Platinen herstellen

Konzept

Idee

Nachdem ich einige Zeit auf Loch- oder Punktrasterplatinen herumgewerkelt habe, wünschte ich mir, endlich auch eigene Platinen herstellen zu können. Eine kurze Internetrecherche später hatte ich mir mehrere Tutorials zum Thema Tonertransferverfahren durchgelesen. Dabei wird mit einem Laserdrucker das Layout auf eine glatte Katalogseite ausgedruckt und dann der Toner auf das Platinenmaterial aufgebügelt. Da ich mittlerweile eine für mich perfekte Technik entwickelt habe, möchte ich meine Erfahrungen teilen, um vielleicht dem ein oder anderen das Herstellen von Platinen zu erleichtern.

Anforderungen

Mit dem Tonertransferverfahren möchte man möglichst schnell möglichst gute Platinen ätzen können. Vor allem die Deckkraft des Toners und die Auflösung müssen dafür so optimal wie irgend möglich sein.

Vorgehensweise

Reinigung des Platinenmaterials und vorbereiten des Layouts

Das Layout sollte man aus seiner CAD Software als Schwarzweißbild exportieren. Die Oberseite des Layouts (nicht die Unterseite!) muss dann noch vor dem Ausdrucken gespiegelt werden, damit das Layout nach dem Bügeln richtig herum auf der Platine ist.

Als Papier eignet sich eine glatte, "gummierte" Katalogseite. Weil diese aber sehr dünn sind, werden die meisten Drucker damit Probleme bekommen. Deshalb einfach die Katalogseite auf normales Papier kleben. Es reicht aus, nur die Oberkante mit einem Klebestift anzukleben, damit sich keine Falten bilden, wenn das Papier durch die Walzen läuft. Leider sind nicht alle Kataloge gleich gut geeignet. Der Reichelt-Katalog zum Beispiel nimmt den Toner beim Drucken sehr gut an, ist aber beim Aufbügeln etwas widerspenstig. Ich arbeite immer mit einem Katalog von Globetrotter. Hier sieht das Druckbild meist nicht so schön aus, weil der Toner nicht so gut haftet und so halb transparente Stellen entstehen können. Im Zweifel muss man also mehrere Ausdrucke anfertigen, bis ein gutes Exemplar dabei ist. Beim Aufbügeln des Layouts auf die Platine wird die eher schlechte Haftung des Toners auf dem Papier zum großen Vorteil, denn man kann das Papier komplett ohne Schäden zu hinterlassen abziehen.

Oft liest man, dass das Platinenmaterial peinlichst zu säubern ist, um den Toner auf das Kupfer übertragen zu können. Ich habe festgestellt, dass das nicht die ganze Wahrheit ist. Zuerst schneide ich mein Rohmaterial zu und entferne den Grat an den Schnittkanten. Dann nehme ich sehr feine Stahlwolle und "poliere" damit das Material. Nun kommt der wichtigste Punkt: jetzt schmeiße ich den Leiterplattenzuschnitt kurz (sprich eins, zwei Sekunden) ins Ätzbad und trockne die Platine wieder ab. Am besten sollte man mal das Anfassgefühl vorher und nachher vergleichen. Erst ist das Kupfer ganz glatt. Nach dem kurzen Bad aber ist die Oberfläche stumpf, da das Eisen(III)Chlorid schon angefangen hat zu wirken.

Übertragen des Layouts und ätzen

Und genau das ist mein Geheimtipp, denn auf der stumpfen Oberfläche hält der Toner schon nach ein paar Sekunden des Erwärmens mit dem Bügeleisen fast vollständig. Die Kanten einmal zusätzlich mit dem Bügeleisen abfahren und die Platine abkühlen lassen. Mit der Temperatureinstellung muss man etwas experimentieren. Für mich haben sich etwa 175°C (also zwischen den zwei Punkten und den drei Punkten) bewährt, bei großen Platinen auch schon mal volle Pulle. Nachdem die Platine abgekühlt ist, kann man an den Ecken überprüfen, wie gut der Toner schon auf das Kupfer übertragen ist. Wenn eine Ecke noch nicht perfekt ist, einfach wieder erwärmen und abkühlen lassen, bis sich das Papier komplett abziehen lässt. Wenn die Temperatur stimmt, bleibt der ganze Toner auf dem Kupfer.

Während des Bügelns schlage ich die Platine in ein Tuch ein, damit das Papier nicht am Bügeleisen kleben bleibt und alles ruiniert.

Kein Papier im Wasserbad abweichen, keine löchrige Abdeckung. Diese Methode funktioniert mit ein bisschen Übung konstant gut. So sieht das Papier nach dem Aufbügeln aus. Besser geht's nicht.

