Platinenherstellung

Die Herstellung von Platinen für gedruckte Schaltungen ist nicht weiter schwierig. Der aufwendigste Teil besteht in der Herstellung des Layouts. Früher benutzte man dazu oft Tuschestifte auf Transparentpapier oder man klebte die Bahnen und Lötaugen auf transparente Folie oder benutzte Abreibesymbole um das Layout zu erhalten. Heutzutage macht man das Ganze am Einfachsten mit einem Computer. Am Markt gibt es einfache Programme entweder zu kaufen, oder man besorgt sich über das Internet eine Demoversion eines Leiterplatten-Layout Programmes mit dem es normalerweise mit mehr oder weniger großen Schwierigkeiten gelingt, die Schaltung zu entwerfen und ein Platinenlayout zu gestalten. Danach wird dieses Layout dann auf einem Drucker (am besten Laserdrucker) auf eine handelsübliche Folie ausgedruckt, und zwar in doppelter Ausfertigung. Die Anfertigung von 2 Ausdrucken ist notwendig, da eine einzelne bedruckte Folie normalerweise in den schwarzen Partien nicht lichtdicht genug ist. Legt man aber 2 bedruckte Folien übereinander, so erreicht man eine ausgezeichnete Schwärzung der Leiterbahnen.

Zur Herstellung der Platine benötigt man:

Die Übertragung des Layouts auf die Kupferfläche der Platine geschieht über einen Photolack. Dieser Lack ist UV empfindlich. An den Stellen, an denen das UV Licht den Lack erreicht, lässt er sich relativ leicht entfernen. An den restlichen Stellen bildet der Lack eine Schutzschicht, die im anschließenden Ätzvorgang das Abätzen des Kupfers an den gewünschten Stellen verhindert.

Im Elektronik Handel gibt es bereits fertig beschichtete Platinen. Eine Platine selbst zu beschichten lohnt im Normalfall den Aufwand nicht. Auch ist das Ergebnis in den meisten Fällen alles andere als zufriedenstellend. Für Unentwegte, die's trotzdem versuchen möchten, so wird's gemacht: Die Platine muss zunächst auf der Kupferseite gereinigt werden. Dazu wird sie mit Stahlwolle solange abgerieben, bis die Kupferseite völlig blank aussieht und alle Oxidationserscheinungen entfernt sind. Danach die Platine auf ausgebreitetem Zeitungspapier hinlegen und den Photolack aus der Dose aufsprühen. In Schlangenlinien von links oben nach rechts unten arbeiten. Achtung, auf keinen Fall zuviel aufsprühen, der Lack würde sonst Tropfen bilden, wodurch die Lackschicht unbrauchbar wird. Danach die Platine um 90 Grad drehen und eine zweite Schicht Lack aufsprühen. Den Lack danach trocknen lassen, wobei darauf zu achten ist, daß möglichst keine Staubkörnchen in die Lackschicht fallen. Am besten wird die Lackschicht mit einer umgedrehten Schachtel abgedeckt und bei kleiner Hitze ins Backrohr geschoben.

Wie gesagt, die ganze Prozedur lohnt sich bei Einzelanfertigungen nicht. Kaufen Sie sich ruhig eine fertig beschichtete Platine. Dort wurde der Photolack unter industriellen Bedingungen optimal aufgebracht und mit einer Schutzfolie gegen vorzeitige Belichtung geschützt. Die folgende Abbildung zeigt das auf Folie umkopierte Layout, sowie eine beschichtete Platine, von der die Schutzfolie teilweise bereits abgelöst wurde.

Also: Die Schutzfolie von der Platine (die natürlich zunächst passend zurechtgesägt wurde) ablösen und das Layout darauf seitenrichtig zentrieren. Sie brauchen dabei keine Angst haben, solange Sie das Ganze nicht in prallem Sonnenlicht machen, wird die Lackschicht keineswegs vorzeitig belichtet. Passt das Layout, wird das Ganze mit einer Glasplatte abgedeckt, damit die Folie auch wirklich plan auf der Platine aufliegt. Tut sie das nicht, würden nämlich die Leiterbahnen unscharf werden und unter Umständen ineinander laufen. Wenn ich grad keine Glasplatte bei der Hand habe, muß ein  Glaskeramik-Küchengefäß meiner Frau dafür herhalten. Damit kann ich zwar keinen Schönheitsbewerb gewinnen, daß ist aber auch nicht Sinn der Sache. Hauptsache durchsichtig, plan und schwer genug um das Layout an die Platine zu pressen. Nun wird belichtet. Wie gesagt, der Lack ist UV empfindlich. Wer hat, kann also eine Höhensonne dafür benutzen. Ich benutze dafür eine ganze normale 60W Lampe (Schreibtischlampe, Leseleuchte, ... was gerade zur Hand ist), die tut's auch, allerdings ist die Belichtungszeit dann länger. Das folgende Bild zeigt meinen Aufbau:

