Gedruckte Schaltungen selbst herstellen!

Als richtiger Elektronikbastler will man auch mal selbst eine Platine herstellen. Oft hat man ja eine Abbildung, manchmal sogar eine Folie, richtige Freaks machen sogar ihr Layout selbst auf dem Computer. Dann beginnen leider schon oft die Probleme. Diese kleine Anleitung soll dem interessierten Bastler eine einfache und preisgünstige Möglichkeit aufzeigen, selbst erfolgreich die passenden Leiterplatten herzustellen.
Was brauchen wir alles?
Platinenmaterial
Einen Film oder eine Vorlage
Eine Belichtungsmöglichkeit
Entwickler und eine Entwicklerschale
Ätzmittel und eine Ätzschale, eventuell eine Heizungsmöglichkeit
Bohrer, Bohrmaschine und einen Bohrständer
Reiniger
Lötlack
Einen Behälter für verbrauchtes Ätzmittel
und natürliche jede Menge Leitungswasser!


Platinenmaterial:
Das Material ist immer eine Isolierstoffplatte die einseitig oder beidseitig eine dünne Kupferschicht trägt. Es gibt sogenannte Pertinax- oder Hartpapierplatten und glasfaserverstärkte Epoxydharzplatten, kurz FR4 genannt. Andere  Materialien sind eigentlich für den Hobbybereich nicht so interessant oder zu teuer. Am besten nimmt man Epoxy, das ist stabil und die Leiterbahnen lösen sich nicht so leicht ab. Außerdem kann dieses auch mehr Wärme ab als Pertinax. Dafür ist es ein klein wenig teurer.
Für die Leiterplattenherstellung im Hobbybereich empfehle ich eigentlich immer, fotopositiv beschichtete Platten zu verwenden. Man kann die Platinen auch selbst mit Fotolack, z. Bsp. Positiv 20 von der Kontakt-Chemie, beschichten. Das ist aber viel Arbeit und zeigt leider nicht immer die besten Ergebnisse wenn man nicht über viel Übung verfügt. Ich selbst verwende seit vielen Jahren das Material von Bungard Elektronik, das sich als sehr zuverlässig und qualitativ hochwertig erwiesen hat. Bei den neueren Sorten ist sogar eine Nachbelichtung möglich. Die Platten kann man selbst mit einer Säge oder ganz nobel mit einer Tafelschere zurecht schneiden, es gibt auch fertige Abschnitte in verschiedenen Größen, als besonderen Service bieten auch einige Firmen einen Zuschnittservice an.
Es gibt standardmäßig 0,5 mm, 1 mm und 1,5 mm dickes Material, das sowohl mit einseitiger als auch mit doppelseitiger Kupferbeschichtung geliefert wird. Manchmal werden auch noch andere Dicken angeboten. Meist ist das Material grünlich durchscheinend, im Shop bei Hobbytron (shop.hobbytron.de) wird auch blaues und schwarzes Material angeboten. Bei manchen Anwendungen ist das sehr dekorativ!

Vorlage oder Film:
Brauche ich denn überhaupt einen Film?
Für einige wenige Bahnen auf der Platine kann man sich sicher mit einen wasserfesten Stift helfen. Die Ergebnisse sind allerdings nicht berauschend. Besser ist es, wenn man einen Film oder eine transparente Vorlage hat. Oft genug hat man auch eine Vorlage aus einer Fachzeitschrift. Daran denken, die Platten sind positiv beschichtet, das bedeutet, alles was auf der Vorlage schwarz ist bleibt nachher auch auf der entwickelten Platine schwarz. Das sind unsere Leiterbahnen. Einfach geht es, von einer gedruckten Vorlage im Copyshop eine Folienkopie zu ziehen. Bitte denkt daran, den Film so zu markieren, eventuell einen Schriftzug auf das Layout legen, damit seitenrichtig belichtet wird! Vorlagen auf Papier können auch mit einem Spray, z. Bsp. Pausklar von der Kontakt-Chemie, durchsichtig gemacht werden und so als "Film" dienen. Die Belichtungszeit wird dann erheblich länger.

