Erstellen einer Platine

Es sollen im Folgenden nur die grundlegenden, bzw klassischen Methoden, wie sie für den angehenden Hobby-Elektoniker von Interesse sind, behandelt werden.

Bei diesem Arbeitsgang geht es darum, die Leiterbahnen vor dem nachfolgenden Ätzvorgang zu schützen, d. h. es sollen ja nur die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen weggeätzt werden, die Bahnen müssen also vorher abgedeckt werden.
Eine einfache Möglichkeit besteht darin, die Bahnen mit Hilfe ätzfester Stifte auf die gereinigte und fettfreie Kupferoberfläche zu zeichnen (Vorsicht: das Kupfer darf nicht mehr durchscheinen). Alternativ oder zusätzlich können Abreibesymbole verwendet werden (Fachhandel).
Eine viel professionellere und elegantere Methode besteht in der Anwendung des sogen. Fotopositiv-Verfahrens. Dabei wird mit Hilfe des PC's und entsprechender Programme (z. B. Eagle light und viele andere) das Layout auf einer UV-transparenten Folie oder auch auf normalem Maschinschreibpapier erstellt. Vor dem Ausdruck werden die Bilder gespiegelt, da die bedruckte Seite auf der Platinenoberfläche aufliegen sollte, um Fehlbelichtungen zu vermeiden. Es können auch Papiervorlagen aus Zeitschriften verwendet werden. Bei Verwendung von normalem Kopierpapier muss man entsprechend laenger belichten (z. B. 5 - 8 min.)

Beim Fotopositiv-Verfahren muss das Basismaterial (Platine mit ein- oder zweiseitiger Kupferauflage) mit einem Fotokopierlack (z. B. Kontakt Chemie: Positiv 20) behandelt werden. Die Platine muss dabei blank, trocken und staubfrei sein. Im Raum sollte gedämpftes Tageslicht herrschen (keine Sonne im Raum). Die waagrecht liegende Platine sollte dann im Abstand von ca. 20 cm in Schlangenlinien besprüht werden. Der Fotolack verläuft dann sofort zu einer dünnen, lichtempfindlichen Schicht. Wenn zu satt gesprüht wird, kommt es zur Randbildung und unterschiedlichen Schichtstärken. Es muss dann länger belichtet werden (Vorsicht: das Einatmen der Dämpfe sowie der Kontakt mit Augen, Haut u. Kleidung ist zu vermeiden). Die so behandelte Platine darf nicht mehr dem Tageslicht ausgesetzt werden und muss im Dunkeln bei Raumtemperatur mind. 24 Std. trocknen. Man kann diesen Vorgang aber auch mit Hilfe eines Elektroherdes abkürzen: die Platine in der Mitte der kalten Backröhre (kein Heißluft- oder Gasherd) plazieren und die Temperatur langsam bis auf 70 C steigern (Temperaturen über 70 C schädigen den Lack). Je nach Schichtstärke dauert die Trocknung dann mind. 30 Minuten.
Die Platine ist dann im Kühlschrank bis zu 1 Jahr haltbar.

Faule Leute (wie ich) sparen sich diese Prozedur und kaufen fertig beschichtetes Basismaterial.

Beim Belichten sind 2 Faktoren von Bedeutung: die Schichtstärke und die Lichtquelle.
Da der Fotokopierlack ultraviolett-empfindlich ist, eignen sich zum Belichten nur UV-Lampen (z. B. 300-W-Ultra-Vitalux-Spezial-UV-Lampe von Osram, oder auch professionelle Belichtungsgeräte mit Leuchtstoffröhren, die aber wesentlich teurer sind, falls man sie nicht im Eigenbau herstellt).
Bei einer 300-W UV-Lampe im Abstand von ca. 20 cm beträgt die Belichtungsdauer ca. 4 min.
(der Lampenabstand sollte mind. der Platinen-Diagonalen entsprechen).
Es besteht ein quadratischer Zusammenhang zwischen Abstand und Belichtungszeit: Bei 1,4 fachem Abstand verdoppelt sich die Zeit, bei 75 % halbiert sie sich. Die richtige Belichtungsdauer sollte aber sicherheitshalber durch Versuche herausgefunden werden.
Zum Entwickeln brauch man eine flache Schale und einen handelsüblichen Entwickler, der nach Vorschrift in Wasse aufgelöst wird. Die fertige Lösung (fest verschlossen und als Gift gekennzeichnet) lässt sich längere Zeit aufbewahren. Offener Entwickler ist nach wenigen Stunden unbrauchbar, gebrauchte Lösung muss vorschriftsmässig entsorgt werden. Sie hat einen ph-Wert von ca. 13 und darf nur nach entsprechender Verdünnung mit viel Wasser oder entsprechender Neutralisation ins Abwasser gelangen (ab einem ph-Wert kleiner 8,5).
Die belichtete Platte wird in die Lösung eingetaucht und laufend bewegt. Nach spätestens 2 Minuten muss das Leiterbild voll entwickelt sein, andernfalls wurde zu kurz belichtet oder die Entwicklerlösung ist zu schwach (zu alt) bzw. verbraucht. Geht das Entwickeln zu schnell, ist entweder die Lösung zu stark (mit Wasser verdünnen) oder das Bad zu warm (über 30 C). Bei Überbelichtung oder nicht einwandfrei deckenden Zeichnungen erschein kurzzeitig das Leiterbild und schwimmt auch gleich wieder davon.
Wenn sich die Leiterbahnen sauber vom Kupfer abheben, muss die Platine sofort aus dem Bad entnommen werden, da sonst die unbelichtete Schicht des Fotolacks angegriffen wird.
Anschließend wird die Platine unter fließendem kalten Wasser ausgiebig gespüllt (Hände waschen nicht vergessen).

