Platinen Ätzen

Einführung:
Wer keine Lust mehr hat auf den "unprofessionellen" Lochrasterplatinen rumzulöten, der ist hier richtig!
Ich versuche auf dieser Seite meine Erfahrungen mit dem Ätzen von Platinen zu publizieren. Ich hoffe ich kann dir damit helfen.

Zuerst eine Warnung: Beim Ätzen werden aggressive Chemikalien verwendet, die Hautverätzungen, Schleimhautreizungen und fataleres zur hervorrufen können. Deswegen weiße ich ausdrücklich darauf hin, dass ich keinerlei Haftung für eventuelle Schäden an Personen und/oder Materialien übernehme! Ich empfehle es auch Schutzmaßnahmen, wie Schutzbrillen und dicke Gummihandschuhe anzuwenden! Weiterhin ist es wichtig, den Ätzvorgang nur in gut belüfteten Umgebungen zu machen, da giftige Gase entstehen können, die sicherlich nicht gesundheitsfördernd sind.

Als erstes versuchte ich mein Glück mit Transferfolien. Das sind spezielle (aber sehr teuere und schlecht erhältliche) Teflon-Folien, die mit einem Laserdrucker oder Fotokopierer "bebrannt" werden. Danach werden sie auf eine normale Epoxyd-Platine (eine Platte mit 35µm dünner Kupferschicht) gebügelt.
Den Laserdrucker habe ich von meinem Nachbarn ausgeliehen (noch einmal Danke dafür!). Zuerst habe ich das Layout einige Male auf Papier und OVP-Folie gedruckt. Nachdem ich mit den Ausdrücken (von meinem LCD/PIC-Board 1.2) sehr zufrieden war habe ich mich an die Transferfolie gewagt. Das Ergebnis sah nicht schlecht aus. Anders als bei den anderen Medien war der Rand der Leiter ein bisschen hell. Naja, wird schon passen, dachte ich mir.
Doch die Enttäuschung kam beim Aufbügeln auf die Platinen. Hierzu ein paar Bilder:

Das war der erste Versuch. Links die Platine, rechts die (ziemlich fertige) Teflon-Folie. Auf dem Bild sieht es zwar nicht schlimm aus, jedoch verschmierte der Toner ca. 1-2mm um die Sollposition. Auch die Folie hatte noch auffallend viel Toner an sich.

Da dachte ich mir, dass der Bügelvorgang vielleicht zu kurz und zu kühl war (Einstellung: Baumwolle)
Bei dem nächsten Versuch (PIC-Brenner) habe ich die Temperatur auf Maximum gedreht und ein bisschen länger gebügelt. Irgendwann hat die Platine ein eigenartiges Geräusch von sich gegeben. Die Bilder sprechen von sich:

Obwohl ich bedeutend länger Gebügelt habe ging beachtlich wenig Toner auf das Kupfer. Rechts siehst du die Transferfolie, wie sie nach dem Bügeln aussah. An den Ränden waren einige Blasen (schon oben links zu sehen) und das war's. Ach ja, das dunkle um die Folie ist ein Papier, das ich verwendete um das Bügeleisen meiner Mutter nicht zu ruinieren. An den braunen Flecken kann man die Temperaturen erahnen.

Nach eingiebiger Untersuchung der (heißen) Platine war ein heller Fleck auf der Rückseite sehr gut zu erkennen. Die eigenartigen Klebereste war einmal Klebefilm, der sich auflöste. Vermutlich platzte die Platine, da die Hitze nur auf einen Punkt konzentriert war. Wer da wohl schuld war?!?! Übrigens: Der weiße Fleck ist keine Hinterlassenschaft des Bügeleisens - es ist nur der Blitz meiner Kamera ;D

Bei diesem Anblick war das Thema Transferfolie abgeschlossen. Schade, wäre echt toll gewesen, da man nicht belichten muss.

Da bleibt mir wohl nichts anderes mehr möglich.

Gleich am Montag bin ich in die Stadt um mir in einer Elektronik-Apotheke ein paar Fotobeschichtete Platinen zu kaufen. Echt - APOTHEKENPREISE!!
Das doppelte, wie wenn ich bei Reichelt bestellt hätte - es hätte sich hier jedoch nicht gelohnt. Dazu habe ich noch einen Entwickler gekauft.

Zuhause angekommen musste ich es natürlich sofort ausprobieren. Dazu habe ich die Layouts zweimal auf eine Inkjet-Folie gedruckt. Die Kopien werden beim Belichten aufeinandergelegt, dass die Leiterbahnen nicht ungewollt belichtet werden.

