http://sites.schaltungen.at/elektronik/home/platinen-selber-herstellen/platinen-anleitungWels, am 2012-06-20Inhaltsverzeichnisse durchsuchen. BITTE nützen Sie doch rechts OBEN das Suchfeld [ ] [ Diese Site durchsuchen] ***************************************************************************** http://www.schaltungen.at/892_b_Anleitung-x_VHS5.3.00 +++ Platinenherstellung nach der Fotomethode, die einzelnen Arbeitsschritte _1a.doc 1)Erstellen der Layoutvorlage
DasErstellen einer Platine beginnt damit, dass der Schaltplan in einLayout-Programm eingegebenwird, mit dem das Platinenlayout, also die Platzierung der Bauteileund das Verlegen der Leiterbahnen, durchgeführt wird. Ein solchesProgramm ist Eagle oder Sprint- LayoutFür Windows und Linux gibt es eine kostenloseVersion von Eagle, die auf eine maximalePlatinen Größe von 100x80 mm beschränkt ist, was aber füreinfache Projekte vollkommen ausreicht. DerVorteil beim Einsatz eines solchen Werkzeugs ist, dass derDesignprozess durch den Computer unterstützt und kontrolliert wird.Die Gehäuseformen gängiger Bauteile liegen bereits als Bibliothekenvor, sodass der Benutzer sich nicht um Details wie die Position unddie Belegung der Anschlüsse, den Durchmesser der Anschlussdrähteund ähnliches kümmern muss. Eine Reihe von Tests überprüft dieSchaltung auf einfache Fehler und untersucht das Leiterbahnlayout aufdie Einhaltung definierbarer Designregeln. Viele Fehler, die beimmanuellen Layouten leicht passieren können, werden dadurch effektivverhindert. CADsoft bietet eine Reihe vonTutorials an, die eine gute Einführung in die Bedienung desProgramms darstellen. Ein gutes Layout damit zu erstellen, erfordertaber einige praktische Erfahrung. Wie sichviele der häufigsten Fehler vermeiden lassen, beschreiben diefolgenden Punkte. BeimEntwurf der Schaltung sollte bereits das spätere Layout bedachtwerden. Querverbindungen in der Schaltung führen oft zu sichüberkreuzenden Leiterbahnen, vor allem bei räumlich getrenntliegenden Funktionsgruppen. Sie sollten vermeiden werden, wo immerdies möglich ist. Wenndie Platine in das Gehäuse eingebaut werden soll, müssen dessenEigenheiten möglichst früh in das Layout mit einbezogen werden.Dazu gehören die Platinengröße, Aussparungen, Bohrungen fürBefestigungsschrauben und die Position der Anschlüsse. DieBauteile dürfen anfangs nicht zu dicht gepackt werden. KleineÄnderungen wie die Anpassung einer Gehäuseform oder Modifikationenan der Schaltung wären sonst mit sehr vielen Korrekturarbeitenverbunden. Das Layout sollte daher zunächstgroßzügig angelegt und später bei Bedarf verkleinert werden. EinigeBaugruppen wie Anschlüsse, Bedienelemente, Jumper oder Trimmerbrauchen ausreichend freien Platz um sich herum, damit sie bedienbarbleiben. Dies muss beim Layout bedacht und möglichst mit einemModell der Platine überprüft werden. DieAnordnung der Bauteile gibt vor, wie viele Leiterbahnen sich imLayout überschneiden. Es lohnt sich also, Zeit in eine gute Planungzu investieren. Esist eine gute Strategie, zuerst alle Bauteile zu platzieren, die anfesten Positionen liegen sollen (Bedienelemente, Anschlüsse undähnliches). Dann werden die restlichen Teile inFunktionsgruppen aufgeteilt, die untereinander möglichst wenigverbunden und getrennt layoutet sind. Anschließend werdenFunktionsgruppen im Layout zusammengefügt. Bauteilewie Widerstände und Dioden können sowohl stehend als auch liegendeingelötet werden. Bei liegender Montage brauchen sie mehr Platz,sind aber stabiler gegenüber mechanischer Belastung. Hier muss jenach den Anforderungen abgewogen werden. Bauteilewie bei der Eingabe des Schaltplans wird für jedes Bauteil dieGehäuseform abgefragt Hier sollte möglichst gleich die Formausgewählt werden, die später auch tatsächlich eingelötet wird.Andernfalls kann sich hier ein Fehler einschleichen, der erst sehrspät bemerkt wird. Davon sind insbesondere Elektrolytkondensatorenbetroffen, deren Formen