Ätzt richtig

Von der Idee zum Säurebad

Autor:	Björn Weis
Version:	0.5 (03.03.2016)
Lizenz:

Changelog:

• 20.08.2014 - (Björn) - Erste Version
• 03.09.2014 - (Björn) - SMD-Teile hinzugefügt
• 02.03.2016 - (Anna) - Lektorieren
• 03.03.2016 - (Björn) - Bilder hinzufügen

Vorwort

In dieser Präsentation verwende ich eindeutige Produktbezeichnungen und Links zu Herstellern.

Alle hier vorgestellten Produkte haben den Status "funktioniert so für mich".

Es kann sehr frustrierend enden, wenn bestimmte Parameter geändert werden - z.B. die Stärke der UV-Lampen. Um ein möglichst reproduzierbares Ergebnis zu erhalten empfehle ich einige Produkte.

Ich möchte für nichts werben - alles kann durch Anpassung der Rahmenbedingungen irgendwie ersetzt werden.

Agenda

1. Erste Gedanken
   1. Größe der Platine
   2. SMD oder lieber doch nicht?
   3. Single- oder Dual-Layer?
2. Was wird benötigt
   1. Haushaltsmaterialien
   2. Spezialkram
   3. Projektbezogenes
3. KiCAD
   1. Download + Firstrun
   2. Einen Schaltplan erstellen
   3. Externe Bibliotheken einbinden
   4. Footprints zuweisen
   5. Board-Layout erstellen
   6. Freerouter
4. Drucken
   1. Methoden
      1. Tonertransfer
      2. Folie und Tintenstrahl
5. Kleben
   1. Single-Layer
   2. Dual-Layer

1. Belichten
   1. Geräte
   2. Der richtige Zeitpunkt
   3. Doppelseitig
2. Ätzen
   1. Sicherheit
   2. Vorbereitungen
   3. Erster Lauf mit Natriumhydroxid
   4. Reparaturen
   5. Natriumpersulfat vs. Eisen III Chlorid
   6. Zweiter Lauf mit Natriumpersulfat
   7. Zweiter Lauf mit Eisen III Chlorid
   8. Reinigen
   9. Entsorgung
3. Nachbereitung
   1. Versiegeln
   2. Bohren
   3. Bestücken
   4. Extra: SMD-Löten

Erste Gedanken {#concept}

• Schnell / Ordentlich?
• Spielt die Größe eine Rolle?
• Muss ich mich an ein Gehäuse halten? (z.B. Hutschiene)

Was wird benötigt {#whatyouneed}

Diese Dinge dürfen auf keinen Fall fehlen.

Haushaltsmaterialien

• Klebestift
• Große Schere
• Pappkarton
• Eieruhr
• Alte Klamotten
• Küchenrolle (reichlich)
• Feiner Permanent-Marker
• Cuttermesser
• Große Mülltüten
• 2 oder 3 Plastikbehälter (mind. so groß wie die Platine)
• Strohhälme
• Spiritus

Spezialkram

• Dünne Gummihandschuhe
• Tinte-Transfer-Folie (reichlich)
• Gesichtsbräuner
• UV-Schutzbrille
• Zwei schwere Glasplatten
• Kleine Glasscheibe / Plexiglas (Dual-Layer)
• Doppelseitiges Klebeband / Teppichklebeband (Dual-Layer)
• Schutzbrille
• Thermometer
• Holzzwinge (Optional)
• Natriumhydroxid ^1
• Natriumpersulfat ^2 oder Eisen III Chlorid ^3
• Standbohrmaschine / Dremel-Workbench
• Bohrerset - 0.3mm bis 1.2mm
• Zwei Kanister + Beschriftung und Warnsymbolen

Projektbezogen

• Foto-Positiv Platine Auf dunkle Lagerung achten!
• Lötlack z.B. Lötlack SK 10

KiCAD {#kicad}

Download + Firstrun

Download unter http://kicad-pcb.org/download/

• Neues Projekt anlegen
• Sofort in einem Projektordner speichern

EESchema starten

Legt einen neuen Schaltplan an

Einen Schaltplan erstellen

ggf. eine Meldung, dass die Datei (noch nicht) existiert wegklicken.