Zum Belichten habe ich meinen selbstgebauten Durchleuchtkasten und einen medizinischen UV-Strahler verwendet. Die Glasplatte für das Belichten muss sauber sein. Dazu musst du sie ggf. mit Glasreiniger säubern. Den etwa 20cm hohen Kasten habe ich auf die umgekippte Lampe gelegt. Auf die Glasplatte habe ich die Folie in doppelter Ausführung mit Klebestreifen fixiert. Die Schutzfolie von der Testplatine abgezogen, legte ich die Fotobeschichtete Platine auf das Layout. Diese solltest du mit einer kleinen Holzplatte beschweren, damit sich die bedruckte Folie nicht wellt und die Belichtung missglückt.
Leider waren in der UV-Lampe auch Infrarot-Strahler integriert, die nur in mit der UV-Lampe angeschaltet werden konnten. Beim Anschalten sollte man nicht in die Lampe blicken, da die Strahlung zu Horn- und Netzhautschädigungen führen kann.
Ich hielt etwa 5m Abstand von der Lampe. Die wurde innerhalb von 10 Sekunden so hell, dass ich trotz der Abdeckung der halben Glasplatte das Licht im Raum getrost abschalten konnte, ohne dass es großartig dunkler wurde.
Nach etwa 90 Sekunden machten sich die Infrarot-Röhren bemerkbar. Mit einem unerwarteten Knall sprang die Glasplatte, die sich überspannte. Schnell packte ich das Platinenstückchen und legte es in den Entwickler. Nach den empfohlenen zwei Minuten nahm ich es heraus, wusch es mit Wasser ab und gab es in meine Ätzlösung. Ich verwende eine spezielle Mischung, die sehr brisant ist und nicht empfehlenswert ist (Preis & Entsorgung).

Für den "Alltagsgebrauch" sind Natriumpersulfat oder die Mittelchen aus Elektronik-Läden eher zu empfehlen. Jedoch rate ich ab, die Ätzsubstanzen nach dem Benutzen einfach in den Abfluss zu kippen. Dort tun sie auch noch ganze Arbeit. Sie können Spülbecken oder die Rohre angreifen. Zudem sind sie in den Kläranlagen nicht sehr gut aufgehoben. Besser ist es, sofern man einen Chemiker kennt, ihm das ganze zum neutralisieren mitzugeben oder es bei einer Chemikaliensammlung abzugeben. Außerdem kann man die meisten Ätzsubstanzen nicht nur einmal verwenden. Wenn du die Ätzmittel aufbewahren willst, fülle es Luftdicht in Glasflaschen und beschrifte sie auffällig, dass es gewiss niemand trinkt!!!

Bei meinem Versuch war nicht sehr viel zu sehen. Nur teile des Kupfers wurden sehr träge abgeätzt (Erkennung durch Luftblasen). Um zu prüfen, ob die Mischung gut ist, habe ich ein kleines Stück Kupferdraht mit in die Flüssigkeit gegeben. Um diese fand eine sehr starke Blasenbildung statt und es sah danach nicht mehr glänzend, sondern sehr stumpf aus.

Obwohl meine Testplatine nur sehr kurz belichtet wurde, war nach dem Ätzvorgang der Schriftzug, den ich darauf projiziert habe leicht zu erkennen.

Sobald ich es schaffe eine Platine Erfolgreich zu bearbeiten, werde ich natürlich hier darüber berichten.

Jedoch kann ich rein theoretisch weitermachen:
Nach dem Belichten von ca. 3-5 Minuten (von der Platine und Lampe abhängig) solltest du deinen Zuschnitt erst 2-3 Minuten in den angemachten und Lauwarmen (bis ca. 25°C) Entwickler geben (Diesen und die Ätzmischung kannst du am besten in eine Entwicklerschale oder einen hohen(!!) aber alten Teller füllen, den aber niemand mehr benutzen sollte). Danach geht es kurz ins Wasserbad, damit kein Entwickler in deine Ätzlösung kommt. Jetzt wird es spannend: Du solltest die Platine mit einer Plastikpinzette (oder einer alten Metallpinzette, die ist aber danach nicht mehr zu gebrauchen) in die Ätzlösung geben (Zu beachten ist hierbei, dass diese eventuell eine bestimmte Arbeitstemperatur hat). Jetzt kannst du beobachten, dass sich auf den Stellen, die weggeätzt werden kleine Luftbläschen entstehen. Das ist ganz normal. Damit die Platine vollständig geätzt wird, solltest du die Mischung mit der Pinzette etwas umrühren und die Platine ab und zu wieder ein bisschen bewegen. Wenn der Ätzvorgang abgeschlossen ist (das erkennst du daran, dass die Platine so aussieht, dass man sie bereits löten könnte), kannst du sie aus dem Ätzbad herausnehmen und sie noch einmal abwaschen. Die Reste des Entwicklers und der Lösung kannst du in die entsprechenden Flaschen zurückgießen (Was in der Schulchemie nicht gerne gesehen wird).
Damit der Restliche Fotolack sich auch verabschiedet kannst du die Platine mit einem, in (Brenn-)Spiritus getränkten Tuch reinigen. Um das Löten zu erleichtern und das Kupfer vor Korrosion zu schützen solltest du sie mit Lötflusslack (erhältlich in der Elektro-Apotheke oder bei einem Bestellservice wie Reichelt).

