Herstellung von Platinen



Zur Herstellung von Platinen wird sogenanntes "Basismaterial" benötigt. Dies ist eine Kunststoffplatte mit Kupferauflage, wobei die Kupferschicht mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen wurde. Eine schwarze Schutzfolie schützt dabei den Lack während der Lagerung vor dem Umgebungslicht. Wird der Lack nun UV-Licht ausgesetzt, so lässt er sich anschließend mit Natronlauge entfernen, der unbelichtete Lack bleibt zurück. Die Kunststoffplatte des Basismaterials ist meist 1,5mm (Hartpapier) bis 2,0 mm (Epoxid) dick, die Kupferauflage 35 Micrometer. Das normale Basismaterial ist fotopositiv beschichtet (der belichtete Lack lässt sich ablösen), für Spezialanwendungen wird auch negativbeschichtes Basismaterial angeboten (der unbelichtete Lack lässt sich ablösen). Folgende Schritte sind nun zum Herstellen von Platinen erforderlich:


1. Erstellen der Vorlage:
Das Platinenlayout wird mit einem Layout-Editor (z.B. Eagle) erstellt und mit einem Tintenstrahldrucker spiegelverkehrt auf beschichtetes Tintenstrahl-Papier gedruckt, so dass später die bedruckte Seite auf der Platine aufliegt. Normales Papier ist zum Drucken ungeeignet, da es viel zu unregelmäßig lichtdurchlässig ist (Das sieht man, wenn man ein Blatt Normalpapier gegen das Licht hält). Der Tintenstrahldrucker zum Drucken des Layouts die höchste Qualitätsstufe einzustellen.
Wahrscheinlich ist zur Herstellung der Vorlage auch ein Laserdrucker verwendbar, dann aber nur mit Tintenstrahl-Spezialpapier (habe ich aber noch nie ausprobiert, weil ich keinen habe).
Folien sind für Vorlagen generell ungeeignet. Tintenstrahldrucker drucken darauf nur unscharf und lichtdurchlässig, und auch bei Laserdruckern ist die Schwärze nicht ausreichend. (es entstehen dann zahlreiche "Löcher" auf der Platine).


2. Ölen der Vorlage:
Vor dem Belichten muss die Vorlage lichtdurchlässig gemacht werden. Dafür gibt es im Schreibwarenhandel sogenannte "Paus-Sprays", viel billiger und effektiver ist jedoch Nähmaschinenöl (bekommt man im Fahrrad-Laden). Man trägt einige Tropfen Öl auf die Vorlage auf und verreibt dieses (am besten zwei Vorlagen übereinanderlegen), bis das Papier vollständig mit Öl getränkt ist und homogen durchscheint. Nun putzt man mit einem Taschentuch das überschüssige Öl wieder ab, so dass sich das Papier einigermaßen trocken anfühlt.


3. Belichten des Basismaterials:
Nun wird die schwarze Schutzfolie des Basismaterials abgezogen und die geölte Vorlage mit der beruckten Seite darauf gelegt. Um einen ausreichenden Anpressdruck zu gewährleisten, sollte man eine dünne Glasscheibe darüber legen. Zum Belichten verwendet man ein UV-Bräunungsgerät, wie es für kosmetische Zwecke im Fachhandel angeboten wird. Dieses wird im Abstand von ca. 5 cm über die Platine angebracht, als Unterlage auf beiden Seiten kann man zum Beispiel zwei Bücher verwenden.
Der Belichtungsvorgang dauert je nach Basismaterial, verwendetem Papier und UV-Bräunungsgerät zwischen vier und sechs Minuten. Mit fünf Minuten ist man für den Anfang gut bedient.
Übrigens: Sollte man kein UV-Bräunungsgerät zur Hand haben, kann man die Platine samt Vorlage auch in die Sonne legen, dies ist bei absolut wolkenlosem Himmel zeitlich etwa vergleichbar, eher etwas länger. Der Nachteil ist jedoch, dass die Intensität des Sonnenlichts sehr stark schwanken kann, ohne dass dies mit bloßem Auge festzustellen ist, deswegen ist hier Experimentieren angesagt...


4. Reinigung des Basismaterials:
Nach dem Belichten muss das Basismaterial gereinigt werden. Dazu verwendet man Haushalts-Spülmittel, welches man mit der flachen Hand auf der Platine verteilt. Die Platine ist dabei nicht sooo empfindlich, man braucht dabei nicht übervorsichtig zu sein. Besonders wichtig ist jedoch, dass für den Reinigungsvorgang kaltes Wasser verwendet wird, und dass hinterher alle Spuren von Öl beseitigt sind. Alle Stellen, die noch Spuren von Öl enthalten, werden nach dem Enwickeln schwarz, die Platine ist in so einem Fall reif für den Mülleimer.


