Anfertigen von Leiterplatten für Elektronikschaltungen (Platinen)

Erstellt am: 22.09.2001 Stand: 13.12.2004

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Nun sind es doch schon einige Elektronikschaltungen für´s KAPen geworden, so dass ich hier einmal die Herstellung von Leiterplatten mit dem Fotoverfahren anhand des Elektronikschalters Switch01 beschreiben möchte.

Elektronikschalter Switch01: Die Platine des Elektronikschalters Switch01 ist nur 25 x 38 mm klein. Die Bauteile werden von oben durch die Bohrungen gesteckt und auf der Unterseite mit den Leiterbahnen durch Löten verbunden.

Achtung! Sicherheitshinweise:
Die Sicherheitsdatenblätter der Hersteller und die Gefahrstoffverordnungen sind unbedingt zu beachten.

Zum Schutz vor ätzenden Flüssigkeiten müssen eine Schutzbrille, Gummihandschuhe und eine Gummischürze getragen werden.

1,5mm Basismaterial der Firma Bungard

Basismaterial als Ausgangsmaterial: Um eine möglichst kleine und damit leichte Leiterplatte zu erhalten, muss man diese mit dem Fotoverfahren herstellen. Dazu benutzt man als Ausgangsmaterial eine glasfaserverstärkte Platte, das Basismaterial. Auf dieser Platte befindet sich eine meistens 35 ym dünne Schicht aus Kupfer. Diese Kupferschicht wird von einem säurefesten Schutzlack abgedeckt. Dieser Schutzlack ist lichtempfindlich für UV-Licht und daher bei Lieferung mit einer Schutzfolie abgedeckt.

Platinenfolie: Da die Leiterbahnzüge mit einem optischen Verfahren auf das Basismaterial übertragen werden, muss eine Platinenfolie angefertigt werden. Dazu druckt man die Zeichnung der Leiterplatte, das Layout, aus und verkleinert sie auf einem Fotokopierer im richtigen Maßstab (gebe ich immer als Fertigmaß an) auf eine Overheadfolie. Dadurch entsteht eine sehr feine und scharfe Auflösung. Das Layout ist absichtlich spiegelverkehrt, damit beim Belichten mit der Folie die Schichtseite der Platinenfolie direkt auf dem Basismaterial liegt. Dadurch kommt es weniger zu Unterstrahlungen beim Belichten und die Leiterbahnen werden schärfer. Bei der fertigen Platine muss die Schrift wieder normal lesbar sein!

Ausdruck und verkleinerte Platinenfolie

Die Platinenfolie wird Seitenverkehrt mit der Schichtseite nach oben auf die Glasplatte gelegt

Belichten: Mit der Platinenfolie wird das Basismaterial für die Platine belichtet. Wichtig ist, dass die Platinenfolie ohne Abstand und Wellen auf dem Basismaterial aufliegt. Andernfalls kann Licht von der Seite auf den Schutzlack fallen und so können die Leiterbahnen ausfransen oder an einigen Stellen sogar ganz unterbrochen werden.

Da der Schutzlack auf der Kupferschicht fotoempfindlich für UV-Licht ist, muss eine Lampe mit starkem UV - Anteil verwendet werden. Die Belichtungszeit hängt dabei von der verwendeten Lichtquelle und vom Abstand zur Platine ab und sollte mit einigen Probestücken experimentell ermittelt werden. Bei einer geeigneten Leuchtstofflampe vom Typ Philips TLD 15W / 05 beträgt bei mir die optimale Belichtungszeit z.B. 90 - 120 Sekunden. Auf die Glasscheibe über den Lampen wird zuerst die Platinenfolie seitenverkehrt aufgelegt. Darauf kommt das Basismaterial mit der Schichtseite nach unten. Nun muss das Ganze während der Belichtung angedrückt werden, damit sich keine Wellen in der Folie bilden.

Die Belichtung erfolgt mit speziellen UV-Lampen

Achtung! Sicherheitshinweise:
Die Sicherheitsdatenblätter der Hersteller und die Gefahrstoffverordnungen sind unbedingt zu beachten.

Zum Schutz vor ätzenden Flüssigkeiten müssen eine Schutzbrille, Gummihandschuhe und eine Gummischürze getragen werden.

