Belichten und Ätzen der Platine

Zur Herstellung von gedruckten Schaltungen gibt es zwei prinzipielle Verfahren, das additive und das subtraktive Verfahren. Beim additiven Verfahren werden auf das unbeschichtete Trägermaterial die Leiterbahnen galvanisch aufgebracht. Dieses Verfahren liefert die besten Ergebnisse, ist jedoch selbst für den ambitionierten Amateur ungeeignet, da es zu aufwendig ist.

Beim subtraktiven Verfahren wird von einer mit 35 μm Kupfer beschichteten Platte (1.5 mm Dicke) aus Hartpapier oder Epoxy-Harz das nicht benötigte Kupfer weggeätzt, so dass nur die Leiterbahnen übrig bleiben. Im Folgenden wird dieses Verfahren näher beschrieben, so dass es vom Leser nachvollzogen werden kann.

Bevor die gedruckte Schaltung geätzt werden kann, muss ein Film im Maßstab 1:1 angefertigt werden (siehe oben). Als Basismaterial verwendet man die rohe mit Kupfer beschichtete Epoxy- oder Hartpapierplatte (im Fachhandel erhältlich) und schneidet sie auf die erforderliche Größe zu. Als nächstes wird die Rohplatine mit einem UV-empfindlichen Fotolack beschichtet. Dazu eignet sich z.B. der Positiv-20 der Firma Kontakt-Chemie. Vor der Beschichtung mit dem Fotolack muss die Kupferoberfläche von Kupferoxid und Fett befreit werden. Dazu verwendet man am besten einen harten Schwamm und ein Scheuermittel. Die Kupferoberfläche wird mit dem nassen Schwamm so lange gescheuert, bis die gesamte Oberfläche eine gleichmäßig helle Kupferfarbe zeigt. Die Platine wird nun gut gespült und getrocknet (am besten mit dem Föhn); ab nun darf sie nur mehr an den Rändern angefasst werden.

Die trockene Platine wird nun mit dem Fotolack beschichtet. Dazu wird sie waagrecht gelegt (Zeitungspapier unterlegen) und aus ca. 30 cm Entfernung mit Fotolack besprüht, bis die Oberfläche gleichmäßig bedeckt ist. Die Platine soll nicht im Fotolack schwimmen!

Die beschichtete Platine kann man nun an einem abgedunkelten Ort trocknen lassen (dauert mehrere Stunden) oder aber besser in einem Trockenschrank (zur Not geht auch ein Backrohr) bei 100 °C (ca. 15 min) trocknen. Nach dem Trocknen muss die Platine mit einem gleichmäßig glatten und nicht klebenden Film überzogen sein.

Im nächsten Schritt wird die Platine belichtet. Dazu legt man den Film des Layouts seitenrichtig (!) auf die beschichtete Oberfläche und beschwert ihn mit einer Glasplatte. Wichtig ist, dass der Film überall auf der Platine aufliegt. Die Belichtung muss mit einer Lampe, deren Licht UV-Licht enthält, geschehen (z.B. OSRAM Höhensonne, Ultra Vitalux 300W). Die Belichtungszeit richtet sich nach der Intensität der Lampe, sie beträgt z.B. für die erwähnte OSRAM-Höhensonne ca. 3min bei 30 cm Abstand der Lampe von der Platine.

Nach dem Belichten muss das Bild des Layouts entwickelt werden. Das Rezept des Entwicklers ist normalerweise dem Fotolack beigelegt. Für den Positiv-20 verwendet man 5 g Ätznatron (Natriumhydroxid) auf 1 l Wasser. Die Zusammensetzung des Entwicklers ist relativ kritisch. Ist die Konzentration zu niedrig, so dauert die Entwicklung zu lange, ist die Konzentration zu hoch, so wird das Bild zerstört. Der Entwickler löst den belichteten Fotolack auf, zurück bleiben die unbelichteten Teile, die den Leiterbahnen entsprechen. Für den nachfolgenden Ätzvorgang sind damit die Leiterbahnen mit Fotolack bedeckt und werden dadurch vor der Ätzlösung geschützt.

Zum Ätzen kann man verschiedene Chemikalien verwenden, z.B. Eisen(III)chlorid, Ammoniumpersulfat oder Salzsäure mit Wasserstoffperoxid. Der Autor hat sehr gute Erfahrungen mit dem System Salzsäure/Wasserstoffperoxid gemacht. Dazu wird die im Handel erhältliche 37 %ige Salzsäure 1:1 mit Wasser verdünnt und mit ca. 10 Volumsprozent Wasserstoffperoxid (H₂O₂, 30 %ig) versetzt.

Die Lösung gießt man in eine Plastikwanne (z.B. Entwicklerschale aus dem Fotohandel) und legt die belichtete Platine hinein. Sie wird mit einem Plastik- oder Glasstab leicht hin- und herbewegt. Ist die Konzentration des Ätzmittels richtig, so ist die Platine in ca. 15 Minuten fertig geätzt. Sie wird dann aus dem Bad genommen, gründlich gespült und getrocknet. Nun werden die Löcher gebohrt und die Platine ist fertig zum Bestücken.

Die Ätzlösung kann man aufheben für weitere Ätzvorgänge, die Entwicklerlösung muss man jedesmal neu ansetzen. Ist die Ätzflüssigkeit längere Zeit nicht verwendet worden, oder wird die Ätzgeschwindigkeit deutlich kleiner, so muss man das Oxidationspotenial der Lösung wieder erhöhen, indem man erneut Wasserstoffperoxid zusetzt. Diese Zugabe von H₂O₂ kann so lange wiederholt werden, bis der Ätzvorgang damit nicht weiter beschleunigt werden kann. In diesem Falle bildet sich meist eine weisse Schicht auf der Kupferoberfläche.

Zum Schluss noch ein Wort zur Mahnung: Den Ätzvorgang sollte man möglichst im Freien oder in gut durchlüfteten Räumen durchführen. Man sollte immer daran denken, dass die Lösungen aggressiv sind, die Dämpfe sowohl Gegenstände als auch Lebewesen schädigen können, und nicht zuletzt sollte man für eine ordnungsgemäße Entsorgung der Abfälle sorgen (Sondermüll). Auf keinen Fall die Abfälle übers Klosett entsorgen oder den Entwickler und die Ätzlösung in ein gemeinsames Gefäß gießen.