Mit der Direkt-Toner-Methode ist es möglich, einfach und kostengünstig eigene Schaltplatinen herzustellen.

Häufig kommt man beim Basteln in die Situation, die provisorisch aufgebauten Schaltungen konservieren zu wollen – das geht natürlich ganz normal auch mit Lochrasterplatinen. Handelt es sich allerdings um wiederverwendbare und mehrfach benötigte Schaltungen, bietet es sich an, diese in Form von „richtigen“ Schaltplatinen herzustellen.

Direkt-Toner-Methode

Die Direkt-Toner-Methode erlaubt es, im Hobbybereich sehr einfach und kostengünstig Schaltpläne in Form von bestückbaren Platinen herzustellen.

Vorrangig werden damit single-Layer Platinen hergestellt, obwohl double-Layer Platinen damit auch möglich sind. Bei den double-Layer Platinen ist es zwingend notwendig, die beiden Platinenlayouts deckgleich auf die beiden Seiten der Epoxydplatinen anzubringen, damit die Bohrlöcher der Bestückungselemente auf beiden Seiten genau gegenüber liegen.

Nachdem ich mir verschiedene Webseiten zur Direkt-Toner-Methode angeschaut habe, habe ich mich auch an einen Test gewagt und bin – für meinen Hobbyeinsatz – davon begeistert. Die Methode funktioniert einfach und die ersten beiden Platinen lagen nach ca. einer Stunde vor. Diese Zeit kann gut um die Hälfte verkürzt werden, ich hatte es beim ersten Mal jedoch sehr genau genommen und alles doppelt und dreifach geprüft.

Hier das Ergebnis:

Platinen selber herstellen
Platinen selber herstellen

Benötigte Materialien

  • Laserdrucker
  • Druckträger (Papier, laserdruckergeeignete Folie)
  • Epoxydplatine (keine Fotobeschichtung)
  • Bügeleisen
  • Schaltplanausdruck (schwarzweiß)
  • Schüssel mit kaltem Wasser und etwas Spülmittel
  • Edding (schmal, wasserfest) oder CD/DVD Marker (wasserfest), schwarz
  • Handschuhe
  • Schutzbrille
  • Eimer
  • Schüssel
  • Aceton
  • Ätzmittel (Eisen III Chlorid Lösung)
  • Heißluftpistole
  • Fittingslötpaste Rosol 3
  • kleiner Pinsel

Da mit einem Ätzmittel die nicht benötigte Kupferschicht der Platine weggeätzt wird, ist es zwingend notwendig, geeignete Schutzmaßnahmen in Form von Handschuhen und einer Schutzbrille zu verwenden!

Platine vorbereiten

Je nach Größe der zu erstellenden Platine gibt es zwei Möglichkeiten, die Expoxydplatine vorzubereiten:

  1. Aus der Platine wird eine passende Größe herausgeschnitten.
  2. Der Schaltplan wird mehrfach (oder auch verschiedene) auf die Epoxyplatine gedruckt, um den Platz der Epoxydplatine optimal auszunutzen.

Anschließend wird die Platine mit Aceton gereinigt, um Fettspuren zu beseitigen.

Die manchmal vorgeschlagene Methode, die Kupferschicht Platine vorher mit Stahlwolle oder Sandpapier zu behandeln, sollte nicht verwendet werden.

Schaltplan ausdrucken

Der Platinenschaltplan wird mit einem Laserdrucker spiegelverkehrt auf einem geeigneten Druckträger ausgedruckt.

Ich habe mich für das Papier des Reichelt-Katalogs entschieden (also das tatsächliche Papier des Reichelt-Katalogs). Das ist an dieser keine Werbung für Reichelt, sondern es hat sich durch Tests diverser Anwender gezeigt, dass die Eigenschaften des Papiers für den geplanten Zweck ideal sind. Einfach eine Seite herausreissen, mit etwas Tesafilm auf einem normalen Druckerpapier fixieren und den Schaltplan so ausdrucken, dass der Druck auf der Seite des Reichelt-Katalogs landet.

Alternativ sollen auch Präsentationsfolien, geeignet für Laserdrucker, gut funktionieren. Ich hatte einen Versuch gestartet, jedoch gar kein Ergebnis erhalten. Im Nachhinein würde ich aber sagen, dass die Temparatur des Bügeleisens bei diesem Versuch zu gering eingestellt war.

Schaltplan auf die Platine übertragen

Der ausgedruckte Schaltplan wird mit einem Bügeleisen auf die Kuperseite der Epoxydplatine übertragen. Dazu verwende ich folgendes „Sandwich“ von unten nach oben:

  1. Ein Stück Papper als Grundlage
  2. Epoxyplatine, Kuperseite nach oben
  3. Ausdruck des Schaltplans mit der Tonerseite in Richtung von 2.
  4. 1-2 Blatt Küchenkrepp

Der Ausdruck ist dabei mit Tesafilm auf der Epoxydplatte fixiert, um ein Verrutschen zu vermeiden.

