Platinen ätzen

Beim Arbeiten mit Säuren und Laugen ist immer höchste Vorsicht oberstes Gebot. Schutzhandschuhe sind Pflicht! Ätzlösung/Entwickler niemals in den Ausguss kippen sondern zur Entsorgungsstelle bringen!

Vorwort

Ich möchte euch hier in diesem Beitrag erzählen wie man sich selber professionelle Platinen herstellen kann. Zum anderen möchte ich auch Vor- und Nachteile des Verfahrens näher bringen. Ich denke es gibt viele Hobby Bastler, die sich schon das ein oder andere Mal überlegt haben - Soll ich? Oder lass ich es doch lieber? Nun diese Fragen lassen sich meistens auf die selben Ursprünge zurückführen. Entweder hat man Angst es wird zu teuer oder aber man kriegt es nicht richtig hin und der Aufwand war für die Katz! Aber da kann ich schonmal beruhigen. Erstens es ist nicht sonderlich teuer und zweitens ist es auch nicht besonders schwierig.

Was man für das Herstellen von Platinen benötigt

Nachfolgend einmal aufgelistet was Ihr zwingend zum Herrstellen von Platinen braucht:

Ätzgerät Belichtungsgerät Schale zum Entwickeln Ätzmittel Entwickler Kunststoff Zange Foto Platine Layout Software Folie

Wenn Ihr das alles habt, dann kann es los gehen. Aber vorher noch ein paar Worte zu den einzelnen Punkten. Das Ätzgerät wird natürlich, wie der Name schon sagt, zum Ätzvorgang benötigt. Hierbei würde ich von einem Selbstbau abraten, da man nicht besonders viel sparen kann und es am Ende doch immer Probleme gibt. Man brauch öfters mal Ersatzteile, wenn etwas durch die Abnutzung nicht mehr richtig funktioniert. Also ich kann das Ätzgerät 1 von Reichelt sehr empfehlen. Es ist mit knapp 100€ nicht zu teuer und bietet sonst alles was benötigt wird. Beim Belichtungsgerät sieht das schon anders aus, das kostet nämlich gekauft rund 200€ und ist, so finde ich, absolut nicht nachvollziehbar, daher würde ich hier auf jeden Fall zu einem Selbstbau raten. Es ist relativ einfach macht Spaß und man spart eine Menge Geld! Sie können ja mal einen Blick auf mein Projekt LED Belichter werfen, dann können Sie sich ein Bild darüber machen, mit welchem Aufwand so etwas verbunden ist. Weiter wird eine Schale benötigt in der Sie die belichteten Platinen entwickeln können. Natürlich brauchen Sie auch das Ätz- und Entwickler- Mittel. Ansonsten ist noch eine Kunststoffzange, die Fotoplatine(n) an sich und natürlich eine Software in der Ihr eure Schaltpläne mit den zugehörigen Platinenlyouts erforderlich. Man kann alles nötige bei Reichelt kaufen. Ich würde empfehlen ein Starterkit zu kaufen, in Ihm sind schon mal Schale und Zange enthalten. Das Ätz- und Entwicklungs- Mittel ist ebenfalls bei Reichelt erhältlich. Für das Ätzgerät 1 braucht man 400g Ätzmittel das reicht genau um das Ätzgerät 1 auf zu füllen. Den Entwickler würde ich allerdings nicht bei Reichelt kaufen, denn er ist hier überteuert. Man kann im Auktionshaus wesentlich größere Mengen für weniger Geld kaufen. Das macht Sinn, denn man sollte für jede Platine ein neues Entwicklerbad anrühren. Die Platinen wiederum kann man bedenkenlos bei Reichelt kaufen. Als Layout Software empfehle ich Target 3001 und alternativ Eagle. Target deshalb, weil es auf deutsch ist, es super Hilfe ( auch in Form von Videos ) gibt und man viel schneller zum Erfolg kommt. Target 3001 ist bis 250 Pins kostenlos verwendbar und die habe ich mit meinen Projekten bisher nich nie überschritten! Die Layouts lassen sich dann anschließend am besten auf Folie ausdrucken, dies wird dann für das Belichten gebraucht.