erheblich variieren können. DerAutorouter kann die Leiterbahnen weitgehend automatisch verlegen,liefert aber ein schlechteres Ergebnis als manuelles Layout(jedenfalls bei semiprofessionellen Programmen wie Eagle). DasErgebnis hat unnötig viele Visa und ist oft nur schlecht lötbar. Jekleiner und enger die Strukturen auf der Leiterbahnseite der Platinesind, desto schwieriger wird das Löten. Insbesondere steigt dieGefahr, benachbarte Leiterbahnen zu verbinden. DasBohren von Löchern wird wesentlich einfacher, wenn die späterenLöcher von einem Kupferring umrandet sind. Der Bohrer wandertdadurch beim Ansetzen in die Mitte des Loches und zentriert sich sovon selbst. Eagle erstellt bei vielen Bauteilanschlüssen diese Formautomatisch. Visamüssen einen ausreichenden Durchmesser haben, um von Hand gelötetwerden zu können. Die Standardeinsteilungensind für chemisches Durchkontaktieren ausgelegt und damit zu klein,sie müssen also deutlich vergrößert werden. Eine bessereAlternative ist, die Anschlüsse von Widerständen und Dioden alsVisa zu benutzen. Drahtbrückenbei einseitigen Platinen können als Leiterbahnen auf der sonst nichtvorhandenen Oberseite realisiert werden. Die von Eagle beim Wechselzwischen Ober- und Unterseite erzeugten Visa bilden dann die Lötaugenfür die Drahtbrücke. DieVersorgungsleitung sollten so breit wie möglich sein, damit sie nureinen geringen Widerstand haben und auch größere Strömetransportieren können. Inunbenutzten Bereichen der Platine sollte die Kupferschicht stehenbleiben und möglichst mit Masse verbunden werden. Dies schontdie Säure, weil weniger Kupfer weggeätzt werden muss, undverbessert zudem die Störempfindlichkeit der Schaltung. Leiterbahnen,die Hochfrequente Signale transportieren, können bei Bedarf durchbenachbarte Messleitungen abgeschirmt werden, um Strömungen zuminimieren. Vielepotentielle Probleme der Platinenform und der Anordnung der Bauteilelassen sich auf dem Monitor nur schlecht erkennen. Ein realistischesModell der Platine hilft da deutlich weiter. Ein einfacher aber sehrevektiver Trick ist, das Layout auf Papier oder dünnen Karten zudrucken, die Bohrlöcher mit einer Nadel zu durchstechen und alleBauteile in die Löcher zu drucken. Auf diese Weise entsteht einrealistisches Modell, in dem Designfehler sichtbar werden, bevor eineechte Platine hergestellt ist.
Wenndas Platinenlayout in Ordnung ist, wird der Kupferlayermaßstabsgetreu auf eine Transparentfolie gedruckt. Diebedruckte Seite sollte später direkt auf der Platine aufliegen,damit Lichtreflexionen in der Folie nicht zur Belichtung eigentlichabgedeckter Stellen führen. Beim Ausdrücken ist besonders wichtig,die dunklen Bereiche der Folie möglichst undurchlässig fürUV-Licht zu bekommen. Gleichzeitig muss der Ausdruck konturscharfsein und darf nicht verwischen. Je nach Art des verwendeten Druckerssind dafür verschiedene Einstellungen nötig. Laserdruckerliefern ein gutes Druckbild, erreichen häufig aber nur einemittelmäßige Deckung, die überTreibereinstellungen nur wenig erhöht werden kann. Sollte das nichtreichen, muss die Folie zweimal übereinander gedruckt werden. DieAuswahl der Folie ist unproblematisch, besonders gut eignet sich zumBeispiel Zweckform3491 (Laserfolien für dieDruckvorlagenerstellung) . Tintenstrahldruckererreichen eine deutlich bessere Deckung. Die Einstellungdes Druckertreibers sollten auf höchstmöglicheAuflösung und Qualität sowie monochromen Druckeingestellt sein. Zusammen mit der richtigen Folie entsteht dann einsehr guter Ausdruck. Die Folie darf keinenoptischen Aufheller enthalten und sollte leicht aufgeraut undstaubfrei sein. Nach einer ausreichend langen Trockenzeit, die vonder Tintenmenge abhängt, ist die Folie einsetzbar. DieFolie wird in hellem Gegenlicht auf Deckungsgrad und eventuelleLichtdurchbrüche kontrolliert. Kleine Fehler lassen sichnotfalls mit einem Folienstift ausbessern,dann wird die Folie mit großzügigem Rand ausgeschnitten.