Erste Bauteile hinzufügen

Shortcuts

• STRG + P Stromquelle / Masse hinzufügen
• STRG + A Bauteil hinzufügen

Weitere Bauteile hinzufügen

Standardkomponenten

• R Widerstand
• C | CP1 Kondensator | Elko
• LED LED
• CONN_X Pins mit Anzahl X

Werte ändern

• Mouseover + V Wert editieren (z.B. 10KOhm)
• Mouseover + E Bauteil editieren

Verbindungen zuweisen

• Mit der Maus "hin wandern"
• X drücken
• Am Ende wieder X drücken, oder Doppelklicken

Nicht verwendete Pins markieren

• Shift + Q drücken
• Pin anklicken
• Werkzeug mit ESC schließen (gilt für alle Werkzeuge)
• Wird für den Electrical Rules Check - kurz ERC benötigt

Annotationen im Schaltplan durchführen

• Weist den Bauteilen einen eindeutigen Namen zu
• Kann auch von Hand erledigt werden (nervig)
• Wird für alle weiteren Schritte unbedingt benötigt
• Bestehende Annotationen werden nicht geändert

Electrical Rules Check (ERC) durchführen

• Findet schnell einige Fehler
• Ist nicht zu 100% zuverlässig
  • PWR_FLAG fehlt
  • Lib's sind nicht zu 100% kompatibel

Netzliste erstellen

• Nach jeder Änderung notwendig
  • (sollte bereits aktiv PCBNew benutz werden)

CvPCB starten

Externe Bibliotheken einbinden

Download unter http://www.kicadlib.org/

Footprints zuweisen

Standard Footprints ausdrucken

• Hilfreich zum "Nachmessen"

Board-Layout erstellen

PCBnew starten

Netzliste einlesen

• Bei jeder Änderung im Schaltplan notwendig

Netzliste einlesen

Alle Bauteile verschieben

• Beseitigt das Chaos beim ersten Einlesen

Bauteile ausrichten

• Taste M zum Verschieben

Routen

• Taste X zum Verlegen
• Nicht 90° geknickt
  • (Reflexionen bei zu hohen Geschwindigkeiten)
  • (Kupferbahn kann sich leichter lösen)

Leiterbahnwerte

• Leiterbahnbreite: mind. 0.25mm
• Leiterbahnabstand: mind. 0.25mm

Freerouter

• Download unter https://github.com/nikropht/FreeRouting
• Sehr kompliziert zu kompilieren. (Verwendet Java + Netbeans)

GND mit Fläche füllen

• Fächenwerkzeug auswählen
• Netz auswählen - hier GND
• Fläche mit klicken definieren

Drucken {#print}

• Platine in PCBNew duplizieren (A4 ausfüllen)
• Auf Tintenstrahl
• Feinste Einstellung
• Zwei Versionen (normal & gespiegelt - für's Kleben)
• Funktioniert ganz gut mit:
  • Brunnen Inkjet Folie (teuer & präzise)
  • LO-A4-T149-100A tut's auch (sehr günstig - braucht mehrere Lagen)

Kleben {#stick}

• Layout großzügig ausschneiden (min. 5cm Rand)
• Mind. 3 Lagen (je nach Folie)
• Mit Klebestift auf den Umrissen entlang fahren
• Funktioniert am Besten auf einem Glastisch mit Licht von unten
• Liegen die Lagen richtig herum?

Single-Layer

• Abstandsmarker aufkleben

Dual-Layer

• Ein Stück Abfallplatine abschneiden
• An die Ränder kleben, damit eine Tasche entsteht
• Glas / Plexiglasscheibe als Abstandshalter verwenden
• Genau ausrichten und gut fixieren

Belichten {#exposure}

• Gesichtsbräuner mit 4x 18 Watt UV Lampen reicht.
  • z.B. Efbe-Schott GB 834
• Geht einfacher mit einer Zeitschaltuhr / Funksteckdosen

Schritte

1. Eieruhr bereit legen
2. Gesichtsbräuner gerade hinlegen
3. Glasplatte #1 "aufbocken" - Abstand zu den Röhren: 25cm
4. Platine mit Folie auflegen
5. Glasplatte gerade oben drauf legen
6. Belichter und Uhr anwerfen. (Grober Richtwert bei 20°C: ~3:40min)

Ätzen {#etching}

Sicherheit

• Handschuhe & Schutzbrille tragen
• Arbeitsfläche großzügig mit einem Müllbeutel abkleben
• Für ausreichend Belüftung sorgen (mehr als Fenster auf kipp)
• Schuhe / Hauspuschen statt Barfuß / auf Socken

Vorbereitungen

• Flächen abkleben
• Behälter aufstellen
• Spiritus, Permanent-Marker, Cutter, Küchenrolle bereitstellen
• Wasserkocher anschmeißen

