PCBs erstellen

Ziel ist es, dass wir beim Makerspace selber Platinen Herstellen können. Dazu werden Michael und ich erstmal einige Tests durchführen.

Bei Erfolg wird dies hier natürlich aktualisiert.
Leon

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Habe mir gerade noch ein Video Belichtung anstelle von Toner Transfer angeguckt: PCB Herstellung von A bis Z (12): PCB Herstellung 2.0 [ger]

Hat den Vorteil, dass die Ausdrucke wiederverwendet werden können.

Das andere geht so: [How2] Platinen ätzen

Was brauchen wir alles zum Ätzen?

Sobald wir den Lasercutter haben können wir damit das Layout erstellen: Making Circuit Boards with a Laser Cutter (Lasercutter ab 8:31)
Bis dahin wollen wir mit dem DirektToner Verfahren arbeiten. Siehe [How2] Platinen ätzen

  • Platinenrohline (vorhanden ??)
  • DirektToner:
    • Hochglanzpapier
    • Laserdrucker
    • „Spülwasser“
    • Bügeleisen
    • Backpapier
  • Laercutter:
    • Lasercutter
    • Lack
  • Schutzausrüstung:
    • Handschuhe
    • Schutzbrille
    • Schürze (optional)
  • Ätzmittel
    • Eisen(III)-Chlorin (aka. Fe3Cl)
      soweit ich das gelesen habe besser als Natriumperlsulfat, da es nicht so stark temperiert werden muss
    • Natriumperlsulfat (aka. Feinätzkristalle)
  • Aceton um den übrigen Toner/Lack nach dem Ätzen zu entfernen (vorhanden)
  • Schalen
  • Pinzette
  • Lötlack (optional)

Wie sieht es denn da mit Olafs Ausrüstung aus?

Wer mag denn recherchieren was für eine Ausstattung wir zum ätzen benötigen und wo wir das bekommen?

Ich mach hier mal ein Thema auf um über PCBs mit dem SLA1 zu sprechen :blush:

Ich hab schon mal ein bisschen Recherchiert und bin hier über diese beiden Tests gestolpert:

Grundsätzlich gibt es quasi 2 Möglichkeiten PCBs mit einem SLA Drucker zu erstellen:

  1. PCBs mit UV sensitiver Beschichtung, die dann durch das UV Display belichtet wird
  2. unbeschichtete PCBs die mit einer Schicht Resin beschichtet werden

Spannend finde ich beide Optionen, wobei Nummer 2 den Vorteil hat, dass die PCBs günstiger sind und auch anschließend nur ein Nachbearbeitungsschritt(ätzen) nötig ist statt 2 bei den UV PCBs (entwickeln und ätzen).

Was haben wir eigentlich für PCB Entwicklung bisher für Material/Werkzeug im Space?
Gibt es schon geeignete Chemikalien und Behälter?
Wer hat Lust sich das Thema zusammen mal an zu schauen?

Ich hab das mal mit dem alten Thread zusammengeführt :wink:

Bisher haben wir nichts außer „unbeschichteten“ PCB Rohlingen. Die würden sich gut für die 2. Methode eignen.

Warum muss bei Methode 1 was entwickelt werden? Passiert das nicht auf dem Drucker?
Wir haben auch Fotoemulsion vom Siebdruck, eventuell geht das auch zum Beschichten vor dem Ätzen

Sorry, den Beitrag hab ich irgendwie total übersehen!

Jein, bei der ersten Methode werden zwar die belichteten Bereiche „ausgehärtet“, aber die andere Beschichtung muss dann halt beim Entwickeln erst entfernt werden, soweit ich das verstanden hab:

https://www.mikrocontroller.net/articles/Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#Entwickeln

Ich hab zwar schon mal im Fachabi eine Platine selber Entwickelt, aber das ist mittlerweile etwas Länger her :sweat_smile:

Achja, was ich an der Variante 2 auch noch Spannend finde, dass man anschließend die gleiche Methode anwenden könnte um die PCBs mit einer zusätzlichen Schicht Resin zu beschichten/schützen

Ok, hab mir gerade auch nochmal die Lasercutter Variante angesehen, die evt sogar noch weniger „messy“ sein könnte als mit dem SLA.

