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Platinenherstellung mit der Photo-Positiv-MethodeWelche Software man zum Zeichnen nimmt ist Geschmackssache. Darum gehts gleich zum Drucken ;)
[Bearbeiten] DruckenGenerell muss so gedruckt werden, dass die bedruckte Seite am Kupfer aufliegt. Sonst bekommt man keine schönen randscharfen Bahnen hin. Auch ist es vorteilhaft, im Layout einen Text in Spiegelschrift mit aufzunehmen. Dadurch kann unmittelbar überprüft werden, ob das Layout auch seitenrichtig auf die Platine gelegt ist. Am Besten druckt man sich das ganze mit niedriger Qualität auf Papier aus und schaut, ob alles wie gewünscht erscheint (Masseflächen, Beschriftung, Pass-Marken,...) Weiters noch die Einstellungen um schöne, schwarze Ausdrucke zu bekommen. [Bearbeiten] Druckeinstellungen[Bearbeiten] TargetIn Target sollte man folgendes einschalten...
[Bearbeiten] Eagle
[Bearbeiten] Druckmedium[Bearbeiten] TransparentpapierWenn die Tinte passt, bekommt man auch auf Transparentpapier gute Ergebnisse (zumindest mit meinem alten HP). Mit einem Laserdrucker (Kyocera-Mita FS1020D, Auflösung 1200x1200 dpi) sind auf Transparentpapier Leiterbahnen mit 0.4mm Breite problemlos möglich [Bearbeiten] NormalpapierWenn nur bedrahtete Bauteile auf dem PCB und die Leiterbahnen auch schön breit sind, gibt es keinen Grund nicht normales Papier zu verwenden... man muss nur eine lange Belichtungszeiten einplanen... ggf. dünneres Papier probieren (40g / m2) ;) Man kann das Papier etwas transparenter machen, wenn man es einölt (oder kommerzielle Produkte wie Pausklar 21 verwendet). Wenn man die richtige Belichtungszeit genau trifft, sind sogar 10mil-Bahnen und TQFPs möglich. [Bearbeiten] TransparentfolieFür feine Layouts mit Tintenstrahl-Drucker ist Inkjet-Folie meiner Meinung nach am Besten geeignet. Epson C44Ux mit Nachbau-Tinte von Conrad auf Zweckform-Folie 2503 und 2304 (hat einen weißen Streifen damit der Ducker die Folie erkennt) gibt es keine Probleme. Eventuell ist es besser in den Druckereinstellungen als Druckmedium Photopapier statt Inkjet Folie auszuwählen um eine bessere Deckung zu erreichen. Unter Windows ist der Drucker auf Premium Glossy Photo Paper Foto zu stellen - unter Linux Premium Glossy Photo Paper und die Auflösung auf 1440x720. Das Layout muss 2-3 mal ausgedruckt und übereinander gelegt werden, damit man keine kleinen Löcher hat. Mit Laserdruck auf Klarsichtfolie erzielt man schlechte Ergebnisse, auf matter Folie hingegen reicht schon ein Ausdruck auf einer Folie. Mit dem Verzug der Folien beim Laserdruck hat man kein Problem, wenn man die Folie zweimal bedruckt: Einmal mit einer leeren Seite, danach mit dem Layout. Wenn man dann Vor- und Rückseite zusammen auf eine A4-Folie druckt, hatte ich bislang noch keine Probleme mit Verzug (ich mache allerdings auch immer extra-große-Vias noch aus Tonertransferzeiten) ([1]). [Bearbeiten] TonerverdichterBei Ausdrucken mit einem Laserdrucker, kann man den Ausdruck mit einem Tonerverdichter behandeln. Dabei werden noch vorhandene feinste Löcher im Toner lichtdicht geschlossen ([2]). Bei Do-it-yourself Versuchen mit Lösemitteln als DIY-Tonerverdichter sollte man sich nicht nur an der Preisersparnis orientieren, sondern auch Gefährlichkeit (Brennbarkeit, Giftigkeit) und Geruchsbelästigung berücksichtigen. [Bearbeiten] Professionelle FilmeSuper Ergebnisse erreicht man sicher mit professionell hergestellten Filmen. Und das ist billiger als man glaubt! Zudem ist die Auflösung und Randschärfe mit Repro-Film viel besser: Bauriedl belichtet mit 2400 DPI. Ein Reprofilm hat auch eine viel höhere Lichtdichtigkeit an den schwarzen Stellen: Schwarz ist wirklich Schwarz und nicht Dunkelgrau wie bei vielen Laserdruckern. Dadurch steigt die Toleranz gegenüber Fehlbelichtungen (eigene Belichtungsreihen haben noch bei 8-facher Überbelichtung 0.2 mm fehlerfreie Leiterbahnen ergeben). Die Leiterbahnen werden gestochen scharf, Bahnen mit 8 mil (0.2 mm) sind ohne weiteres möglich, damit kann man locker zwischen den Anschlüssen eines IC im SOIC-Gehäuse durchfahren. http://cadgrafik-bauriedl.de/leiterplattenfilme.htm [Bearbeiten] FertigungDie Fertigung teilt sich auf in Belichten, Entwickeln und das Ätzen... Naturgemäß muss man dabei teilweise mit gefährlichen Chemikalien umgehen. Bitte informiert Euch vorher genau über die verwendeten Chemikalien und den sicheren Umgang damit! Eine gute Quelle dafür ist die GESTIS-Stoffdatenbank (Gefahrstoffinformationssystem der gewerblichen Berufsgenossenschaften).
