Platinenherstellung mit der Photo-Positiv-Methode

Dieser Beitrag beschreibt die Herstellung einer Platine mit der Photo-Positiv-Methode. Welche Software man zum Zeichnen nimmt ist Geschmackssache. Darum gehts gleich zum Drucken ;)

Drucken

Generell 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.

Druckeinstellungen

Target

In Target sollte man folgendes einschalten...

• hart schwarz-weiß

Eagle

• black
• solid

Druckmedium

Transparentpapier

Wenn die Tinte passt, bekommt man auch auf Transparentpapier gute Ergebnisse. Voraussetzung ist eine hohe Auflösung.

Mit einem Laserdrucker (z.B. Kyocera-Mita FS1020D oder HP LaserJet 1010, Auflösung 1200x1200 dpi) sind auf Transparentpapier Leiterbahnen mit 0.4 mm (und weniger, z.B. 10 mil) Breite problemlos möglich!

Normalpapier

Wenn 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 ([math]\displaystyle{ 40g/m^2 }[/math]) ;) 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.

Transparentfolie

Für 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]).

Tonerverdichter

Bei Ausdrucken mit einem Laserdrucker, kann man den Ausdruck mit einem Tonerverdichter behandeln. Dabei werden noch vorhandene feinste Löcher im Toner lichtdicht geschlossen ([2]). Nichtsdestotrotz ist eine gewisse Tonerdichte Voraussetzung für eine gute Vorlage.

Als Alternative eignet sich auch Solvent 50 (ein Etikettenlöser) von Kontakt Chemie sehr gut, siehe [3] unten.

Bei Do-It-Yourself Versuchen mit Lösemitteln als DIY-Tonerverdichter sollte man sich nicht nur an der Preisersparnis orientieren, sondern auch die Gefährlichkeit (Brennbarkeit, Giftigkeit) und Geruchsbelästigung berücksichtigen.

Professionelle Filme

Super 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

Fertigung

Die 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).
Generell gilt beim Umgang mit Chemikalien:

• Darauf achten, dass keine Flüssigkeiten in die Augen oder die Schleimhäute gelangen. Das klingt jetzt banal, aber ein einfaches Augenreiben kann schon genügen um kleine Mengen Chemikalien z. B. in die Augen zu verschleppen. Also: Wenn die Nase juckt, zuerst die Hände waschen
• Nicht nebenbei essen. Der Grund dafür ist derselbe wie der vorhergehende. Es ist praktisch unvermeidlich, dass man kleine Mengen Chemikalien an den Händen hat.
• Alte Kleidung tragen. Wiederrum: Selbst bei größter Vorsicht kann es schnell mal passieren, das man einen Tropfen einer Lösung an die Kleidung bekommt. Spätestens beim nächsten Waschgang quittiert die Designer-Jeans dies mit einem Loch.
• Nach Beendigung der Arbeit, die Arbeitsfläche mit einem feuchten Lappen abwischen. Behälter gleich auswaschen!

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

• Belichten der Platine: Das Layout wird vom Ausdruck auf die Photoschicht der Platine übertragen
• Entwickeln der Photoschicht: Die belichteten Stellen der Photoschicht werden abgelöst. Die unbelichteten Stellen bleiben übrig und bilden so eine Schutzschicht, die das Kupfer während des Ätzens schützt.
• Ätzen der Kupferschicht: Die nun freiliegenden Kupferteile der Platine werden weggeätzt. Übrig bleiben die Teile, die von der restlichen Photoschicht abgedeckt werden.

