Leiterplatten Herstellung
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In ArbeitIm Leben eines jeden Bastlers ist ein Punkt, an dem er sich seine eigenen Platinen Ätzen will. Ich (Felix) habe z.B. bisher die ganze Zeit auf Lochrasterplatinen geschworen, und hatte damit auch nie Probleme gehabt. Bis ich für den Alex eine 3-Achsen 4A Schrittmotorsteuerung bauen sollte. Wäre ein bissel viel fädeldraht-gewusel geworden...
Naja, um eine Platine herstellen zu können, gibt es 2 Verschiedene wege: einmal das Isolationsfräsen, oder die chemische Variante, das Ätzen. Da die Platine ja zum aufbau einer CNC-Fräse dienen sollte (ergo, noch keine vorhanden war) und eine solche für das Isolationsfräsen nunmal benötigt wird, bleibt also nur der Chemische weg übrig.
Platinenmaterial
Nach obenKlar, um eine eigene Platine herstellen zu können, braucht man erstmal Rohmaterial.
Dieses gibt es bei verschiedenen Elektronikhändlern recht günstig in den verschiedensten maßen, auch 2-Seitig beschichtet für Dual-Layer Platinen.
Eine einseitig beschichtete Europlatine mit Photolack kostet 1,70€ bei Reichelt.
Das Layout
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Ätzmaske
Nach obenUm das Ätzmittel davon abzuhalten, auch die späteren Leiterbahnen gleich mit zu entfernen braucht man eine Ätzmaske, die Das Ätzmittel von jenen Fernhält. Diese kann man durch z.B. einen (Foto-)Lack, eine Schicht Toner oder einen Wasserfesten edding herstellen. Für erstere Variante gibt es fertige Platinen, die mit einem Fotopositivlack beschichtet sind.
Fotolack
Nach obenDie Herstellung von Platinen mit Fotopositiv Material ist so einfach, dass ich an die anderen Verfahren garnichtmehr denken möchte. Das vorgehen ist recht einfach, und nach etwas übung (~5 Platinen) erzielt man gute Ergebnisse. Ich habe mit diesem Verfahren erflogreich und reproduzierbar 0.09 mm geätzt. Darunter wird es aber mit "reproduzierbar" etwas knapp (löchrige Fotomaske), und man braucht mehrere versuche.
Fotopositiv bedeutet, dass der Lack an den Belichteten stellen entfernt wird. Das heisst an den Belichteten stellen wird das Kupfer entfernt. Es gibt auch Fotonegativ Material, dort verhält es sich genau andersherum: das Kupfer wird nur an den unbelichteten stellen entfernt.
Nunja, der generelle ablauf beim Fotochemischen verfahren wäre: herstellen einer Fotomaske, Belichten, Entwickeln, Ätzen.
Fotomaske
Die besten Ergebnisse hatte ich bisher mit 2 Overhead-Folien übereinander gelegt, und einem Laserdrucker. In manchen Foren wird die Verwendung von Transparentpapier nahegelegt, ich persönlich kann davon aber nur abraten.
Der Jochen ist immer zu einem Copyshop gegangen, und hat sich seine Layouts auf Folie drucken lassen. Die sind dann wirklich Schwarz wie die Nacht. Mittlerweile haben wir aber auch so einen Laser hier (Konika 2490MF), der mindestens genauso Schwarz Druckt.
Belichten
Hier hat man mehrere möglichkeiten. Der Jochen z.B. hat sich ein Professionelles Isel-Belichtungsgerät mit 4x 8W Röhren gekauft. Belichtungszeit mit Bungard-Material ist hier 3 Minuten. Da meine Eltern Optiker sind, habe ich mir einfach eine UV-Lampe zum Härten von Fotolack ausgeliehen. Hat ne Leistung von 11 Watt, und sieht aus wie eine ganz normale Schreibtischlampe. Belichtungszeit mit 15cm Abstand: 35-40min.Eigentlich kann man hier alles verwenden, was nennenswerte mengen an UV-Licht emmitiert. Mit der zeit muss man dann eben Experimentieren ;)
Wichtig ist, dass die Maske wirklich Flach auf der Platine aufliegt. Am betsen mit der Bedrukten Seite nach unten (natürlich das Layout entsprechend drucken). Wenn man eine Glasscheibe auf die Maske legt, reicht das aber meist schon. In ganz hartnäckigen Fällen muss man diese Glasscheibe aber noch extra beschweren.
Entwickeln
Öhm, ja. Offiziell heisst es: 10g Entwickler au 1 Liter wasser, und das ganze warm machen.
Ich halte es aber bisher so: Behälter nehmen, Wasser rein. Frei schnauze etwas Natriumhydroxid rein, umrühren. Danach die Platine zugeben, und schwenken, bis der Fotolack an den belichteten Stellen runter ist. Mit der Zeit bekommt man da ein Gefühl für.
Wenn keine Reaktion stattfindet (passiert mir eigentlich nicht), Platine raus, und mehr NaOH rein.
Ein Tipp für die Anfänger: Wasser, dann die Platine und das NaOH drauf taugt nicht. Das gibt dann um die NaOH Körnchen eine so hohe Entwickler-konzentration, dass der Lack quasi sofort angegeriffen wird, unabhängig davon ob er belichtet war.