Allerdings muss man auch nicht übertreiben. Wenn man sich an diese einfachen Regeln hält, ist Platinen entwickeln und ätzen auch nicht gefährlicher als Tee kochen. Der grundsätzliche Arbeitsablauf umfasst folgende Schritte
[Bearbeiten] Vorbemerkungen zum verwendeten Material
[Bearbeiten] BelichtenDas ausgedruckte Platinenlayout wird so auf die Photoschicht der Platine gelegt, dass die Schichtseite direkt auf dem lichtempfindlichen Lack liegt, man muss man beim Ausdruck also evtl. spiegelverkehrt drucken. Das Layout wird mit einer Glasplatte gegen die Photoschicht gedrückt. Dazu eignen sich z.B. die dünnen Gläser, die in Bilderrahmen benutzt werden. Man sollte die Folie fest gegen die Platine pressen (natürlich auch wieder nicht zu fest, sonst springt das Glas), sehr gut eignen sich kleine Leimzwingen aus dem Baumarkt. Gerade bei dünnen Leiterbahnen ist das sehr wichtig, um Unterstrahlungen zu vermeiden. Ein guter Kompromiss zwischen UV-Durchlässigkeit und Stabilität ist eine Glasdicke von 1 mm. Die Photoschicht ist normalerweise mit einer Klebefolie gegen Lichteinwirkung geschützt. Die Folie muss daher abgezogen werden. Die auf die Platine aufgebrachte Photoschicht ist empfindlich auf UV-Licht. Im normalen Tageslicht in geschlossenen Räumen ist nicht genug UV-Anteil enthalten um die Platine innerhalb von 10 Minuten zu belichten. Der Vorgang des Einrichtens des Layouts und des Belichtens kann daher ohne Probleme bei normalem Tageslicht oder unter Kunstlicht (Glühbirne, Leuchtstoffröhre, etc) erfolgen. Wer superdünne Leitungsbahnen benötigt (unter 10 mil = 0.25 mm) sollte punktförmigen Lichtquellen den Vorzug geben gegenüber flächigen Lichtquellen. Bei Röhren kann man ggf. einen Teil der Röhre abdecken und dann die Belichtungszeit entsprechend verlängern. [Bearbeiten] SonneDie einfachste und billigste Methode ist zweifellos die Verwendung der Sonne. Wird die Platine mit der aufgelegten Folie für 10-30 Sekunden (Tests machen) in die pralle Sonne gehalten, ist sie schon belichtet. (Siehe dazu auch verschiedene Beiträge über die erfolgreiche Verwendung dieser Methode hier im Forum.) [Bearbeiten] UV-LampeEs gibt sogenannte Nitraphot-Lampen die 250-300W haben. Damit hab ich's anfangs gemacht. Das Hauptproblem dabei ist die erzeugte Wärme... Wo gibts denn vernünftige Fassungen für 300W-Birnen :). Weiter Nachteil ist die geringe Lebensdauer dieser Lampen (etwa 6 Stunden, d.h. etwa 15 Belichtungen bei einer durchschnittlichen Belichtungsdauer von locker mal 30 min - die Belichtungsdauer ist stark vom Abstand abhängig). [Bearbeiten] UV-RöhrenIch persönlich habe mir den Luxus gegönnt und mir Ersatzlampen für die Isel Geräte besorgt. (Conrad)
[Bearbeiten] UV-LEDsDurch ihr schmales Spektrum eignen sich LEDs sehr gut zum belichten. Den Nachteil des geringen Öffnungswinkels kann man durch Transparentpapier über den LEDs und unter der Glasscheibe ausgleichen. Als Belohnung erhält man ein deutlich paralleleres Licht. Es entstehen keine unscharfen Bereiche wie zwischen UV-Röhren wenn diese zu weit auseinander sind. Wichtig ist eine gute (blickdichte!) Vorlage. Die Belichtungszeiten können bis zu 10 Minuten betragen. (Zweckform Avery Transparentfolie, Bundgard Platinen, Canon Pixma iP4500 mit original Tinte) Preislich sind LEDs etwa vergleichbar mit UV-Röhren. Die Resultate insbesondere