		Entwickeln: Durch den Belichtungsvorgang mit UV-Licht ist der Schutzlack an den belichteten Stellen zerstört worden. Mit einem Entwickler kann er von der Kupferschicht abgelöst werden. Dabei wird die belichtete Platte in eine Schale mit dem Entwickler gelegt und leicht hin- und herbewegt. Nach kurzer Zeit sieht man, wie sich der Schutzlack an den belichteten Stellen auflöst und somit das blanke Kupfer freigibt.
		Nach dem Entwicklungsvorgang erhält man eine Kunststoffplatte mit einer Kupferschicht, die an einigen Stellen von einem Lack geschützt ist. An diesen Stellen entstehen im nächsten Arbeitsschritt die Leiterbahnen. Dort, wo das UV-Licht durch die Platinenfolie auf den Fotolack getroffen ist, wird dieser vom Entwicklungsvorgang abgelöst. Das Kupfer liegt hier frei. Nach dem Entwickeln muss die Platine mit klarem Wasser abgespült werden.

Achtung! Sicherheitshinweise:
Die Sicherheitsdatenblätter der Hersteller und die Gefahrstoffverordnungen sind unbedingt zu beachten.

Zum Schutz vor ätzenden Flüssigkeiten müssen eine Schutzbrille, Gummihandschuhe und eine Gummischürze getragen werden.

Ätzen: Nun erfolgt der eigentliche Ätzvorgang. Dabei werden die ungeschützten Kupferflächen weggeätzt und die, mit dem Lack geschützten, Leiterbahnen bleiben stehen. Dabei muss das von mir verwendete Ätzmittel erwärmt werden. Um die Flüssigkeit in Bewegung zu halten wird von unten Luft über feine Düsen in den Behälter geblasen. Das Ganze sieht aus wie ein Sprudelbad.

Hier die Platine des Elektronikschalters Switch 01B.

Nach einigen Minuten ist die Platine fertig geätzt und wird nochmal gründlich gespült. Je nach Arbeitsweise und Ausrüstung lassen sich mehr oder weniger feine Leiterbahnen herstellen. Nun ist der chemische Teil der Herstellung beendet und es folgt die mechanische Bearbeitung.

Bohren: Die fertige Platine wird nun mit einem kleinen Bohrer (0,8mm) gebohrt. Dabei sollte man schon eine Ständerbohrmaschine oder eine Minibohrmaschine mit einem entsprechenden Ständer benutzen. Dadurch das die "Lötaugen" in der Mitte der Kupferfläche ein kleines Loch haben, zentriert sich der Bohrer hier selbst. Anschliessend werden bestimmte Bohrungen, z.B. für die Platinenbefestigung, mit dem entsprechenden Boherdurchmesser aufgebohrt.

Feilen und entgraten: Die fertig gebohrte Platine wird nun noch auf das fertige Maß gefeilt und leicht entgratet.

Waschen: Auf der Oberseite und dort wo die Kupferbahnen sind, befindet sich noch der Schutzlack auf der Platine. Nach der mechanischen Bearbeitung sollte der Fotolack auf beiden Seiten mit Spiritus abgewaschen werden.

Bestücken: Anschließend werden die Bauteile nach dem Bestückungsplan eingesetzt und verlötet. Manchmal liegen Brücken unterhalb von Bauteilen. Also diese Brücken als erstes einlöten und nicht vergessen. Preiswerte IC´s löte ich immer direkt ein. Für die Montage eines Microcontrollers sollte man eine IC-Fassung verwenden, da das Programm ja evtl. mal geändert werden muss. Wichtig ist bei einigen Bauteilen auch die Einbaulage bzw die Polung. Also immer auf den Bestückungsplan achten.

Für Fragen zum Nachbau stehe ich gerne zur Verfügung.

Manfred

Weiterführende Links:
Bungard, Hersteller von fotobeschichtetem Basismaterial
Isel, Hersteller von Ätzmaschinen
Reichelt Elektronik, Bauteile http://www.reichelt.de

Links zu anderen KAPern und mehr findet Ihr in meinem Surfers Guide.

Für Fragen Anregungen oder Erfahrungsaustausch stehe ich gerne zur Verfügung.

Über einen Eintrag in meinem Gästebuch würde ich mich sehr freuen.

Manfred
http://KAP-Man.de

Manfred