Aktualisiert:03.02.2014
Schaltungen entwickeln
Hier beschreiben wir mit welchen Tools man am einfachsten Schaltungen entwickeln Aufbauen kann. Im Abschnitt Platine erstellen ist beschrieben wie eine Platine in der Heimischen Werkstatt gefertigt werden kann.
Die richtige Software
Das wohl bekannteste Programm zum Erstellen von Schaltplänen und Platinenlayouts ist Eagle. Mit Eagle kann man gut und schnell arbeiten, wenn man sich erst einmal damit auseinandergesetzt hat. Eine Alternative, die wir in den Anfängen unseres Schaffen benutzt haben ist von Abacom. Abacom bietet einfache Programme an, mit denen man Schaltpläne und Layouts entwickeln kann. Die Programme sind sehr leicht zu bedienen. sPlan zum erstellen von Schaltplänen und Sprint-Layout sowie LochMaster für Platinenlayouts sind als Demoversion erhältlich. Der einzige Nachtei: Man kann aus einem Schaltplan nicht in ein Layout konvertieren.
In unserem Downloadbereich gibt es noch ein paar Bauteile für die Bibliotheken von sPlan und Sprint-Layout.
Inzwischen benutzen wir aber ausschließlich Eagle, da man schon bei wenig komplexen Schaltungen erhebliche Vorteile hat.
Platine erstellen
Einfache Schaltungen, ohne besondere Ansprüche, bauen wir auf Lochrasterplatinen, da der Aufwand zum Ätzen viel zu groß ist. Falls die Schaltung auf einer Lochrasterplatine zu groß wird kann das Programm Loch Master helfen.
Das Ätzen von Fotoplatinen ist recht einfach. Wir erreichen mit unseren derzeitigen Geräten unter guten Bedingungen Leiterbahnbreiten von 0,2 mm, bei einem Abstand von ebenfalls 0,2 mm. Um auf der sicheren Seite zu sein verwenden wir allerdings Leiterbahnen mit 0,3 mm Breite. Parallel laufende Leiterbahnen und die Groudplane haben einen Abstand von 0,3 mm. Pads oder Engstellen können auch kleiner ausfallen. Entscheidend für die Auflösung ist der Druck und die Belichtung. Bei zweiseitigen Platinen müssen die Pads mit Bohrungen entsprechend groß gewählt werden, da bei der Ausrichtung eine hohe Ungenauigkeit besteht. Bei einem Laserdrucker kann durch die Wärme beim Drucken auch die Folie verzogen werden, dann ist schon in den Masken eine Abweichung vorhanden. Mit etwas Übung kann ein Restring von 0,3mm verwendet werden.
Sicherheitshinweis:
Bevor mit dem Entwickeln und Ätzen von Platinen begonnen wird, muss man sich bewusst sein mit welchen Chemikalien gearbeitet wird. In den Sicherheitsdatenblättern stehen nicht nur die Gefahren, die von den Stoffen ausgehen, sondern auch was bei Kontakt damit zu tun ist.
Entwickler: Natriumhydroxid Sicherheitsdatenblatt
- R35 Verursacht schwere Verätzungen
Ätzmittel: Natriumpersulfat Sicherheitsdatenblatt
- R8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen
- R22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
- R36/37/37 Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut
- R42/43 Sensibilisierung durch einatmen und Hautkontakt möglich
Jetzt darf man aber auch keine Angst vor den Stoffen haben. Natriumhydroxid ist zwar ätzend, aber in der verwendeten Konzentration treten keine sichtbaren oder fühlbaren Schäden bei Kontakt mit der Haut auf, wenn man die betroffene Stelle innerhalb einer Minute abwäscht. Beim Ansetzen der Lösungen ist größere Vorsicht geboten, da dabei auch höhere Konzentrationen an die Haut gelangen können.
Natriumpersulfat ist ist weniger schädlich. Bei Kontakt mit Schleimhäuten (Augen, Mund, Nase, eingeatmeter Dampf) sollte jedoch ein Arzt aufgesucht werden.