bei feinen Strukturen sind jedoch besser. Als Raster ist bei 5mm LEDs 15mm zu empfehlen. Eine Doppelkarte benötigt somit knapp 150 LEDs. Der Abstand zur Vorlage kann je nach Öffnungswinkel der LEDs etwa 4cm betragen. Je heller die LEDs sind, desto schneller geht die Belichtung. Als Zusatz kann man mit weißen LEDs eine kleine Durchlichteinheit integrieren. [Bearbeiten] BaustrahlerACHTUNG: Baustrahler werden sehr heiss! Geht ganz gut für Platinen, die maximal so groß wie die Scheibe des Scheinwerfers sind (sollte etwa der projizierten Fläche des Reflektors entsprechen). Bei größeren wird es schwierig, da die Lichtquelle annähernd Punkt- oder Strichförmig ist und man dann Versatzprobleme bekommt. Ich habe meine Erfahrungen mit einem 500 Watt Modell gesammelt. Der Abstand sollte zwecks erträglichen Belichtungszeiten ca. 20cm betragen. Dabei ist darauf zu achten, dass 500W kein Pappenstiel sind und mir am Anfang schon mal die Fotoschicht verschmort haben. Das Problem wurde dann durch Kühlung mittels eines kleinen PC-Lüfters gelöst. Bei so geringen Abständen zur Glasscheibe sollte man jedoch unbedingt darauf achten, dass sich absolut KEINE BRENNBAREN MATERIALIEN davor befinden. Für die Fixierung der Belichtungsvorlage haben sich bei mir CD-Hüllen bewährt, aus denen das schwarze Innere entfernt wurde (das würde sich sowieso nur unnötig aufheizen, daher nur klare Hüllen OHNE Inlays oder Bedruckten Flächen nehmen!). Um einen ausreichenden Anpressdruck zu gewährleisten, kommen noch ein paar Zellstofftaschentücher unter die Platine (die halten zur Not auch höhere Temperaturen aus, im Gegensatz zu z. B. Schaumstoff). Die Belichtungszeit hat sich je nach Basismaterial zu 8-15min ergeben, wobei eine leichte Überbelichtung selten geschadet hat. Die erzielten Ergebnisse waren bisher immer zufriedenstellend, wobei ich nur Strukturen bis 1mm hatte. Die Kanten sehen aber ziemlich scharf aus, es geht also wahrscheinlich noch etwas feiner. [Bearbeiten] LeuchtstoffröhrenAuch Leuchtstoffröhren können benutzt werden um Platinen zu belichten. Bei einem Abstand von 10 cm benötigt man eine Belichtungszeit von in etwa einer halben Stunde. Zur Not kann es auch kurz die Schreibtischlampe sein oder für Massenbelichtungen auch eine 1m Stablampe. [Bearbeiten] EntwickelnEntwickeln kann man mit sogenanntem Ätznatron (Natriumhydroxid, NaOH). Die übliche Konzentration beträgt ca. 10g/l, eher darunter, falls man die Zeit übersehen sollte und man etwas unterentwickeln muss. Typische Werte:
Die Luxus-Variante gibt es bei Conrad in Form von Bungard-Entwickler. Ein Säckchen für einen Liter Entwickler. Laut Bungard ist die unbelichtete Beschichtung einige Minuten gegen den Entwickler resistent. Der Entwickler muss aber mindestens Zimmertemperatur haben, sonst dauert's ewig :) Die belichtete Platine wird in eine Schale mit Entwicklerlösung gegeben. Nach kurzer Zeit sieht man einen 'Schleier', der sich von den belichteten Stellen der Platine hebt. Bewegt man die Platine in der Lösung, kommt wieder frischer, unverbrauchter Entwickler auf die Photoschicht. Zu diesem Zeitpunkt kann man die Bahnen meistens schon erahnen. Hält man die Platine im richtigen Winkel zu einer Lichtquelle, so kann man die übrig gebliebene Photoschicht in Form der Leiterbahnen auf der Platine sehen. Manchmal sieht man richtiggehend, dass an