Ätzen und Lötstoplaminat

Um eine eigene Platine zu ätzen benötigt es ein paar Chemikalien und Gerätschaften. Will man seine Platine mit Lötstoplaminat veredeln, sogar noch etwas mehr. Chemikalien und Laminat hab ich bei octamex.de bestellt.

Mit der Zeit entwickelt jeder so seine eigenen Vorgehensweisen. Diese betreffen jedoch lediglich die Geräte und Hilfsmittel, die verwendet werden und eben nicht die eigentlich relevanten Vorgänge wie Belichten, Entwickeln oder Ätzen.

Ich benutze zum  Entwickeln der Platine Natriumhydroxid. Zum Ätzen der Kupferschicht verwende ich Natriumpersulfat und für das Lötstoplaminat Natriumcarbonat. ! HANDSCHUHE UND SCHUTZBRILLE SIND PFLICHT ! In welchem Wasser/Chemikalie Verhältnis die Flüssigkeiten angesetzt werden müssen, kann meist dem Beipackzettel entnommen werden.

Benötigt wird…:

– Drucker für Folie

Belichtungsgerät (UV-Leuchte)

– Glasgefäße für Entwickler und oben geöffnetes Ätzbad (Auflauf-Formen)

– Heizmöglichkeit

– Thermometer oder Thermostat

– Zangen oder andere Greifwerkzeuge

– Tücher zum Abtrocknen

– Alkohol ( Spiritus)

– Platinenrohlinge

für Lötstoplaminat braucht man noch…:

-Negativ-Entwickler (Natriumcarbonat)

-Laminiergerät

-weiteres Gefäß

 

Bei mir schaut das dann so aus:

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An der Ätzbadschale habe ich eine selbstklebende Heizfolie befestigt. Diese ist eigentlich nur für 15W ausgelegt, kann aber sogar für bis zu 90°C verwendet werden… Ich gebe einfach 30,7V auf die Folie, was dann  bei 2,55A ordentliche 78W ergibt! Daraus resultiert innerhalb kürzester Zeit eine optimale Ätztemperatur.

Geregelt wird das Ätzbad von einem Solar-Regler, welchen ich mit einem Relais versehen habe. Somit kann der 230V Pumpenausgang das Relais schalten, welches wieder meine Heizfolie schaltet. Der hierfür benötigte Strom kommt bei mir momentan aus einem Labornetzteil. Schaltet das Relais, schließt sich der Kontakt im Solarregler und die Folie wird durch den Strom aufgeheizt. Den Temperatursensor habe ich einfach im Ätzbad hängen. Der Solarregler arbeitet hier im Thermostatmodus. Auf dem Display kann ich die aktuelle Temperatur überprüfen.

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Nachdem man aus dem Schaltplan ein Layout erzeugt hat, wird dieses auf eine Folie gedruckt.

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! WICHTIG ! Der Toner sollte beim Belichten auf der Kupferfläche aufliegen, da sich die UV-Strahlen sonst in der Folie zerstreuen können. Auch wenn die Folie nur ganz dünn ist, das Licht ist stets „dünner“ und könnte unter dem Toner den Fotolack beschädigen. Dies hat nicht selten unsaubere Kanten zur Folge und es kann leicht dazu kommen, dass ohnehin sehr dünne Leiterbahnen einfach mit weggeätzt werden. Also beim Ausdrucken auf die richtige Ausrichtung achten! Die bedruckte Folie für die Belichtung sollte so lichtundurchlässig wie möglich sein. Man kann hierfür beispielsweise auch zwei Ausdrucke deckend übereinander legen.

Je nach Vorhaben kann man verschieden Layer ausdrucken.

Rechtsunten: Leiterplatten Layout / Links daneben: Layout für Positionsdruck / Links oben: Pads Layout für Lötstoplaminat.

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Ist die Platine so groß wie die Folie, ist das Ausrichten auf dem Belichter wesentlich einfacher.

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Zunächst entfernt man die blaue Schutzfolie vom Platinenrohling, welche verhindert, dass die Platine ungewollt belichtet wird.

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Hat die Platine dieselbe Größe wie die Folie, fällt einem das Ausrichten auf dem Belichter später leichter.

! WICHTIG ! Der Toner sollte beim Belichten auf der Kupferfläche aufliegen

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Während dem Belichten ist etwas Druck erforderlich, damit zwischen Folie und Platine kein Abstand ist, um unsaubere Kanten zu vermeiden. Die Belichtungsdauer hängt von der Leistung des Belichters und dem Abstand der Leuchtmittel zum Fotolack der Platine ab. Hat man eine perfekt lichtundurchlässige Belichtungsfolie, kann man jedoch nur zu kurz belichten. Da aber meist Restlicht durch die Folie kommt,  muss etwas experimentiert werden um die richtige Zeit zu ermitteln.

Belichtungsreferenzplatine: Ich habe mehrere TQFP100 Pads nebeneinander ausgedruckt und  mit einem Stück Karton abgedeckt. Alle 5 Sekunden legte ich während dem Belichten ein weiteres Stück frei. Nach dem Entwickeln und Ätzen besitze ich nun eine Referenzplatine, an der ich sehen kann, zu welchem Zeitpunkt der Belichtung die Pads am saubersten aussehen.

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Was ist beim Belichten passiert? Auf dem Kupfer befindet sich eine Schicht Fotolack, der bei Bestrahlung mit UV-Licht „kaputt“ geht. Dort kann der Entwickler den Lack entfernen und somit das Kupfer freilegen. Überall, wo die bedruckte Folie eine Belichtung verhindert, ist der Lack noch intakt und schützt das Kupfer vor dem Ätzmittel.

