Platinen herstellen

Hier eine Zusammenfassung der Schritte, die nötig sind, um eigene Platinen herzustellen.

Erstellung des Layouts

Für Hobby-Zwecke ist die Software Eagle (kostenlos bei Cadsoft für Windows und Linux zu erhalten) gut zu gebrauchen. Einzige Einschränkung der für nicht-kommerzielle Verwendung kostenlosen Version ist die nutzbare Platinenfläche von 8 x 10 cm.

Bei der Erstellung des Layouts sollte man zwei Dinge beachten. Um die Ätzlösung nicht zu schnell zu verbrauchen und die Umwelt zu schonen (Kupfer ist ein Schwermetall und in gelöster Form ziemlich giftig, also nur beim Schadstoffmobil abgeben, niemals in den Ausguss schütten!), sollte man die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen auch mit Kupfer auffüllen und nur dünne Isolationsstege freilassen. Dazu kann man in Eagle einfach ein Polygon über die gesamte Platine legen. Beim nächsten Klick auf "Ratsnest" werden automatisch Kupferflächen und Isolationsstege berechnet.

Bei der Layouterstellung sollte man auch schon daran denken, dass man die Platine später auch noch bohren und bestücken muss. Daher nur Bauteile verwenden, die Kupferringe und Bohrlöcher vorsehen, die groß genug sind. Die Widerstände in der Package 0204V etwa sehen zwar schön klein aus und passen auch genau zu den üblichen 1/4W-Typen, nach dem Bohren ist der Restring aber so knapp, das der leicht kaputtgeht und sich schlecht löten lässt. Ähnlich verhält es sich mit einigen Kondensatoren. Leider lässt sich die Größe der Pads nicht einzeln anpassen, sie ist in der Definition der Bauteile festgelegt. Wenn also garnichts anderes hilft, muss man eben eine eigene Library mit passenden Bauteilen anlegen. Wie so etwas geht, ist im Eagle Manual gut erklärt und demonstriert.

Erstellung der Belichtungsvorlage

Dies ist meiner Meinung nach der für den Hobbyisten schwierigste Teil der Herstellung. Taugt die Belichtungsvorlage nichts, so wird auch die Platine nichts. Es gibt einige immer wieder erwähnte Verfahren, die in vielen Fällen wohl auch funktionieren (Ausdruck mit Laser- oder Tintendrucker, auf Transparentfolie, auf Backpapier oder Seiten aus dem "Spiegel", etc.). Ich habe mich aber immer wieder darüber geärgert, dass die Verfahren nicht zuverlässig funktionieren, was man meist erst nach dem Ätzen der Platine feststellt, so dass eine Menge Arbeit umsonst war.

Seit einiger Zeit lasse ich mir daher die Layouts meiner Platinen auf Belichtungsfilm ausgeben, wie er von Druckereien zur Herstellung von Druckvorlagen verwendet wird. Dabei handelt es sich um Transparentfolie mit schwarzem Aufdruck in ziemlich hoher Auflösung, der tatsächlich völlig Lichtdicht ist. Anscheinend kann man solche Filme bei den meisten Druckereien anfertigen lassen, meist auch zu recht geringen Preisen. Ich bestelle meine bisher bei CAD Bauriedl (unter CAD/LTP).

Belichten der Platine

Zur Belichtung benötigt man - jedenfalls bei kleinformatigen Platinen keinen Belichtungsrahmen. Mir genügt bisher eine einfach Halogenlampe mit 100W. Dieser habe ich den Glasschirm entfernt, damit möglichst viel UV-Licht die Platine erreicht. Zur Belichtung wird die Vorlage auf die fotopositiv beschichtete Platine gelegt und mit einer möglichst dünnen Glasplatte darüber fixiert. (Die in rahmenlosen Fotohaltern verwendeten Gläser sind gut geeignet und scheinen um so UV-durchlässiger und dünner zu sein, je billiger die Halter sind). Die Belichtung dauert bei mir aufgrund des insgesamt doch recht geringen UV-Anteile ca. eine halbe Stunden bei einem Abstand von 25cm zwischen Lampe und Platine. Die optimalen Belichtungszeiten muss aber jeder selbst durch experimentieren herausfinden, da sie von Lampe, Glas und Platinenbeschichtung abhängen.

Ich vermute, dass die Platinenbeschichtung auch durch Wärme verändert wird. Wird die Platine beim Belichten also zu warm, so kann man einen kleinen Lüfter (etwa aus einem defekten PC-Netzteil) danebenstellen. Ebenso scheint zu lange Lagerung die Platinenbeschichtung zu verändern. Daher möglichst immer "frische" Platinen verwenden. Die meisten Conrad-Läden haben wohl einen so großen Umsatz an Platinenmaterial, so dass die Platinen dort meist brauchbar sind, ebenso das bei Reichelt bestellte Material.

Entwickeln

Zur Entwicklung wird die Platine in eine Natriumhydroxid-Lösung (Natronlauge) gelegt. Nach kurzer Zeit sollten sich dann die belichteten Stellen umfärben und dann ablösen. Sobald das Kupfer überall dort sichtbar ist, wo es zu sehen sein soll, die Platine unter Wasser abspülen und ins Ätzbad damit.

