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Dieser Artikel überschneidet sich vermutlich mit diesem: Platinenherstellung mit der "Belichtungsmethode"

Ähnlicher Artikel: Leiterplatten herstellen - Toner-Transfer-Methode

Foto-Transfer-Methode

Benötigtes Material

  • Eine Vorlage, nach welcher die Leiterplatte entstehen soll; auch "Film" genannt
z.B. Transparentpapier, Layoutfolie, OHP-Folie
Im Schulzeichenbedarf bekommt man etwas stärkeres Transparentpapier für technisches Zeichen (etwa wie Postkartenkarton) - das wellt sich mit Tinte nicht so sehr auf und bleibt schön glatt. Bei bedruckbaren Folien sollte darauf geachtet werden, dass die Deckkraft der Tinte bzw. des Toners ausreicht (Bei zu geringer Deckung ggf. mit den Druckereinstellungen experimentieren oder einfach auf die selbe Folie noch einmal exakt "drüber"-drucken)
Eine weitere Möglichkeit ist, normales Büropapier (Kopierpapier) zu bedrucken und mit Pausklar-Spray transparent zu machen (evtl. nicht für Tintenstrahlausdrucke geeignet)
Wichtig ist, eine möglichst gute Vorlage zu erstellen, hierzu sollte man in den Optionen des Druckers die maximale Schwärzung einstellen. Im Durchlicht sollten die Flächen dunkelgrau bis schwarz sein, und auf gar keinen Fall Risse oder Unterbrechungen aufweisen (Ihr werdet euch wundern, wie hoch die Auflösung beim Ätzen sein kann).
  • Fotopositiv beschichtete Leiterplatten
  • Eine geeignete Lichtquelle (z.B. UV-Quelle oder Nitraphot-Leuchtmittel)
ich verwende mittlerweile einen UVA-Gesichtsbräuner, die funktionieren genauso gut wie "richtige" Belichtungsgeräte, sind aber um ein vielfaches günstiger zu beschaffen.
Prinzipiell funktioniert fast jede Lichtquelle (Sonne, Schreibtischlampe) mehr oder weniger gut und zuverlässig. Wer nichts dem Zufall überlassen will, kann sich nach z.B. dieser Anleitung ein "Belichtungsgerät" aus einem alten Gesichtsbräuner und einem kaputten Scanner bauen - oder natürlich auf kommerzielle Geräte zurückgreifen.
  • Glasplatte (etwas größer als die zu belichtende Platine) - 3mm bis 5mm Stärke
z.B. aus einem einfachen, billigen Bilderrahmen - wobei verschiedene Glassorten zu starken Schwankungen führen können. Echtes, unbeschichtetes Glas filtert z.B. im Gegensatz zu Acryl- oder Plexiglas kaum UV-Licht aus und ist daher wesentlich besser geeignet.
  • Entwickler
    • z.B. Seno Entwickler 4007 oder
    • Natriumhydroxid (NaOH)
  • Entwicklerschale
  • Ätzmittel
    • Vorzugsweise Natriumpersulfat (NaPS), auch Feinätzkristall genannt
    • Ammoniumchlorid (findet wegen des giftigen Ammoniaks seltener Verwendung)
    • oder Eisen(III)-chlorid (FeCl3)
dies ist jedoch wegen der Schaumbildung nicht für Ätz-Küvetten mit Luftverteiler geeignet.
  • Ätzschale oder Ätzküvette (dann aber mit Heizung)
  • Aufbewahrungsbehälter (Saugflaschen)
  • Timer (Wecker) oder Stoppuhr
  • Fließendes Wasser
  • Spülmittel oder Klarspüler (Spülmaschine)
  • Stahlwolle (Ako-Pads oder Abrazzo)
  • Aceton
  • Lötlack
  • Kleinbohrmaschine (am besten mit Ständer) und entspr. Bohrer (z.B. 0,6mm/0,8mm/1,0mm/1,3mm)
  • sicherheitshalber Schutzhandschuhe, Schutzbrille und eine Schürze, bzw. nicht gerade den Smoking, mit dem man mit dem/r Partner/in nächsten Abend chinesisch essen gehen wollte.
LeiterplattenHerstellen-benötigetsMaterial.gif

Anfangs kann auch mit sog. Einsteigersets gearbeitet werden.

Bestimmung der Belichtungszeit

Die Belichtungszeit ist von vielen Faktoren abhängig:

  • Stärke und Art der Lichtquelle
  • Abstand der Lichtquelle zur Platine
  • Material (unterschiedliches Basismaterial)

Um die richtige Belichtungsdauer zu bestimmen, ist es sinnvoll einen sog. Belichtungstest durchzuführen:

Belichtungsteststreifen

Vorbereitung: Verwendet man eine Nitraphot-Lampe, wird noch ein Stativ benötigt, welches die Lampe etwa 25 cm über der Tisch-/Arbeitsfläche hält.

