Wer sich mit Elektronikbasteln beschäftigt wird früher oder später vor der Notwendigkeit stehen, Platinen selbst herzustellen. Früher, in der guten alten Zeit der bedrahteten Bauteile und 0,5W-Widerstände, haben wir das Layout auf Karopapier entworfen, die Bohrungen für die Anschlußdrähte auf die kupferkaschierte (Pertinax-)Platine durchgekörnt, (freihändig) gebohrt und schließlich die Leiterbahnen mit ätzfestem Stift - z.B. Edding 3000 - nach dem Papierlayout und entsprechend der Bohrungen nachgezogen, also freihändig auf die Platine übertragen. Auf dieser Weise habe ich z.B. sämtliche Platinen für meinen FORMANT-Synthesizer hergestellt (denn als Schüler/Wehrdienstleistender/Student hatte ich natürlich kein Geld, um die fertigen Platinen zu kaufen). Heute, im Zeitalter von SMD und zumindest lupenkleinen Bauteilen, ist dies natürlich nur noch ausnahmsweise möglich.
Die professionelle Alternative, der fotochemische Weg, war (und ist) nur etwas für Profis oder zumindest engagierte Amateure und finanziell besser Betuchte und kam für mich daher auch erst mit fortschreitendem Alter und finanziellen Möglicheiten in Betracht; die etwas billigere und damals im Hobbybereich durchaus verbreitete Variante des Selbstbeschichtens der Platinen mit Fotoresist endete zumeist in wenig überzeugenden Ergebnissen. Ungeachtet dessen führt der fotochemische Weg aber auch nur mit dem entsprechenden Equipment und vor allem mit der entsprechenden Routine zu den erhofften und reproduzierbaren Ergebnissen, wobei allein schon die Herstellung einer brauchbaren Belichtungsvorlage nahe der Schwarzen Kunst anzusiedeln ist; der Gelegenheits-Platinenmacher und -Ätzer kann sich schon nicht das Basismaterial auf Vorrat legen, da die beschichteten Platinen innerhalb einer relativ kurzen Zeit verarbeitet werden müssen, muß den Entwickler jedes Mal neu ansetzen und hat schlicht nicht die Routine, um mit den Wechselfällen des fotochemischen Herstellens von Platinen fertig zu werden. Aus diesem Grund überlasse ich dies lieber Leuten, die es besser können und mehr und ständige Erfahrung damit haben. Wer es dennoch versuchen will kann sich in der dse-FAQ von Manfred Winterhoff einschlägigen Rat holen
Dennoch bleibt auch für mich das Problem, Einzelstücke und/oder Prototypen insbesondere von SMD-Schaltungen, bei denen das Layout noch nicht getestet ist oder die "dringend" zum Weiterbasteln benötigt werden, herzustellen. Die Vergabe an Könner verbietet sich wegen des sehr geringen Umfangs sowie der damit regelmäßig einhergehenden Zeitdauer. In Anlehnung an die Transferfilm-Methode, die ähnlich auch im Textil-Bereich verwendet wird, habe ich mir daher eine sehr kostengünstige DIY-Methode überlegt, um mit regelmäßig vorrätigen Haushaltsmitteln auch SMD-Platinen in zumindest für Prototypen und Test-Exemplaren geeigneter Weise zu fertigen.
Die benötigten Materialien sind:
- handels- bzw. küchenübliches Backpapier
- kupferkaschierte Platine ohne Beschichtung, vorzugsweise aus Epoxy
- Laserdrucker
- Laserdrucker-geeigneter Klebefilm
- altes Bügeleisen mit "Leinen"-Einstellung
- dünnes Leinentuch
- hitzefeste und glatte Unterlage (z.B. Epoxy-Platine)
Die Prozedur ist:
1. Layout
Man fertigt das Layout in der bekannten Weise (z.B. mit Eagle).
2. Vorlage
Man druckt das Layout gespiegelt (!) mit einem - durch Tests ermittelt - optimal eingestellten Laserdrucker auf ein Stück Backpapier. Ich exportiere hierzu das Layout in ein Grafikprogramm, spiegele es und drucke es möglichst in Blattmitte (weil mein HPLJ4 am Rand nicht besonders intensiv druckt) - und zwar zunächst einmal im Sparmodus auf das nackte Papier, um die exakte Druckposition zu sehen. Dann lege ich ein passendes Stück Backpapier darüber und fixiere es oben, also in Laufrichtung, mit etwas Laserdrucker-festem Klebeband (laut Auskunft von tesa AG ist dies der Multi-Film sowie der tesafilm 4129; möglicherweise genügt auch ein einfaches Klebeband). Dann schicke ich das Papier noch einmal über die manuelle Blattzufuhr durch den Drucker und stelle hierbei die Druckoptionen für den schwärzesten und dichtesten Druck ein.
3. Platine
Die Platine schneide/säge ich passend zu und befreie sie mit Aceton von allem Fett pp. Dann lege ich sie auf ein etwas größeres Stück Epoxy-Platine, plaziere das Layout-Backpapier mit dem Layoutdruck nach unten (!) auf die Platine, fixiere es ggfs. mit einem wenzigen Tröpfchen Klebstoff und decke alles mit einem Stück dünnen Leinentuchs ab.