Die Entwicklerlösung setze ich für jede Entwicklung neu an, da die Lösung angeblich nicht lange gelagert werden kann. Das Natriumhydroxid (NaOH) gibt es bei Reichelt oder Conrad zu kaufen. Die zum Entwickeln benötigten Mengen sind jedoch sehr gering, so dass es schwierig ist, sie genau zu dosieren. Laut Anleitung soll man einen Messlöffel (10g) auf ein Liter Wasser (am besten destilliertes) geben. Da man für eine Platine aber meist mit 100ml auskommt, wird es schon schwierig, 1g genau zu dosieren. Ist die Lösung zu konzentriert, so lösen sich ziemlich schnell auch die unbelichteten Stellen der Platine ab. Daher lieber zunächst zu gering dosieren. Wenn sich dann beim Entwickeln garnichts tut, nimmt man die Platine wieder heraus, löst noch etwas NaOH auf und entwickelt weiter. Dabei muss nur darauf geachtet werden, dass keine NaOH-Krümel mehr in der Lösung schwimmen. Diese setzen sich sonst nämlich gerne auf eine besonders wichtige Stelle der Platine und entfernen dort die Beschichtung restlos.

Ätzen

Zum Ätzen verwende ich Eisen-III-Chlorid. Das gibt es recht günstig zu kaufen, hat aber den Nachteil, dass es, in Wasser gelöst, eine schlammfarbene "Brühe" ergibt, so dass man die Platine beim Ätzen nicht sehen kann. Außerdem färbt es sehr stark und wenn es auf die Kleidung tropft, entstehen dort nach einiger Zeit Löcher, also zum Ätzen keine guten Sachen anziehen...

Damit der Ätzvorgang nicht zu lange dauert, ist es hilfreich, die Ätzlösung zu erwärmen. Außerdem sollte die Lösung beim Ätzen umgewälzt werden. Ich verwende dazu ein altes Einmachglas, welches ich in einen Kochtopf mit Wasser stelle und so erwärme. In die Mikrowelle stellen wäre auch möglich, hab ich aber nicht ausprobiert. Dann die Platine hinein, Deckel drauf und schütteln. Aber aufpassen: Es bildet sich anscheinend ein leichter Überdruck, so dass immer etwas Lösung unter dem Deckel heraustropft. Nach dem Ätzen dann die Platine gründlich unter Wasser abspülen.

Bohren

Das Bohren der Platine ist eine aufwenige Angelegenheit und wohl nur mit vernünftigem Werkzeug zu machen. Zu diesem Zweck hab ich glücklicherweise Zugriff auf eine Bohr- und Fräsmaschine mit vernünftigem Bohrständer. Ohne diesen ist es ziemlich schwierig, exakte Löcher zu bohren. Soviel ich weiss, gibt es aber für die Kleinbohrmaschinen von Proxon oder Dremel entsprechende Bohrständer, mit denen Platinen ganz gut gelingen sollten.

Um den Verschleiss an Bohrern gering zu halten, sollte man unbedingt Hartpapier-Material verwenden, kein Epoxy! Epoxy-Platinen enthalten Glasfasern und schaffen es innerhalb kürzester Zeit, jeden Bohrer und jedes Sägeblatt zur Aufgabe zu bewegen.

Um das Bohren zu vereinfachen, gibt es in Eagle ein Userscript namensdrillaid. Dieses sollte man, nachdem das Platinenlayout fertig ist, einmal aufrufen. Es sorgt dafür, dass die Bauteil-Pads bis auf ein ganz kleines Loch (ca. 0,3mm) ausgefüllt sind. Dieses kleine Loch hilft beim Bohren dann, den Bohrer zu zentrieren.

Verzinnen

Damit habe ich noch keine Erfahrung. Soviel ich weiss, gibt es die Möglichkeit, die Platine in einer Lösung auf chemischem Wege zu verzinnen. Damit ist die Platine vor Umwelteinflüssen besser geschützt und lässt sich leichter löten. Lässt man die Platine ungeschützt, so oxidiert sie schnell und dann wird das löten schwieriger. Eine Alternative ist es, die Platine mit in Spiritus aufgelöstem Kolophonium, einem Flussmittel, einzustreichen. Dadurch wird die Platine etwas klebrig, wird aber auch ganz gut geschützt. Ich weiss allerdings nicht, wie lange das Kolophonium die Platine gdavor schützt, zu oxidieren.

Bestücken

Dazu muss ich wohl nicht mehr viel sagen: Bauteile rein, Platine umdrehen und festlöten... Umdrehen? Nach einigen Versuchen mit SMD-Bauteilen habe ich die inzwischen recht gern. Einerseits werden die Platinen kleiner und außerdem spart man sich da lästige Bohren. Allerdings verwende ich bisher nur SMD-ICs, das restliche Hühnerfutter (Kondensatoren, Widerstände, etc) ist noch bedrahtet. Um die SMD-ICs zu verarbeiten, verzinne ich zuerst die Pads auf der Platine, setze dann die ICs darauf und tippe jeden Pin mit dem Lötkolben kurz an. So lassen sich die ICs sehr einfach und schnell verarbeiten. Zum Üben eignen sich zunächst auch gut alte Platinen aus Computern, etc. von denen man die SMD-ICs erst entlötet und dann versucht, wieder anzulöten.

Fazit

Wie man sieht, ist es zwar mit einigem Arbeitsaufwand verbunden, ordentliche Platinen herzustellen, der finanzielle Aufwand hält sich aber doch in Grenzen und es sieht halt einfach professioneller aus, eine geätzte Platine zu verwenden, als alles freifliegend oder auf Lochraster aufzubauen.

LinkedIn logo mail logo