Das Belichten kann bei normalem Tageslicht erfolgen; eine "Dunkelkammer" ist nicht nötig. Direktes Sonnenlicht sollte jedoch vermieden werden.

LeiterplattenHerstellen-Belichtungsteststeifen.gif

Diesen Belichtungsteststeifen druckt man sich nun auf transparentes Material aus (bzw. verwendet Pausklar auf normalem Papier)

Eine Vorlage für Platinen

Dass der Ausdruck spiegelverkehrt ist, hat folgenden Grund: Wenn man den Ausdruck "seitenrichtig" auf die Fotoschicht legt, ist die Druckfarbe (Toner oder Tinte) direkt auf der Fotolack-Schicht und wird nicht durch die Filmschicht (Pergamentpapier) auf zwar kurzer aber mitunter signifikanter Distanz gehalten. Bei sehr feinen Leiterbahnen könnte sonst Streulicht die Leiterbahnränder auch belichten. Wenn die Platine vor dem Belichten zugeschnitten wurde, die Ränder eventuell entgraten. Schon ein kleiner Abstand zwischen Vorlage und Platine kann stören.

Nun zieht man die Schutzschicht von der fotopositiv beschichteten Platine ab, legt darauf den Teststreifen und deckt mit etwas Lichtdichtem (zusätzliches, schwereres Papier) die Vorlage bis zur Markierung 3:50 ab. Obendrauf legt man nun noch eine unbeschichtete Glasplatte (Bilderrahmen-Glasscheibe), welche die "Filme" durch ihr Eigengewicht auf der Leiterplatte fixiert und andrückt. Den Timer stellt man auf 3:50 Minuten ein. Nun schaltet man gleichzeitig das Licht ein und startet den Timer. Alle 10 Sekunden zieht man das Abdeckpapier einen Schritt weiter vom Film, bis zur nächsten Markierung.

Aufpassen dass der Film mit dem Teststreifenmuster und die Platine nicht verrutschen. Am Ende (Licht ausschalten nicht vergessen!) hat man dann eine mit verschiedenen Belichtungszeiten belichtete Platine. Diese wird im nächsten Schritt entwickelt.

Entwickeln der belichteten Leiterplatte

Vorarbeiten

Hier kann man schnell und am meisten falsch machen: Eine zu stark angesetzte Entwicklerlösung und eine zu hohe Temperatur können einem alles schnell versauen. Mit der Zeit bekommt man allerdings ein Gefühl hierfür, so dass man ohne Thermometer auskommt. Es kann anfangs ruhig etwas mehr Wasser als empfohlen zum Verdünnen genommen werden, um die Entwicklung zu verlangsamen.

Gängige Verdünnungen:

  • NaOH: 10g auf 1 Liter Wasser (bei Bungard Platinen 20g/l).
  • Seno Entwickler 4007 ist für 0,3 Liter Wasser fertig portioniert.

Die Lösung wird nach Herstellerangaben angesetzt. Der Entwickler muss sich vollständig aufgelöst haben.

Beim Ansetzen der Entwicklerlösung sollte man eine Schutzbrille tragen, da die Chemikalien insbesondere in fester Form, wenn sie ins Auge gelangen, zur Erblindung führen können.

Entwickeln

Entwickeln der Fotoschicht
  • Zunächst legt man die belichtete Leiterplatte mit der beschichteten Seite nach oben in die Schale
  • Den Entwickler bringt man auf angenehme Handwärme (etwa 25°C bis 30°C)
(ein paar (30-40) Sekunden in der Mikrowelle bei 600W)
  • Dann wieder etwas abkühlen lassen und umrühren bzw. schütteln.
  • Die Entwicklerlösung zu der Platine in die Schale gießen (möglichst in einem Schwung)
  • nach kurzer Zeit (ein paar Sekunden) sollte der Fotolack an einigen Stellen "Wölkchen" bilden.
  • Ein sehr weicher Pinsel und sehr vorsichtiges Abstreifen oder eine Bewegung des
Entwicklerbades lassen schnell die Konturen erkennen.
  • Sobald man die Konturen klar erkennen kann (bei dem Testmuster natürlich nur ein Teil der gesamten Fläche) schnell die Platine aus dem Entwicklerbad nehmen und sofort mit klarem Leitungswasser abspülen. Ein paar Tropfen Spülmittel oder Klarspüler (Spülmaschine) lassen das Wasser ohne Fleckenbildung ablaufen.
  • NICHT ABREIBEN! Feine Kratzer sind schneller drin als man meint.