FotochemischesErzeugen der Leiterbahnen DieLeiterbahnlayout kann jetzt mit Hilfe von UV-haltigem Lichtvon der Vorlagenfolie in den Fotolack der Platine übertragen werden.Damit die Ausleuchtung gleichmäßig und unter konstanten Bedingungenerfolgen kann, ist eine entsprechende Apparatur nötig, einsogenannter Belichter. Er besteht im wesentlichen aus einerLichtquelle und einer Möglichkeit, Platine und Folie zu fixieren.
Aufbaueines Belichters Beider Konstruktion eines Belichters ist es wichtig, den UV-Anteilim Licht möglichst hoch zu halten. Diese beginnt mit derAuswahl einer Lichtquelle, die eine möglichst hohen UV-Anteil imSpektrum haben sollte. Beim Abstand der Lichtquelle zur Platine mußein Kompromiß gefunden werden. Das Licht ist zwar um so intensiver,je geringer der Abstand zur Lampe ist, andererseits erwärmen Platineund Folie sich auch stärker und das Licht verteilt sich wenigergleichmäßig. Schließlich dürfen alle Bauteile im Lichtwegmöglichst kein UV-Licht absorbieren. Dies giltinsbesondere für die Glassplatten, die es Teilweise mit UV-Filter zuKaufen gibt. DasUV-haltige Licht wird von Sieben Werkstattlampen erzeugt, die eine 8W-Leuchtstoffröhre und die nötige Vorschaltelektronik enthalten.Die Röhren sind zu einem Paket zusammengefügt und werden in dasGehäuse eines Flachbettscanners eingebaut. Der Scannerdeckel ist mitschwarzen Filz beklebt, um zu verhindern, dass bei DoppelseitigenPlatinen die Rückseite mit belichtet wird. Außerdem sorgt derDeckel durch sein Gewicht für den nötigen Anpressdruck. Der Aufbauhat einige Vorteile: Er ist kein und verfügtüber ein robuste Gehäuse. Die Folie kann nicht verrutschen und dieBedingungen beim Belichten sind immer gleich. Insbesondere könnenexterne Lichtquellen durch die Klappe den Belichtungsvorgang nichtstören. Die Stromverbrauch ist mit 56 W relativ gering, die Röhrenentwickeln kaum Wärme und Die Belichtungszeit beträgt nur zwischenfünf und zehn Minuten, obwohl es sich nicht um spezielle UV-Röhrenhandelt.
Belichtender Platine DieBelichtungsdauer hängt von der emittierten Wellenlänge, Anzahl undLeistung der verwendeten Lichtquelle und deren Abstand zur Platte ab.Zum Belichten wird das Licht im Raum gedämpft, dieLichtundurchlässige Schutzfolie von der Platine abgezogen und diePlatine mit Folie zügig in den Belichter gebracht Dabei sollte nichtzu viel Zeit vergehen, um die Platine nicht dem Umgebungslichtauszusetzen Der Belichter wird eingeschaltet und die Platine so langewie nötig. Die belichteten Partien der Platte zeigen einenFarbumschlag von gelbgrün nach blaugrün.Überbelichtung ist bei gutem Filmmaterial unkritisch.Unterbelichtung erschwert hingegen ein einwandfreies Entwickeln derPlatte.
Dieoptimale Belichtungsdauer DieDauer der Belichtung ist entscheidend für die Platinenherstellung.Sie hängt von vielen Faktoren wie dem Platinenmaterial und demAufbau des Belichters ab. Es ist daher nicht möglich,allgemeingültige Richtwerte anzugeben, stattdessen muss die Zelt miteiner Messreihe ermittelt werden. Dazu kannbeispielsweise eine Folie mit zehn nummerierten Breichen ausgedrucktund auf einen StreifenFotoplatine geklebt werden. 3MGraukeil verwenden.. Ein Lichtundurchlässiges StückPapier wird zwischen Platine und Folie geschoben und alles zusammenin den eingeschalteten Belichter gebracht Jetzt kann das StückPapier in regelmäßigen Abständen ein wenig weiter herausgezogenwerden, so dass ein weiterer Bereich dem Licht ausgesetzt ist. ZuJedem Bereich wird protokolliert, wie lange er genau belichtet wurde,also die Zeit zwischen dem Freilegen des Bereiches und des Ende derMessreihe. Anschließend wird die Platine genau eine Minute langentwickelt. Dabei sollten idealerweise unter- und überbelichteteBereiche an den Rändern sowie ein brauchbarer Bereich in der Mitteherauskommen. Ist das nicht der Fall, wird die Reihe für kürzerebzw. längere Zeiten wiederholt oder die Abstände werdenentsprechend angepasst. Ist der Optimale Bereich gefunden, lässtsich mit Hilfe des Protokolls die dazugehörige Belichtungszeitermitteln. Sie ist nur für das beim Messen verwendetePlatinenmaterial und den benutzten Belichter richtig. Sobald sicheiner nur dieser Parameter ändert, muss eine neue Messreihedurchgeführt werden.
