Platinenherstellung mit der "Belichtungsmethode": Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 7. Juni 2008, 15:46 Uhr

Einleitung

Die Lochrasterplatine ist eine Erfindung, die es Normalsterblichen erlaubt ihre Breadboardschaltungen auf eine solidere Basis zu stellen. Doch mit zunehmender Teilzahl nimmt die Übersicht ab und das Chaos zu: Gut für die Entropie - schlecht für den ambitionierten Bastler. Doch wie kann man eine übersichtlichere Schaltung herstellen, ohne dabei zu tief ins Portemonnaie greifen zu müssen? Eine Methode dazu ist die Tonermethode (Platinenherstellung), die im Wiki ebenfalls dokumentiert ist. In diesem Tutorial möchte ich aber erklären, wie man mit einfachsten Mitteln eine ordentliche, belichtete Platine herstellt. Die Gesamtkosten halten sich bei dieser Methode auch in Grenzen. Als Beispielprojekt wird in diesem Tutorial die Herstellung einer einfachen RS232 Interfaceplatine dienen.

Man benötigt

• 1x Fotobeschichtete Platine (ca. 0,60ct)
• 1x Thermometer
• 1x Hitzebeständiges Glasgefäß (zB. ein Weithalserlenmeyerkolben, Kaffekanne, etc.)
• 1x Bunsenbrenner (oder auch Campingkocher, Spiritusbrenner, Heizplatte)
• 1x Halogenscheinwerfer (unser "Belichtungsgerät")
• 1x Waage (Briefwaage oä.)
• 1x Messlöffelchen (oä.)
• 1x (Tintenstrahler-)overheadfolie
• 1g Natriumhydroxid (Entwickler)
• 5g Natriumpersulfat (Ätzmittel)

Vorbereitung : Platinenlayout erstellen

Bevor man damit beginnen kann eine Platine zu ätzen benötigt man logischerweise eine Schaltung, die man auf seine Platine übertragen möchte. Diese kann man von Hand zeichnen, mit Paint zeichnen - oder man greift auf ein speziell dafür konzipiertes Programm wie zb. CadSoft Eagle zurück, welches im Rahmen der Light-Version kostenlos genutzt werden darf. Ein solches Layout könnte zum Beispiel so aussehen:

Das Layout der Interfaceplatine

Auf dem Bild ist in blau das wirt "UP" zu erkennen und das hat einen speziellen Grund: Da die ICs später von der Oberseite durch die Platine in die Schaltung eingefügt werden muss die Schaltung spiegelverkehrt sein. Um zu gewährleisten, dass dies auch wirklich der Fall ist, sollte man vor dem Bedrucken der Folie ein Wort auf einer lehren Stelle des Layouts einfügen, denn sobald das Layout einmal auf der Folie ist und einem die Folie einmal runtergefallen ist, wird es schwieriger zu sagen wo oben und wo unten ist. Wenn man soweit ist, kann man das Layout auf seine Overheadfolie ausdrucken (Möglichst platzsparend vorgehen - die Folien sind nicht billig, aber man bekommt viele Layouts drauf).

Vorbereitung: Die Entwicklerlösung

Man sollte darauf achten, dass man die Entwicklerlösung bereits VOR dem Belichten fertig hat, denn es ist höchst schwierig sie in den 2 Minuten Belichtungszeit anzurühren. Als Entwickler benutze ich Natriumhydroxid (NaOH), dass es im Elektronikversand sehr günstig einzukaufen gibt. Bei den Daten der Fotoplatine stehen Entwicklungszeit (25-90s) und Temperatur (25-30 Grad C) und auf dem Entwickler die Menge (10g), die pro Liter Wasser benötigt wird. Da wir aber nur eine kleine Platine herstellen wollen reichen uns 100ml -> folglich 1g NaOH. Diese wiegt man (sofern man eine genügend genaue Waage besitzt - sonst abschätzen) ab und gibt sie, zusammen mit 100ml lauwarmen Wassers in das Glasgefäß. Nun schwenkt man das Gefäß, bis sich alle NaOH "Plätzchen" aufgelöst haben und prüft die Temperatur mit dem Thermometer (wenn man kein Thermometer hat sollte die Temperatur angenehm, lauwarm sein). Sie sollte zwischen 25-30Grad C liegen. Wenn dies nicht der Fall ist muss man die Lösung kurz mit dem Brenner/Kocher aufwärmen.

