Platinenherstellung mit der "Foto-Transfer-Technik": Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 5. Mai 2006, 04:39 Uhr

Herstellen von Leiterplatten mit der Foto-Transfer-Technik

Dieser Beitrag wird noch weiter ausgebaut und verfeinert.

Fototransfer 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 Postkartenkaron) das wellt sich mit Tinte nicht so sehr auf und bleibt schön glatt. (OHP-Folie ist meiner Meinung nach ungeignet, da zu geringe Deckkraft der Ausdrucke) oder Normalpapier und Pausklar-Spray (ist jedoch nur für Laserausdrucke oder für Vorlagen aus Büchern und Zeitschriften geeignet)

Wichtig ist, eine möglichst gute Vorlage zu erstellen, hier 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 (UV-Quelle oder Nitraphot-Leuchtmittel)

ich verwende mittlerweile einen UVA-Gesichtsbäuner, die funktionieren genauso gut wie

"richtige" Belichtungsgeräte, sind aber um ein vielfaches günstiger zu beschaffen.

• Glasplatte (etwas größer als die zu belichtende Platine) 3mm bis 5mm Stärke

z.B. aus einem einfachen (billigsten) Bilderrahmen

echtes unbeschichtetes Glas sollte es schon sein. Acryl oder Plexiglas filtern das UV-Licht aus.

• Entwickler
  • z.B. Seno Entwickler 4007 oder
  • Natriumhydroxid (NaOH)
• Entwicklerschale
• Ätzmittel
  • Natriumpersulfat, auch Feinätzkristall genannt (meine Empfehlung)
  • Ammoniumchlorid (ist aber wegen des giftigen Ammoniums verpöhnt)
  • oder FeIIICl (Eisen III Chlorid)
• Ätzschale oder Ätzküvette (dann aber mit Heizung)
• Aufbewahrungsbehälter (Saugflaschen)
• Timer (Wecker) oder Stoppuhr
• Fließendes Wasser (vorzugsweise Nürnberger Leitungswasser)
• Spülmittel oder Klarspüler (Spülmaschine)
• Stahlwolle (Ako-Pads oder Abrazzo)
• Aceton
• Lötlack
• Kleinbohrmaschine (am besten mit Ständer) und entspr. Bohrer (0,6-0,8-1,0-1,3 mm)
• Schutzhandschuhe, Schutzbrille und eine Schürze (nehm ich aber nie :-) )

Anfangs kann auch mit sog. Einsteigersets gearbeitet werden.

Bestimmung der Belichtungszeit

Die Belichtungszeit ist von vielen Faktoren abhängig:

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

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

Um mit definierten Werten arbeiten zu können ist es zunächst nötig, dass man sich eine Anordnung aufbaut, zunächst Position und Abstand von Platine zur UV-Quelle, welche später immer wieder gleich nachgebildet werden kann. Auch sollte man immer die selbe Folienart verwenden, und den Entwickler immer in der gleichen Konzentration ansetzen.

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

Belichtungsteststreifen

Vorbereitung: Für die Nitraphot-Lampe wird noch ein Stativ benötigt, welches die Lampe etwa 25 cm über der Tischfläche/Arbeitsfläche hält. Oder man hat schon ein Belichtungsgerät dann brauch man natürlich kein Stativ.

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

Diesen Belichtungsteststeifen druckt man sich auf ein transparentes Material aus.

Ich bevorzuge hierbei Transparentpapier. 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 kurzem aber immerhin einen gewissen Abstand gehalten. Bei sehr feinen Leiterbahnen, könnte sonst Streulicht bewirken dass diese Stellen auch (schwach) belichtet werden.

Nun zieht man die Schutzschicht von der Fotopositiv beschichteten Platine ab, legt darauf den Teststreifen und deckt mit einem zusätzlichen "normalen" Papier die Vorlage bis zur Markierung 3:50 ab, so dass nur 4:00 noch zu sehen ist bzw. belichtet werden kann. Auf diese Platine-Pergament-Papierschicht legt man nun noch eine Glasplatte (eine unbeschichtete klare Bilderrahmen-Glasscheibe), welche die "Filme" duch ihr Eigengewicht auf der Leiterplatte fixiert. Den Timer stellt man auf 4 Minuten ein. Nun schaltet man das Licht ein und startet den Timer, immer nach 10 Sekunden zieht man das Abdeckpapier einen Schritt weiter von dem Film. 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 am meisten und schnell was 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. Ich empfehle den Seno Entwickler 4007, der ist für 0,3 Liter Wasser fertig portioniert. Ich verwende meist ein wenig mehr Wasser (0,35 bis 0,4 Liter) um das ganze etwas langsamer entwickeln zu lassen. Bei NaOH nimmt man 10g auf 1 Liter Wasser (bei Bungard Platinen 20g/l). Nachdem die Lösung sonst nach Herstellerangaben angesetzt hat (50°C) lässt man das ganze wieder gänzlich abkühlen. Der Entwickler MUSS sich vollständig aufgelöst haben.