einigen Stellen die Photoschicht noch nicht restlos abgelöst wurde. In dem Fall kann man ganz einfach mit einem (nicht zu harten) Pinsel über die Platine streichen und so der hartnäckigen Photoschicht zu Leibe rücken. Ist die Platine fertig entwickelt, wird sie mit Wasser abgespült. Das Verschleppen von Entwicklerlösung in die Ätzlösung ist zu vermeiden, da der Entwickler chemisch mit der Ätzlösung reagiert. Nach dem erfolgreichen Entwickeln sollte die Platine einer Sichtkontrolle unterzogen werden. Besonders dünne Leiterbahnen werden auf Unterbrechungen hin geprüft. Jetzt ist noch Zeit, diese Fehler zu beheben. Sind einige hartnäckige Lackstellen stehen geblieben, kann man versuchen, den Lack mit einem kleinen Messerchen abzuschaben. Wenn dabei das darunterliegende Kupfer beschädigt wird, ist das nicht schlimm, da es später sowieso weggeätzt wird. Speziell die Zwischenräume zwischen IC-Pins verdienen erhöhte Aufmerksamkeit, insbesondere wenn zwischen zwei Pins noch eine Leiterbahn durchgeführt wurde. Das Gegenteil davon sind Unterbrechungen in Leiterbahnen oder nicht gewollte Löcher in größeren Flächen. Mit einem wasserfesten Edding (gewöhnliche Filz- oder Bleistifte sind dazu nicht geeignet!) lassen sich solche Fehler beheben. [Bearbeiten] ÄtzenDer Vorgang des Ätzens dient dazu, die nicht von der Lackschicht geschützten Kupferbereiche aufzulösen, sodaß letztendlich aus der durchgehenden Kupferschicht die eigentlichen Leiterbahnen entstehen. Im Prinzip wird dabei die belichtete und entwickelte Platine in eine Ätzlösung gegeben, die das Kupfer chemisch umsetzt und so auflöst. Profis verwenden dafür eigene Ätzmaschinen bzw. Küvetten in die die Platine eingehängt wird. Häufig ist in diesen Aufbauten auch eine Heizung bzw. eine Durchlüftung eingebaut. Die Heizung beschleunigt den Vorgang des Ätzens, während die Durchlüftung dafür sorgt, dass die Ätzlösung in Bewegung bleibt und so immer frische Ätzlösung an das Kupfer gelangt. Für die ersten Versuche kann man sich aber durchaus mit einer einfachen Kunststoffschale behelfen, die gerade groß genug ist, dass die Platine darin liegen kann. In diese Schale füllt man gerade soviel Ätzlösung ein, dass die Platine gut bedeckt ist. Mit einer Kunststoffpinzette oder einem sonstigen Arbeitsbehelf bewegt man die Platine ab und an in der Lösung um eine Umwälzung der Ätzlösung zu erreichen. Wird die fertig entwickelte Platine in die Ätzlösung eingelegt, dann sollte man bereits nach ein paar Sekunden eine deutliche Verfärbung der freiliegenden Kupferschicht wahrnehmen. Das Kupfer erscheint matter und deutlich röter. Ist dies an einigen Stellen nicht der Fall, dann ist dies meist ein Hinweis darauf, dass an dieser Stelle die Photoschicht noch nicht vollständig entfernt wurde. Entweder die Platine noch einmal in die Entwicklerlösung und die restliche Photoschicht durch Reiben mit dem Finger entfernen oder aber den Resten der Photoschicht mit einem Messer und einer Kratztechnik zu Leibe rücken. [Bearbeiten] mit Ammoniumpersulfat/NatriumpersulfatAmmonium- oder Natriumperoxodisulfat (Handelsnamen: Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat, Feinätzmittel) ist wohl das am weitesten verbreitete Ätzmittel. Es liefert gute Ergebnisse und ist im Vergleich zu Salzsäure/Salpetersäure nicht so aggressiv und es ist sauberer als Eisen-3-Chlorid. Natriumpersulfat sollte aufgrund seiner etwas geringeren Giftigkeit in Gewässern der Vorzug gegenüber Ammoniumpersulfat gegeben werden. Typische Werte:
[Bearbeiten] mit Eisen-III-ChloridMit Eisen-III-Chlorid ätzt es sich gut. Die Ätzlösung sollte etwas angewärmt werden. Nach etwa 10 Minuten ist die Platine fertig. Hier ist gut entwickeltes Material nötig, sonst sind die dünnen Konturen schnell weggeätzt. Typische Werte:
[Bearbeiten] mit Salzsäure und WasserstoffperoxidMischung 1 Teil HCl, 1 Teil H2O2, 2 Teile H2O geht suppi (würd ich mir nicht traun mit hochkonzentrierter.. lieber die Säure unter 20% bringen und nach Bedarf H2O2 dazu tun) Eine frühere Empfehlung der "Kontakt-Chemie" für Positiv 20 lautet: 200 ml 33%-Salzsäure, 30 ml 30%-Wasserstoffperoxid und der Rest (=770 ml) Wasser. Lagern sollt man die Mischung in einem nicht gasdichten Behälter, der in einem gasdichten dehnbaren Behälter steht (z.B. Marmeladenglas mit Loch im Deckel; in einer gut verschlossenen Plastiktüte). Alles andere führt früher oder später zu einer Sauerei. Wenn nach längerer Pause wieder geätzt werden soll, muss ggf. etwas H2O2 nachgefüllt werden, da sich dieses zersetzen kann. Erwärmung des Ätzmittelbades beschleunigt sowohl das Ätzen als auch die "Alterung" des Ätzmittel bzw. das Zersetzen des H2O2 in H2O und O2. [Bearbeiten] mit SalpetersäureGeht ähnlich gut wie mit Salzsäure, nur will nicht jeder einem das Zeug in die Hand geben... => lieber Salzsäure! Möglich sind Zeiten von <1min bis 10min.. je nach Konzentration, dabei sollte man tunlichst im freien arbeiten wegen Stickoxid bildung. [Bearbeiten] Nachbehandlung[Bearbeiten] Entfernung des FotolacksDer Fotolack von Bungard-Platinen ist schlecht durchlötbar und wird im allgemeinen entfernt. Dazu gibt es verschiedene Methoden:
[Bearbeiten] OxidationsschutzDie gereinigte Platine wird bei geplanter Lagerung mit einem Oxidationsschutz versehen. Dazu kann man die blanken Kupferstellen
[Bearbeiten] VerzinnenUm schön glänzende Platinen zu bekommen, kann man die Platine auch mit Lötpaste einschmieren und mit einem Heißluft-Fön bearbeiten. Dafür braucht man aber etwas Übung um die Platine nicht zu heiß zu machen und die richtige Menge Paste aufzutragen. Die teurere aber einfachere, genauere und saubere Möglichkeit sind chemische Verzinnungsbäder (bspw. Seno Glanz-Zinnbad oder Bungard SUR-TIN) : Platine reinlegen, einige Minuten warten, abspülen, fertig. [Bearbeiten] EntsorgungEgal welches Ätzmittel, kupferhaltige Lösungen dürfen nicht ins Abwasser gegeben werden. Kupfer ist ein Zellgift, wenn ihr genug davon ins Abwasser schüttet (und "genug" muss garnicht so viel sein) bringt ihr damit das biologische Klärbecken der Kläranlage in eurer Stadt um. Nicht so gut. Besser ist es daher, alles Kupferhaltige in einem Behälter zu sammeln, und baldmöglichst bei der Entsorgungsstelle/Sondermüllannahme/Entsorgungsmobil o.Ä. euerer Stadt oder eures Kreises abzugeben. Kleinmengen werden da in der Regel kostenlos angenommen. Nicht vergessen den Sammelbehälter zu beschriften (z. B. "Wässrige FeCl3-Lösung, kupferhaltig"), damit ihr und später die Sammelstelle wissen was drin ist. Vorsicht bei Peroxiden/Persulfaten/Perphosphaten: Lösungen geben mit der Zeit Sauerstoff ab, daher die Sammelbehälter nicht Luftdicht verschließen, sonst besteht Berstgefahr. |