Vorbemerkungen zum verwendeten Material

• Chemikalien: Die benötigten Chemikalien sind insoweit unproblematisch, als dass sie prinzipiell kein Haltbarkeitsdatum haben, welches überschritten werden könnte, sie aber durch unsachgemäße Handhabung durchaus unbrauchbar werden. Insbesondere Natriumhydroxid ist hygroskopisch, d.h. es zieht Wasser aus der Luft. Außerdem bildet sich mit dem in der Luft enthaltenem Kohlendioxyd doppeltkohlensaures Natron (=Speisesoda), sodass es stets luftdicht aufbewahrt werden sollte. Für eine angesetzte NaOH-Lösung gilt gleiches, da ansonsten die Konzentration der Lösung kontinuierlich sinkt.
• Basismaterial: Reichelt bietet dieses von ProMa sowie von Bungard an. Von ersterem ist ausdrücklich abzuraten; die Qualität leidet an einer zu dünnen Photolackschicht -- ein Kompromiss aus ausreichender Belichtungsdauer (fängt mit 4x8 Watt UV-Röhren bei rund 3cm Abstand bei etwa 40 Sekunden an), Vorlagenstärke (der Lack ist unglaublich empfindlich; bei einer Folienlage sind die Bahnen des Druckkopfes zu erkennen) und Konzentration des Entwicklers (bei Zimmertemperatur 15-20 Gramm NaOH pro Liter) lässt sich schwer bis gar nicht finden (persönliche Erfahrungen von Sven Pauli, 5.12.2008). Das Material von Bungard ist unproblematisch; der Photolack ist ertastbar und lässt sich bei Zimmertemperatur mit nur 10 Gramm NaOH pro Liter Wasser ausgezeichnet ablösen. Ebensogut wie das Bungardprodukt ist Basismaterial der Firma Rademacher.

Belichten

Das ausgedruckte Platinenlayout wird so auf die Photoschicht der Platine gelegt, dass die Schichtseite direkt auf dem lichtempfindlichen Lack liegt, man muss 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.

Grundsätzlich sollte man eher zu lange als zu kurz belichten, um später möglichst kurz entwickeln zu können. 25% länger belichten als unbedingt nötig sollte im Zweifel möglich sein, ohne Strukturen zu verlieren.

Sonne

Die 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.)

UV-Lampe

Es 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).

UV-Röhren

Ich persönlich habe mir den Luxus gegönnt und mir Ersatzlampen für die Isel Geräte besorgt. (Conrad)

• 2 x 8W Philips Röhren - ca 10cm Abstand - 3 x Overhead-Folie übereinander => ca 5 Minuten
• 4 x 8W Ersatzröhren für die Reichelt-Belichtungsgeräte - ca 12 cm - Transparentpapier => 7-8 Minuten

• Es gibt auch UV-Röhren mit Stecksockel für Energiesparlampen mit Maximum im UV-Bereich, z.B. Osram DULUX S BLUE UVA /78, EAN 4008321198938 in 9 Watt (die Lampe mit der Farbe /71 ist nicht gut geeignet). Die kann man einfach in viele Schreibtischlampen stecken.
• Belichtungszeit für die 9-Watt-Röhre: 5-10 Minuten bei 7 cm Abstand, 1 mm Glasabdeckung, Reprofilm von Bauriedl und photopositives Original-Bungard.
• Gibt es mit 2-pol. Sockel G23 in 7, 9 und 11 Watt und mit 4-pol. Sockel 2G11 in 18 Watt. Bezug z.B. über mercateo.com, dort gibt es auch ein passendes Vorschaltgerät mit Fassung G23, EAN 4000870884003

Starter aus Energiesparlampen für UV Röhre verwenden: http://www.mikrocontroller.net/topic/95321

Gesichtsbräuner

.. enthalten meist 4-6 Röhren und sind speziell dafür gebaut, viel bräunendes UV-Licht abzugeben. Mit bedrucktem Transparentpapier auf der Foto-/Kupferschicht, Glasplatte und Gesichtsbräuner darübergelegt (so dass die Röhren ca. 6 cm Abstand zur Platine haben) reichen schon ca. 90 Sekunden Belichtungszeit. Man bekommt sie oft günstig gebraucht, weil 1 oder 2 Röhren nicht mehr funktionieren - zum Belichten reichen die restlichen immer noch.

UV-LEDs

Durch 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 Belichtungszeit kann etwa 10 Minuten betragen (Zweckform Avery Transparentfolie, Bungard Platinen, Canon Pixma iP4500 mit original Tinte) oder mehr (etwa 15 Minuten, Transparentpapier, Laserdrucker).

Preislich sind LEDs etwa vergleichbar mit UV-Röhren. Die Resultate insbesondere bei feinen Strukturen sind jedoch besser. Außerdem müssen UV-LEDs nicht ausgetauscht werden, da sie nicht verschleißen. Anmerkung: meines Wissens nach Verschleißen UV-LEDs und gerade die billigen davon exorbitant schnell, da wird die Belichtungszeit immer länger.

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. Andererseits beinhalten UV-LEDs auch sichtbares Licht.