4. Bügeln
Das Bügeleisen habe ich schon auf die höchste Temperatur (Leinen) aufgeheizt. Ohne mich, die Kleidung oder den Tisch zu verbrennen presse ich das Bügeleisen mit mittlerem Druck (was immer das auch ist) auf Tuch, Backpapier und Platine. Nach ca. 1 Minute ist des Bügelns und der Hitze genug und die Platine kann und soll abkühlen. Auf keinen Fall sollte man jetzt schon das Backpapier abziehen; man sollte sich vielmehr gedulden und warten, bis die Platine pp. abgekühlt ist. Andernfalls zieht man nämlich mit dem Backpapier auch den Toner ab. Nach dem Abkühlen sollte sich das Backpapier leicht lösen lassen und so gut wie keine Rückstände von Toner mehr aufweisen; aller Toner sollte sich auf der Platine befinden und das ätzfähige Layout darstellen. Wenn es nicht geklappt hat: Noch einmal versuchen und ggfs. die Parameter variieren.
5. Nachbearbeiten
Natürlich ist das Layout nicht perfekt; zumindest mein Drucker mag keine größere schwarze Flächen. Da muß man halt - wie auch bei möglichen Lücken - mit dem guten alten Edding 3000 nachbessern. Auch werden durch das Anpressen Pads und Leiterbahnen breiter als sie sein sollten. Dies ist beim Layout-Erstellen leider kaum zu korrigieren, denn wenn die Leiterbahnen zu dünn werden kommt nicht genügend Toner auf das Backpapier. Also muß man ggfs. zu gering gewordene Abstände mit einem Skalpell o.ä. nacharbeiten. Dies tritt besonders bei größeren Platinen auf, da es meist nicht gelingt, über die gesamte Auflagefläche des Bügeleisens einen gleichmäßigen und nicht zu starken Druck zu erzeugen. Hinzu kommt, daß auch nur leicht verworfenes Platinenmaterial, wie es bei dem leicht zu bearbeitenden und billigen Pertinax-Platinen gerne der Fall ist, ein gleichmäßigs Anpressen verhindern kann. Das alles ist natürlich nichts für die "Serienfertigung" und Profis mögen sich mit Grausen abwenden; aber für gelegentliche Testplatinen und Muster, ohne die man nicht weiterbasteln kann, ist dies ein (er)tragbares Verfahren.
5. Ätzen
Das Ätzen kann dann wie gewohnt erfolgen; der Toner ist zumindest resistent gegen "heißes" Eisen-III-Chlorid. Als Gelegenheits-Ätzer benutze ich immer noch ca. 10 Jahre altes Eisen-III-Chlorid, das ich in einer Laborschale in der Mikrowelle für ca. 30 Sekunden aufheize. Dann kommt die Platine hinein, die Schale wird ordentlich geschwenkt, nach ca. 30 - 45 Sekunden kommt sie wieder für 15 Sekunden in die Mikrowelle (diesmal mit Platine) usw. - selbst mit meiner antiquarischen Ätzbrühe sind so Ätzzeiten von wenigen Minuten möglich. Aufgrund der "Verbreiterung" von Pads und Leiterbahnen braucht man beim Ätzen nicht zu zimperlich zu sein - lieber etwas länger ätzen als zu kurz.
Um sich einen Eindruck von den erzielbaren Ergebnissen machen zu können, habe ich eine entsprechende (Pertinax-)Platine nebst Original-Layout eingescannt. Die einzelnen Platinen sind ca. 14x15mm groß bzw. klein. Man sieht, daß ich an einigen Stellen nach dem Ätzen nachbessern mußte; ich hätte doch meinen obigen Rat befolgen und etwas länger ätzen sollen. Auch wenn man es nicht genau erkennen kann - die Kupferflächen sind durchgehend und nicht merklich angeätzt, es gibt keine Brücken oder Löcher. Das Kupfer ist vollständig weggeätzt; die vermeitnlich Kupfersprengel sind Artefakte des Komprimieren und Scannens. Einen Schönheitswettbewerb werden die Platinen nicht gewinnen, aber die damit hergestellten Schaltungen funktionieren. Und darum gehts es ja letztlich ....
Im Laufe der Zeit hat sich aber gezeigt, daß Backpapier nicht gleich Backpapier ist - die Reproduzierbarkeit ist also leider nicht gewährleistet. Dank dem unermüdlichen Fortschergeist anderer Bastler hat sich aber eine Alternative aufgetan: Die Zweitverwertung der Seiten aus "Spiegel" oder "Focus" sorgt für eine schier unerschöpfliche und kostenlose Quelle von Transfermaterial. Denn die Qualität dieses Papiers erlaubt es, die mit einem Laserdrucker aufgedruckten Layouts mit der oben beschriebenen Bügeltechnik auf Platinen zu übertragen. Damit das dünne Papier problemlos eingezogen wird, sollte man es oben ein kleines Stück umfalten und ein leeres Blatt einlegen, also mit einziehen lassen. Die Temperatur des Bügeleisens sollte im mittleren Bereich liegen, da das Papier - im Gegensatz zum Backpapier - nicht unbedingt dazu bestimmt ist, für längere Zeit hohe Temperaturen auszuhalten. Auch hier ist es wichtig, Platine mit Papier nach dem Aufbügeln zunächst abkühlen zu lassen. Leider kann man das Papier nicht einfach abziehen wie das Backpapier sondern muß es etwas einweichen - und mit etwas "rubbeln", ggfs. unter Zusatz von etwas Seife oder Spülmittel, läßt es sich vergleichsweise gut von der Platine lösen. Die Ergebnisse stehen der Backpapiermethode nicht nach.