Für mein wall-e Projekt wollte ich gern ein PCB anfertigen, das die verschiedenen Komponenten zusammen bringt.

Das wäre dann ein ~125x60mm PCB, was als reiner Prototyp doch recht teuer wäre zu bestellen.

Hier eine Übersicht über die aktuellek Ätzmittel, da würde ich auch sagen, dass Natriumpersulfat wahrscheinlich die Sinnvollste Lösung wäre.

https://www.amazon.de/Ätzmittel-Natriumpersulfat-1Kg-Dose-NaPs/dp/B08WPX5K6J/ref=sr_1_4?__mk_de_DE=ÅMÅŽÕÑ&crid=3V0MLHGRY6E5C&keywords=Natriumpersulfat&qid=1651761037&sprefix=natriumpersulfat%2Caps%2C90&sr=8-4

Natriumpersulfat:
Die chemische Formel von NaPS ist Na2S2O8.
Es wird als kristallines, weißes Pulver verkauft. Die Lösung bleibt beim Ätzen der Platine durchsichtig. Sie verfärbt sich zwar immer mehr blau, bleibt aber klar durchsichtig. Bei Zimmertemperatur, bzw. bis unter 30°C, ätzt die Lösung so gut wie kein Kupfer von der Platine. Bei über 50°C wird die Lösung unbrauchbar. Der Sauerstoff gast aus und damit geht die Ätzwirkung verloren.
Ein Nachteil sei noch in Bezug auf Kleidung erwähnt: Baumwolle wird von der Ätzlösung zerstört. Selbst bei direktem Auswaschen mit Wasser entstanden nach einigen Tagen plötzlich Löcher an den Stellen, wo ein Tropfen auf die Kleidung gelangt ist.
Auf gar keinen Fall darf die angesetzte Lösung in einem geschlossenen Behälter gelagert werden. Zumindest nicht ohne regelmäßig den Überdruck abzulassen, denn die Lösung gast aus → Berstgefahr!
Das Pulver selbst darf nicht neben brennbaren Stoffen gelagert werden.
Die Ätzzeit beträgt bei einer frisch angesetzten Lösung ca. 7 Minuten, bei einem gebrauchten ca. 10 Minuten.
Es werden pro Liter Wasser 200g – 250g angesetzt.

Ammoniumpersulfat:
Die chemische Formel von Ammoniumperoxodisulfat ist (NH4)2S2O8.
Die Verarbeitung ist der von NaPS ähnlich. Aufgrund der Giftigkeit ist es aber als Ätzmittel nicht zu empfehlen.

Eisen-III-Chlorid:
Die chemische Formel von Eisen-III-Chlorid ist FeCl3.
Dieses Ätzmittel sollte nicht (mehr) verwendet werden. Es besteht die Gefahr ernsthafter Augenverletzungen. Die Ätzlösung verfärbt sich gelb-braun, so dass man den Ätzvorgang nicht beobachten kann. Dadurch kann es sehr leicht zu Unterätzungen kommen, da man die Zeit schnell überschritten hat. Mehrmalige Benutzung erschwert es immer mehr, den Ätzvorgang zeitlich zu kontrollieren. In einer Ätzküvette besteht die Gefahr des Überschäumens und es kommt zu einer Schlammbildung. Diese lässt sich mit Zugabe von einer geringen Menge Salzsäure beseitigen. Vorsicht ist beim Ansetzen der Lösung geboten: Beim Auflösen in Wasser wird es zunächst gefährlich heiß. Es kommt zu geringen Salzsäureausgasungen. Ab 40°C verstärken sich diese. Atem- und Augenschutz und eine gute Durchlüftung des Raumes ist da angesagt. Allerdings werden sämtliche Metalle in dem Raum durch Ausgasungen angegriffen.
Die Ergiebigkeit ist dafür sehr hoch. Je höher die Temperatur, desto schneller ist der Ätzvorgang. Die Lösung könnte bis zum Siedepunkt erhitzt werden. Die Ätzgeschwindigkeit variiert je nach Temperatur von wenigen Minuten bis hin zu einer Stunde. 800g auf einen Liter Wasser ergeben 1,4L der 33%igen Lösung. Diese Volumenerweiterung sollte also beim Ansetzen der Lösung nicht vergessen werden.