Anleitung zum Herstellen (ätzen) von Leiterplatten

Hier beginnt die Anleitung zum Herstellen von Leiterplatten. Eine kleine Übersicht der einzelnen Arbeitsschritte:

• Erstellen des Leiterplattenlayouts
• Belichten Belichten
• Entwickeln
• Entwickeln
• Ätzen
• Nacharbeiten

Erstellen des Leiterplattenlayouts

Wie ich ja etwas weiter oben schon erwähnt habe empfehle ich Target 3001 für das erstellen von Schaltplan/Leiterplattenlayout. Wenn ihr euch überlegt habt was für eine Schaltung ihr aufbauen möchtet startet ihr die Software und erstellt das Layout, was am Ende zum Beispiel so aussehen kann (Ausschnitt):

Beispiel

Ausschnitt eines Layouts

Beim Erstellen des Layouts müssen Grundsätzlich ein par Dinge beachtet werden, welche sich aber nach den ersten Versuchen von ganz alleine einstellen werden. Nur um mal ein Beispiel zu nennen, man sollte Leiterbahnen nicht zu nah am Platinenrand routen, Durchkontaktierung nicht zu dünn machen (Durchmesser) oder aber Aura (Abstand zur Leiterbahn) nicht unterschreiten!

Masseflächen zu verwenden Ich empfehle euch beim Erstellen des Designs Masseflächen zu verwenden. Ihr schont dadurch zum einen euer Ätzmittel und erreicht eine höhere Qualität der Masse.

Ich würde immer beim Leiterplattenlayout darauf achten Masseflächen zu benutzen. Das heißt alle Flächen auf der Platine die sonst nicht benutzt werden würden, werden nicht weg geätzt sondern dafür benutzt diese freien Flächen mit Masse zu belegen. Das hat zwei Vorteile zum Einen spart man sich die Kraft der Ätzmittellösung und zweitens und das ist wichtiger man hat eine hervorragende Abschirmung gegen HF Störungen.

Belichten

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Jetzt geht es an den schwierigsten Teil beim Herstellen von Platinen, das Belichten! Hier ist besondere Konzentration Notwendig, denn sonst steht man nach dem Ätzen da und wundert sich warum das nichts geworden ist. Nun fangen wir ganz am Anfang an. Ich habe im laufe der Zeit festgestellt, dass es besser ist das erstellte Layout zweifach auf Folie auszudrucken und anschließend deckungsgleich übereinander zu legen. Somit hat man eine optimale Kantenschärfe für das Belichten. Jetzt kann man von der Fotoplatine die Schutzfolie (blau) entfernen und das Layout (Folie) auf der Seite fixieren. Ich lege immer die Folie auf den Tisch und lege die Platine so drauf, dass alle Ecken optimal mit dem Layout abschließen.

➜ Druckseite kommt auf die Platine!

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Ein wichtiger Hinweis: Die Seite ,auf der der Drucker gedruckt hat, kommt auf die Platine, denn auf der Seite hat man die besseren Kanten als wenn man die unbedruckte Seite der Folie auf die Platine legt. Bei zweiseitigen Platinen habe ich auch noch einen Tipp: Beim Ausdrucken des Layouts den Leiterplatten-Rahmen mit ausdrucken (Target Ebene 23; Farbe: rosa). Das hilft nämlich ungemein dabei beide Seiten des Layouts richtig auf die Fotoplatinen Seiten zu fixieren. Andernfalls hat man später Probleme mit Durchkontaktierung.

Bevor man allerdings ein Projekt bearbeiten kann sollte man eine Belichtungsreihe erstellen! Man erstellt sich ein Layout auf dem Zeitangaben stehen wie z.B. 0,5 Minuten - 1 Minute ... diese deckt man immer soweit ab, dass nur die gewünschte Zeitangabe belichtet wird (natürlich dann auch solange wie es auf der Platine steht). Danach wird die Platine entwickelt und geätzt. Zum Schluss hat man die Perfekte Vorlage für die Belichtungszeit, denn man kann auf der Platine wunderbar sehen, ab/bei welcher Zeit die besten Ergebnisse erzielt worden sind. Hier mal ein Beispiel für ein Belichtungslayout:

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Möglichkeit einer Belichtungsreihe

Wenn die Belichtungsreihe abgeschlossen und die optimale Belichtungsdauer ermittelt worden ist, kann die Projekt-Platine zum Belichten. Hierbei sollte man darauf achten, dass die Folie mit dem Layout auch wirklich direkt auf der Platine sitzt. Kleine Luftspalte machen es einem schwer vernünftig zu ätzen. Außerdem sollte nochmal kontrolliert werden, ob das Layout und die Platine 100% sauber sind. Denn selbst ein Haar verursacht oft einen Kurzschluss! Wenn alles kontrolliert ist kann es losgehen. Sobald der Belichtungsvorgang abgeschlossen ist sollte man die Platine nicht mehr ungeschützt dem Tageslicht aussetzten. Ich mache es daher immer so, dass ich vor dem Ausdrucken des Layouts schon mal alles zum Ätzen vorbereite. So dass ich nach dem Belichten sofort weiter machen kann.