Ein klassisches Ätzmittel bei der Kleinserienfertigung (nichtdurchkontaktierte Platinen) ist das Eisen-III-Chlorid (FeCl3).
Das handelsübliche Granulat wird entsprechend den Angaben in Wasser aufgelöst und ist gebrauchsfertig, die gebrauchte Lösung kann wiederverwendet werden, sofern sie nicht bereits zuviel Eisen- und Kupferchloridschlamm enthält. Das verbrauchte Ätzmittel ist wegen des Kupferanteils als Sondermüll zu entsorgen.
Vorsicht beim Arbeiten mit Eisen-III-Chlorid: die Dämpfe können schleimhautreizend sein, Flecken auf der Kleidung gehen nicht mehr raus, Metall korrodiert beim Kontakt sofort.
Die Vorgangsweise: Ätzflüssigkeit in eine flache Kunststoffschale gießen und die Platine hineinlegen, sie sollte ständig bewegt werden. Je höher die Temperatur der Ätzflüssigkeit ist, desto schneller wird geätzt. Bei Zimmertemperatur kann der Ätzvorgang schon mal 45 Min. betragen.
Bei optimalen Bedingung (45 Grad C, unverbrauchter Lösung und Verwendung von professionellen Ätzmaschinen) läßt sich die 35 um dicke Kupferschicht in 1 - 2 Min. wegätzen.
Eine saubere Alternative zum Eisen-III-Chlorid ist das Feinätzkristall.
Zuletzt wird die verbliebene Fotoschicht mit Aceton oder Spiritus entfernt.

Nach dem Ätzen und Reinigen sollte die Platine verzinnt werden. Erstens, um Leiterbahnenrissen vorzubeugen und zweitens, weil die Kupferschicht sonst korrodiert (zumindest sollte die Platine mit Lötlack behandelt werden, um die Korrosion zu verhindern und gutes Fliessen des Lötzinnes zu gewährleisten).
Man nehme entweder ein handelsübliches Glanzzinn oder macht es auf einfache Weise: Einsprühen der Platine mit Lötlack (trocknen lassen) und Verzinnen der Leiterbahnen mit dem Lötkolben.

Nach diesen Arbeitsschritten sei nochmals darauf hingewiesen, dass man mit giftigen Chemikalien zu tun hat, die alle in den Sondermüll gehören!

SMD-Technik
von Alfred Härtl

Kurzbeschreibung
Die SMD-Technik (Surface Mounted Devices = oberflächenmontierte Bauteile) dringt immer mehr in den Elektronikbereich vor. Auch für den Hobby-Elektroniker bieten diese miniaturisierten Bauteile unverkennbare Vorteile. Aus dem Inhalt: Allgemeines zur SMD-Technik. Verarbeitung mit dem Lötkolben. Hinweise zur Leiterplattengestaltung (Layout), Vergleichstabelle konventionell-SMD, Vergleichstabelle SMD-konventionell. Stempelcode-Aufschlüsselung. Anschlussbelegungen von SMD-Transistoren und anderen SMD-Bauteilen.Das Buch ist eine praxisgerechte wertvolle Arbeitsunterlage für den "SMD-Einsteiger" und alle, die bereits mit SMD-Bauteilen arbeiten.

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Literatur zum Thema Elektronik:

Platinenlayout (kostenlose Software)