Salzsäure und Wasserstoffperoxid
Auch dieses Ätzmittel ist nicht unproblematisch!
Hierbei wird Wasser mit Salzsäure und Wasserstoffperoxid vermischt. Für einen Liter Ätzlösung nimmt man 770ml Wasser, 200ml 30%ige Salzsäure und 30ml 30%iges Wasserstoffperoxid. Bei einer Überdosierung entstehen schnell gefährliche Aerosole. Die Reaktion ist sehr heftig und dadurch verteilen sich Salzsäurepartikel in der Luft. Auch hier gilt Atem- und Augenschutz! Und auch hier leiden die Metalle in dem Raum. Privat sollte man dieses Ätzmittel nicht verwenden, da man kaum über eine geeignete Absaugvorrichtung verfügt.
Die volle Ätzwirkung setzt bei einer frischen Lösung erst verspätet ein. Daher neigt man schnell zur gefährlichen Überdosierung. Diese Lösung darf ebenfalls nicht in einem geschlossenen Behälter gelagert werden.

Die Verwendung ist gefährlicher und auch komplizierter, als die bisher beschriebenen Ätzmittel. Die Geschwindigkeit ist aber hier höher als bei allen anderen. Auch die hohe Ergiebigkeit spricht für sich. Um Flecken in der Kleidung muss man sich keine Sorgen mehr machen, es gibt direkt Löcher :wink:
Wie beim NaPS ist die optimale Temperatur um ca. 45°C. Während des Ätzens der Platine entsteht eine Art Schleier. Dann kann tropfenweise Wasserstoffperoxid hinzugegeben werden, bis die Ätzlösung wieder durchsichtig ist.

Der hatte sich in der Projekte Kategorie versteckt

Was brauchen wir noch außer dem Ätzmittel?

  • Vollmasken kommen demnächst noch an, damit sind Gesicht und Atemwege schon mal sicher.
  • Handschuhe? Die Einweghandschuhe kommen mir unpassend vor.
  • Ggf. Lack für den Laser
  • passende Schalen zum ätzen und etwas um die Platinen hin und her zu schubsen?

das hin und her schubsen selbst würde ich vorschlagen auf dem 3D Druckbett zu machen mit minimalem G-Code, kann man hier ganz gut sehen:

Hätte gleichzeitig den Vorteil, dass man das Druckbett auch zum temperieren der Lösung nutzen kann.

Hier ist noch ein Sicherheitsdatenblat über Natriumpersulfat:

Hier hab ich mal eine Übersicht der nötigen/fehlenden Materialen angefangen:
https://cryptpad.fr/sheet/#/2/sheet/edit/ZWXJXbfbsqvR6z1MmGtMQc47/

Ich war so frei und hab ein paar Sachen auf eigene Faust organisiert:

Glasschale und Glas zur Aufbewahrung (durch weg lassen des Dichtgummies kann die Lösung keinen Überdruck erzeugen:

Und ich habe das folgende bestellt, was anfang nächster Woche kommen wird:

  • Ätzmittel, Natriumpersulfat, 600 g.
  • Einmalhandschuhe, Nitril, Gr. XL, 100 Stück
  • Fotoplatine, FR4 Epoxyd, beidseitig, 100 x 50 mm, 1,6 mm, 35 µ
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