Leiterplatte herstellen

Vorwort

Aus gegebenen Anlass schreibe ich diesen Artikel, denn immer wieder kommt die Frage auf, wie man eine Platine herstellt. Ich ätze hobbymäßig Leiterplatten seit 25 Jahren. Zur Anmerkung: Kein Meister ist vom Himmel gefallen, und man sollte sich nicht entmutigen lassen, wenn nicht die erste Platine auf Anhieb gelingt. Auch ich bin nicht perfekt, mir unterlaufen Fehler. Nur der Papst ist perfekt, da er Gottes Vertreter auf Erden ist ;-). Bei Fehlern und Anmerkungen bitte ich euch, mich zu benachrichtigen.

Ein Zitat was mal wieder passt:
Schweigen ist ein Argument, das kaum zu widerlegen ist. (Heinrich Böll, 1917 - 1985)

Der Artikel

Am Anfang jeder Platine steht das Layout. Zu jedem Projekt auf meiner Homepage biete ich die originalen CAD Daten im EAGLE Format kostenlos an. Das CAD-Programm EAGLE kann von der Homepage www.cadsoft.de als Demoversion gratis herruntergeladen werden. Alle Layouts, egal welcher Größe, können damit ausgedruckt werden.

Öfters erhalte ich E-Mails zu fehlenden Leiterzügen. Diese Leiterzüge fehlen nicht, sondern es liegt daran, dass EAGLE nach dem Laden des BRD-Files noch nicht die Polygone berechnet hat. Durch die Eingabe von „rats“ in der EAGLE-Kommandozeile erübrigt sich diese Frage.

Das Layout drucke ich mit einem Laserdrucker Samsung CLX3175 auf eine Folie für die Druckformerstellung (Zweckform/AVERY 3491). Danach kann die Platine mit diesem Film belichtet werden.

 Platine "rats"

Layout auf die Platine bekommen

Darüber wie nun das Layout auf die Platine zu bekommen ist, streiten sich die Experten. Um einige Methoden zu nennen:  Es gibt z.B. die Tonertransfer Methode, hier wird das Layout auf die Platine gebügelt. Andere wiederum bauen ihren Tintenstrahldrucker (Tintenpisser) um, und bedrucken mit Spezialtinte die Platinen direkt. Eine weitere Methode die ich hier nennen will, ist der Umbau eines Plotters mit UV Laser. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile. Ich belichte althergebracht die Platine mit einem UV Gerät und diese Methode will ich euch hier näher beschreiben.

Nachdem ich die Folie ausgedruckt habe, belichte ich die Platine mit einem ISEL Belichtungsgerät 3min lang. Das Gerät hat 4 x 15W UV Röhren (Wellenbereich 350-450nm).

Dazu sind folgende Anmerkungen zu berücksichtigen. Die Platine (auch das Basismaterial genannt) gibt es in verschiedenen Ausführungen. Ich verwende Platinen aus FR4 (Epoxidharz + Glasfasergewebe) von BUNGARD mit einer bereits aufgebrachten Positiv-Fotoschicht. Eine solche Platine im Europaformat (100mm x 160mm) kostet etwa 2€. Die Fotoschicht ist nur begrenzt haltbar, daher haben die Platinen einen Aufkleber mit Verfallsdatum. Andere Hersteller handhaben das gegebenenfalls anders. Überlagerte Platinen sollte man meiden und diese bei einem Lieferanten seines Vertrauens beziehen. Die angegebene Belichtungszeit bezieht sich auf mein Gerät und auf den angegebenen Platinen-Hersteller. Das Alter der UV Röhren des Belichtungsgerätes hat auch marginale Auswirkung auf die Belichtungszeit.

Bis sich eine gewisse Erfahrung eingestellt, ist meine Empfehlung eine Versuchsreihe durchzuführen. Hier nimmt man einen kleinen Streifen der Platine und bedeckt diesen nicht komplett mit Papier und belichtet diesen 60sec. danach zieht man das Papier ein kleines Stück zurück und belichtet wieder mit 60 sec. usw. So kann man sich an ein optimales Ergebnis rantasten. Evt. verringert man im Nachhinein noch die Intervallzeiten.

So ein Belichtungsgerät kostet etwa 200-300 Euro, weit aus teurere Geräte sind auch erhältlich. Für den Anfang, oder für den einmaligen Bedarf, reicht auch ein altes Bräunungsgerät, welches man zweckentfremden kann. UV Geräte für die Härtung künstlicher Fingernägel finden für den Hobbyätzer bei EBAY einen reißenden Absatz zu moderaten Preisen. Spezielle UV Lampen für die Leiterplatten-Herstellung für normale Lampenfassungen sind auch im Handel erhältlich. UV Lampen für Zimmerpflanzen sind für die Platinenbelichtung nicht geeignet, da sie den UV Anteil in einem anderen Wellenbereich abgeben. Ich habe auch gehört das UV-LED-Cluster funktionieren sollen. Der Phantasie sind also keine grenzen gesetzt.