High Power Led. Sehr gute Erfahrungen kann man mit sog. UV High Power Led mit je 3W Leistung machen. Mit nur 5 LED (400nm) lassen sich Platinen in ca. 2,5min gut belichten. Der Abstand zwischen den LED und der Platine sollte etwa 20cm betragen, um ein homogenes Bild zu erreichen.

Baustrahler

ACHTUNG: 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.

(Anmerkung: Habe es so versucht. 500W Baustrahler in 20cm entfernung, klare CD-Hülle ohne Inlays etc, Zellstofftaschentücher, kräftiger Ventilator von der Seite, 12 Minuten belichtung. Obwohl die Erwärmung relativ gering war, hat sich die CD-Hülle im Bereich der Platine so nach außen gewölbt, dass die Vorlage nicht mehr plan auf der Platine lag. Ergebnis: Außen einigermaßen scharf, innen diffus und undefiniert belichtet = unbrauchbar. Vielleicht lags am Material der CD-Hülle.)

Leuchtstoffröhren

Auch 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.

Entwickeln

Entwickeln 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.

Bungard Platinen sind auch bei den einseitigen Varianten auf beiden Seiten mit Photolack beschichtet. Um Entwicklerlösung zu sparen sollte man daher unbedingt bei einseitigen Platinen den Photolack auf der Unterseite vor dem Entwickeln entfernen, z.B. mit Aceton.

Typische Werte:

• 10-15 g Entwickler pro 1 Liter Wasser
• Arbeitstemperatur ca. 20 °C
• ca. 60 Sekunden Entwicklungszeit (bei korrekter Belichtung)

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 sollte mindestens Zimmertemperatur haben, sonst dauert das Entwickeln sehr lange. Andererseits sollte die Lösung nicht zu warm sein, weil dann die Lösung so aktiv ist, dass auch die unbelichtete Lackschicht binnen weniger Sekunden zerstört wird.

Die belichtete Platine wird in eine Schale mit Entwicklerlösung gegeben. Nach kurzer Zeit (abhängig von der Konzentration des Natriumhydroxids und der Temperatur der Lösung weniger als 10 Sekunden) sieht man einen (roten) 'Schleier', der sich von den belichteten Stellen der Platine hebt. Bewegt man die Platine in der Lösung, kommt frischer unverbrauchter Entwickler auf die Photoschicht.

Kann man die Leiterbahnen gut erkennen, ist das Entwickeln abgeschlossen. 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.

Grundsätzlich sollte man möglichst kurz entwickeln. Um sicherzustellen, dass der Photolack sich gut löst, sollte man daher im Zweifel länger belichten als unbedingt notwendig. Um möglichst kurz entwickeln zu können, sollte man den Entwickler erneuern, wenn er schon deutlich dunkel verfärbt ist.

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 sofort 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.

Die Entwicklerlösung altert recht schnell an der Luft. Wenn man immer mal in großen Zeitabständen eine Platine fertige will, ist es einfacher, sich einmal eine Tüte Ätznatron (kristallines NaOH) zu kaufen, und dieses vorsichtig und mit Schutzbrille und langem Löffel 5g- oder 10g-weise in Clip-Tütchen abzufüllen. Am Besten immer noch ein Tütchen drum - es ist stark hygroskopisch!

Dann kann man die Entwicklerlösung jeweils frisch ansetzen (5g auf 500ml Wasser) und erzielt immer gleiche Ergebnisse. Ganz gut macht sich auch eine Pipette oder ein Klistierball, damit kann man aktiv (nicht zu doll) beim Entwickeln die rötliche Schicht wegspülen und die Platine ist in ca. 1 Minute oder weniger fertig entwickelt.

Ätzen

Der 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.

mit Ammoniumpersulfat/Natriumpersulfat

Ammonium- 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. Zudem macht es der Gestank nach Ammoniak praktisch unmöglich, mit Ammoniumpersulfat in geschlossenen Räumen zu arbeiten. Allerdings haben beide Persulfate den Nachteil, daß man Spritzer und Flecken nicht sofort sieht. In Textilien tritt Lochfraß verzögert auf, man sieht den Schaden erst, wenn es zu spät ist.