Gern gemachte Fehler

Die gesamte Entwicklung sollte nach ca. 30 bis 45 Sek. abgeschlossen sein

  • Dauert das Entwickeln wesentlich länger (>2:00 Min.) weil der Entwickler zu "schwach" oder zu kalt angesetzte wurde, kann es passieren, dass die Fotoschicht an ungewünschten Stellen wegen der längeren Tauchzeit "einweicht" und dann beim abspülen zu dünn wird oder sich ganz ablöst. Leiterbahnunterbrechungen sind die Folge.
  • Geschieht die Entwicklung zu schnell und ist fast sofort nach dem Einfüllen des Entwicklers abgeschlossen, weil die Lösung zu "scharf" angesetzt wurde oder zu warm ist, hat man meist schon verloren, da auch die unbelichteten Leiterbahnen angegriffen worden sind. Bis man sein "gutes Stück" dann aus dem Bad genommen hat, ist meist schon alles weg.
  • Wurde die Fotoschicht nicht ausreichend Belichtet, kann es passieren, dass der Fotolack nicht korrekt entwickelt werden kann. Dies würde zum einen eine längere Entwicklungszeit mit ihren Folgen (s. oben) nach sich ziehen oder zum anderen Kurzschlüsse durch Fotolackreste beim Ätzen verursachen.
  • Bei doppelseitigen Platinen muss darauf geachtet werden, daß keine der beiden Seiten Kontakt zum Boden der Entwicklerschale bekommt, da sonst schnell Kratzer in im Ätzresist entstehen können, was zu Leiterbahnunterbrechungen führt. Entweder hält man die Platine über die gesamte Entwicklungszeit in der Hand oder man baut sich einen Rahmen, in den die Platine eingespannt werden kann.

Die optimale Belichtungszeit

Fertig entwickelte Leiterplatte
Welche Belichtungszeit nun die Optimale ist, lässt sich nun aufgrund des entwickelten Belichtungstestmusters schnell erkennen. Saubere, scharfe Konturen und eine satte Lackschicht an den nicht belichteteten Stellen (Leiterbahnen) geben hierüber Aufschluss.

Je öfter und länger man mit seinem Belichtungsgerät arbeitet, desto schwächer wird dessen UV-Ausbeute. Ist also die UV-Quelle schon länger in Betrieb, können die Belichtungszeiten etwas länger werden. Irgendwann werden die Ergebnisse immer schlechter, da dies jedoch ein schleichender Prozess ist und nicht plötzlich auftritt, bemerkt man die Qualitätsminderung meist nicht. Oft schiebt man dann die Schuld auf den Entwickler oder das Basismaterial, obwohl eigentlich die Lichtquelle die Ursache ist.

Ätzen der entwickelten Leiterplatte

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt
Das Ätzen kann entweder in einer Schale erfolgen, ist jedoch wegen der schnellen Abkühlung des Ätzbades nicht besonders schnell. Beim Ätzen muss der Ätzprozess in der Schale oft unterbrochen werden und das Ätzmittel wieder auf Temperatur gebracht werden. Eine Ätzküvette mit Heizung ist eine lohnenswerte Anschaffung.

Wie man sich so eine Ätzküvette selbst bauen kann, ist in den Weblinks zu finden. Ansonsten kann man beim Ätzen eigentlich nicht viel falsch machen.

  • Ätzbad sollte eine den Angaben gemäße Temperatur aufweisen und möglichst konstant gehalten werden. Das geht in einer Schale natürlich nur bedingt; Der Ätzvorgangang kann aber entgegen dem Entwicklungsvorgang durchaus mehrmals unterbrochen werden
  • Dosierung des Ätzmittels gemäß Herstellerangaben. z.B. Natriumpersulfat ca. 200g bis 250g für 1 Liter Wasser bzw. 100g bis 125g für 0,5 Liter Wasser. Weniger Ätzlösung ist nicht empfehlenswert, da diese sonst zu schnell in die Sättigung kommt. Nachdem das Ätzmittel im vorgewärmten Wasser aufgelöst wurde, muss die Lösung wieder auf die Arbeitstemperatur von 45°C bis 50°C aufwärmt werden, bevor mit dem Ätzen begonnen wird.
  • Bewegen des Ätzbades beschleunigt den Vorgang und begünstigt ein gleichmäßiges Abätzen der Kupferschicht
Ätzküvetten sorgen durch einblasen von Luftperlen für eine ständige Umwälzung, ansonsten hat die Luftbeimengung keine Bedeutung (kein zusätzlicher Sauerstoff oder sonstige Gimmiks nötig)
  • Sobald die Leiterplatte an den entsprechenden Stellen keine Kupferreste mehr aufweist, kann diese entnommen und sorgfältig gespült werden.
  • Mit einer frisch angesetzten Ätzlösung sollte eine Platine (halbe Europaplatte 80mm x 100mm) unter optimalen Bediungungen etwa nach 5 Minuten, spätestens nach 10 Minuten, fertig geätzt sein.