Die Platine entwicken

Nachdem nun die Platine belichtet wurde, sollte man weiteren Lichteinfall vermeiden bzw. die Platine abdecken. Für positive fotobeschichtete Platinen kommt Natriumhydroxid (Ätznatron) zum Einsatz. Maximal 10g reichen für ein Liter Wasser (nicht mehr, eher weniger). Mit dieser Menge kann etwa ein halber Quadratmeter Platine entwickelt werden. Das Abwiegen der Menge meines Messlöffels, ergab 7g. Nach den Angaben vieler Hersteller soll die Wassertemperatur bei 20-25°C liegen. Nach dem Entwickeln wird die Platine mit Wasser abgespült, um anhaftenden Entwickler zu beseitigen.     

Für 1Kg Natriumhydroxid habe ich 9€ bezahlt. 10g abgewogen kosten im Handel für den Platinenbedarf etwa 1€. Rohrfreipulver enthält überwiegend Natriumhydroxid und soll laut eines Hobbychemikers auch gehen, ich rate von dem Gebrauch ab (Angaben wie Hauptbestandteil, oder 90% stören mich immer dabei).

Nachdem sich das Ätznatron vollständig im Wasser aufgelöst hat, wird die Platine etwa 45 Sekunden hin und her geschwenkt, bis das Layoutabbild gut sichtbar wird und das überschüssige Kupfer (welches später weggeätzt werden soll) frei ist. Somit ist die Platine nun entwickelt. Der Kontakt mit dem Ätznatron und der menschlichen Haut sollte vermieden werden, Handschuhe und Augenschutzbrille sind Pflicht!! Fingerabdrücke auf der Platine sind zu vermeiden und würden sonst einen bleibenden Eindruck hinterlassen, eine Kunststoffpinzette ist hier hilfreich.

Die Platine ätzen

Nachdem nun die Platine belichtet und entwickelt wurde, kann diese nun geätzt werden. Dies erfolgt bei mir in einer Ätzküvette mit Natriumpersulfat. 300g Natriumpersulfat sind ausreichend für eine Ätzküvettenfüllung mit 1,4 Liter Wasser. Anstelle einer Ätzküvette kann auch ein anderes Gefäß mit Aquariums-Belüftung und Heißstab verwendet werden. Der Vorgang dauert bei mir etwa 30min, wenn die Ätzfüssigkeit noch kalt ist. Anhaftende Ätzfüssigkeit wird nach dem Ätzen wiederholt mit Wasser abgespült.

Das Natriumpersulfat greift Metalle an. So hat sich auch bei mir mal ein Schraubendreher in dem Ätzmittel aufgelöst. Das Erwärmen der Lösung in einer Kaffemaschine, wie ich es mal in einem YouTube Video gesehen habe, kann ich nicht weiterempfehlen. Das Heizelement der Maschinen ist für das Ätzmittel nicht ausgelegt. Mit manchen Kunststoffen habe ich auch so meine Probleme gehabt, wie Kabelbinder. Diese halten in der Lösung nicht lange. Die Kabelbinder verwendete ich um den Luftschlauch zu befestigen (jetzt nicht mehr).

Natürlich können auch andere Mittelchen zum ätzen der Platine herangezogen werden, das will ich nicht verschweigen. Da gibt es noch Amoniumpersulfat, Eisen(III)-chlorid oder Salzsäure mit Wasserstoffperoxid.

Natriumhydroxid wird überwiegend im Hobbybereich bei Platinenherstellung eingesetzt und ist somit bei Reichelt einfach zu beziehen.

Ich kann dazu nur sagen: Natriumhydroxid verursacht Löcher in der Kleidung, bei Eisen(III)-chlorid hatte ich hässliche Flecken in der Kleidung und mit Salzsäure sowie Wasserstoffperoxid ein Atem- und Sicherheitsproblem. Also verwende ich nun seit langen nur noch Natriumpersulfat als Ätzmittel ohne einbußen an der Qualität.

Schluss für heut

Nun solltet ihr eigentlich eure fertige Platine in den Händen halten. Der Fotolack der noch die Leiterbahnen versiegelt kann auf verschiedene weisen entfernt/ entschichtet werden. Mit Ätznatron überdosiert, mit Scheuermilch (ATTA) oder wie ich es bevorzuge mit Aceton.

Wege zum Ziel gibt es viele, meiner ist einer, evt. auch nicht der Beste. Ich erhalte mit meiner Methode für mich überzeugende Ergebnisse. Somit lasst euch nicht entmutigen und findet euren Weg.

„Noch kein Meister ist vom Himmel gefallen“

Zum Schluss muss ich nur noch sagen:

Entsorgt die Lösungen bei einer Sammelstelle. Neutralisierungen der Lösungen sind nach aktueller Gesetzeslage nur in genehmigten und überwachten Anlagen erlaubt.

Beachtet bitte die Sicherheitshinweise für die Chemikalien. 

Alle Behälter beschriften und gegen den Zugriff durch Kinder sichern.