Entwickelnder Platine Währendder Belichtungszeit kann bereits die Lösung zum Entwickelnvorbereitet werden. Dazu wird Natriumhydroxidin Wasser, aufgelöst, die Dosierung liegt in der Regel bei 1g auf 100 ml Wasser. Beim Umgang mit der Lösung ist Vorsichtgeboten, sie ist ätzend und greift auch Haut und Kleidung an. Eslohnt sich nicht, Entwickler auf Vorrat herzustellen, da die Lösungbeim Kontakt mit dem Kohlendioxid der Luft zerfällt. In einerluftdicht verschlossenen Flasche ist sie aber einige Tage haltbar. AmEnde der Belichtungszeit wird der komplett gelöste Entwickler ineine Kunststoffschale gegossen und die Platine aus dem Belichterentnommen. Bei vielen Platinensorten sind die belichteten Stellen imLack bereits an schwachen Farbunterschieden zu erkennen. Die Platinewird mit der Kupferseite nach oben für etwa eine Minute in dieEntwicklerlösung gelegt. Währenddessen wird die Schalevorsichtig hin- und hergeschwenkt, so dass die Platine umspültwird. Am Ende der Minute müssen die belichteten Konturenhervortreten und deutlich erkennbar sein. Dabei kann eine Reihe vonFehlern auftreten. DasLayout wird nicht sichtbar: die Konzentration des Entwicklers ist zuschwach, die Belichtungszeit war zu kurz oder das Wasser war nichtwarm genug. DasLayout erscheint sehr schnell und verschwindet wieder: dieBelichtungszeit war zu lang, oder die Konzentration des Entwicklersist zu hoch. DasLayout ist unscharf: Die Vorlagenfolie ist nicht deckend genug oderwurde nicht fest genug auf die Platine gedrückt.
DasLayout ist fleckig: Wahrscheinlich ist der Fotolack nicht mehr inOrdnung. DasLayout lässt sich kaum herausarbeiten: Möglicherweise ist dasPlatinenmaterial zu alt und der Fotolack funktioniert nicht mehreinwandfrei. WennTeile der Platine sofort und andere fast gar nicht erscheinen, kanndie Platine unter Umständen noch gerettet werden. Dazu wird dieEntwicklerlösung über den noch nicht sichtbaren Teilen des Layoutsvorsichtig mit einem sehr weichen Pinsel bewegt Der Vorgangbeschleunigt sich dadurch lokal. Die Konturen müssen scharf unddeutlich herausgearbeitet werden, bevor der Entwickler den nichtbelichteten Fotolack angereift Die fertige Platine wird mit einerZange aus dem Bad geholt und mit klaremWasser abgespült. Nachdem Entwickeln wird die Platine in einen beheizbarenÄtztank gehängt, der mit einer Lösung von Natriumpersulfat gefülltist Die Konzentration der Lösung liegt bei 270g auf einen LiterWasser, sie ist klar und verfärbt sich nach mehrerenBenutzungen blau. DieTemperatur im Tank muss um 50°C liegen. Unter 40°C ätzt die Lösungfast gar nicht, und bei mehr als 60°C kristallisiert sie aus.In der Regel ist in einen solchen Tank auch eine Reihe von Düseneingebaut, mit denen Luft in die Lösung geblasen werden kann.Dadurch wird das Ätzmittel durchmischt und Sauerstoff eingebraucht,was die chemische Reaktion beschleunigt. Die Bauteile für einenÄtztank gibt es zwar im Aquarienhandel zu kaufen, allerdings ist einfertiger Tank unwesentlich teurer als die Einzelteile, so dass sichein Selbstbau nicht lohnt.
Ammoniumpersulfat"Chemische Formel (NH4) 2S2O8, Kurzbezeichnung: Ätzsulfat ist leichtwasserlöslich und farblos. Der Ätzvorgang verläuft nach folgenderGleichung: Cu + (NH4)2 S2O8 CuSO4 + (NH4)2SO4
Umeinen Liter Ätzlösung zu erhalten, mischen wir folgendes: 770 mlWasser (40°C) 200 ml konz. Salzsäure HCI (ca. 35%) 30 ml konz.Wasserstoffperoxid H2O2 (ca. 30%) Die entwickelte Platine wird anKunststoffklammern aufgehängt und in den vorbereiteten Ätztankgehängt.