Herstellung der Entwicklerlösung. Unten links sieht man die Fotoplatine und das Layout auf der Folie

Das Belichten

Wenn die Entwicklerlösung fertig ist und die richtige Temperatur hat kann belichtet werden. Als Belichtungsgerät benutze ich einen kleinen Halogenscheinwerfer, da ich kein UV-Belichtungsgerät besitze. Zuerst sollte man die Lampe so hinstellen, dass sie nach oben strahlt. Dann sollte man sich auf jeden Fall die Mühe machen sie noch einmal richtig sauber zu machen (Tuch+Glasreiniger). Nun legt man seine Folie mit dem Layout so auf die Scheibe der Lampe, dass man das Wort im Layout lesen kann - also nicht spiegelverkehrt. Ich spreche aus eigener Erfahrung, wenn ich sage, dass man es sehr leicht falsch macht. Lasst euch nicht von meinen Fotos irritieren, denn sie zeigen eine Platine, auf der das Wort "UP" lesbar ist. Dies liegt daran, dass ich es beim ersten Versuch falsch gemacht habe. Es kann nicht schaden die Folie mit einem durchsichtigen Klebestreifen am Rand ein wenig zu befestigen, damit sie beim positionieren der Platine nicht verrutscht. Bei meiner Platine war angegeben, dass man sie, bei Verwendung einer 1000W Halogenlampe, 45-70 Sekunden belichten soll. Also nimmt man einen Mittelwert von etwa 60 Sekunden. Da meine Lampe jedoch nicht 1000W, sondern nur 500W hat ergibt das 2 Minuten Belichtungszeit. Gut, nun kann belichtet werden. Die Schutzfolie von der Platine abziehen und die Platine mit der Lichtempfindlichen Seite auf die Folie legen, die sich auf der Lampe befindet. Nun kann man sie noch zurechtrücken und dann die Lampe einschalten. Nach der ausgerechneten Belichtungszeit schaltet man die Lampe wieder aus und nimmt die Platine vom Belichter. Komischerweise ist ja gar kein Layout darauf zu erkennen...

Hier sieht man den "Belichter", auf dem sich Layout und Platine befinden. Jetzt muss man die Lampe nur noch einschalten

Das Entwickeln

Um das Layout erkennbar zu machen lässt man die Platine ohne größere Verzögerung ins Entwicklerbad fallen. Schwenken. Fast sofort taucht ein dunkler Schleier über manchen Bereichen der Platine auf und das Layout wird langsam erkennbar. Schwenken. Als Entwicklungszeit hiess es bei meiner Platine 25-90 Sekunden. Bei mir haben sich 70 Sekunden bewährt. Danach füllt man den Entwicklungsbehälter mit Wasser am Waschbecken auf und gießt die nun stark verdünnte Natronlauge bei laufendem Wasserhahn in den Abfluss. Nun spült man die Platine unter dem Wasserstrahl ab. Man sollte es vermeiden die Oberfläche der Platine mit den Fingern zu berühren, denn die Fingerabdrücke könnten die Ätzwirkung später an Stellen negativ beeinflussen. Nun schüttelt man die Platine ab und kann sie trocknen lassen wenn man möchte. Dies ist ein guter Zeitpunkt, um sofern gewünscht, eine Pause einzulegen, denn die Platine ist nun nicht mehr lichtempfindlich und daher muss nicht sofort weitergearbeitet werden.

So sieht die Platine nach 2 Minuten belichten und 70 Sekunden Entwicklungszeit aus. Vorsicht spiegelverkehrt!