Entwickeln

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Jetzt ist eigentlich schon das schwerste geschafft und der "leichte" Part geht los. Die nun belichtete Fotoplatine, welche nun an den belichteten Stellen "angreifbar" gemacht worden ist, kann nun entwickelt werden. Für diejenigen die sich das Starterkit von Reichelt gekauft haben kann ich als Mengenangabe des Entwicklers angeben, bei fast komplett gefülltem Schälchen reichen 1-2 Teelöffel vollkommen aus. Nachdem sich der Entwickler vollständig im Wasser aufgelöst hat (alles schon im Vorfeld passiert) kann die Platine in das Becken gelegt werden. Nach wenigen Sekunden müssten jetzt schon die späteren Leiterbahnen sichtbar werden.

Es wird eine Art roter Schleier von der Platine abgetragen. Dies ist der Schutzlack der Platine. Überall wo die Platine belichtet worden ist, wird dieser Lack jetzt entfernt, damit er dann Schlussendlich weg geätzt werden kann. Die Dauer des Aufenthaltes im Entwicklerbad ist nicht kritisch, da die Platinen ziemlich Robust sind. Ich lasse die Platinen i.d.R. rund 60 Sekunden im Bad, bürste sie dann leicht unterm Wasserstrahl mit einem Haushaltsschwamm ab und lege sie für eine weitere Minute in das Entwicklerbad. Anschließend wird wieder unterm Wasserstrahl gründlich gereinigt mit einem "kratzigen" Schwamm. Leider lässt sich jetzt noch nicht sagen, ob die Platine am Ende ein Erfolg wird, da sich trotz allem noch Schutzlack Reste auf der Platine befinden können und somit Teile unseres ursprünglichen Layouts verfälscht werden können.

➜ Die Platine beim Entwickeln immer in Bewegung halten!

Ätzen

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Wenn der Entwicklungsvorgang abgeschlossen ist und die Platine vom Entwickler gereinigt ist, kann das Ätzen beginnen. Das Ätzbad muss eine Temperatur von rund 45°C haben damit ein erfolgreicher Vorgang gewährleistet werden kann. Die Heizung die dem Ätzgerät 1 von Reichelt beiliegt benötigt dafür knapp 20-30 Minuten (man sollte deshalb alles vorher einleiten). Wenn alles soweit richtig ist, kann die Platine nun für etwa 10 Minuten in das Ätzbad gelassen werden.

Hinweis für die Dauer beim Ätzvorgang:

Grundsätzlich gilt (und das steht auch so in der Anleitung), dass nach 10 Minuten im Ätzbad bei 45°C, die Platine fertig geätzt sein soll. Nun ist es aber oftmals so, dass die Ätzlösung schon die ein oder andere Platine hinter sich hat und sich diese Zeit so auch mal bis auf 20 Minuten erhöhen kann. Ich habe es immer so gehalten, dass wenn die Ätzlösung schon sehr bläulich ist / bereits viele Platinen geätzt wurden und die Leistung nachlässt, ich die Ätzlösung auswechsele.

Sollten nach 10 bzw. 20 Minuten immer noch Stellen vorhanden sein, an denen noch Kupferrückstände sind, so ist das meistens auf ein Missglücktes Belichten zurück zu führen. Mann kann den Ätzvorgang sicherlich noch etwas hinaus zögern, sollte das aber nicht zu lange treiben, da sonst die anderen Leiterbahnen Schaden nehmen und das Ergebnis nur noch schlimmer macht.

Nacharbeiten

Da ja bekanntlich nichts perfekt ist, gibt es auch selten die perfekte Platine somit gibt es immer gewisse Nacharbeiten, wobei Löcher bohren sicherlich immer notwendig ist. Sollten Kupferrückstände vorhanden sein und somit Schlüsse entstehen kann man mit einem Teppichmesser gut nacharbeiten und die Problemstellen beseitigen. Nachdem alle Arbeiten erledigt sind (inkl. Löcher bohren) kann die Platine mit Lötlack überzogen werden. Das schützt zum einen das Kupfer vorm oxidieren und verbessert zweitens die Löteigenschaften enorm.

Ätzen / Lochrastermethode

Platinen ätzen	Lochraster Methode
Professionelles Aussehen	Kostengünstig
Zeitersparnis (verdrahten)	Wenig Vorbereitung
Bessere Platzausbeute	Flexibel für Nachänderungen
Unflexibel für Nachänderungen	Design
Vorbereitungszeit	Hoher Aufwand (verdrahten)

Nun wie man sehen kann gibt es keinen klaren Gewinner beide Seiten haben ihre Vor- und Nachteile und daher ihre Daseinsberechtigung.

Autoren

Nico 16:47, 19. Aug. 2011 (CEST)