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thomaspfeifer.net / SMD Tipps & Tricks / Direkt-Toner-Methode

Platinen ätzen mit der Direkt-Toner-Methode

This page in english

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:

• Laserdrucker (bei mir ein HP Laserjet 1010)
• Bügeleisen
• Aceton (gibt's im Baumarkt)
• Epoxyd Platine mit Kupferbeschichtung, ohne Fotolack (z.B. Reichelt EPCU 160X100)
• Ätzmittel (z.B. Natriumpersulfat)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bild 7: Geätzte Platine mit Toner

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.

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...

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:

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

• Zu heiß und zu kurz gebügelt (Toner haftet dann nicht). Da es eine Weile dauert bis sich die Wärme durch das Papier verteilt hat, kann man ruhig länger drauf halten (1-3 min.).
• Kupferfläche nicht sauber (Fingerabdrücke!). Es wurde berichtet, dass die Küchentücher eines Herstellers in Verbindung mit Aceton einen Schmierfilm hinterlassen.
• Die Platine mit Topfreiniger oder grobem Schleifpapier anzurauhen ist keine gute Idee. Die dadurch entstehenden Riefen führen zu Rissen in den Leiterbahnen. Besser: Platine reinigen und kurz anätzen.
• Einweichen zu kurz. Das Papier sollte schon gut durchgeweicht sein.

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.

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.

© 2018 Thomas Pfeifer
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