Typische Werte:

• 200-250 g Ätzmittel auf 1 Liter Wasser
• 40-50 °C Arbeitstemperatur
• 5-25 Minuten Ätzzeit bei 35 µm Kupferschicht

mit Eisen-III-Chlorid

Mit 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.
Besonders beachten sollte man, dass Eisen-III-Chlorid hässliche gelb-orange Flecken verursacht. Sowohl auf der Haut als auch auf Kleidungsstücken. Während die Flecken auf der Haut nach ein paar Tagen (!) wieder verschwinden, gehen sie aus Kleidungsstücken nur mit speziellem Fleckenentferner (Bezugsquelle: www.octamex.de) raus.

Typische Werte:

• 800 g Ätzmittel auf 1 Liter Wasser (gibt 1,4 l Lösung)
• ab 20 °C, besser 40-50°C Arbeitstemperatur
• Ätzdauer ab 1,5 Min. möglich

mit Salzsäure und Wasserstoffperoxid

Eine frühere Empfehlung der "Kontakt-Chemie" für Positiv 20 lautet:

• 200 ml 33%-Salzsäure
• 30 ml 30%-Wasserstoffperoxid
• 770 ml (der Rest) Wasser

oder

400 ml 15%-Salzsäure 300 ml 3%-Wasserstoffperoxid 300 ml (der Rest) Wasser etwas (0,5g) Kupfer oder besser Kupferchlorid zum Starten des Ätzens.

Die Mischung

• 1 Teil [math]\displaystyle{ \rm HCl }[/math]
• 1 Teil [math]\displaystyle{ \rm H_2O_2 }[/math]
• 2 Teile [math]\displaystyle{ \rm H_2O }[/math]

geht suppi. (Würde ich mich nicht trauen mit hochkonzentrierter Säure. Lieber die Säure unter 20% bringen und nach Bedarf [math]\displaystyle{ \rm H_2O_2 }[/math] dazu tun.)

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 [math]\displaystyle{ \rm H_2O_2 }[/math] nachgefüllt werden, da sich dieses zersetzen kann. Erwärmung des Ätzmittelbades beschleunigt sowohl das Ätzen als auch die "Alterung" des Ätzmittel bzw. das Zersetzen des [math]\displaystyle{ \rm H_2O_2 }[/math] in [math]\displaystyle{ \rm H_2O }[/math] und [math]\displaystyle{ \rm O_2 }[/math].

Salzsäure gibt es in Baumärkten günstig:

• Obi: 1 l Salzsäure, 30-33% für ~3,50 € (2012)

Wasserstoffperoxid ist ein Ausgangsstoff für Sprengstoff und deshalb in hoher Konzentration wenn überhaupt nur mit blöden Nachfragen zu erhalten, aber niedrige Konzentrationen können bei Verringerung der Wassermenge auch verwendet werden.

mit Salzsäure / Luft

Siehe hier: Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

mit Salpetersäure

Geht 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 Stickoxidbildung.

Nachbehandlung

Entfernung des Fotolacks

Der Fotolack von Bungard-Platinen ist schlecht durchlötbar und wird im allgemeinen entfernt.

Dazu gibt es verschiedene Methoden:

• Mechanisch mit Stahlwolle reinigen (ist das Einfachste meiner Meinung nach). Oder von Reichelt: BIB NHP 11 Schleifvlies-Handbogen, mittel 0,72 €

• Der Fotolack lässt sich auch entfernen, indem man die fertig geätzte Platine noch einmal für längere Zeit belichtet und nochmals entwickelt, sodass der restliche Lack abgelöst wird. Eine halbe Stunde Tageslicht klappt gut. Auf der Webseite von Bungard ist beschrieben, wie man diese Methode benutzen kann, um quasi "für umme" eine Lötstoppmaske herzustellen, interessant!

• Der Fotolack lässt sich auch entfernen ohne zu belichten, wenn man einen weiteren Entwickler benutzt, den man 10mal so stark ansetzt wie empfohlen.

• Bestimmte Lösemittel wie Spiritus, Isopropanol, Nagellackentferner oder Aceton (Bestandteil von Nagellackentferner),... lösen den Fotolack ebenfalls. Lösemittel entfetten die Platine gleichzeitig.

Oxidationsschutz

Die gereinigte Platine wird bei geplanter Lagerung mit einem Oxidationsschutz versehen.