Belichtung:
Wohl dem, der über ein professionelles UV-Belichtungsgerät verfügt. Die Fotoschicht auf den Platten benötigt nämlich ultraviolettes Licht aktiviert zu werden. Sehr helles Sonnenlicht geht auch, dauert aber sehr lange und dabei ist vieles dem Zufall überlassen....Interessant ist zum Beispiel eine Höhensonne oder ein Heimbräuner. Damit werden gute Ergebnisse erzielt. Mit entsprechenden UV-Röhren kann sich der geübte Bastler auch selbst ein Belichtungsgerät bauen, wie wäre es zum Beispiel mit dem Gehäuse eines defekten Scanners? Glasplatte und Deckel sind schon vorhanden. Auch mit besonderen Glühbirnen, zum Beispiel Osram Nitraphot (keine Ahnung, ob die noch lieferbar sind) lassen sich Platinen entwickeln.
Vor der Arbeit wird die Schutzfolie von der fotopositiv beschichteten Leiterplatte abgezogen, dann wird der Film seitenrichtig auf die Kupferseite gelegt. Darauf legt man eine dünne Glasplatte, damit der Film plan aufliegt. Mit einigen Versuchen an einem kleinen Leiterplattenstückchen sollte man erst die Belichtungszeit ermitteln. Erfahrungswerte: Osram Nitraphot, 30 cm Abstand, ca. 30 Minuten  Heimbräuner, 4 Röhren á 16 Watt, 15 cm Abstand, ca. 5 Minuten, Höhensonne "Hanau", Abstand ca. 30 cm (Platine wird sonst zu heiß), ca. 10 Minuten. Nach dem Belichten sind die Leiterbahnen an ihrer leicht gelblichen Farbe zu erkennen.
Sehr interessante Versuche hat übrigens Uwe Kürschner, DL7UWE gemacht. Im der CQ-DL (Zeitschrift für die Funkamateure im DARC)Heft 4-2003 hat er seine Erkenntnisse veröffentlicht. Eine 50-Watt-Halogenlampe mit Reflektor sowie Energiesparlampen konnten ebenfalls verwendet werden.
Entwicklung:
Keine Angst, ist ganz leicht. Wir brauchen etwa 20 Gramm Ätznatron (Daten des Herstellers der Platinen beachten) pro Liter Wasser. Mit einer Briefwaage kann man das abwiegen, ein gehäufter Teelöffel voll tut es bei dem Material von BEL auch. Das Ätznatron kann man sich preisgünstig in der Apotheke o. ä. kaufen, fertige Portionsbeutel aus dem Elektronikhandel sind leider wegen des Arbeitsaufwandes erheblich teurer. Die Chemikalie wird in kaltem Wasser aufgelöst. Vorsicht! Ätzend!!! In einem Glas mit Deckel ist der "Entwickler" dann sehr lange haltbar. Für die Belichtung einer Platine kippen wir nur soviel wie nötig in eine flache Glas- oder Plastikschale. Die belichtete Platine wird dann in den Entwickler mit der Kupferseite nach oben gelegt. Sie sollte ganz mit Flüssigkeit bedeckt sein. Nach kurzer Zeit, richtige Belichtung vorausgesetzt, müßte das Leiterbild auf der Platte erscheinen. Durch Schwenken in der Flüssigkeit wird dann der überflüssige Fotolack von der Platine abgewaschen. Das Kupfer sollte dann ganz klar sein, sind noch Reste vom Lack darauf, dann war entweder die Belichtungszeit zu kurz oder die Entwicklung noch nicht fertig abgeschlossen. Die Entwicklerflüssigkeit läßt sich jetzt nur noch ein bis zwei Stunden verwenden. Danach wird die Platine sorgfältig in klarem Wasser mehrfach gespült. Nicht mit den Fingern in die Flüssigkeit greifen, eine Plastikpinzette ist bestimmt gesünder...

Ätzen:
Das überflüssige Kupfer auf unserer Platine muß jetzt noch weg.  Dazu verwenden wir ein sogenanntes Ätzmittel. Das kann Eisendreichlorid, Natriumpersulfat, Ammoniumpersulfat oder auch eine Kombination von Säuren sein. Letztere sollten wir im Hobbybereich nicht verwenden. Mit Eisendrei geht das Ätzen schon bei Raumtemperatur, die Chemikalie hinterläßt nur fürchterliche Flecken und Löcher in den Kleidern...Ammoniumpersulfat ist schön klar und sauber, kristallisiert aber aus und macht eventuell Probleme. Natriumpersulfat ist ebenfalls klar und hat den Nachteil der Kristallisation nicht. Die Sulfate benötigen allerdings etwa 45 Grad Celsius für optimales Ätzen, auf keinen Fall viel heißer machen, das Bad geht dadurch kaputt, auch mehrfaches Aufheizen ist der Lebensdauer nicht zuträglich. Die Ätzchemikalien werden in warmem Wasser aufgelöst, Dosierungen stehen meist auf den Packungen, man kann meistens viel weniger nehmen als drauf steht...Ein Schale aus Jenaer Glas ist dafür ideal, darin kann das Bad zum Beispiel auf einer Herdplatte aufgeheizt werden, Profis haben natürlich ein Ätzbad, das kostet allerdings auch einiges. Die Platte wird mit der Kupferseite nach unten in die Flüssigkeit gelegt (geht viel schneller als anders herum) und zum Beispiel mit einer dünnen Holzleiste (kratzt nicht so schnell den Fotolack kaputt) ein wenig angehoben. Die ganze Platte sollte auf jeden Fall mit Flüssigkeit bedeckt sein. Nach wenigen Sekunden kann man bei richtig entwickelter Platine schon eine Färbung des überflüssigen Kupfers in Richtung violett beobachten. Nach 5 bis 15 Minuten sollte die Platine dann fertig geätzt sein und nur noch die gewünschten Leiterbahnen auf der Kupferseite zu sehen sein. Bei sehr stark verbrauchten Bädern kann es auch mal länger dauern. Dann muß die Platte noch sorgfältig gespült und wenigstens eine halbe Stunde in klarem Wasser, das auch heiß sein darf, gewässert werden. Dies verhindert, daß die Platine weiter geätzt wird. Auch hier sollte mit einer Plastikpinzette gearbeitet werden, Eisendrei macht gelbere Finger als 200 Zigaretten...

