Selbstgeätzte Platinen mit Lötstopp und Zinn

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20.09.2018 von plaintron

Wenn es schnell gehen soll, führt an einer selbstgemachten Platine bei mir kein Weg vorbei. Natürlich ist die Qualität bei professionellen Platinenherstellern deutlich besser und in China bekommt man diese Qualität auch für wenig Geld. Aber zwei oder mehr Wochen warten, bis ich an einem Projekt weitermachen kann, ist nicht mein Ding.

Inzwischen werden meine selbstgeätzten Platinen aber ziemlich gut und ich möchte hier zeigen, wie das genau geht.

Den Anfang macht natürlich der Entwurf. Mein Layout-Programm der Wahl ist zur Zeit DipTrace, ich habe aber auch schon mit KiCad, Eagle, Target2001 und DesignSparkPCB gearbeitet. Bei DipTrace habe ich das Gefühl, alles schnell, intuitiv und mit wenigen Klicks zu erreichen, was bei anderen Programmen mit seltsamen Verrenkungen verbunden ist.

Für mein Beispielprojekt brauchte ich keinen Schaltplan. Das ist nur eine kleine Adapterplatine ohne spezielle Bauteile. So sieht das in „PCB Layout“ von DipTrace aus:

Anschließend habe ich das Layout als dxf-Datei exportiert, um noch ein paar Feinarbeiten vornehmen zu können. Damit geht es in Adobe Illustrator weiter.

Aus dem Layout muss ich vier Folien herstellen: Leiterbahnen oben und unten sowie Lötstoppmaske oben und unten. Das sieht dann so aus:

Außerdem habe ich Passermarken eingefügt, mit denen ich die Folien später exakt ausrichten kann. Für den Ausdruck benutze ich einen Epson-Drucker mit spezieller Dye-Tinte, die wirklich extrem dichtes Schwarz produziert. Die Folie kommt von Sigel (IF 210), weil hier die Auflösung sehr gut ist. Die Beschichtung ist feinkörniger als z.B. bei Zweckform-Folien. Welche Kombination von Drucker und Folie am besten funktioniert, muss man ausprobieren. Auf einem Canon-Drucker hatte ich mit der Sigel-Folie schlechtere Ergebnisse, auf Zweckform-Folie war es dagegen dichter.

So sehen die fertigen Folien aus:

Unter den Folien ist mein LED-Belichter zu sehen, den ich aus einem alten Scanner gebaut habe. Auf der LED-Platine sind neben UV-LEDs auch noch gelbe LEDs vorhanden. Die schalte ich ein, um Folie und Platine exakt auszurichten.

Im Rand der Folie sind vier Löcher eingestanzt. Wenn die Folie korrekt auf der Platine liegt, klebe ich darüber einen Streifen Tesafilm, um die Folie exakt zu fixieren. Mit dieser Methode schaffe ich es, so gut wie keinen Versatz zwischen Ober- und Unterseite zu bekommen.

Bevor die Folie auf die Platine kommt, gibt es noch einen wichtigen Zwischenschritt: Die Platine wird mit Positionierbohrungen versehen. Diese sind exakt so groß wie die Löcher in den Passermarken (hier 1mm). Außerdem habe ich auf der Fräsmaschine eine dünne Spanplatte befestigt (Wasteboard), welche auch angebohrt wird. In diese Löcher stecke ich später Stifte, um die Platine für die Endfertigung exakt an der richtigen Position festspannen zu können.

Die Platine hat also jetzt vier Löcher an den Ecken, die genau mit den Wasteboard-Bohrungen und den Passermarken auf der Folie übereinstimmen. Nachdem die Folie auf die Platine geklebt ist, wird sie beidseitig belichtet. Mit meinem LED-Belichter genügen im Prinzip 2-3 Minuten Belichtungszeit. Mehr schadet aber nicht, weil die schwarzen Flächen auf der Folie wirklich sehr dicht sind. Also belichte ich 5-8 Minuten und bin auf der sicheren Seite, was besonders bei überlagertem Basismaterial nützlich ist. Anschließend wird mit 6 Gramm Natriumhydroxid auf 500ml Wasser entwickelt.

