Leiterplattenherstellung Teil 2

Hallo zusammen,

im vorherigen Beitrag habe ich einen kurzen Überblick zum Design eigener Leiterplatten gegeben. Heute möchte ich Ihnen verschiedene Möglichkeiten der Fertigung vorstellen.

Jede Methode hat Ihre eigenen Vor- und Nachteile:

  • Fräsen: Eine der praktikabelsten Möglichkeiten eine individuelle Leiterplatte herzustellen ist das Fräsen mit einer CNC-Fräse. Hat man ein solches Gerät zur Verfügung und etwas Erfahrung im Maschinenbau ist es ein leichtes, richtig erstellte Layouts umzusetzen. Viele Programme unterstützen das nativ, Tartget3000 beispielsweise hat ein eigenes CAM Modul, welches den Entwurf der Platine direkt in G-Code umwandelt. Auch bei EAGLE ist ein entsprechendes Modul mit an Bord.

    Früher waren CNC-Fräsen unglaublich teuer in der Anschaffung, heute jedoch sind vor allem selbst gebaute Maschinen erschwinglich geworden. Bedenken Sie jedoch, dass der Bau einer eigenen Fräse, ohne Praxis in diesem Bereich ein Projekt für viele Monate darstellt. Mit günstigen Maschinen aus China habe ich persönlich eher schlechte Erfahrungen gemacht, einseitige Platinen lassen sich damit zwar fertigen, jedoch ist hier viel Geduld gefragt. Doppelseitige PCBs sind nochmals um einiges anspruchsvoller. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Stichel und Fräser recht teuer sind und relativ schnell verschleißen. Kleinserien können damit also schnell teuer werden, insbesondere wenn man erst in dieses Thema einsteigen will. Eine kleine Einstellung falsch gesetzt und das eingespannte Werkzeug ist nicht mehr, bei einem Preis von ca. 10€ pro Stk. sind Fehler also recht exklusiv.

 

  • Vorarbeiten zum Ätzen: Die wohl verbreitetste Methode Leiterplatten herzustellen ist das Ätzen der Platinen. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Wege zur fertigen Platine zu kommen. Foto-Platinen sind hier der Klassiker. Damit lassen sich recht zuverlässig saubere Ergebnisse erzielen. Die notwendigen Arbeitsschritte sind belichten, entwickeln und das anschließende Ätzen. Diese Methode hat sich über Jahre bewährt. Bei Verwendung von hochwertigem Material ist das Belichten und anschließende Entwickeln relativ einfach.

    Es gibt unterschiedliche Methoden die fotosensitive Schicht zu belichten. Eine recht einfache, aber nicht ideale Methode stellt die Belichtung mithilfe eines schwarz bedruckten Papiers in Verbindung mit Sonnenlicht dar. Da jedoch die Sonne immer unterschiedlich scheint kann es Probleme mit der Reproduzierbarkeit geben. Außerdem sind die Kanten der Leiterbahnen bei Verwendung mit Papier manchmal etwas unscharf, mit Folien funktioniert das deutlich besser.
    Eine relativ neue Möglichkeit der Belichtung ist die Verwendung einer blauen Laserdiode. Es gibt Projekte im Netz, die beispielsweise einen 3D-Drucker in Verbindung mit der Diode nutzen. Für Einsteiger ist das jedoch nicht geeignet, da es dabei vieles zu beachten gilt. Viele Dioden sind beispielsweise so stark, dass unter keinen Umständen ohne adäquate Schutzausrüstung gearbeitet werden darf! Bereits das von einer weißen Wand reflektierte Streulicht kann ausreichen um die Netzhaut irreparabel zu beschädigen! Da die Dioden recht sensibel sind ist die Ansteuerung bzw. die Versorgung manchmal aufwendiger wie gedacht.

    Geht beim Entwickeln etwas schief, können Sie sogar mit Fotolack nachbessern. Hat man einmal die nötigen Einstellungen herausgefunden, sind die Ergebnisse für weitere Projekte gut reproduzierbar(vorrasugesetzt man verwendet das gleiche Material). Als Nachteil sei noch genannt, dass nicht nur im Anschluss das Ätzbad, sonder auch der Entwickler als Sondermüll entsorgt werden müssen.