Bohren:
Die Platine wird dann getrocknet und kann gebohrt werden. Der Durchmesser der Bohrer hängt von den Anschlußdrähten der Bauteile ab. Für Leuchtdioden zum Beispiel nehm ich selbst 0,8 mm. Mit einer kleinen Maxicraft-, Minicraft, Dremel- oder sonstigen Maschine in einem Bohrständer geht das sehr gut. Man nimmt am besten einfache HSS-Spiralbohrer, auf keinen Fall sogenannte Hartmetallbohrer, die zwar besser schneiden, aber sehr schnell abbrechen. Ohne Bohrständer ist die Arbeit sehr zeitrauben. Sehr hilfreich ist es, wenn man den Bohrständer von unten beleuchtet, damit sieht man die Löcher sehr gut.

Reinigen:
Der Fotolack auf der Platine ist noch zuviel, manche sollen auch lötbar sein, na ja... Ich für meinen Teil reinige die Platte mit Aceton. Damit wird das Kupfer ganz blank und fettfrei. Den Reiniger gibt es im Fachgeschäft aber auch im Farbenhandel und in den meisten Baumärkten.

Lötlack:
Die Leiterbahnen sind jetzt wunderbar blank und lassen sich gut löten. Noch besser geht es, wenn man einen Lötlack, zum Beispiel SK10, aufsprüht. Man kann auch ein wenig Kolophonium (ja, das Zeugs, womit der Geigenbogen zum Quietschen gebracht wird...) in Spiritus auflösen und mit einem Pinsel auftragen. Das verhindert ein oxydieren der Leiterbahnen, die Platten sind auch noch nach Jahren lötbar. Jetzt kann unsere Platine bestückt werden.

Verbrauchte Chemikalien:
Der Entwickler enthält in erster Linie Ätznatron, das ist das gleiche Material, das auch in verschiedenen Toilettenreinigern enthalten ist. Die geringe Menge an Lack sollte nicht stören. Die verbrauchte Chemikalie kann in der Toilette entsorgt werden, notfalls kann man sie auch beim Sondermüll abgeben. Das Ätzmittel enthält Kupfer und darf nicht so einfach weggekippt werden. Bei uns können wir zweimal im Jahr Chemikalien, alte Farben u. ä. an einem Umweltmobil abgeben, selbstverständlich nur in kleinen Mengen. Dafür sammle ich die Flüssigkeit in einem Plastikkanister. Wenn das nicht geht, dann bitte bei der örtlichen Abfallentsorgung nachfragen.

Doppelseitige Platinen:
Manchmal geht es halt nicht anders, wenn zum Beispiel die Bauteilseite als Abschirmfläche dienen muß, oder es einfach sonst nicht geht. Hier helfen wir uns, indem wir beide Seiten des Films seitenrichtig mit einem Streifen Leiterplatte der gleichen Dicke wie unserem Platinenmaterial zu einer Tasche zusammenkleben. Die Platte wird dann zwischen die beiden Filme gelegt, fixiert und von beiden Seiten belichtet. Nach dem Entwickeln, dabei am besten mehrfach drehen, kann ganz normal geätzt werden, auch hier öfters die Platte rumdrehen. Jetzt wie auch die einseitigen Platten bohren, Löcher auf der Abschirmseite eventuell ansenken. Durchkontaktierungen machen wir mit dünne Drähten, die auf beiden Seiten angelötet werden, manchmal kann man auch Beine von Bauteilen beidseitig löten. Ganz nobel geht es mit winzigen Hohlnieten, das ist natürlich ein wenig mehr Aufwand. Die Nieten werden durch eine passende Bohrung durchgesteckt mit einem Dorn aufgeweitet, plattgeklopft und anschließend von beiden Seiten verlötet.

Noch Fragen?
Einfach eine e-mail an webmaster@funkbude.de 
Alois Wolf, Westerburg im Februar 2001