Herstellung gedruckter Schaltungen (Platinen, Leiterplatten)

Vorbereitungen:

Das Platinenlayout mit einem Laserdrucker (Tintendrucker benötigen beschichtete Spezialfolie!) im Maßstab 1:1 auf Transparentfolie spiegelverkehrt drucken oder von einer Papiervorlage 1:1 auf Folie kopieren lassen. Wenn man auf die bedruckte Seite sieht, muss das Layout der Bestückungsseite zu sehen sein!

Die Verwendung von Pausklarspray für Papiervorlagen hat sich nicht bewährt - es stinkt furchtbar und die Belichtung ist unsicher und dauert ewig.

Liegen (feine) Leiterbahnen nah am Rand der Platine, so sollte man diese auf jeden Fall vor der Weiterverarbeitung zusägen damit diese später nicht beschädigt werden.

Abb. 1-3: Die Form der endgültigen Platine wird in die Schutzfolie eingeritzt oder aufgezeichnet, dann wird die Form ausgesägt.
Bei dieser kreisringförmigen Platine wurde die gewünschte Form mit Hilfe einer Knabberzange* ausgestanzt.

Abb. 4-7: Mit der Knabberzange* läßt sich sehr präzise arbeiten, am Schluß muß man mit einer Feile die Ränder nur noch leicht entgraten.

* Bezugsquelle Knabberzange: Bürklin Best.Nr. 06L125

Belichten:

Die Schutzfolie erst kurz vor der Belichtung vom Platinenmaterial (z.B. Bungard FR4 (blau), 35µ, 1,5mm) abziehen und auf eine wärmebeständige, glatte Unterlage (z.B. Holzplatte) legen. Belackte Seite auf keinen Fall mit den Fingern berühren!
Die Transparentfolie mit der bedruckten Seite nach unten auflegen, genau ausrichten und mit einer ca. 1,5mm dicken sauberen Glasplatte (z.B. aus einem Bilderrahmen) beschweren ggf. am Rand noch zusätzliche Gewichte auflegen.

Abb.8: Platine mit bedruckter Folie als Maske, beschwert mit einer Glasplatte und Bleigewichten. Darüber die UV-Lampe.

Die UV-Lampe (z.B. OSRAM 300W UV Lampe Ultra Vitalux; billigere taugen IMHO nichts) 20-30cm darüber aufhängen (für große Platinen den Abstand ggf. vergrößern!).
Achtung: Die Lampe und ggf. auch die Fassung und das Kabel werden sehr heiß und müssen daher frei aufgehängt werden. Auf keinen Fall darf sich ein Lampenschirm o.ä. in der Nähe befinden!

Nun die Vorlage mit einigen Blättern Papier abdecken und die Lampe ca. 2-3 min. aufheizen lassen (nicht in das Licht der Lampe blicken, Sonnenbrille tragen!). Dann das Papier wegziehen und 6 min. (max. 10min) belichten.
Die Belichtungszeit ist relativ unkritisch, wenn die Strukturen auf der Folie gut deckend sind.

Abb. 9: Schon nach der Belichtung müssen die Strukturen auf der Platine schwach zu erkennen sein.

Wird zum Abdecken eine Quarzglas-Platte (teuer!) verwendet, so ist die Belichtungszeit sehr viel kürzer, genaue Angaben habe ich hierzu aber nicht. Nach der Belichtung die Lampe mind. 10 Minuten abkühlen lassen bevor sie irgendwie bewegt, berührt oder wieder eingeschaltet wird (Vorsicht extrem heiß!).

Entwickeln:

1 Packung Entwickler (z.B. Seno 4007) in einer Kunststoff-Schale in knapp 300ml warmen Wasser (nicht über 50°C!) auflösen und gut verrühren.
Die Schale sollte mind. 1cm hoch gefüllt sein, ggf. eine zweite Packung Entwickler oder eine kleinere Schale verwenden. Lösung vor Gebrauch unbedingt auf Raumtemperatur abkühlen lassen (-> schon vor dem Belichten vorbereiten!).