Zuunterst ist der Unterteil des Küchengefäßes. Mit der Öffnung nach unten, liegt seine plane Unterseite oben auf. Darauf die Platine, dann die Layout-Folie. Das Ganze mit dem Deckel des Küchengefäßes (wieder umgedreht) gepresst. Belichtet wird mit der Leselampe. In dieser Konfiguration benötige ich ca. 40 Minuten Belichtungszeit. Die Zeit ist nicht allzu kritisch, weniger als 35 Minuten sollten es aber nicht werden. Liegt das Ganze 50 Minuten unter der Lampe ist auch noch nichts verloren. Gönnen Sie sich an dieser Stelle ruhig eine Zigarette und einen Kaffee, der Rest geht dann schneller.

Die Belichtungszeit ist abgelaufen und Sie holen die Platine aus ihrem Gefängnis heraus. Betrachten Sie sie etwas genauer. Bei richtigen Lichteinfall können sie die Leiterbahnen bereits sehen, sie heben sich als gelbe Linienzüge vom Untergrund des Lackes ab. Jetzt geht's ans entwickeln der Platine. Die Entwicklung selbst geschieht mit Hilfe von Natronlauge, die sie in Form von Plätzchen kaufen können.

Nehmen Sie dazu ein Kunststoff-Gefäß und füllen Sie etwas Wasser ein. Der Boden sollte gerade so hoch mit Wasser bedeckt sein, daß die Platine untergehen kann, also etwa 5 bis 6 mm Wassertiefe. Beim gezeigten Gefäß (Durchmesser etwa 15 cm) geben Sie etwa 4 bis 8 Plätzchen ins Wasser und lassen Sie sie auflösen. Während sich die Plätzchen auflösen, beschriften Sie die Kunststoffdose mit der Natronlauge. Malen Sie auch einen Totenkopf drauf, was immer Sie wollen, nur verhindern Sie, daß irgend jemand die Plätzchen für Süßigkeiten hält und davon zu naschen versucht. Schwere Verätzungen wären die Folgen.

Die Plätzchen haben sich aufgelöst. Jetzt ist es an der Zeit die Platine in die Lösung zu geben. Zunächst passiert nicht viel, nach etwa 1 Minute sollte sich über der Platine eine blau-violette Wolke zu bilden beginnen.

Tut sie das nicht, ist die Konzentration der Natronlauge zu gering. Geben Sie noch ein bis zwei Plätzchen in die Lösung (bitte nicht direkt auf die Platine!). Ist die Wolke da, können Sie auch bereits erste Anzeichen der Leiterbahnen sehen. Schwenken Sie das Gefäß, damit frische Natronlauge auf die Platine kommen kann. Lassen Sie die Platine in der Lösung, bis sich die Leiterbahnen klar und deutlich vom Kupferuntergrund abzeichnen und sich der Lack von den freien Flächen vollständig abgelöst hat. Auch hier gilt wieder: lieber etwas länger als zu kurz. Bleibt die Platine allerdings zu lange in der Natronlauge, dann löst sich der Lack auch an den unbelichteten Stellen und sie können mit einer neuen Platine noch mal von vorne anfangen. Keine Sorge, wenn die Konzentration der Natronlauge nicht zu hoch ist, haben sie ausreichend Spielraum.

Nehmen Sie die Platine aus der Lauge und spülen Sie sie unter fließendem Wasser gründlich ab. Danach geht es an eine optische Kontrolle. Kontrollieren Sie die Platine, ob nicht noch 2 Leiterbahnen durch eine Lackbrücke miteinander verbunden sind. Die Gefahr einer derartigen Brücke besteht besonders in Bereichen in denen Lötaugen besonders dicht liegen. Entdecken Sie einen derartigen Fehler, dann kratzen sie mit einem Messer eine Schneise zwischen die entsprechenden Lötaugen. Hat sich wieder erwarten doch ein Staubkorn in der Lackschicht befunden oder ist die Lackschicht irgendwo zuviel abgetragen worden, so benutzen sie einen wasserfesten Filzstift um die Lackschicht zu ergänzen. Normalerweise sind derartige Korrekturen selten, sie kommen aber vor. Je genauer Sie jetzt arbeiten, desto weniger Ärger macht die spätere Platine. Jetzt können Sie noch ganz einfach gegensteuern.