Das Ätzen

So, wir nähern uns der Vollendung der Platine. Es gilt nun das überschüssige Kupfer zu entfernen, sodass nur die Leiterbahnen stehen bleiben. Dies geschieht durch Ätzen. Es gibt viele unterschiedliche Methoden und Ätzmittel. Die gebräuchlichsten davon sind: Eisen(III)Chlorid, Salzsäure+Wasserstoffperoxid, sowie Natriumpersulfat. Für Letzteres habe ich mich entschieden, weil ich hörte, dass FeCl3 eine ziemliche Sauerei verursacht und die Salzsäure-Wasserstoffperoxidvariante zu aggressiv ist. Natriumpersulfat gibt es ebenfalls im Elektronikversand günstig zu erstehen. 500g kosten dort teils weniger als 5 Euro und bei den Mengen, die ich für einen Ansatz verwende kann man damit Schaltungen quadratmeterweise ätzen. Für das Ätzbad benutze ich lediglich 50ml Wasser mit 5g Nartriumpersulfat. Die meisten Leute verwenden sehr viel mehr, jedoch hat dies bei meinen kleinen Platinen bisher problemlos gereicht. Das weiße Salz wird zusammen mit 50ml Wasser in das selbe, zuvor gereinigte Gefäß gegeben, in dem man bereits Entwickelt hat. Nun erhitzt man das Gemisch auf 40-50 Grad C und auch die letzten Kristalle werden sich auflösen. Wenn die Lösung die richtige Temperatur erreicht hat gibt man die Platine hinein und schwenkt das Gefäß kontinuierlich. Als Richtwert für den Ätzvorgang sind 5-10 Minuten angegeben, aber man schwenkt so lang weiter, bis nur noch die Leiterbahnen auf dem Kunststoff erkennbar sind. Keine Angst, wenn sich anfangs nicht viel tut. Die größten, visuellen Veränderungen treten in den letzten 2 Minuten ein. Als erstes Kennzeichen macht sich die für die Cu2+ Ionen charakteristische Blaufärbung der Lösung bemerkbar. Während des Ätzvorgangs sollte man die Temperatur gelegentlich überprüfen und gegebenenfalls die Lösung mit samt Platine erneut auf 40-50 Grad C erwärmen. Wenn der Ätzvorgang beendet ist gießt man die Natriumpersulfatlösung in eine Flasche (nicht ins Abwasser!) und reinigt die Platine unter fließendem Wasser mit Spülmittel. Man kann hierzu auch einen Lappen oder Schwamm benutzen, aber keine harten Topkratzer, oä.

Um ein zu schnelles Abkühlen der Lösung zu vermeiden kann man das Ätzgefäß auch in einem warmen Wasserbad schwenken.

So sieht die Platine nach dem Ätzen aus. Vorsicht spiegelverkehrt!

Das Bohren

Nun hat man es fast geschafft. Nur noch zwei Schritte fehlen zu einer fertigen, funktionstüchtigen, lochrasterfreien Interfaceplatine. Der erste dieser Schritte ist das Bohren. Hierzu verwendet man am besten einen Bohrer mit 0,7mm oder 0,8mm Stärke. Diese findet man im Baumarkt bei den Minibohrmaschinen (Dremel, etc.). Man sollte allerdings darauf achten, dass man Solche holt, die auch ein ein normales Bohrfutter passen. Ich habe für drei Wolfram-Vanadium-Stahlbohrer knapp 5 Euro ausgegeben und die funktionieren wunderbar. Am besten verwendet man zum bohren einen Bohrständer, wenn man nicht sehr gut und präzise "freihand"-bohren kann. Man sollte sich hierfür viel Zeit lassen und den Bohrer (auf hoher Geschwindigkeit) ganz langsam auf die Platine hinabsenken und sicherstellen, dass man tatsächlich die Mitte der Bohrlöcher erwischt.

Hier sieht man die gebohrte Platine der zweiten, richtigen Version

Das bestücken

Wenn man Alles richtig gemacht hat gilt es nun nur noch die ICs, Kondensatoren und Stiftleisten einzulöten. Wenn ihr damit fertig seid sollte das ganze ungefähr wie auf dem Bild aussehen.

So sieht das fertige RS232 Interface aus. Dieses Bild zeigt die zweite, richtige Version meiner Platine

Nachwort

So, jetzt ist sie fertig, die Platine. Bei mir nach dem zweiten, bei euch hoffentlich nach dem ersten Ätzvorgang. Ich hoffe, dass ich euch mit diesem Tutorial ein wenig helfen konnte, bzw. euch motivieren konnte es auch mal zu probieren, denn diese Art der Platinenherstellung ist wirklich nicht schwierig. Ich freue mich auf euer Feedback und wünsche euch

Viel Erfolg !