Einseitige Leiterplatten herstellen

Vorweg …

… möchte ich vor allem auf eines hinweisen. Leiterplatten selbst zu ätzen ist - wie oft behauptet - tatsächlich nicht schwer, aber nur solange man ordentlich dafür ausgerüstet ist. Ich selbst habe es erst erfahren müssen und auch sonst machen sich viele Leute (auch ganz allgemein) das Leben unnötig schwer. Mit dem richtigen Werkzeug erspart man sich viel Ärger und Frust!

Was man braucht

UV-Platinenbelichter Gerät
Ätzmaschine
Einseitig fotobeschichtete Kupferplatinen
Platinenlayout, gedruckt auf Overheadfolie
2 Plastikwannen für die chemischen Flüssigkeiten
Ätzmittel (NaPs)
Entwicklermittel (NaOH)
Kunststoffpinzette
Wasser für die chemischen Mischungen
Kunststoffbehälter zum Aufbewahren der Chemie

Ablauf

Platinenlayout erstellen
Layout auf Overheadfolie ausdrucken
Vorbereitungen (!)
Platinenschutzfolie abziehen und Belichten (mit Layout auf dem UV-Belichter)
Platine entwickeln
Platine ätzen
Platine abspülen und Fotolack mit Aceton entfernen
Bohrungen machen
Optional: Verzinnen und/oder Lötlack auftragen

Layout erstellen

Es gibt ein paar bekanntere Programme zum erstellen von Schaltplänen und Platinenlayouts. Ich persönlich nutze Eagle (Einfach Anzuwendender Grafischer Layout Editor). Warum Eagle? Eagle gibt es ohne Versionsunterschiede für MS Windows, Linux und Mac OS X. Die Software ist ziemlich mächtig, jedenfalls für Hobbybastlerzwecke. Die Freeware Version ist zeitlich unbegrenzt nutzbar, und ist auf 2 Layer und 100mm*80mm (halbe Eurokarte) begrenzt. Damit kommt man schon sehr weit! Für relativ wenig Geld wird auch eine Lizenz geboten, die nochmal einiges mehr bietet (soweit ich wei 4 Layer und Euroformat). Der Layout Prozess besteht aus 2 Schritten: Den Schaltplan zeichnen und daraus ein Layout routen.

Falls man keinen Laserdrucker hat, exportiert man das Layout am besten als pdf. Darauf achten beim exportieren nicht spiegeln zu wählen! Beim ausdrucken an anderer Stelle aufpassen zentrieren im Druckdialog abzuwählen.

Belichten

Beim Belichten wird durch UV-Licht die Fotoschicht der Platinen angegriffen. Dort, wo im Layout Flächen und Leiterbahnen durch Bedruck vom Licht abgedeckt sind, Bleibt die Fotoschicht unangetastet. Ohne ein UV-Belichtungsgerät ist das ganze ziemlich zwecklos. Vergesst Ideen wie Halogenstrahler oder Ähnliches, so ein Gerät braucht man! Sehr wichtig ist die Belichtungszeit. Die findet man am Anfang am besten mit einem Teststreifen heraus, den man teilweise bedeckt und dann immer weiter aufdeckt. Hier ein Beispielteststreifen. Nachdem die Schutzfolie von der Platine entfernt wurde, wird das Platinenlayout so auf die Platine aufgelegt, dass man Schrift richtig lesen kann. Außerdem sollte man noch beachten, dass die Glasscheibe des Belichters nicht dreckig ist und dass die Platine beschwert wird, damit das Layout richtig anliegt.