Jetzt nur noch die Platine wieder ins Ätzbad geben und warten, bis das überflüssige Kupfer verschwunden ist. Hierbei ist es von großer Hilfe, eine Ätzküvette mit einer kleinen Aquariumpumpe (die billigste aus dem Baumarkt) zu haben, die ständig die Brühe umwälzt. Eine Heizung ist auch sinnvoll, aber nicht so wichtig. So war die Platine des Pegelwandlers bei 20°C Raum- und Ätzbadtemperatur in einer knappen Viertelstunde fertig und das mit einem Ätzbad, das bei weitem nicht mehr frisch war.

Meine Ätzküvette habe ich aus Plexiglas zusammengeklebt und unten einen Schlauch mit einem Loch pro Zentimeter mit eingeklebt. Die Pumpe für 8€ bringt das Bad ausreichend zum blubbern. Außerdem ist noch ein Thermometer mit eingeklebt und später kommt noch eine Heizung aus einem Widerstand, einem Reagenzglas und etwas Vogelsand dazu.

Nachdem die Platine fertig ist, kann man den Toner mit Aceton abwischen. Man kann ihn auch als eine Art Lötstoplack auf der Platine belassen. Wirklich effektiv ist das aber nicht, gerade wenn man noch mit Flussmittel arbeitet, verschmiert der Toner dann. Wenn man vorsichtig arbeitet, kann man aber einen hübschen optischen Effekt erzielen. Der Toner sollte das Kupfer vielleicht sogar vor Korrosion schützen können, immerhin hat es ja das Ätzbad überstanden.

Doppelseitige und flexible Platinen

Auch doppelseitige Platinen kann man so herstellen. Dazu am besten im CAD Programm seiner Wahl ein Rechteck (bei Eagle der Dimension Layer) und die Schaltung ziehen. Dann die beiden Papiere auf bzw. unter die Platine legen und charakteristische Punkte in allen vier Ecken per Augenmaß übereinander legen. Das einfachste ist, erst eine Seite zur Referenz zu erklären und mit Klebestreifen festzumachen oder einfach kurz mit dem Bügeleisen ein Stückchen "anzubügeln". Zur groben Ausrichtung kann man sich einen Rahmen um das Layout legen (beim Dimension-Layer in Eagle sollte man dafür die Strichdicke erhöhen). Dann mit der x-Richtung des ersten Punktes (zum Beispiel ein Via oder ein Pin) auf der anderen Seite anfangen, danach die y-Richtung abgleichen, ohne das Papier allzu sehr in der x-Richtung zu bewegen. Das mit mindestens einem weiteren Punkt wiederholen und voilà, das Layout ist ausgerichtet. Schnell festkleben/anbügeln, bevor man vor Tatterigkeit alles wieder versaut! Ich weiß, das klingt einfacher als es ist, aber mit ein bisschen Übung meistert man auch das.

Um zu prüfen, ob die beiden Layer gut übereinander liegen, wird ein Loch für die eine Seite passend gebohrt und mit der anderen Seite vergleichen:

In diesem Fall ist die Übereinstimmung nicht perfekt, aber völlig ausreichend.

Für flexible Platinen wie dem RGB LED Hundehalsband kann man die Methoden eigentlich eins zu eins übertragen, wichtig ist hier nur, zu wissen wie das Zeug denn heißt, damit man etwas davon käuflich erstehen kann. Der Markenname von DuPont ist Pyralux. Damit wird man im Normalfall bei Ebay fündig. Der nächste wichtige aber eigentlich auch offensichtliche Punkt ist, dass man für die Arbeit mit flexiblem Material eine plane Oberfläche für das Aufbügeln braucht, wie etwa Kacheln oder dergleichen. Und diese Oberfläche vorher abwischen, denn jedes Sandkorn macht eine Delle in das Material, wenn man darüber bügelt!

Ergebnis

Wenn alles klappt, kann man ohne Probleme und ständig reproduzierbar Platinen für TSSOP und Konsorten fabrizieren, mit Leiterbahnen und Abständen von 0,254mm bis 0,3mm. Und das vor allem sehr schnell. Wenn einem das immer noch zu lange dauert, könnte man von FeCl3 auf ein etwas aggressiveres Mittelchen umsteigen, aber dann muss man sehr viel mehr auf die Sicherheit achten. Solange einen die unauswaschbaren Flecken von FeCl3 nicht stören, sprich man nicht rumpanscht wie Sau, kann man eine Menge Spaß mit dieser Methode haben.

Zur mit dieser Methode möglichen Auflösung: die beiden Bohrungen, zwischen denen die Leiterbahnen verlaufen, haben einen Abstand von 2,54mm. Dadurch ist zwischen den Leiterbahnen noch ca. 0,1mm Platz und dennoch gibt es schon beim ersten Versuch keine Kurzschlüsse.