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

Entwickeln

• Zunächst legt man die belichtete Leiterplatte in die Schale, beschichtete Seite nach oben
• 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 abhühlen lassen und umrühren/schütteln
• nun die Entwicklerlösung zu der Platine in die Schale gießen (möglichst soviel wie möglich auf einmal)
• nach kurzer Zeit (ein paar Sekunden) sollte der Fotolack an einigen Stellen "Wölkchen" bilden
• eine 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

• Dauert das entwickeln wesentlich länger (>2:00 Min.), weil der Entwickler zu "schwach" oder zu kalt angesetzte wurde, kann es passieren das die Fotoschicht an ungewünschten Stellen wegen der längeren Tauchzeit "einweicht" und dann beim abspülen zu dünn wird oder sich ganz ablöst. Leiterbahnunterbrechungen wären 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 werden. Bis man sein gutes Stück dann aus dem Bad genommen hat ist meist schon alles weg.

• Wird 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.

Die optimale Belichtungszeit

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 ein kriechender Prozess ist und nicht plötzlich auftritt bemerkt man dies nicht sofort. Oft schiebt man die Schuld dann auf den Entwickler oder das Basismaterial, obwohl eigentlich die Lichtquelle die Ursache ist.

Ätzen der entwickelten Leiterplatte

Das Ätzen kann entweder in einer Schale erfolgen, ist jedoch wegen der schnellen Abkühlung des Ätzbades nicht besonders schnell, und nur für das Ätzen mit Fe(III)Cl empfehlenswert. Beim Ätzen mit NaPS muß der Ätzprozess in der Schale oft unterbrochen werden und das Ätzmittel wieder auf Temperatur gebracht werden. Eine Ätzküvette mit Heizung ist beim Ätzen mit NaPS 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 gemäß den Angaben annähernd die angegenene Temperatur aufweisen und möglichst auch beibehalten werden (das geht in einer Schale natürlich nur bedingt. Aber der Ätzvorgangang kann entgegen dem Entwicklungsvorgang durchaus mehrmals unterbrochen werden)
• Bewegen des Ätzbades beschleunigt den Vorgang und begünstigen ein gleichmäßiges abätzen der Kupferschicht

Ätzküvetten sorgen durch einblasen von Luftperlen für eine ständige Umwälzung, ansonsten hat die Luftbeimengung keine Bedeutung (kein zusätzlicher Sauersoff oder sonstige Gimmiks nötig)

sobald die Leiterplatte an den entsprechenden Stellen keine Kupferreste mehr aufweist, kann diese entnommen und sorgfältig gespült werden.

Nachbearbeiten der fast fertigen Leiterplatte

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 Pad's damit die Bauteile hindurchgesteckt werden können
• Entschichten der Platte

den verbleibenen Fotolack mit Stahlwolle unter fließendem Wasser entfernen

und Bohrgrate werden auch 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 schüzt zum anderen auch die Leiterbahnen vor Korrosion (Grünspan)

--Darwin.nuernberg 00:03, 2. Mai 2006 (CEST)

Entsorgen der Chemikalien

Die Chemikalien bitte auf gar keinen Fall in das Abwasser leiten. 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 zum "kippen" gebracht werden und dann wird es richtig teuer, denn die Kupfersalze hinterlassen Spuren, die auch in sehr kleinen Mengen nachzuverfolgen sind.

Bitte die Chemikalien zur Reststoffverwertung / Sondermüllentsorgung bringen. Dies ist für Privatleute meist unentgeltlich und erspart einem viel Ärger.

--Darwin.nuernberg 00:03, 2. Mai 2006 (CEST)

Siehe auch

• Platinenherstellung mit der "Bügelmethode"

Weblinks

• Projekt im Roboternetz: Bauanleitung für eine Ätzküvette