Bei frischem Basismaterial von Bungard erscheint nach knapp einer Minute ein scharfes Leiterbahnenbild. Älteres Material kann auch mehr als fünf Minuten dauern. Wichtig ist, dass die Ränder richtig scharf sind und keine Schleier des Fotolacks zwischen den Leiterbahnen verbleiben.

Anschließend wird kräftig unter dem Wasserstrahl gespült, um eventuell verbliebene angelöste Lackreste zu entfernen.

Weiter geht es im Ätzbad (40-50°). Ich verwende eine Ätzmaschine von Isel. Das Teil begleitet mich nun schon seit mehr als 30 Jahren und verfügt noch über eine richtige Glasküvette. Die neueren Modelle (Gie-Tec) sind aus Kunststoff. Ein weiterer Vorteil ist die schmale Bauform der Ätzküvette. Die Glasplatten haben einen Abstand von nur 19mm, dadurch ist weniger Ätzlösung notwendig als bei den neuen, breiteren Geräten.

Gute Luftzufuhr ist bei Natriumpersulfat als Ätzmittel wichtig. Die Original-Ätzmaschine ist mit einer relativ lauten Aquarien-Schwingpumpe ausgestattet, die einen geringen Luftdurchsatz hat. Ich habe sie gegen eine 12V-Motor-Membranpumpe mit drei Membranen ausgestattet, was den Ätzvorgang deutlich beschleunigt.

Mit frischem Ätzmittel sind nach 3-4 Minuten die ersten Konturen zu sehen. Nun heißt es aufpassen: Sobald alle Konturen geätzt sind, sollte die Platine das Bad verlassen, um Unterätzungen zu vermeiden.

Die Platine wird nun abgespült und getrocknet. Anschließend kommt die zweite Folie mit der Lötstoppmaske auf die Platine, dann wird erneut belichtet und entwickelt.

Der Lötstopplack ist jetzt noch lichtempfindlich und verfärbt sich nach einiger Zeit. Diesen Vorgang verhindere ich, indem ich den Lack im Backofen deaktiviere. Nach ca. 30 Minuten bei 160 Grad sieht das so aus:

Der letzte Schritt ist die chemische Verzinnung. Dafür muss zunächst die Kupferoberfläche von Oxid befreit werden. Ich benutze dazu eine Reinigungslösung von Tifoo, in die ich die Platine kurz einlege und dann abspüle. Die Zinnlösung nennt sich Sur Tin (Bungard) und ist z.B. bei Octamex erhältlich. Ich setze immer nur eine halbe Packung an (Anleitung beachten) und bewahre sie dann in einem großen Einmachglas auf. Selbst nach zwei Jahren funktioniert die Zinnlösung noch einwandfrei, sie muss nur vor jeder Anwendung aufgerührt und ggf. leicht erwärmt werden. Ist die Lösung verbraucht, zeigt sich das in einer undichten Zinnschicht. Also, Platine in die Zinnlösung legen, einige Minuten warten und dann heiß abspülen. Fertig.

Zum Schluss werden die Löcher gebohrt und die Konturen gefräst. Dazu stecke ich die Platine auf die vorbereiteten Stifte im Wasteboard und füttere meine CAM-Software mit den Daten, die ich im Illustrator erstellt habe. Den G-Code baue ich mit CamBam, die Fräsmaschine wird mit GRBL auf einem Arduino-Board angesteuert.

Die fertige Platine (die Farbe ändert sich je nach Lichteinfall, ein sehr schöner Effekt, finde ich):

Die Durchkontaktierungen mache ich mit Bungard-Hohlnieten, die ich anschließend verlöte. So sieht der fertige Adapter aus:

Eure Ideen und Erfahrungen mit selbstgeätzten Platinen interessieren mich. Wenn Ihr einen guten, günstigen und schnellen Platinenservice gefunden habt, hinterlasst einen Link.

 

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