Angesetzte lösung ist ohne Luftdichte Lagerung nur begrenzt haltbar, dank dem CO2 aus der Luft. Es bildet sich Kohlensäure bei Kontakt mit Wasser, die von der Natronlauge Prompt neutralisiert wird. Nach einigerzeit hat man dann nurnoch Natriumcarbonat. Weil NaOH fast garnichts kostet, mache ich mir nicht die Mühe, irgendwo einen Luftdichten Behälter für dat zeuchs zu finden. Wenn was geätzt werden soll, setze ich meist frischen Entwicker an, wenn der alte schon schlecht geworden ist.
Tonertransfer
Nach obenÄtzen
Nach obenAls Ätzschale haben sich leere Eisverpackungen bewährt. Chemisch Stabil, groß genug für eine Platine und fast überall zu bekommen.
HCl + H2O2
Nach obenSalzsäure und Wasserstoffperoxid. Meine bevorzugte Ätzmethode, weil einfach, schnell und billisch.
Ein typischer ätzvorgang mit HCl+H2O2 dauert irgendwas zwischen 30 sec und 2 min.
Die Stoffe sind auch wirklich billig: für 1L H2O2 bezahlt man ca 6€, 1L HCl kostet ca 2€. Die Ätzlösung muss nicht erwärmt werden, erwämt sich sogar selber! Man nehme eine Schale, lege die Platine hinein, und gebe genausoviel Wasser hinzu, dass das Wasser die Platine nicht bedecken kann. Jetzt Salzsäure (30%ig) hinzugeben, bis die Platine komplett bedeckt ist, und einen kleinen Schluck Wasserstoffperoxid reinkippen.
Salzsäure ist eigentlich nicht fähig das Kupfer anzugreifen. Aber sie kann sehr wohl Kupferoxid angreifen. Hier kommt das Peroxid ins Spiel: es oxidiert das Kupfer.
Am besten experimentiert ihr selber etwas rum, das war aber so etwa das Mischungsverhältniss, mit dem ich die besten Ergebnisse erziele. Genaue Massangaben sind hier nicht sinnvoll, weil der Platine ist das eh scheissegal ;)
Die Schale leicht schwenken. Je nachdem, wieviel Peroxid man zugegeben hat, läuft die Reaktion mehr oder weniger schnell ab. Wenn sich die Lösung langsam Braun färbt, geht das Peroxid zu neige, einfach nochmal einen kleinen Schluck zugeben. Verfärbt sich die Platine muss Salzsäure zugegeben werden.
Im vorraus eine Warnung: gebt nicht zuviel Peroxid zu. Das zeug zersetzt sich in anwesenheit von Schwermetallionen (und eben ein solches ist Kupfer). Leider auch gerne mal unter der Lackschicht. Die entstehenden Gasbläschen lassen dann gerne mal etwas Lack abplatzen. Bei groben Platinen kein Problem, bei filigranen kram aber lieber etwas geduldiger sein. Möglichst draussen ätzen, da Salzsäure-dämpfe gerne alles mögliche angeifen, es werden auch dinge rosten, von denen ihr garnicht wusstet, dass sie es üpberhaupt können. Schont auch die Atemwege.
Leider ist Wasserstoffperoxid ein nicht ganz ungefährlich Stoff. Er ist durch Bombenbauer und leuten wie den Sauerländer Haarbleichern in verruf geraten. Apotheker geben das Zeug leider selten ab. Wenn überhaupt, dann nur an Leute, denen sie Vertrauen. Wobei ich immernoch das Gefühl habe, mein Apotheker denkt ich wär ein Bombenbauer ;)
Solltet ihr es dann wider erwarten endlich geschafft haben: in die verbrauchte Ätzlösung möglichst keine anderen Stoffe geben. Es besteht die Gefahr auf bildung wirklich extrem gefährlicher Sprengstoffe.
Die verbrauchte Ätzlösung sollte nicht luftdicht gelagert werden, da sie, genau wie Persulfat, Sauerstoff ausgast. Nur geht das hier etwas Schneller. Ihr könnt diesem Prozess sogar direkt zusehen: es bilden sich am Rand des Gefässes schon während dem Ätzen Gasbläschen.
NaPS
Nach obenLangsam wie scheisse. Ein Ätzvorgang dauert gut eine halbe Stunde, und die Ätzlösung muss 50°C warm sein.
Näheres zu diesem Verfahren muss vom Jochen geschrieben werden, da ich es bisher nur einmal im Gurkenglas ausprobiert habe.
Entsorgung
Nach obenDas entstehende Kupferdichlorid, Kupfersulfat oder kupferwatweisich (je nach ätzmethode) darf nicht in das Abwasser gelangen. Kupfer ist in Wasserlöslicher Form nicht ungefährlich für die Umwelt. Kupfer wirkt stark Antibakteriell (unteranderem einer der Gründe, warum man für wasserleitungen gerne Kupfer verwendet). Gelangt die Verbrauchte Ätzlösung erstmal in das Klärwerk, wird es dort im Schlimmsten Fall die Bakterien im Biologischen Klärbecken abtöten. Da freut sich der Betreiber... Und das kann teuer werden. Also, verbrauchte Ätzlösung aufheben, und bei einer Sammelstelle (Schadstoffmobil?) abgeben.