Dann werden an der belichteten Platine gegenüberliegend zwei ca. 30cm lange Streifen Tesafilm befestigt (natürlich auf der Seite ohne Lackbeschichtung!), damit die Platine im Entwicklerbad geschwenkt werden kann, ohne dass man mit der starken Lauge in Berührung kommt. Bei sehr kleinen Platinen reicht ggf. auch ein Band.
Jeden der Tesastreifen an den freien Enden einknicken und bis hin zur Platine zusammenkleben, sonst kleben sie überall fest! Daneben sollte eine zweite Schale mit frischem Wasser zum sofortigen Abspülen bereitgestellt werden.

Abb. 10: Die "Henkel" aus Tesafilm werden auf der Unterseite angeklebt. So kann man die Platine ohne Berührung der Oberfläche im Entwickler schwenken und die Finger bleiben auch sauber.

Nun die Platine an den Tesa-Henkeln mit der Lackseite nach oben in den Entwickler eintauchen und heftig schwenken, damit der abgelöste Lack (rötlich/braune Schlieren) schnell abgespült wird, die Strukturen werden nun innerhalb weniger Sekunden deutlich sichtbar, da der belichtete Lack fortgeschwemmt wird und das blanke Kupfer sichtbar wird, die Strukturen bleiben bräunlich.
Die Entwicklungszeit ist sehr kritisch und dauert bei neuer Entwicklerlösung nur ca. 15-20 Sekunden, allerhöchstens 25 Sekunden! Falls die Entwicklerlösung noch warm ist kann es evtl. sogar noch schneller gehen - schlimmstenfalls zu schnell um die Platine rechtzeitig herauszunehmen und abzuspülen.

Sobald sich keine Schlieren mehr ablösen und sich das blange Kupfer sich deutlich von der Struktur des Layouts abhebt oder sofern 20-25 Sekunden um sind, Platine sofort herausnehmen und gleich im Wasser gründlich abspülen um das ablösen der unbelichteten Strukturen zu verhindern.
Denn wenn zu lange belichtet wird, dann löst sich auch der unbelichtete Fotolack ab. Besonders wenn die Tonerschicht auf der Transparentfolie nicht gut deckend ist kann dies sehr leicht passieren.

Abb. 11: Nach dem Entwickeln sind die Strukturen deutlich zu sehen, daneben ist das blanke Kupfer.

Sollte dagegen der Fall eintreten dass auch nach 25 Sekunden noch nicht das blanke Kupfer durchkommt, dann ist entweder die Entwicklerlösung verbraucht oder es wurde zu kurz belichtet. Nachbelichen ist grundsätzlich möglich, aber das exakte Justieren auf die vorherige Position ist nicht einfach.

Die Entwicklerlösung reicht für mehrere kleine Platinen und kann nach Gebrauch z.B. in eine eindeutig beschriftete Flasche abgefüllt werden. Wenn sich der Entwickler bräunlich färbt, ist er verbraucht und muß entsorgt werden.

Ätzen:

Natriumpersulfat in etwas weniger als der angegebenen Menge Wasser (knapp 50°C) auflösen. Zum Umrühren nichts metallisches verwenden!
Von der Verwendung von Eisen-III-Chorid als Ätzmittel ist abzuraten!

Der Ätzvorgang wird durch Wärme stark beschleunigt, und sollte daher gleich in der frisch angesetzten Lösung durchgeführt werden.

Wird in einer flachen Schale (nicht aus Metall!) geätzt, so können die Tesa-Henkel an der Platine verbleiben.
Alternativ kann auch in einer Küvette (ggf. mit Luftpumpe und Heizung, siehe Eigenbau) geätzt werden, dann wird nur noch einer der Halte-Streifen benötigt.

Auch in der Ätzlösung muß die Platine ständig geschwenkt werden (außer bei Verwendung einer Umwälzpumpe) um einen sauberen und schnellen Ätzvorgang zu erreichen.

Schon wenige Sekunden nach dem Eintauchen muß die freie Oberfläche der Platine matt lachsfarben sein. Sollte dies nicht der Fall sein, so wurde zu kurz entwickelt und es befindet sich noch eine Lackschicht darauf: Platine abspülen, nochmals einige Sekunden entwickeln, spülen und weiterätzen.

