Leiterplatten – Bearbeitung

Übersicht

1. Wozu das Ganze?

2. Möglichkeiten

3. Materialien

4. Ätzmittel

5. Arbeitsgänge (Layout übertragen, Vorbehandlung, Ätzen, ..)

6. Quellennachweis

1.    1. Wozu das Ganze?

Man steht vor diesem Problem: Man braucht ein elektronisches Modul/Gerät das für eine Aufgabe maßgeschneidert ist und das man nicht einfach (oder  preiswert) kaufen kann. Da ein solches Modul/Gerät (selbst wenn es sehr einfach aufgebaut ist) eine große Anzahl von Verbindungs- und Knotenpunkten hat, würde es in den meisten Fällen in einem undurchdringlichen Chaos aus Kabeln enden. Deshalb braucht man eine Leiterplatte (= Platine), um alle Bauteile zu befestigen und die elektrischen Verbindungen herzustellen. Natürlich gibt es einige, wenige Firmen die solche Arbeiten auch für Privatkunden durchführen, jedoch ist es meist sehr kompliziert, kostspielig und langwierig zum gewünschten Ergebnis zu kommen. 

2.    2. Möglichkeiten

Grundsätzlich eignen sich die hier beschriebenen Methoden eher für die Prototypen-, Kleinserien- und Hobby-Fertigung, da zum einem die Abfallstoffe nur in geringen Mengen einfach zu entsorgen sind und zum anderen es mit den genannten Verfahren nicht möglich ist, große Flächen gleichzeitig zu bearbeiten. Deswegen ist die Herstellung mit diesen Verfahren nur bis zu einer gewissen Menge wirtschaftlich, da der Zeitaufwand sonst zu groß wird.

Es gibt folgende  Möglichkeiten: Kleben, Zeichnen, Foto-Positiv-Verfahren

3.   3. Materialien

Basismaterial mit Schutzfolie

Das Basismaterial ist in Stärken zwischen 0,5 und 2,5mm, einseitig oder zweiseitig beschichtet und mit  oder ohne Foto-Schicht erhältlich. Es existieren zwei Materialien aus denen die Platten, die mit Kupfer beschichtet werden, gefertigt werden. Zum einen das sogenannte „Phenolharz-Hartpapier“ und zum anderen das sogenannte „Epoxydharz-Hartpapier“ bzw. „Epoxydharz-Glasgewebe“. Um möglichst gute mechanische und elektrische Eigenschaften zu erzielen sind die Epoxydharz-Platten auf jeden Fall vorzuziehen. Die gängigste Beschichtungsdicke des Kupfers beträgt 35 Tausendstel-Millimeter,  was sich vielleicht etwas wenig anhört, jedoch eine Euro-Karte[1] enthält bei einer Schicht dieser Dicke insgesamt  0,56 cm³ reines Kupfer!

4.   4. Ätzmittel

Im Hobby Bereich dominieren Ätzmittel auf saurer Basis. Die folgende Aufzählung enthält nur die gängigsten Mittel für diesen Anwendungszweck, denn es ist nahezu unmöglich alle verwendeten Verfahren näher zu beschreiben.

Eisen(III)chlorid (FeCl₃): Der „Klassiker“ unter den Ätzmitteln und trotz Schlammbildung ist diese Chemikalie wieder vermehrt im Einsatz wegen ihrer leichten Entsorgung.

Reaktion: FeCl₃ – Lösung oxidiert Kupfer (Cu) zu CuCl₂ , wobei das Ätzmittel zu Eisen(II)chlorid wird.

Natriumperoxodisulfat mit Hilfsstoffen (Na₂S₂O₈): Es ist die momentan angenehmste  Form der Ätzmitteln, da zum einen keine Schlammbildung auftritt und zum anderen bleibt auch die verbrauchte Lösung klar. Das weiße Pulver wird im Wasser aufgelöst und ist ziemlich ungefährlich, da es endotherm ist.

Reaktion:           Na₂ S₂ O₈ + Cu + ------------> CuSO₄

Natriumperoxodisulfat

Kupferchlorid (CuCl₂): Dieses Verfahren ist rein umwelttechnisch gesehen mit Sicherheit im Moment das ausgereifteste, weil das Ätzmittel zu den regenerierbaren Chemikaliensystemen gehört. Jedoch eignet sich dieses System eher für die Großserienproduktion.

Reaktion: H₂O₂ oxidiert das Kupfer und HCl  „frisst“ das Oxid weg.

5.    5. Arbeitsgänge

Bevor man mit der Arbeit beginnt muss man sich überlegen welches Verfahren man benutzen will um das Layout auf die Platine zu übertragen. Wenn die Schaltung eher komplex ist wird sich das Foto-Positiv-Verfahren lohnen, aber wenn man nur eine Platine mit einer geringen Komponentenzahl[2] und geringer Baudichte erzeugen will kann man die Schaltung auch mit der Hand auf das Basismaterial zeichnen.

Sobald man diese Entscheidung gefällt hat, sucht man sich das richtige Basismaterial aus. In den meisten Fällen wird das eine foto-beschichtete Epoxydharz-Platte sein. Nachdem man mit Hilfe einer UV-Lampe und einer Folie das Layout übertragen hat, muss man nur noch das belichtete Material entwickeln. Dann läuft der restliche Prozess immer gleich ab: Entwickeltes bzw. gezeichnetes Material ätzen, anschließend mit Azeton oder Brennspiritus reinigen und am Schluss mit Lötlack[3] versiegeln.

Die chemischen Vorgänge sind somit abgeschlossen und nachdem man die Löcher gebohrt hat braucht man die Platine nur noch zu bestücken[4].

6.    Quellennachweis

Leiterplattenherstellung für den Hobbyelektroniker- Conrad Electronic GmbH

http://www.katodev.de/deutsch/aetzen.hml-