Nach dem Belichten ist die belichtete Platine zügig in das Positiv-Entwickler-Becken (Natriumhydroxid) zu tauchen bis die belichteten Stellen der Platine kupferfarben sind. Eine Heizung für das Entwicklerbad ist in diesem Schritt nicht nötig.

Wird zu kurz belichtet, befindet sich noch eine sehr dünne Schicht Lack auf dem Kupfer, welche das Ätzen im Anschluss extrem verlängern kann. Ist zudem beim Belichten durch den Toner etwas Licht auf die Platine gefallen, wird das Kupfer auch an Stellen angegriffen, die man eigentlich nicht geätzt haben will. Ist das Kupfer jedoch völlig blank, dauert das Ätzen nur wenige Minuten und Ätzfehler, die durch die längere Belastung des Ätzmittels hervorgerufen würden, bleiben aus. Wichtig ist auch, dass der Fotolack recht labil ist und sich mit Zangen oder Pinzetten leicht zerstören lässt. Sogar die Folie kann ihre Spuren hinterlassen. Das gibt dann unansehnliche Löcher im Kupfer oder sogar unterbrochene Leiterbahnen. Also nicht versuchen, den Lack beim Entwickeln abzuwischen.

SO NICHT!

Das war eine meiner ersten Test-Platinen. Man erkennt gut die löchrige und raue Kupferoberfläche. Hier hat das UV-Licht durch den Toner auf der Folie den Fotolack leicht beschädigt und durch das zu kurze Entwickeln musste die Platine dann auch länger im Ätzbad bleiben. Somit hatte das Ätzmittel genug Zeit durch den beschädigten Fotolack das darunterliegende Kupfer zu verätzen.

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Die Kratzer stammen von einer Pinzette, die beim Ätzen abgerutscht ist und den Fotolack zerstörte. Da dies die Rückseite der obigen Platine ist, war auch hier wieder genug Zeit das Kupfer zu lösen. Wären dort Leiterbahnen gewesen, wäre das noch ärgerlicher gewesen.

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Die Zweiseitige Platine hab ich in einer Tasche aus bedruckter Folie belichtet. Erst von der einen, dann von der anderen Seite. In der Folie waren an den Ecken Löcher, weswegen ich die Platine in der Folientasche fixieren konnte.

 

Weiter geht’s

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Die Platine sollte so lange im Entwickler bleiben, bis das Kupfer seine typische Farbe hat.

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Man erkennt nun sehr gut, wo das Kupfer freigelegt und anschließend vom Ätzmittel entfernt wird (hell). Der Fotolack (dunkel) schützt die Bereiche, die später noch vorhanden sein sollen.

Das Ätzbad sollte nun auf 40°C bis 45°C  aufgeheizt werden, da unter diesen Temperaturen das Ätzmittel am effektivsten arbeitet.

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Je feiner ein Layout ist, desto öfter sollte die Platine geschwänkt werden, damit sich das Kupfer zwischen zwei Leiterbahnen sauber lösen kann. Bei ganz feinen SMD Layouts schüttel ich die Platinen fast durchgehend. Versucht nicht das Kupfer von der Platine zu rubbeln. Das würde den Fotolack beschädigen und das Kupfer freilegen.

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Ist das gesamte Kupfer abgetragen ist die Platine gründlichst zu spülen.

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Da der Fotolack das Kupfer vor dem Ätzmittel geschützt hat, ist dieser noch immer vorhanden und muss entfernt werden.

Das geht am einfachsten mit Alkohol z.B. Spiritus

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Eigentlich ist die Platine jetzt fertig. Für bedrahtete Bauteile ist das Bohren der Löcher noch nötig.

Will man jedoch die Platine vor dem Oxidieren schützen, ist Lötstoplaminat eine Möglichkeit. Zudem lässt es sich dann sauberer Löten und schaut professioneller aus. Ich verwende hierzu das Lötsoplaminat von octamex.de. Man könnte die Platine auch chemisch verzinnen, doch leider hält dieses Bad nur 4-6 Monate, bei der geringen Stückzahl an Platinen, die ich fertige, wäre aber nicht rentabel.

Also schneiden wir erstmal grob das Laminat zurecht. Die Platine sollte mit einem Heißluftföhn oder einem Ofen gründlich getrocknet werden.

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Das Laminat hat zwei Schutzfolien. Zum Auflaminieren muss die matte Folie abgezogen werden.

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Dann wird diese positioniert und glatt gestrichen.

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 Anschließend wird, wie der Name schon sagt, laminiert.

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 Da das Laminat UV-härtend ist, müssen alle Pads, die frei bleiben sollen, verdeckt sein.

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Nach dem Belichten ist das Laminat schon wesentlich steifer. Nun muss die zweite Folie entfernt werden, damit das Ätzmittel (Natriumcarbonat) arbeiten kann.

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Nach dem Belichten sollte die Platine 15-20 min im Dunkeln ruhen, damit die durch das UV-Licht aktivierte Härtung noch etwas arbeiten kann.

Danach ab in den Entwickler. Natriumcarbonat wird als Negativentwickler angeboten.

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 Sind alle Pads frei, kann die Platine von den überstehenden Rändern befreit werden.

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Danach gut abtrocknen und nochmal 30 min zum endgültigen Durchhärten in den Belichter legen.

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Anschließend noch Löcher bohren, falls nötig.

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Fertig!!! In diesem Fall ein Timer für mein Belichtungsgerät.

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Mir ist noch aufgefallen, dass die Relaisanschlüsse verdreht waren. Beim Abkratzen des Lötstoplaminats merkt man, wie fest dieser wird. Die Stabilität des Lacks ist vergleichbar mit gekauften Platinen.

 

 

 

 

 

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