Dieser lachsfarbene Zustand der Kupferoberfläche bleibt lange Zeit unverändert, erst kurz vor Ende der Ätzung werden einzelne "Inseln" frei. Wenn das ganze Kupfer entfernt ist, sollte die Platine noch etwa eine halbe Minute in der Lösung verbleiben um sicher letzte Reste zu entfernen. Dann die Platine in frischem Wasser spülen, die Tesa-Henkel können nun abgezogen werden.

Abb. 12-14: Aussehen der Platine nach ca. 10, 90 und 100% der Ätzzeit.

Die Dauer des Ätzvorgangs hängt stark von der Konzentration und der Temperatur ab. Bei ca. 40°C und frischer Lösung sind es ca. 5-7min., bei Raumtemperatur 10-30min. Die Lösung darf aber auch nicht zu heiß werden: Manche Ätzmittel werden unbrauchbar, wenn sie heisser als 50°C werden!

Die Ätzlösung färbt sich bei der Benutzung bläulich und kann für ca. 3-5 Europlatinen (160x100mm) verwendet werden.

Achtung: Entwicklerlösung und Ätzlösung sind sehr aggressiv! Hautkontakt sollte unbedingt vermieden werden, ggf. sofort gründlich abwaschen. Siehe Gefahrenhinweise auf der Verpackung!

Abb. 15: Die fertig geätzte und gereinigte Platine. Vorgesehen für gemischte SMD und konventionelle Bestückung.

Bohren:

Jetzt kann die Platine gebohrt werden. Eine größere Anzahl von HSS-Bohrern (0,8mm, 1,0mm, 1,3mm, 1,5mm, ...) sollte vorrätig sein.
HM-Bohrer sind etwa 10x so teuer, halten aber nicht 10x so lang da sie schon lang vorher abbrechen :-).
Der Verschleiß ist auf jeden Fall sehr hoch, sofern ein Bohrer nicht vorher abbricht hält er bei Platinenmaterial ca. 200 Bohrlöcher durch bis er stumpf ist.

Eine Mini-Bohrmascheine mit Spannzangen und einstellbarer Drehzahl ist für exaktes Arbeiten unverzichtbar, ein passender Borhständer ist eine große Hilfe.

Abb. 16 & 17: Bohrlöcher mit 1mm Durchmesser passen für fast alle Bauelemente.

Die Kupfergrate an den Bohrlöchern werden anschließend mit einem weichen Schleifstein (z.B. Seno Polibloc) oder feinem Schmirgelpapier entfernt.
Danach mit einer Nadel die vom Staub zugesetzten Löcher wieder freistechen und mit Spiritus oder Isopropanol auf einem fusselfreien Tuch die Platine abreiben. Dabei werden auch die Reste des Fotolacks entfernt, Fingerabdrücke auf den blanken Leiterbahnen sind von nun an wieder zu vermeiden.

Wird die Platine nicht sofort bestückt und verlötet, so sollte sie zur Verringerung der Korrosion luftdicht in einem Kunststoffbeutel aufbewahrt werden, ggf. kann man die Fotolackschicht als Schutz auch noch drauflassen!
Vor der Bestückung ist in jedem Fall das Abschmirgeln mit dem Polibloc sowie die Reinigung mit Spiritus nötig, um einwandfreie Lötverbindungen zu erzielen..

Bestücken und Verlöten:

Dazu ist nicht mehr viel zu sagen, an welcher Seite man den Lötkolben anfasst sollte schon bekannt sein und den Rest erlernt man durch Übung. :o)

Viel Erfolg!

Die oben gemachten Zeitangaben zum Belichten, Entwickeln und Ätzen wurden am 6.2.2000 von David Radlmayr, Martin Weiß und Rainer Emling in mehreren Testreihen experimentell ermittelt.

Für anderes Platinenmaterial, andere UV-Lampen und andere Chemikalien können sich evtl. stark abweichende Werte ergeben.

Alle Angaben erfolgen ohne Gewähr! Beim Umgang mit den Chemikalien entsprechende Vorsicht walten lassen, jeder ist für sein Tun selbst verantwortlich!

Erstellt am 10.02.2000
Zuletzt aktualisiert am 06.09.2003