Dazu kann man die blanken Kupferstellen

• mit Lötlack einsprühen oder

• mit einer Lösung von Kolophonium (oder auch Saupech genannt) in Nitroverdünnung (oder Alkohol) einsprühen. Das soll billiger sein und die gleiche Wirkung wie Lötlack erzielen oder

• die Platine verzinnen (s.u.)

Gute Erfahrungen kann man auch mit einem Vakuumiergerät machen.

Verzinnen

Um 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.
Hierbei muss darauf geachtet werden, dass der Fotolack wirklich vollständig entfernt wurde. Wenn es (auf den ersten Blick kaum sichtbare) Rückstände gibt, funktioniert die Verzinnung an diesen Stellen nicht richtig. Das angemischte Verzinnungsbad ist nur einige Monate haltbar und sollte dunkel gelagert werden.

Weiterführende Möglichkeiten

Lötstopp

Sehr gute Ergebnisse erreicht man mit dem Dynamask (R) Lötstopplaminat. Das Laminat ist von zwei Schutzfolien umgeben. Zunächst löst man vorsichtig die raue Folie und zieht diese etwa zu 1/4 der Platinengröße ab. Das freie Ende drückt man leicht auf den Platinenrand an. Vorsicht, die Folie klebt schnell ungewollt auf der Platine fest, besonders bei hoher Luftfeuchte. Nun führt man die Platine mit der angedrückten Folie zuerst in den Laminator ein. Dieser darf nicht zu heiß sein, es empfielt sich, zunächst kalt zu laminieren und dann auf ca. 80°C in einem 2. Gang zu gehen. Wichtig ist, dass man während des Laminiervorgangs das noch unlaminierte Folienteil von der Platine weg gespannt in einem Winkel von ca. 45 Grad hält. Das kostet etwas Übung, aber so gelingt dann auch die blasenfreie Verbindung.
Es handelt sich bei dem Lötstopp um einen UV-härtenden Negativfilm, d.h. die Lötpads müssen in der zu verwendenden Maske also schwarz/abgedeckt sein. Die Belichtungszeit entspricht etwa der Hälfte der Bungard-Platine. Ganz wichtig ist, dass der Film nach der Belichtung etwa eine Stunde im Dunkeln ruht, so dass die belichteten Bereiche weiter vernetzen können. Sonst kommt es im nachfolgenden Entwicklungsschritt zum Aufquellen und Ablösen insbesondere in den Stegen zwischen Finepitch-Lötpads.

Zum Entwickeln erwärmt man etwas Wasser auf ca. 60°C und gibt eine Prise Waschsoda (Soda calc.) hinzu. Dann zieht man die klare Folie vom Lötstopp ab. Beim Entwickeln hilft es, mit einem weichen Pinsel immer wieder über die Lötpads zu gehen. Nach spätesten 10 Minuten sollten alle Pads frei liegen. Im Anschluss trocknet man die Platine und belichtet noch etwa 1 Stunde weiter. Dadurch wird der Lötstopp schön hart und widerstandsfähig. Zusätzlich sollte man noch bei 70-80°C tempern, aber gut belüftet. Hierzu bietet sich ein T-962 Reflow-Ofen im Temperbetrieb mit Lüfter an.
Wenn alles geklappt hat, hat man schon eine sehr professionell wirkende Platine, die von einer extern gefertigten kaum noch zu unterscheiden ist.

Bestückungsdruck

Für manche sicher der Overkill, so kann man dennoch mit einfachen Mitteln einen recht ansehnlichen Bestückungsdruck erzeugen. Man benötigt einen Laserdrucker mit weißem Toner, Tonertransferfolie und eine geeignete Presse oder ein Bügeleisen. Den Bestückungsdruck druckt man spiegelverkehrt auf die Transferfolie. Diese richtet man auf der Platine aus und klebt sie mit Kaptontape fest. Bei ca. 140°C presst man nun die Folie an die Platine, am besten eignet sich eine T-Shirt-Presse, die es für erstaunlich wenig Geld zu ersteigern gibt. Nach dem Ankühlen erhält man so einen Bestückungsdruck, der gegen die gängigen Leiterplattenreiniger (Isopropanol, Kontakt LR aus der Sprühdose) auch beim Schrubben mit der Bürste beständig ist. Gelingt etwas nicht, so kann der Druck mit Aceton einfach beseitigt werden.

Entsorgung

Egal 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.