5. Entwickeln des Basismaterials:
Um die belichteten Leiterbahnen sichtbar zu machen, muss die Platine in 1%iger Natronlauge entwickelt werden. Man löst dazu 10g NaOH in einem Liter Wasser auf und stellt sicher, dass die Natronlauge absolut homogen vermischt ist. Nun wird die Platine in die Natronlauge gestellt. Der Entwicklungsvorgang dauert etwa 1 bis 3 Minuten, gelegentliches Umrühren oder Herausnehmen und Wiedereintauchen der Platine ist dabei hilfreich.
Jetzt zeigt es sich, ob die Platine frei von Öl ist und optimal belichtet wurde: Ist dies der Fall, werden jetzt satt-schwarze Leiterbahnen sichtbar, und die Kupferschicht kommt zum Vorschein. Bleiben schwarze Flächen übrig, wurde die Platine zu kurz belichtet oder enthielt an diesen Stellen noch Öl. In diesem Fall kann man versuchen, mit dem Finger (Handschuhe!) vorsichtig an diesen Stellen zu reiben und die Stelle immer wieder in frische Natronlauge zu tauchen. Anschließend wird die Platine gründich mit (kaltem!!) Wasser gewaschen.
Das NaOH muss man übrigens nicht in 10g-Packungen für 1 Euro dem Elektronikhandel abkaufen, man bekommt es im Drogeriemarkt für ca. 4 EUR pro Kilo. Wichtig ist jedenfalls, dass man exakt die 1% einhält. Nur wenig konzentrierter, und die gesamte Lackschicht der Platine löst sich ab. Die Natronlauge ist offen übrigens nur wenige Stunden haltbar und muss deswegen jedesmal frisch zubereitet werden.


6. Ätzen der Platine:
Zum Ätzen der Platine verwendet man Eisen-(III)-Chlorid, welches man sehr preisgünstig bei Conrad für ca. 4 EUR pro Kilo bekommt. Für den Ätzvorgang kommt es nicht so sehr auf die Konzentration der Lösung an, als Richtwert dient 0,5 kg auf 1 Liter Wasser auffüllen. Die angerührte Lösung ist auch offen beliebig lange haltbar. Ganz wichtig ist, dass die Lösung in einem Glasgefäß aufbewahrt wird. Metallgefäße würden sich innerhalb weniger Minuten auflösen und auch Kunststoffgefäße werden angegriffen (stimmt wirklich, ich hatte nach zwei Monaten ein Pfütze daunter!).
Nach dem Herstellen der Ätzlösung wird diese in einem Glasgefäß auf ca. 60-80°C erwärmt. Dazu eignet sich ganz besonders gut ein Magnetrührer mit Heizung, ein Wasserbad wird es wohl auch tun.
Die Platine wird jetzt mit einer Zange (Tiegelzange oder Wäscheklammer) in die Lösung getaucht. Hat man einen Magnetrührer zur Verfügung, wird dieser auf die höchste Geschwindigkeit eingestellt, ansonsten schwenkt man die Platine kontinuierlich in der Lösung hin und her.
Nach ca. 3-5 Minuten sieht man, wie sich der Großteil der Kupferauflage aufgelöst hat und die Leiterbahnen aus Kupfer übrigbleiben. Sobald alles Kupfer (ausser den Leiterbahnen) abgeätzt ist, nimmt man die Platine aus der Lösung und wäscht sie gründlich unter (kaltem oder warmem) Wasser ab. Man sollte übrigens vermeiden, die Platine unnötig lange in der Ätzlösung zu lassen, da sonst die Ränder angefressen werden.


7. Sägen der Platine:
Da die Platine meist nicht exakt die Größe des Platinenlayouts hat, muss sie auf die gewünschte Größe zugesägt werden. Dazu eignet sich am besten eine Laubsäge. Die Ränder der Platine werden anschließend mit normalem Schleifpapier glattgeschliffen.


8. Entfernen des Schutzlackes:
Der Schutzlack über den Leiterbahnen der Platine wird nun mit einem Lappen, der mit Ethanol getränkt wurde, entfernt, so dass das Kupfer zum Vorschein kommt.


9. Schleifen der Platine:
Nachdem der Schutzlack entfernt wurde, muss die Kupferseite der Platine gründlich mit feiner Stahlwolle abgeschliffen werden, so dass sie frisch glänzt. Dies ist als vorbereitender Schritt für das Verzinnen notwendig. Wichtig ist, dass nach dem Schleifen die alle Reste der Stahlwolle entfernt werden, die Platine kann dazu auch unter fließendem Wasser abgewaschen und anschließende abgetrocknet werden.


10. Verzinnen der Platine:
Um die Kupferseite der Platine vor Korrosion zu schützen und besser lötbar zu machen, wird sie verzinnt. Dazu wird ein Tauchzinnbad von Reichelt oder Conrad verwendet, das entsprechend der aufgedruckten Vorschrift angerührt wird (Meist Auflösen des Pulvers, kochen und erkalten lassen). Als Eintauchdauer sind fünf bis zehn Minuten zu empfehlen. Nach dem Verzinnen muss die Platine gründlich mit Wasser gewaschen werden.