Abhängig von der Leistung des Bügeleisens muss jetzt die Temperatur herausgefunden werden die dafür sorgt, dass sich der Toner vom Ausdruck löst und sich auf der Kupferseite der Platine festsetzt. Bei meinem alten Bügeleisen war das ganz einfach, maximale Stufe 😉

Führt das Bügeleisen gleichmäßig über die gesamte Platine und übt kontinuierlich Druck dabei aus. Der gesamte Vorgang des Übertragens sollte nicht mehr als fünf Minuten in Anspruch nehmen. Andernfalls ist die Temperatur des Bügeleisens zu gering und der Toner löst sich nicht vom Ausdruck.

Anschließend die Platine samt Papier in die Schüssel mit kaltem Wasser und Spülmittel geben. Die Platine ein paar Minuten darin liegen lassen und vorsichtig im Wasser anfangen das Papier mit den Fingern zu „zerrubeln“ (Zeigefinger auf der einen, Daumen auf der anderen Seite der Platine und entgegengesetzt rubbeln). Wenn sich das Papier löst und der übertragene Schaltplan sichtbar ist, wurde alles richtig gemacht.

Ist der übertragene Schaltplan nur unvollständig übertragen worden, kein Problem. Platine aus dem Wasser nehmen, trocknen, mit Aceton erneut komplett reinigen und einen neuen Versuch starten.

Um mit dem nächsten Schritt fortfahren zu können, muss sich der Schaltplan komplett auf die Kupferseite der Epoxydplatine übertragen haben. Kleinere Unregelmäßigkeiten, aber auch unterbrochene Leiterbahnen können mit einem feinen wasserfesten Stift (z.B. Edding) nachgezeichnet werden. Hätte ich nicht gedacht, es aber an einer Stelle ausprobiert und funktioniert tadellos.

Schaltplan ätzen

Und nochmal der Hinweis, bevor wir weitermachen:

Da mit einem Ätzmittel die nicht benötigte Kupferschicht der Platine weggeätzt wird, ist es zwingend notwendig, geeignete Schutzmaßnahmen in Form von Handschuhen und einer Schutzbrille zu verwenden!

Zum Ätzen der Platine verwende ich eine fertige 40% Eisen(III)-Chlorid-Lösung. Im Nachhinein muss ich sagen, dass die Ergebnisse sehr gut sind, ich hatte mich für dieses Ätzmittel entschieden, da es einsatzfertig zu kaufen ist.

Ätzmittel – Eisen III Chlorid – 1,0 Liter – Standardätzmittel

Manchmal liest man an anderen Stellen von der „Sauerei“ mit diesem Ätzmittel, aber wenn man es wie in meinem Beispiel macht, existiert gar keine Möglichkeit zu kleckern und sich Sachen und Mobiliar zu beschädigen.

Der Aufbau der „Ätzmaschine“ ist sehr simpel und kann in jeder Küche nachvollzogen werden. Hier eine Skizze der Anordnung:

Ätzmaschine einfach gemacht
Ätzmaschine einfach gemacht

In das Spülbecken wird heisses Wasser gefüllt und das Becken mit dem Stöpsel verschlossen. In das Wasserbad wird ein kleiner Eimer gestellt. In den Eimer kommt die bedruckte Platine. Anschließend wird soviel Eisen(III)-Chlorid in den Eimer gefüllt, dass die Platine damit bedeckt ist.

Diese Anordnung hat aus meiner Sicht folgende Vorteile:

  1. Man kommt nie auch nur in die mittelbare Nähe der Ätzlösung.
  2. Durch das Wasserbad wird die Ätzlösung gewärmt, die Reaktion läuft in warmer Umgebung schneller ab.
  3. Man kann den Eimer im Wasserbad mit sanften Bewegungen kreisend schwenken und läuft dabei keine Gefahr, dass die Ätzlösung rumschwappt. Vielmehr bewegt sich die Platine in der Lösung und unterstützt damit den Ätzvorgang.
  4. Bei Bedarf kann heisses Wasser nachgefüllt werden.
  5. Man kann den Eimer gefahrlos soweit kippen, dass jederzeit der Ätzstatus verfolgt werden kann.

Die ersten Anzeichen des Ätzvorgangs sollten nach wenigen Minuten sichtbar werden. Die Kupferschickt beginnt sich an den unbedruckten Stellen abzulösen und gibt das Trägermaterial frei. Ist das Trägermaterial komplett freigelegt und sind nur noch die aufgedruckten Leiterbahnen sichtbar, ist der Ätzvorgang abgeschlossen.

Ich verwende chinesische Essstäbchen, um die Platine aus der Lösung zu entnehmen. Man kann z.B. auch eine Wäscheklammer aus Holz nehmen. Wichtig ist nur, dass man nichts nimmt, was evtl. die Leiterbahnen zerkratzen bzw. beschädigen kann.