Jetzt ist das spektakulärere vorbei. Um die Platine zu bestücken, musst du sie natürlich noch bohren. Dies ist weniger kompliziert, benötigt aber sehr viel Fingerspitzengefühl oder einen Bohrständer. Um exakte Löcher zu Stande zu bringen, brauchst du einen sehr schnellen Bohrer (bis zu 20000 U/min!! - meine Empfelung: Proxxon oder Dremel). Als Bohrer selbst solltest du einen Hartmetallbohrer wählen. Diese sind zwar relativ teuer, hinterlassen aber perfekte Löcher.
Um nicht einen Fehlkauf zu erleiden, hier ein Bild eines 1 mm Bohrers:

Um diese Bohrer nicht unnötig abzubrechen, rate ich, einen Bohrständer zu basteln oder zu kaufen. Ich tat das letztere. :) Links dazu ein Bild des Ständers. Die Bohrmaschine wird hier in das Vordere Loch am hellgrünen Teil. Dieses kann man auch neigen, was für diese Anwendung nicht nötig ist. Unten ist auch ein Variabler Halter, der für diese Zwecke eigentlich auch nicht nötig ist. Über die verschiedenen Schrauben kann man die Ständerhöhe und die Bohrtiefe einstellen. Die Ständerhöhe ist in soweit egal. Hauptsache man kommt bis unter die Platine. Die Bohrtiefe würde ich nur knapp unter das gefräste Loch setzen. Damit wird der Bohrer und die Platine geschont. Zum Bohren selber muss ich vermutlich nicht mehr viel sagen.

Also nun viel Spaß und Geduld beim Basteln!

Ein paar Tage später habe ich einen neuen Versuch gestartet. Dieses Mal mit einer neuen Glasplatte, die etwas stärker war (ca. 5 mm). Diese habe ich, anders als beim ersten Versuch, nicht eingespannt. So, dachte ich zumindest, dass die Spannungen in der Glasplatte nicht allzu stark werden sollten. Also müsste es rein theoretisch schon einmal klappen. Also habe ich, wie letztes Mal, die Vorlage wieder fixiert. Bis zum Ende der Belichtung ging auch alles gut! Nur als ich die Holzplatte (zum beschweren) herunternahm, machte es *klirr* und schon verabschiedete sich die Glasplatte wieder. Hauptsache, die Platine wurde komplett belichtet, dachte ich mir. Also ab in den Entwickler! Die unbelichteten Stellen wurden teilweise braun. Das erschien mir nicht ganz geheuer.  Nach dem 10minütigen Ätzbad hab ich dann gemerkt, dass es so nicht gehen kann. Die Platine wurde zur Hälfte rostbraun und die andere Hälfte war Kupfer.

Für mich war's das! Mir sind die "altmodischen" Lochrasterplatinen doch lieber.
Wer trotzdem seine Printschaltungen auf Epoxyd haben will, der muss auf CNC umsteigen, selber mit dem Dremel fräßen oder auf teueren Platinenservice zurückgreifen.

Wenn du selbst Erfahrungen gesammelt hast, kannst du es mir ja mailen!

Nachtrag:
Von Andreas Dreher erreichte mich wegen der "geplatzten Platine" folgende Mail:

Das wollte ich dir verraten :-)
Schuld war die Feuchtigkeit die in der Leiterplatte war. Du mußt dir die Leiterplatte als Schwamm vorstellen, der die Luftfeuchtigkeit aufsaugt und in sich speichert. Wenn jetzt schlagartig die Leiterplatte erwärmt wird kommt es zu einer sogenanten Delamination. Dabei wird die kondensierte Feuchtigkeit schlagartig gasförmig und benötigt deswegen ein größeres Volumen. Dadurch werden die einzelnen "Prepregs" (= mit Epoxidharz getränktes Glasgewebe) auseinandergedrückt.
Wenn du sowas verhindern willst temper die Leiterplatten einfach vor der Verarbeitung. Zu deutsch: Leg die Leiterplatte zwei Stunden bei 100-120°C in den Backofen. Dadurch verdunstet die Feuchtigkeit langsam aus der Leiterplatte ohne Schaden anzurichten.

Ok - wieder etwas dazu gelernt.
Ich gebe es aber nicht auf - ich habe Plexiglas herumliegen, das nur darauf wartet, geklebt zu werden - wann weiß ich aber noch nicht.