Die Platine ist überprüft und kann geätzt werden. Die Ätzung selbst erfolgt mit einer Mischung aus Salzsäure und Wasserstoffperoxyd. Salzsäure kennt wohl jeder. Der durchdringende Geruch bleibt jedem in Erinnerung, aber was ist Wasserstoffperoxyd? Nun, Sie alle haben wohl schon mal den Ausdruck "Wasserstoffblondine" gehört. Er rührt daher, daß zum Bleichen der Haare früher gerne mal Wasserstoffperoxyd benutzt wurde. Übrigens, wenn ihr Apotheker Wasserstoffperoxyd nicht kennt, dann fragen sie ihn nach "Perhydrol". Ist genau das selbe Zeugs. Apotheker haben ihre eigenen Namen für Chemikalien.

Im Bild, von links nach rechts:

Der Grund warum die Peroxyd-Flasche in Alufolie eingepackt wurde, ist leicht erklärt. Auch Perhydrol ist auf UV Licht empfindlich (übrigens auch gegen Staub). Es zerfällt in diesem Fall in Wasser und Sauerstoff.

Also los gehts: In die Schale kommt wieder Wasser, dazu dann ein Schuss Salzsäure. Immer an den alten Chemiker-Spruch denken: "Erst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure". Im Ernst, beim Verdünnen von Säuren immer zuerst das Wasser vorlegen und in dieses dann die Säure gießen, niemals umgekehrt. Die meisten Säuren erhitzen sich beim Verdünnen, tropft man nun Wasser in eine Säure, so kann es sein, daß das Wasser schlagartig verdampft und dabei Säure mitreißt, die nichts Besseres zu tun hat, als einem genau ins Auge zu spritzen.
In die verdünnte Salzsäure kommt dann ein Schuss Wasserstoffperoxyd.
Soweit alles fertig? Dann hinein mit der Platine.

Der Ätzvorgang beginnt sofort. Bilden sich wie auf dem linken Bild 'dunkle Flecken' aus, an denen kein Ätzvorgang zu erkennen ist, so ist die Konzentration an Wasserstoffperoxyd zu gering, also nochmals einen kleinen Schuss nachgeben. Sieht ihre Ätzlösung so aus, wie es das mittlere Bild zeigt, dann ist alles in Ordnung, der Ätzvorgang geht zügig vor sich. Irgendwann ist das meiste Kupfer von der Platine abgeätzt und die Blasenbildung geht zurück. Jetzt können Sie auch die entstehenden Leiterbahnen schon sehen. Warten Sie ab, bis sich auch die letzten freien Kupferflächen in Blasen aufgelöst haben, dann spülen sie die Salzsäure mit reichlich Wasser ab. Übrigens: Während des Ätzens wird aus der Salzsäure etwas Chlor frei, sie sollten daher für eine gute Durchlüftung ihres Arbeitsplatzes sorgen. Das werden Sie aber ohnehin tun, denn das Chlor ist kaum zu überriechen.
Gratulation, Ihre ersten Platinen sind fertig geätzt.

Sie können den restlichen UV-Lack noch mit etwas Azeton oder einem sonstigen Lösungsmittel abwaschen. Ich verwende den Nagellackentferner meiner Frau, aber erzählen Sie es ihr nicht. Notwendig ist diese Reinigung aber nicht. Ganz im Gegenteil, der UV-Lack ist ein ausgezeichneter Schutz gegen Korrosion des Kupfers (Stichwort: Grünspan) und stört beim Löten nicht. 'Profis' allerdings waschen den Lack ab und überziehen die fertig gelötete Platine mit etwas Lötlack.

Damit ist die Platine soweit fertig und kann verbohrt werden. Ich benutze dafür seit Jahren meine Hand-Bohrmaschine und einen 1 mm Bohrer. Richtig wäre allerdings ein 0,8 mm Bohrer, die sind allerdings etwas schwer zu kriegen.