Dasfreiliegende Kupfer wird sehr schnell matt und verfärbt sichdunkelrot Es dauert einige Minuten, bis die Kupferschicht an denersten Steilen ganz verschwunden ist, dann löst der Rest sichinnerhalb kurzer Zeit auf. Wenndie Leiterbahnen komplett herausgearbeitet sind, wird die Platine inklarem Wasser abgewaschen und vorsichtig getrocknet BeimÄtzen entstehen Gase, so daß für eine gute Belüftung gesorgt seinsollte. Die lagernde Säure bildet ebenfallsGase, so dass sie nicht in einem luftdichten Bettälter aufbewahrtwerden darf. Das Ätzmittel darf nicht mit Haut oderKleidung in Kontakt kommen und muss, wenn es verbraucht ist, alsSondermüll entsorgt werden. DieÄtzverfahren kann man in drei Gruppen klassifizieren: TankätzungSchaumätzung 3 Sprühätzung.
Bohren,Beschriften und Versiegeln Nachdem Ätzen folgen noch einige mechanische Bearbeitungsschritte. Alserstes werden die erforderlichen Löcher in die Platine gebohrt Dazuist eine schnell drehende Bohrmaschine mit Präzisionsbohren(Voll-Hartmetall-Bohrer) und einem Bohrständer unbedingterforderlich. Wenn jede Bohrstelle von einem Kupferring umgeben ist,richtet der Bohrer sich selbst in der Lochmitte aus. Es reicht dann,die Platine mit der Hand unter den Bohrer zu führen und mit wenigDruck und viel Gefühl zu bohren.
Fallserforderlich, wird die Platine noch mit Feinwerkzeugen in dieendgültige Form gebracht Schließlich wird sie vom Bohrstaub befreitund ein letztes Mal gereinigt Derverbleibende Fotolack lässt sich mit Spiritus entfernen. DiePlatine kann anschließend mit einer Beschriftung versehen werden.Diese wird in Layoutprogramm vorbereitet und dann mit einemLaserdrucker spiegelverkehrt auf entsprechendes Transfermaterialgedruckt. MitHilfe eines möglichst stark aufgeheizten Bügeleisens wird der Tonervom Transfermaterial auf die Platine übertragen.Geeignete Transfermaterialien sind zum Beispiel Backpapier und dieTrägerbögen, auf denen Aufkleber vertrieben werden. Der Prozesserfordert einige Übung, bevor die Beschriftung brauchbar wird. DasBügeleisen wird zügig und mit gleichmäßiger Geschwindigkeit überden Träger gezogen, wobei ständig ein gewisser Druck ausgeübtwerden muss. Anschließend wird das Bügeleisen auf die Seitegestellt und der Träger von einer Ecke aus langsam angehoben. Istein der Beschriftung noch nicht übertragen, wird an dieser Stellegezielt mit der Spitze des Bügeleisens nachgebessert. Umdie Oberflächen der Platine vor Korrosion der Leiterbahnen undAbrieb der Beschriftung zu schützen, wird sie auf beiden Seiten dünnmit Sprühlack überzogen. DieKupferseite wird mit Lötlack versiegelt, der dieLeiterbahnen schützt und die Lötbarkeit sicherstellt. Auf derBeschriftungsseite kann jeder Lack verwendet werden, der den Tonernicht ablöst, also zum Beispiel Lötlack oder TransparentesPlastikspray. Die Lackschichten sollten die ganze Platine bedecken,dabei aber so dünn wie möglich sein. Beide Seiten müssen gründlichtrocknen, dann kann die Platine bestückt werden.
Bestückender Platine Wenndas Platinenlayout gut gewesen ist, sollte es beim Bestücken keineProbleme geben. Die Bauteile müssennatürlich frei von Oxidschichten sein, notfalls können diese mitSchmirgelpapier oder einer feinen Drahtbürste entfernt werden.Wichtig ist auch, dass die Platine beim Löten nicht zu stark erhitztwird, damit die Kupferschicht sich nicht vom Trägermaterial ablöst. Nachdem Löten ist die Platine voll einsatzbreit. Wennder Prototyp auf der Steckplatine funktioniert hatund alle Schritte in der Platinenherstellung ohne Fehler ausgeführtwurden, wird die Platine mit großer Wahrscheinlichkeit auchfunktionieren. Nach einem kurzen Test kann die Platine an ihremBestimmungsort eingebaut und in Betrieb genommen werden.
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