Platinen ätzen mit der Direkt-Toner-Methode

Platinen ätzen - Platinen selbst herstellen auf eine einfache und schnelle Weise, ohne belichten und entwickeln. Ausführliche Beschreibung mit Bildern und Video.

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Manchmal würde man schnell mal eben eine Platine ätzen.
Das ist leider nicht so einfach. Insbesondere beim Belichten kann viel schief gehen, so dass man schon mal ein paar Versuche benötigt bis man brauchbare Ergebnisse erhält.

Die im folgendenden beschrieben Tonertransfermethode verzichtet daher einfach auf den Belichtungs und Entwicklungsschritt. Anstatt des Photolacks wird Laserdrucker-Toner als Ätz-Resist benutzt.
Das Layout wird dazu auf geeignetes Papier gedruckt und auf die Leiterplatte aufgebügelt. Anschließend wird das Papier wieder abgelöst - der Toner verbleibt auf dem Kupfer. Darauf folgt der Ätzvorgang.

Material:

1. Layout ausdrucken

Das Layout wird mit dem Laserdrucker auf eine Seite Reichelt-Kalaog gedruckt. Falls es Probleme mit Papierstaus gibt, kann man die Katalogseite am oberen Rand einfach mit Pritt-Stift auf ein Din-A4-Blatt kleben (gut trocknen lassen !).
Die Leiterbahnen auf der fertigen Platine sind gegenüber dem Ausdruck spiegelverkehrt. Das Layout muss also ggf. gespiegelt werden (Schrift nicht lesbar).
Zum Erstellen der Layouts verwende ich übrigens Eagle von Cadsoft.

Warum denn ausgerechnet Papier aus dem Katalog eines Elektronik-Versenders ?
Nun, nicht jedes Papier ist so wirklich zum aufbügeln geeignet.
Normales Schreibmaschinenpapier geht zum Beispiel gar nicht. Es ist nicht glatt genug, "saugt" den Toner in sich auf und wellt sich auch bei Erwärmung und Feuchtigkeit.
Am besten geeignet sind veredelte, glatte Papiere die sich leicht gummiartig anfühlen. Einige schwören auf die Seiten aus dem Spiegel, Overheadfolie, Faxpapier oder dem Trägerpapier von Aufklebern. Mit dem Reichelt-Katalog habe ich persönlich jedoch die besten Erfahrungen gemacht.

Ausgedrucktes Layout

Bild 1: Ausgedrucktes Layout

2. Zurechtschneiden und ausrichten

Die Kupferseite der Platine wird mit Aceton von Staub, Fett und evtl. Fotolack befreit. Das ist wichtig, sonst hält darauf der Toner nicht.
Das Layout wird ausgeschnitten und mit der bedruckten Seite auf die Platine gelegt. Hierbei sollte man höllisch aufpassen das man keine Fingerabdrücke hinterlässt.
Falls nötig kann man das Papier mit einen kleinen Stück Tesafilm am Rand fixieren.

Das Layout wird mit der bedruckten Seite auf die Kupferfläche gelegt

Bild 2: Das Layout wird mit der bedruckten Seite auf die Kupferfläche gelegt

3. Aufbügeln

Auf die Platine mit dem Layout wird ein Leinentuch gelegt (ich verwende dafür einen alten Einkaufsbeutel).
Anschließend wird das bedruckte Papier mit einem handelsüblichen Bügeleisen mit kreisenden Bewegungen und leichtem Druck aufgebügelt. Es empfiehlt sich dabei die Platine mehrmals etwas abkühlen zu lassen und dann die Platine um 90° zu drehen, um ein gleichmäßiges Ergebnis zu bekommen.

Wichtig ist dabei die richtige Temperatur. Ist sie zu hoch, wird der Toner zu flüssig und die Leiterbahnen verlaufen. Ist sie zu niedrig, hält der Toner nicht auf dem Kupfer.
Bei mir hat sich eine Einstellung zwischen "Wolle" und "Seide" bewährt.

Das Layout wird mit leichtem Druck auf die Platine aufgebügelt

Bild 3: Das Layout wird mit leichtem Druck auf die Platine aufgebügelt

4. Papier ablösen

Die Platine wird nach dem abkühlen in einen Teller mit kaltem Wasser und einem Tropfen Spülmittel gelegt.
Das Papier kann man nach ein paar Minuten im Wasser mit dem Finger vorsichtig abrubbeln.
Stellt man jetzt fest, dass sich die Leiterbahnen ablösen (Temperatur zu klein) oder das diese verlaufen sind (Temperatur zu groß) entfernt man den Toner mit Aceton und versucht es noch einmal: GOTO 1

Bei späteren Versuchen stellte sich heraus das anstatt der Seifenlösung auch Badreiniger sehr gut geeignet ist. Dieser löst die Papierfasern teilweise auf. Dadurch kann man das Papier leichter entfernen und hat bei kleinen Zwischenräumen keine Probleme mehr mit hängen gebliebenen Papierfasern.