Generell sollte entsprechende Schutzkleidung (Handschuhe, Schutzbrille) getragen werden.
Zum maskieren kann eine Folie in einem Tinten- oder Laserdrucker bedruckt werden. Wir benutzen einen Laserdrucker und behandeln den Druck anschließend noch mit Tonerverdichter. Je nach Druckqualität hilft es den Druck eins bis zwei mal mit Verdichter zu behandeln. Bei einem unregelmäßigen Druck wird der Toner etwas gleichmäßiger verteilt. Wird zu viel Tonerverdichter aufgetragen, läuft der Toner weg und die Konturen verschwimmen. Fehlstellen können mit einem Edding ausgebessert werden. Die bedruckte Seite wird auf die Platine gelegt, damit so wenig Abstand wie möglich zwischen Maske und Platine ist. Zum belichten wird ein Belichtungsgerät benötigt.
Die Maske kann mit Klebeband an der Platine fixiert werde, damit nichts verrutscht. Soll eine zweiseitige Platine erstellt werden ist es sinnvoll zum Ausrichten zwei Löcher in die Platine zu bohren. Dabei bietet es sich an eine Maske als Bohrschablone zu verwenden. Die zwei Bohrungen im Layout, die am weitesten voneinander entfernt sind, dienen dabei als Referenzmarken. Kleinere Löcher (0,6 - 0,8 mm) lassen sich genauer ausrichten.
Nach dem Belichten sind die Leiterbahnen schon auf der Platine erkennbar. Nach einem Bad im Entwickler sind sie deutlich zu erkennen.
Der dunkle Schleier über der Platine ist der abgelöste Entwickler. Der Vorgang dauert nur ca. 10 Sekunden. Beim Ansetzen des Entwicklers sollte lieber etwas mehr als zu wenig Natriumhydroxid verwendet werden. Die Lösung darf nicht zu kalt sein, Raumtemperatur ist aber ausreichen. Arbeitet man in einem Keller sollte der Entwickler leicht erwärmt werden. Durch schwenken oder mehrmaliges Eintauchen löst sich der belichtete Lack schnell ab.
Sehr wichtig ist das anschließende Abwaschen des restlichen Entwicklers. Hier reicht Spülen oft nicht aus. Die Platine sollte mindestens zwei mal gewässert und mit einem weichen Tuch abgewischt werden. Hierbei muss nicht vorsichtig vorgegangen werden, die unbelichteten Strukturen lassen sich nicht abwischen. Auf dem Bild wirken die unbelichteten Flächen sehr fleckig, sind sie in der Realität aber nicht. Zur Not kann auch hier noch mit Edding nachgebessert werden.
Das Ätzen der Strukturen ist der technisch aufwendigste Vorgang. Eine der optimalsten Lösungen ist ein Ätzgerät, dass das Natriumpersulfat erwärmt und Luft in das Becken ein bläst. Durch die Wasserbewegung und den zugeführten Sauerstoff ist der Vorgang in ca. 10 Minuten abgeschlossen. Die Temperatur sollte nach Herstellerangaben 40-50 °C betragen. Wir arbeiten allerdings mit ca. 60-65 °C. Eine einfachere, aber nicht sehr effektive und sichere Variante ist ein Edelstahlbehälter und Kocher.
Dabei muss die Platine immer bewegt und mit recht hohen Temperaturen gearbeitet werden. Es besteht die Gefahr, dass die Säure verdampft. Deswegen sollte ein geeigneter Atemschutz getragen werden.
Ist der Ätzvorgang abgeschlossen kann der Fotolack mit Verdünnung oder Spiritus entfernt werden. Damit die Kupferflächen nicht sofort oxidieren kann Lötlack aufgesprüht werden. Bei Verwendung von Lötlack ist darauf zu achten, dass Verdünnung Rückstände hinterlassen kann. Deswegen reinigen wir die Platine vor dem Lackieren nochmals mit Silikonentferner.
