sich um eine Doppelseitige Platine handelt, empfiehlt es sich zwei Glasscheiben zu verwenden und die Platine inkl. Layout dazwischen einzuspannen. (Wie auf dem Bild zu sehen). Auf diese Weise kann man zum Belichten der anderen Seite, die Platine sehr einfach umdrehen, ohne dass sich etwas verschiebt.

Zum Belichten benutze ich meine Lupenleuchte. Das Licht ist keineswegs optimal dafür, daher muss ich jede Seite sehr viel länger belichten, als bei “richtigen” Belichtungsgeräten. Da meine Ätzergebnisse allerdings immer sehr gut sind, konnte ich mich noch nicht dazu durchringen, an diesem Verfahren etwas zu verändern und etwas anderes auszuprobieren. Schließlich muss man der Platine ja nicht beim Belichten zusehen und kann die Zeit sinnvoll nutzen. Alternativen gibt es aber einige: Man könnte sich natürlich einen fertigen Belichter kaufen, die sind aber sehr teuer. Günstiger geht es mit Eigenbauten. Hier wären Belichter aus UV-LEDs oder das Verwenden von Ersatz-Leuchtstoffröhren für Belichter zu erwähnen.

Belichten

Entwickeln

Zum Entwickeln reicht eine einfache Plastikschale mit Entwicklerlösung. Ich habe die Erfahrung gemacht, die Platine am besten mit Handschuhen am Rand zu halten und direkt in die Lösung zu tauchen. Beim Verwenden von Plastikpinzetten tauchten bei mir nach dem Ätzen in Natriumpersulfat feinste, kaum sichtbare Unterbrechungen auf den Leiterbahnen auf, da an diesen Stellen der Schutzlack durch die Pinzette beschädigt wurde. Bei der Verwendung von Eisen-III-Chlorid hatte ich diese Probleme jedoch nie.

Die Platine kommt also in die Entwicklerlösung und schon nach kurzer Zeit ist zu sehen, wie sich der Schutzlack an den zuvor belichteten Stellen löst. Die Platine sollte hierbei in der Lösung ständig ein wenig bewegt werden. Doppelseitige Platinen gar nicht in der Schale ablegen, sondern mittig in der Lösung bewegen, damit auch beide Seiten entwickelt werden. Bevor die Platine ins Ätzbad kommt, sollte sie vielleicht noch kurz abgespühlt werden, um den Entwickler nicht im Ätzbad zu haben.

Entwicklerbad

Ätzen

Auch hier gibt es viele verschiedene Methoden und interessante Eigenbaukonstruktionen. Ich selbst verwendete bei meinen allerersten Platinen eine simple Plastikschale mit Eisen-III-Chlorid. Unter der Schale hatte ich eine Heizfolie aufgeklebt, wie sie beispielsweise bei Heizungen von Außenspiegeln am Auto verwendet wird. Hiermit bekam ich mit einem 24V Netzteil das Ätzbad auf etwa 40°C. Wenig später kaufte ich mir dann die Ätzküvette, die ihr unten seht. Diese ist mit einer Lösung aus Natriumpersulfat gefüllt. Über eine Pumpe wird Luft in das Gefäß geblasen, so dass die Lösung die Platine umströmt und den Ätzvorgang beschleunigt. Für die nötige Temperatur sorgt eine handelsübliche Aquariumsheizung. Wer ein wenig Geld sparen will, kann sich Heizung und Luftpumpe aus dem Aquariumbedarf separat besorgen und die Küvette selbst dann aus Glasscheiben und Silikon zusammenbasteln. Bauanleitungen finden sich hierzu im Netz.

Was man zum Ätzen benutzen möchte, muss jeder selbst wissen. Ich selbst habe mit der Küvette bessere Platinen hinbekommen. Gerade wenn man sehr feine Strukturen hat und viele SMD-ICs verwendet und vorallem wenn man doppelseitige Platinen herstellen möchte, ist die Küvette mit Natriumpersulfat oft die bessere Wahl.

Ätzküvette

Reinigen

Nach dem Bad im Ätzmittel ist die Platine schon fast fertig. Damit sich die Bauteile aber auch später verlöten lassen, muss nun auch noch der Fotolack auf den zuvor nicht belichteten Stellen ab. Hierzu eignet sich so ziemlich jeder alkoholhaltige Reiniger.

Bohren

Fast jede Platine hat irgendwelche Bauteile, für die Löcher gebohrt werden müssen. Am einfachsten geht dies an einem Bohrständer, da bei einem freihändigem Bohren die dünnen Bohrer sehr leicht abbrechen können. Oft benötigte Bohrer sind 0,6 - 1,2 mm. Empfehlen kann ich hier direkt ein klein wenig mehr zu investieren und einen Satz spezielle Hartmetallbohrer zu kaufen. Diese halten sehr viel länger als die Standardbohrer und haben bei mir schon unzählige Platinen durchlöchert.

Bohrständer

Bestücken

Nun ist es also soweit. Was gibt es schöneres als eine wunderbar gelungene Platine anschließend gemütlich bestücken zu können…
Hier seht ihr was qualitativ machbar ist. Das erste Bild zeigt einen aufgelöteten ATMega64. Auf dem zweiten Bild ist ein FT232R verbaut.

Nachbehandlung

Die große ungeschützte Kupferfläche der Platine neigt dazu, nach einiger Zeit anzulaufen. Um dem vozubeugen sprühe ich meine Platinen nach dem Bestücken und erfolgreichem(!) Testen mit Plastik-Spray ein. Hierbei handelt es sich um eine Art Klarlack, der elektrisch isoliert und die Platine schützt. Sollte später wider erwarten doch noch ein Fehler auftauchen, so kann man, trotz Lack, dennoch den Lötkolben nochmals ansetzen.
Um Stecker, Buchsen, Schalter, usw. vor dem Lack zu schützen, klebe ich die entsprechenden Bauteile vorher ab (siehe Foto), bevor ich dann mit der Sprühdose drüber gehe…

Lakieren

Hier findet ihr ein kleines Beispiel:

Video

Hier wird ein Youtube-Video eingebunden!
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Hinweis

Achtung! Die verwendeten Chemikalien gehören nicht in Kinderhände. Die Lösungen nur in dafür vorgesehene Behälter füllen! Beim Umgang mit den Chemikalien solltet ihr die nötigen Sicherheitsvorschriften beachten! Dazu gehören Handschuhe und Schutzbrille! Verbrauchte Lösungen sind bei einer Sammelstelle abzugeben. Sie gehören NICHT in das Abwasser!

Viel Erfolg bei euren eigenen Platinen!

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