Nach ein paar Minuten einweichen lässt sich das Papier leicht abrubbeln

Bild 4: Nach ein paar Minuten einweichen lässt sich das Papier leicht abrubbeln

5. Einbrennen/Verdichten (optional)

Hat man das Papier grob abgelöst, kann man den Toner optional noch einmal "einbrennen". Dazu spannt man das Bügeleisen kopfüber in einen Schraubstock, stellt dieses auf Maximum und legt die trockene (!) Platine für ein paar Minuten darauf.
Der Toner wird dabei noch einmal flüssig. Dadurch werden kleinste Löcher geschlossen und der Toner verbindet sich optimal mit dem Kupfer.
Nach dieser Behandlung ist der Toner so fest auf der Platinenoberfläche das man ihn mit dem Fingernagel schon fast nicht mehr abgekratzt bekommt.

Die Platine wird auf das heiße Bügeleisen gelegt

Bild 5: Die Platine wird auf das heiße Bügeleisen gelegt

6. Ätzen

Jetzt wird die Platine in das Ätzbad gelegt. Geätzt wird bei mir mit Natriumpersulfat (ca. 100g auf 0,5 Liter) da es nicht so herum saut wie Eisen-III-Chlorid und man sehen kann wie weit die Platine ist. Mit Salzsäure und Wasserstoffperoxyd geht es schneller - da mache ich seit den schwarzen Brandflecken im Tisch allerdings einen großen Bogen drum ;-)
Als "Ätzmaschine" nehme ich, ganz unkonventionell, einen alten Putzeimer der über einem Wasserbad auf 40-50°C erwärmt wird.

Ätzen mit NaPS im Putzeimer

Bild 6: Ätzen mit NaPS im Putzeimer

7. Fertig

Nach dem Ätzen muss die Platine nur noch von dem Toner befreit werden. Das geht wieder hervorragend mit einem Aceton-getränkten Lappen.
Danach kann die Platine gebohrt und wenn man möchte verzinnt werden.

Geätzte Platine mit Toner

Bild 7: Geätzte Platine mit Toner

Fertige Platine

Bild 8: Fertige Platine

Video Tutorial

Das Tonertransfer-Verfahren als Video-how-to (einseitig, Laminator, mit verzinnen). Das Video läuft in 4-facher Zeitraffer und ist im Original ca. 20min lang.

Video 1: Platinen Herstellung in 20min. (4x Zeitraffer)

Taugt die Methode denn was ?

Ich habe damit problemlos mehrere Euro-Platinen, teilweise mit TQFP-SMD-Bauteilen, geätzt.
Mit unterbrochenen Leiterbahnen gab's noch nie Probleme.
Zum Test habe ich mal 3 mil (0,0762mm) Leiterbahnen (!) geätzt. Das würde ausreichen um zwischen den Beinchen eines LQPF-SMD-Bauteils noch eine Leiterbahn durchzuführen...

3mil Leiterbahn

Noch etwas besser und einfacher als mit dem Bügeleisen, geht es mit einem modifizierten Laminiergerät.
Damit lassen sich auch problemlos zweiseitige Platinen herstellen.

Übrigens: Die Platinen der verschiedenen Projekte auf dieser Website sind nahezu alle mit dem hier beschriebenen Arbeitsablauf selbst hergestellt worden.

Update:

Optimales Papier, optimale Temperatur

Das optimale Papier und die optimale Temperatur beim aufbügeln scheint sehr stark von dem Druckertyp bzw. dem verwendeten Toner abzuhängen. Es lohnt sich also, einfach mal verschiedene Papiersorten durch zu probieren. Hier eine kleine Tabelle mit bekannten Drucker-Papier Kombinationen:

Drucker Toner Temperatur Papier Bemerkung
Brother HL-1430 Original ? RS-Katalog  
Brother HL-2030 Original Bügeleisen 100% Reichelt- u. Pollin-K. Probleme mit Masseflächen
Brother HL-2030 Original Bügeleisen 100% GEO (weißer Hintergrund)  
Brother HL-5050 Original Bügeleisen 100% KS-Katalog Druckdichte: sehr dunkel
Brother HL-5150 Original Bügeleisen 100% ? Druckdichte: sehr dunkel
Canon LBP2900 Original Laminator 125-130°C Reichelt-Katalog "gut bis sehr gut"
HP 5170 DN Original Aldilaminator 195°C Folie 5-8 Durchgänge durch den Laminator
HP Laserjet 3P Original 220°C Reichelt-Katalog Probleme mit Masseflächen
HP Laserjet 1010 Refill (noname) 190°C Reichelt-Katalog 1a Ergebnisse
HP Laserjet 1022 Original   Reichelt-Katalog funktioniert bestens
HP Laserjet 1022 Original Bügeleisen, Wolle-Seide Fotopapier: "Laser High Glossy (PU)" Gut einweichen, Masseflächen sauber
HP Laserjet P2015 Original Laminator ca 190° Reichelt-Katalog  
HP Laserjet P2055dn Original Bügeleisen, Baumwolle-Leinen Katalogseiten (verschiedene),  
HP Laserjet 2420n Original Bügeleisen, Wolle-Seide Reichelt-Katalog Leiterbahnen akzeptabel, Masseflächen schlecht
HP Laserjet 3380 Original Bügeleisen 90% Deckblatt iX, c't etc.  
HP Laserjet 4050 Refill Bügeleisen 100% Reicheltkatalog Mit sehr starkem Druck ca 90 Sek.
HP Laserjet 5P Original Laminiergerät 3-5mal bei 125° Reicheltkatalog  
HP Laserjet 6P Canon EP-A Bügeleisen 100% Reicheltkatalog Leiterbahnen >0.25mm kein Problem, keine Löcher
Konika-Monilta MC2550 Original Bügeleisen 100% Transferfolie (welche?) Toner haftet manchmal nicht
Kyocera FS-1010 Original Bügeleisen 195°C Reicheltkatalog
Kyocera FS-C5100DN Original Bügeleisen 80% Otto-Katalog Lässt sich gut abziehen. Farbreste mit Spirtus abwischen.
Lexmark Optra E112 Original ? Avery Zweckform Trägerpapier  
Lexmark Optra E232 Original Bügeleisen 80% Der Spiegel Kein rubbeln nach dem Spülibad nötig - einfach abziehen
Lexmark Optra E340 Original Bügeleisen 100% Conrad Katalog Seite 4-5min. mit langsam kreisenden Bewegungen bei ca. 4-5kg Druck. Masseflächen und Linien perfekt.
Lexmark Optra S 1255 Original Laminator, 170°C, 2-8x Reichelt "Super Ergebnis"
Nashuatec DSm615 Original Bügeleisen, Leinen Werder-Magazin (ähnlich ct-Deckblatt aber dünner)  
Samsung CLP-300N Original Bügeleisen 90% Deckblatt IX, c't etc.  
Samsung CLP-300 Original Bügeleisen 100%, ca 1min. Reicheltkatalog  
Samsung CLP-510N Original Bügeleisen 90% Focus Seite, ca. 3min 10mil sind kein Problem
Samsung CLP-600N Original Bügeleisen 90% Zweckform Color Laser Premium Photo Papier (2698)  
Samsung ML2010 Original Bügeleisen Wolle (130°C) Hornbach Katalog Badewannen-Acryl Lässt sich an einem Stück abziehen
Samsung ML4600 Original Bügeleisen (Leinen/Baumwolle) Reicheltkatalog >0.7mm kein Problem
Samsung SCX-4500 Original Laminator (unmodifiziert) Reichelt-Katalog  

Ich würde mich auf Rückmeldungen freuen, um die Tabelle zu erweitern.
Danke an Carsten, Yannik, Ole, Jonas, Enrico, Christian, Kay, Dominik, Michael, Nicola, Ralf, Alex, Andreas, Ahment, Daniel, Felix, Max, Niklas, Simon, Milan, Jürgen, Steffen, Rainer, R.G., Kai, Dennis, Matthias, Markus E. und Mäxx.

Typische Fehlerursachen

Bestückungsaufdruck

Mit der Tonermethode lässt sich auch problemlos ein Bestückungsaufdruck realisieren (Danke an Philipp für den Hinweis), wie das folgende Bild zeigt. Wenn man den Toner anschließend, wie unter "5. Einbrennen" beschrieben, noch einmal erwärmt, wird der Druck sogar recht kratzfest.

Bestückungsaufdruck auf einer ungebohrten Platine

Bild 10: Bestückungsaufdruck auf einer ungebohrten Platine

Ätzen von Metallblechen

Prinzipiell sollte es mit der beschriebenen Methode auch mögliche sein, dünne Metallbleche zu ätzen. Auf ähnliche Weise werden z.B. feinste Blechteile aus Messing oder Kupfer für den Modellbau hergestellt. Denkbar wäre auch die Herstellung von Lötpasten-Masken, wie sie beim Reflow-Löten von SMD-Bauteilen benötigt werden.

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