Erster Lauf mit Natriumhydroxid

• Stark konzentrierte Natronlauge
• Ideale Temperatur zwischen 20 bis 25°C (Zimmertemperatur)
• 10g Entwickler (leicht gehäufter Teelöffel) auf 500ml Wasser
• Viel hilft viel (etwas mehr schadet nicht / beschleunigt)
  • viel zu viel löst dann doch alles auf
• Behälter gut verschließen (zieht Feuchtigkeit)
• Natriumsilikat Na2SiO3 wäre eine Alternative
• Platine immer in Bewegung halten. (Handschuhe)
• Mit dem Finger leicht über die Bahnen streichen
• Wenn alle Schlieren weg sind - Sofort mit Wasser abspülen

Reparaturen

• Leiterbahnen prüfen
• Sind Risse in einigen Leiterbahnen zu sehen -> mit Permanent-Marker nachziehen
  • Hier haben sich die Lumocolor(c) Permanent Marker von Staedtler(R) gegen das Natriumpersulfat gut bewährt.
• Sind Strukturen nicht klar voneinander abgetrennt -> Mit Cutter und Lineal sanft "drüberfahren" und nochmal kurz ins Bad werfen.

Natriumpersulfat vs. Eisen III Chlorid

Natriumpersulfat

	+ Feine Strukturen gelingen fast immer
	- Muss permanent auf ~50°C gehalten werden ???
	- Teuer
	- Schnell gesättigt
	- Wenig ergiebig
	- Sehr langsam

Eisen III Chlorid

	+ Etwas günstiger
	+ Prozess läuft sehr schnell
	+ Sehr ergiebig
	o Extrem feine Strukturen leiden
	- Prozess lässt sich schwer beobachten
	- Zieht Feuchtigkeit
	- Schlecht länger lagerbar 
	- Wahnsinnige Sauerei
	- Flecken zerstören Kleidung
	- Flecken für die Ewigkeit (z.B. an Fliesen)

Zweiter Lauf mit Natriumpersulfat

• Ideale Temperatur zwischen 40 und 50°C
• 100 bis 125g Ätznatron auf 500ml Wasser
• Platine muss in Bewegung bleiben und Sauerstoff bekommen
  • von Hand mit Handschuh schwenken / an die Luft holen
  • Holzzwinge benutzen
  • mit einem langen Strohhalm Luft unter die Kupferfläche blasen
• Temperatur im Bad sollte konstant gehalten werden
  • (ggf. Bad im Bad)

Zweiter Lauf mit Eisen III Chlorid

• Ideale Temperatur zwischen 30 und 40°C
• 400g auf 500ml Wasser
• Bad muss im Bewegung bleiben
  • von Hand mit Handschuh
  • Holzzwinge verwenden
• Temperatur im Bad sollte konstant gehalten werden
  • (ggf. Bad im Bad)

Reinigen

• Mit klarem Wasser abspülen
• Etwas Spiritus auf die Küchenrolle geben
• Platine mit leichtem Druck abputzen, bis der restliche Fotolack abgeht

Entsorgung

• Unter gar keinen Umständen die benutzten Chemikalien in den Abfluss oder die Toilette kippen.
• Alle benutzen Chemikalien in den Kanistern entsorgen.
  • keine Lebensmittelbehälter verwenden - z.B. PET-Flaschen, Tupperware, etc...
• Kleines Luftloch im Kanister mit Natriumpersulfatlösung
  • Gase entwickeln sich
  • Kanister könnte unter hohem Druck stehen und bersten
• Die Kanister (wenn sie langsam voll werden) gegen eine geringe Gebühr beim Wertstoffhof leeren lassen.

Nachbereitung {#postprocessing}

Versiegeln

• Mit Lötlack SK 10 leicht benetzen. (Draußen!)
• Viertelstunde trocknen lassen.
• Kupfer läuft nicht an
• Einfacher zu löten

Bohren

Größen

• Widerstände, etc.: 0.7mm
• Buttons, Buzzer, etc.: 0.8mm - 0.9mm

Werkzeug

Im Privatbereich (Preis/Leistung):

• Dremel(R) 200 Series 200-5 mit Spiralbohrerkassette EAN:2615062832
• Dremel(R) WorkStation(TM) 220-01 (Erspart wesentlich viel Arbeit)

Ansonsten eigenet sich auch jede Standbohrmaschine oder CNC-Fräse.

Dremel Workbench

Bestücken & sichern

Bestücken & sichern

• Mit Schutzlack 70 leicht benetzen. (Optional / Draußen!)
• Viertelstunde trocknen lassen.
• Hoch isolierend

Extra: SMD-Löten

• Dremel(R) Versatip(TM) zum "festbraten"
• CR 88 SMD Lötpaste - Perfekt zum SMD löten (nicht allzu lange lagerbar!)
• Platine leicht "vorheizen" - Lötpaste verläuft dann besser

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Präsentation unter [http://bweis.de/vortrag/pcb]