Die Platine im Eimer gut abtropfen lassen und dann unter fließendes, kaltes Wasser in der Spüle halten, bis keine Reste der Ätzlösung mehr auf der Platine vorhanden sind. DIe Platine anschließend auf ein Stück Küchenpapier zum Trocknen legen.

Entsorgung des Ätzmittels

Das von mir verwendete Eisen(III)-Chlorid ist wiederverwendbar und muss daher nicht sofort entsorgt werden. Von mir benutzes Ätzmittel wird in eine separate Platikflasche gefüllt. Für meine Ätzvorgänge verwende ich solange diese Lösung, bis kein Ätzvorgang mehr damit möglich ist. Erst dann nehme ich wieder neue Lösung.

Entfernen des Toners von der Platine

Nach erfolgreichem Ätzen der Platine muss diese nur noch vom Toner und ggf. verwendeten Korrekturen mit dem Edding befreit werden.

Dazu verwenden wir wieder Aceton. Einfach Aceton auf einen Lappen und solange die Seite mit dem Schaltplanaufdruck vorsichtig bearbeiten, bis die reinen Kupferbahnen sichtbar sind.

Unsere Platine ist zu diesem Zeitpunkt, bis auf die Bohrlöcher, fertig. Wenn man es jetzt noch besonders schön machen will, verzinnt man die Leiterbahnen, wie im Schritt Platine verzinnen beschrieben, oder macht weiter beim Schritt Platine bohren.

Platine verzinnen

Der Vorgang des Verzinnens ist nicht zwingend notwendig. Kupfer oxidiert sehr leicht, was aber nicht die Leitfähigkeit beeinträchtigt, sondern nur ein optischer Effekt ist. Dem Vorgang der Oxidation kann durch Verzinnen der Leiterbahnen vorgebeugt werden.

Beim Verzinnen im Hobbybereich existieren folgende Optionen:

  1. Heißverzinnen
  2. Chemisches Verzinnen

Aktuell kann ich nur das Heißverzinnen mit sogenannter Fittingslötpaste beschreiben, ich werde aber aufgrund des doch aufwändigen Verfahrens künftig eher chmisch verzinnen.

Heißverzinnen

Beim Heißverzinnen wird neben den oben genannten Komponenten

zusätzlich

  • eine feuerfeste Unterlage
  • eine feuerfeste Befestigung der Platine und
  • ein Tuch benötigt.

Allein dieser Aufbau macht dieses Verfahren im Hobbybereich ziemlich unpraktisch. Hinzu kommt, dass man in der einen Hand die Heißluftpistole halten und mit der anderen Hand die überschüssige, dann flüssige Lötpaste von der Platine wischen muss.

Die Platine wird mit Hilfe des Pinsels mit der Lötpaste flächendeckend bestrichen. Anschließend wird mit einer Heißluftpistole die Lötpaste auf Temperatur gebracht und verflüssigt. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die Platine nicht zu lange an der selben Stelle erhitzt wird, da diese ansonsten beschädigt werden kann.

Ist das Zinn flüssig werden überschüssige Anteile der Lötpaste mit einem Tuch weggewischt – Achtung, die Heißluftpistole sollte dabei kurzzeitig weggerichtet werden, Verbrennungsgefahr!

Ist der Vorgang abgeschlossen, muss die Platine gründlich gereinigt werden, da das Flussmittel in der Lötpaste korrodiert. Unter warmen Wasser, mit Spülmittel und einer Bürste die Platine vorsichtig reinigen.

Chemisches Verzinnen

Wird später beschrieben. Der Vorgang ist aber erheblich einfacher in der Handhabung, da die Platine nur in eine anzusetzende Lösung gegeben wird.

Platine konservieren

Um die Platine haltbarer zu machen, kann diese noch mit Lack nachbehandelt werden. Dabei wird zwischen der Bestückungs- und der Lötseite (bei single-Layer Platinen) unterschieden:

Bestückungsseite

Die Bestückungsseite kann mit ganz normaler Lackfarbe eingesprüht werden. Diese Behandlung ist rein optisch und daher nur sinnvoll, wenn man eine Bestückungsfolie aufbringen möchte.

Lötseite

Die Leiterbahnen auf der Lötseite können mit einem Lötlack eingesprüht werden, um diese vor Beschädigungen zu schützen und gleichzeitig positive Löteigenschaften zu ermöglichen.

Platine bohren

Für die später auf die Platine zu bestückenden Elemente müssen die im Platinenlayout vorgesehenen Löcher gebohrt werden. Die Standardbohrgröße beträgt dabei 0,8mm.

Je nach vorhandener Ausstattung kann dazu ein Drehmel, eine Standbohrvorrichtung, etc. verwendet werden.

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