    Eine weitere Möglichkeit ist die Tonertransfermethode. Diese ist i.d.R. günstiger und einfacher umzusetzen, da das belichten und entwickeln entfällt. Hier wird mithilfe eines Laserdruckers Toner auf ein Transfermedium aufgebracht, dieser dient dann als Ätzmaske. Es gibt dafür spezielle Folien auf dem Markt die jedoch teuer sind, und den Preisvorteil gegenüber der Foto-Methode zunichte machen. In der Praxis hat sich der Reicheltkatalog als Transfermedium bewährt, dieser Tipp wird sehr häufig im Internet genannt. Aus eigener Erfahrung weiß ich dass auch andere Hochglanzpapiere geeignet sind, jedoch nicht alle.

    Die dritte, und meiner Meinung nach beste Methode stellt die Fertigung mithilfe eines kleinen CO2-Lasercutters dar. Viele unserer Leser denken jetzt bestimmt dass das nicht möglich ist, da ein CO2-Laser Kupfer nur schwer schneiden kann - nun, sie haben damit recht.Ich spreche jedoch nicht vom schneiden von Leiterplatten. Beschichtet man eine Leiterplatte mit schwarzem Lack, lässt sich dieser mit dem Lasercutter rückstandsfrei weglasern, übrig bleibt die Ätzmaske. Allerdings sind dafür ein paar Versuche nötig um den richtigen Lack zu finden. Acryllacke sind dafür prinzipiell sehr gut geeignet, allerdings ist das Ergebnis von den verwendeten Pigmenten im Lack abhängig. Da das großflächige Abtragen des Lacks einiges an Lampenzeit erfordert ist es günstiger die gleiche Methode wie beim Isolationsfräsen anzuwenden.

  • Das Ätzen selbst: Hat man seine Leiterplatte vorbereitet geht es ans Ätzen. Prinzipiell gibt es dafür spezielle Geräte die man kaufen kann um komfortabel reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, allerdings rechnen sich solche Geräte erst ab einer gewissen Stückzahl. Diese können auch selbst gebaut werden. Es gibt Bäder und Sprühanlagen, Bäder sind einfacher umzusetzen und auch günstiger, diese bestehen je nach Preisklasse aus einer Heizung mit Umwälzpumpe, Steuerung und Mechanik. Sprühanlagen liefern i.d.R. gleichmäßigere Ergebnise. Für den Heimgebrauch gibt es Sets diverser Hersteller, so z.B. hier 
    Bzgl. des Ätzmittels unterscheiden sich die Meinungen, es gibt u.a.

    - Eisen-III-Chlorit
    - Wasserstoffperoxid und Salzsäure
    - Ammoniumpersulfat
    - Natriumhydroxid
    - Natriumpersulfat
    - Oxalsäure

    Manche der oben aufgezählten Methoden sind für ungeschulte Anwender höchst gefährlich, einige sind mittlerweile im Einzelhandel nicht mehr frei erhältlich und das hat seine Gründe.
    Am besten beraten sind Einsteiger mit Startersets und Natriumpersulfat. Gute Ergebnisse lassen sich bei 50°C erzielen, mit einem Wasserbad und Glasthermometer sind Sie auf der sicheren Seite. Denke Sie bitte der Umwelt zuliebe daran, das verwendete Mittel vorschriftsmäßig zu entsorgen. Gelöstes Kupfer ist für die meisten Wasserorganismen extrem schädlich und die Säuren, bzw. Basen lösen nicht nur Metalle.

Interessiert Sie eine Methode besonders? Lassen Sie es uns über einen Kommentar wissen, wir werden uns bemühen dies in einem weiteren Folgebeitrag umzusetzten.

Bis zum nächsten mal :)

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Kommentar

Arduinofrosch - November 12, 2018

Ein kleiner Tipp für Anfänger: Es gibtauch Stifte mit einer leitenden Flüssigkeit. So kann man sich die Leiterplatte zeichnen. Ich nehme das aber nur für einfache Leiterplatten.

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