11. Bohren der Platine:
Nun werden an den vorgesehenen Stellen Löcher in die Platine gebohrt. Dafür ist eine kleine Niederspannungsbohrmaschine geeignet, wie es sie für ca. 15-20 Euro im Elektronikhandel gibt. Eine große Heimwerkerbohrmaschine ist weniger geeignet, da bei größeren Modellen das Lager nicht so präzise läuft und Ausfransungen auf der Platine entstehen können. Für normale Pins sind Bohrer mit 0,8 mm Durchmesser geeignet, für größere Pins (z.B. von Spannungsreglern) 1.0 mm. Diese kleinen Bohrer sind übrigens mit ca. 40 Cent pro Stück gar nicht teuer. Ein Bohrer hält bei Hartpapier-Platinen für rund 1000 Löcher, bei Epoxidharz-Platinen etwa 400.


12. Bestücken und Verlöten der Platine:
Entsprechend dem Bestückungsplan werden nun die Bauteile in die Platine gesetzt (es ist übrigens hilfreich, auch die Polarität der Kondensatoren und Dioden im Bestückungsplan zu vermerken!) und von der Rückseite verlötet. Zum Abzwicken der überstehenden Beinchen der Bauteile hat sich eine Nagelknipse bewährt, wie sie auch zum Schneiden von Fußnägeln verwendet wird. Diese bekommt man für rund 2 Euro in den Restposten und ist auch für Drähte praktisch unverwüstlich.
Beim Verlöten der Bauteile sollte man übrigens darauf achten, dass diese überall gleichmäßig auf der Platine aufliegen, am besten zuerst zwei gegenüberliegende Beinchen festlöten, dann den Rest.


14. Schleifen der Lötstellen:
Mit einer Feile sollte man nun die Lötstellen auf der Rückseite der Platine abrunden. Dazu legt man eine flache Feile auf Lötstellen der Platine auf und bewegt diese vorsichtig hin und her. Ganz wichtig ist jedoch, dass man dabei nicht die Leiterbahnen berührt, da sonst die Verzinnung beschädigt werden kann. Nach dem Schleifen fühlt sich auch die verlötete Unterseite der Platine nicht mehr wie ein Nagelbrett an und alle Lötstellen sehen einheitlich aus.


15. Waschen der Platine:
Die Flussmittelrückstände, die nach dem Bestücken der Platine auf der Kupferseite übrigbleiben, können nach folgendem Verfahren entfernt werden: Die Platine wird in eine flache Schale mit Spiritus getaucht und die Rückseite der Platine gründlich mit einer Bürste geschrubbt, die ebenfalls immer wieder in den Spiritus getaucht wird. Anschließend wird die (mit allen Bauteilen bestückte) Platine unter dem Wasserhahn gewaschen und danach kurz mit destilliertem Wasser abgespritzt. Den Bauteilen schadet dieses Verfahren nicht, auch professionell hergestellte Platinen werden nach dem Löten gewaschen.





Doppelseitige Platinen



Bei der Herstellung von doppelseitigen Platinen kommt es darauf an, dass die Lötpads der beiden Layer exakt übereinanderliegen. Schon kleinere Abweichungen sind ärgerlich, durch größere Abweichungen wird die Platine unbrauchbar (was nützt es, wenn man auf der einen Seite in ein Lötpad bohrt und auf der anderen Seite ganz woanders rauskommt?).
Ansonsten ändern sich nur wenige der oben aufgeführten Arbeitsschritte, alle anderen sind eben für beide Seiten der Platine auszuführen. Im einzelnen ist Folgendes zu beachten:


Herstellung der Vorlage:
Um die beiden Layer der Platine genau übereinander zu bekommen, umrandet man das Platinenlayout am Computer mit einem dünnen Rahmen, der auf beide Layer gedruckt wird. An diesem Rahmen schneidet man die Vorlagen der Vorder- und Rückseite möglichst präzise aus.


Belichtung:
Die beiden Seiten der Vorlage werden nacheinander auf das Basismaterial belichtet. Während man die zweite Seite der Platine belichtet, sollte man die schon belichtete Seite auf ein Stück Toilettenpapier legen, um sie vor Kratzern zu schützen. Eine genaue Ausrichtung der Vorlage erreicht man, indem man die Platine mit aufgelegter Vorlage an der Ecke eines Metallwinkels (im Baumarkt erhältlich) ausrichtet. Dadurch werden Fehler vermieden, die durch unsauber zugesägtes Basismaterial zustande kommen.


Verlöten der Platine:
Beim Verlöten der Platine müssen die Lötpads jetzt natürlich von beiden Seiten verlötet werden. Lötpads auf der Oberseite, die mit dem Lötkolben nur schwer zu erreichen sind, kann man auch von der Unterseite der Platine erhitzen, während man von oben das Lötzinn zuführt.




(c) 2003 by Hubersoft.net