Nachbearbeiten der fast fertigen Leiterplatte

Fertig geätzt, gebohrt und geschnitten
Die nun fertig geätzte Platine muss noch etwas nachbearbeitet werden.
  • Abschnitte durch Sägen und/oder Feilen geben der Platine ihre finale Form (Konturen!)
  • Bohrungen durch die Lötaugen (Pads) damit die Bauteile hindurchgesteckt werden können
  • Entschichten der Platte
den verbliebenen Fotolack mit Stahlwolle unter fließendem Wasser entfernen
Bohrgrate werden hiermit ebenfalls geglättet, außerdem werden die Leiterbahnen schön blank
  • Besonders hartnäckige Lackreste oder Fett (Fingerabdrücke) lassen sich mit Aceton entfenen
Vorsicht: Aceton greift die meisten Kunststoffe an
  • Beschichten mit Lötlack erleichtert zum einen das saubere Einlöten der Bauelemente bzw. die Lotannahme und schützt zum anderen auch die Leiterbahnen vor Korrosion (Grünspan)

Aufbewahrung der Chemikalien

Die Ätzlösung und der Entwickler können in den Saugflaschen aufbewahrt werden, diese Saugflaschen eigen sich sehr gut, um die Lösungen aus flachen und tiefen Behältnissen (Schale) tropf- und verlustfrei abzusaugen. Natürlich kann auch ein Trichter mit einem anderen Behältnis dafür herhalten. Die Behälter sollten je nach Chemikalie wegen Gasentwicklung (Explosionsgefahr!) nicht unbedingt luftdicht verschlossen werden! Ansonsten können die Lösungen im berühmten dunklen und kühlen Ort gelagert werden.

Die Ätzlösungen/Chemikalien dürfen nicht in Trinkflaschen, Nahrungsmittelbehältern oder Gefäßen, die letzteren ähneln, gefüllt werden!

-> Vergiftungsgefahr durch Verwechslung!

Gutgemeinte Tipps

Nur wenn die Vorgänge einigermaßen reproduzierbar sind, kann man mit annähernd gleichbleibenden Ergebnissen rechnen. Je genauer man sich an die Konzentrationen und Temperaturen der Lösungen hält und diese auch immer wieder erreichen kann, desto weniger Ausschuss produziert man. Es kann durchaus sein, dass Platinen unterschiedlicher Hersteller oder Platinen aus anderen Materialien (Pertinax oder Epoxid) sowie deren Alter (Lagerdauer) gravierend unterschiedliche Resultate liefern.

Also:

  • Sämtliche Parameter, die zum Erfolg geführt haben, notieren. Beispielsweise beim Belichten: Abstand der Lichtquelle zur Platine, Belichtungsdauer, Typ der Folie, auf die gedruckt wurde.
  • Lösungen immer in möglichst gleicher Konzentration anmischen (Messbecher und genaue Waage verwenden)
  • Temperaturen in gewissen Grenzen einhalten (Thermometer verwenden)
  • Gleichartige Materialien/Platinen verwenden
  • Gleichartige Ätzmittel und Entwickler verwenden

Nur so kann man gleichwertige Ergebnisse erwarten, und die Platinen gelingen jedes Mal auf Anhieb.

Entsorgen der Chemikalien

Ätzend
Gesundheitsschädlich
Die Chemikalien bitte auf gar keinen Fall in das Abwasser kippen! Die in den Klärwerken eingesetzten Bakterien können auch durch geringste Mengen der Chemikalien und des darin gelösten Kupfers absterben. Es könnte also mit nur einer Ätzküvette eine kleine Kläranlage komplett "kippen", und dann kann es richtig teuer werden. Anleitungen, wie sie immer noch im Internet zu finden sind und welche einem eine unproblematische Entsorgung über das Abwasser bei entsprechender Verdünnung suggerieren, sind nach aktueller Gesetzeslage nicht mehr erlaubt!
  • Bitte die Chemikalien zur Reststoffverwertung / Sondermüllentsorgung / "Recyclinghof" bringen.
  • Dies ist für Privatleute meist unentgeltlich und erspart einem viel Ärger.

Autor

--Darwin.nuernberg 23:38, 20. Mai 2006 (CEST)--

Siehe auch

Aufgrund der Umsortierung sind hier die verwandten Artikel: Kategorie:Leiterplattenentwicklung