Entwickeln

Beim Entwickeln wird die Platine in einer Entwicklerlösung gebadet, die aus Wasser und Natriumhydroxid (NaOH) im Verhältnis 100:1 besteht. Die Entwicklerlösung greift die Fotoschicht an den Stellen an, an denen sie belichtet wurde. Nach dem Entwickeln ist das Layout deutlich erkennbar. Das Entwicklerbad sollte bereits vor dem Belichten angesetzt werden, damit man die Platine sofort nach dem Belichten ins Entwicklerbad geben kann. Beim Entwickeln sieht man auch, ob richtig belichtet wurde. Wurde zu lang belichtet, ist die Fotoschicht zu stark angegriffen worden und die Fotoschicht wird ganzflächig entfernt. Wurde zu kurz belichtet, kann das Entwicklerbad die Fotoschicht nicht stark genug entfernen. Mir persönlich hilft es immer, neben dem Entwicklerbad eine kupferkaschierte Platine ohne Photolack zum Vergleich zu haben, damit man sieht, wann der Entwicklungsprozess weit genug fortgeschritten ist. Je nach dem kann dauert der Entwicklerprozess zwischen 20s und 1min dauern.

Ätzen

Das Ätzbad besteht aus einer Lösung aus Wasser und Natriumpersulfat (NaPs) im Verhältnis 4:1. Essentiell für einen erfolgreichen Ätzvorgang sind die richtige Temperatur (40-50°C) und Bewegung/Luftzufuhr des Ätzbads. Wie man eine Ätzmaschine baut, die diese Voraussetzungen erfüllt habe ich hier geschrieben. Das Ätzbad sollte genau wie das Entwicklerbad vor dem Belichten angesetzt werden. Dann ist das Ätzbad bereits heiß genug und es kann sofort begonnen werden. Sowas spart einem außerdem sehr viel Stress! Man sagt bei perfekt belichteter und entwickelter Platine ist eine Platine nach ca. 10-15min fertig geätzt.

Nachbearbeiten

Nachdem die fertig geätzte Platine aus dem Ätzbad genommen wurde, erst mal kurz unter fließendem Wasser abspülen. Jetzt muss nur noch der Fotolack auf dem Kupfer entfernt werden. Das macht man mit Aceton. Die Platine kann zur besseren Lötbarkeit noch verzinnt oder mit Lötlack besprüht werden, diesem Vorgang habe ich einen eigenen Eintrag gewidmet. Zuvor sollte aber sowieso noch gebohrt werden (falls nicht nur SMD Bauteile vorgesehen sind) …

Bohren

Zum Bohren braucht man einige unterschiedliche Bohrer. Widerstände und Kondensatoren meist 0,8mm, IC-Fassungen 0,7mm, Dioden meist 0,9mm, dickere Bauteile wie Spannungswandler etc. 1,1 oder 1,2mm. Die Bohrungen müssen an einer Tischbohrmaschine wie im linken Bild gemacht werden, unter die Platine legt man am besten ein Stück Holz. So dünne Bohrer brechen leider manchmal ab, das passiert jedem.

Da solch dünne Bohrer meist nicht in das Bohrfutter passen, gibt es dünne Bohrer mit dickerem Schaft, wie im rechten Bild. Die, die ich habe, habe einen Schaft von 3,2mm. Das Set, das dort zu sehen ist, habe ich für ca. 15€ auf ebay gekauft.

Material

Angegebene Bestellnummern beziehen sich auf den reichelt-Shop.

Beschreibung	Anzahl	Art. Nr.
Ätzmittel (NaPs), 600g	1	ÄTZMITTEL 600G
Entwickler (NaOH), 250g	1	ENTWICKLER 250G
Fotobeschichtete Europlatine (160*80mm)	Mehrere, zum Probieren	BEL 160X100-1
Kupferkaschierte Platine (ohne Fotolack), zum Vergleich (Entwickeln)	1	EPCU 120X80

Sonstige Anmerkungen

Noch ein paar Anmerkungen und Tipps.

Bitte beim Umgang mit den Chemikalien alte Kleider anziehen, weil man gerne etwas Chemie abbekommt und die hinterlässt Löcher und Farbflecken auf der Kleidung.
Die Chemikalien sollten in Plastikbehältern gesammelt und fachgerecht entsorgt werden.