Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo zusammen,
nach Jahren habe ich wieder Platinen mit der Toner-Transfer-Methode geätzt und war mit den Ergebnissen zunächst gar nicht zufrieden. Durch Versuch und Irrtum und viele Gespräche mit der KI Claude habe ich herausgefunden, auf welche Details es wirklich ankommt: das richtige Papier, die Falle mit der Spiegelung in KiCad, das Aufbügeln und das Ablösen des Papiers. Vom Layout bis zum Bohren, mit allem, was in den üblichen Anleitungen fehlt.
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Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Noch ein Nachtrag von mir als Themenstarter: Inzwischen habe ich mir in der gelebten Bastelpraxis eine pragmatische Grundhaltung angeeignet. Von Lochrasterplatten habe ich nämlich erst einmal genug. Beim Verdrahten muss man ständig die Platine wenden und sich Verdrahtung und Bauteilpositionen spiegelverkehrt vorstellen. Wer das nicht dauerhaft im Kopf hat, baut sich schnell einen Verdrahtungsfehler ein. Will man eine fehlerhafte Verdrahtung reparieren, brät man oft so lange mit dem Lötkolben herum, bis sich die Lötaugen lösen. Nein Danke! Wesentlich entspannter geht es, wenn man die Verdrahtung mit einem Leiterplattenlayoutprogramm plant.
Der Haken dabei: Man muss die Schaltung erst im Layoutprogramm zeichnen. Das geht aber erstaunlich schnell, wenn man sich einmal daran gewöhnt hat, und Änderungen lassen sich viel leichter eintragen als mit Bleistift und Radiergummi bei Handskizzen. Hat man das Schaltbild, ordnet man die Bauteile mit dem Programm einigermaßen sinnvoll auf der Leiterplatte an und routet dann die Verbindungen. Verdrahtungsfehler können dabei nicht mehr auftreten, und das ist schon ein großer Vorteil.
Man kann natürlich stundenlang an der Bauteilplatzierung feilen, bis auch die letzte Drahtbrücke auf einer einseitigen Leiterplatte verschwunden ist. Das lohnt sich aber nur für die Massenproduktion. Wer im Hobbykeller ein paar Drahtbrücken erlaubt, spart sich viel Zeit und Nerven. Liegt ein brauchbares Layout vor, geht auch die Bestückung und Verdrahtung einer Lochrasterplatte viel schneller und entspannter. Das ist bei Schaltungen mit ganz wenigen Bauteilen sinnvoll. Ab einer gewissen Bauteilzahl ist es aber einfacher, gleich eine Leiterplatte mit der Toner-Transfer-Methode zu ätzen, besonders wenn man die Schaltung mehrfach braucht.
Und wenn bei der Herstellung etwas schiefgeht? Kein Drama. Fehler im Toner kann man mit einem wasserfesten Permanentfilzstift reparieren. Sind beim Ätzen Fehler entstanden, helfen Drahtstücke und etwas Abkratzen, dann läuft die Platine trotzdem. Ganz nebenbei bekommt man mit dem Layoutprogramm auch noch eine gute Dokumentation für die Bestückung. Wenn man bedenkt, wie lange die Fehlersuche nach einem Verdrahtungsfehler auf einer Lochrasterplatte dauern kann, ist die gedruckte Leiterplatte ab einer bestimmten Bauteilzahl oft die schnellere Lösung.
Ein Layoutprogramm wie z.Bl KiCad liefert den Bestückungsplan gleich mit. Entspanntes Arbeiten.
Ich verwende dafür KiCad. Es ist kostenlos, läuft unter Windows und Linux und ist sehr mächtig. 90 Prozent der Funktionen brauche ich nicht. Wenn man sich aber ein paar Stunden eingearbeitet hat, kommt man für hobbymäßige Aufbauten sehr schnell zurecht. Und als Zugabe erhält man eine hervorragende Dokumentation seiner Projekte, die man nach einem Jahr wieder zu schätzen weiß, wenn man sich fragt, was man sich damals eigentlich gedacht hat.
Das kleine Projekt, ein akustischer Durchgangsprüfer, kam erst einmal als provisorischer Dauerzustand in eine Plastikschachtel. Klebeband hält alles für die Ewigkeit zusammen. So würde die Industrie natürlich nie bauen. Aber ich habe mir viel Zeit und Aufwand gespart. Trotzdem auf elektrische Sicherheit achten. Aber in dem hier gezeigten Fall besteht keine Gefahr. 1,5 Volt Betriebsspannung erzeugt keinen elektrischen Schlag und selbst bei einem Kurzschluss der Batterie besteht keine Brandgefahr.
Viele Grüße Volker
PS: Da fällt mir noch etwas ein. Das Bohren von Leiterplatten erzeugt Lärm, Staub und Dreck. Am besten hätte man dafür einen eigenen Raum und eine Ständerbohrmaschine. In einer Etagenwohnung ist Bohren morgens um 4 Uhr keine gute Idee, die Nachbarn werden es einem kaum danken.
Es geht aber auch anders: Man erzeugt die Leiterbahnen spiegelverkehrt, verzichtet auf die Bohrlöcher und lötet die Bauteile direkt auf die Leiterbahnen. Das funktioniert sehr gut. Wer an SMD Spaß hat, kann natürlich gleich mit SMD-Bauteilen arbeiten. Bei vielen machen die Augen dabei aber nicht mehr mit. SMD ist eher etwas für Bestückungsautomaten und Reflow-Löten, auch wenn Hobbybastler mit Lötkolben, Heißluft oder Heizplatte erstaunlich weit kommen. Außerdem ist die Fehlersuche bei bedrahteten Bauteilen einfacher.
Leiterplatten aus Epoxid-Glashartgewebe (FR4) lassen sich zudem mit der Blechschere zuschneiden, die Herstellung geht mit ein paar unkonventionellen Maßnahmen fast lautlos. Man braucht außerdem nicht seine Sägeblätter mit Glasfasermaterial ruinieren.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo zusammen,
mit der Fotomethode kann man auch sehr gut Leiterplatten herstellen. Dazu druckt man das Layout auf Transparentpapier (oder mit dem Tintenstrahldrucker auf passende Klarsichtfolie) aus, am besten seitenverkehrt, damit die Leiterbahnen maximal scharf abgebildet werden. Belichtet wird mit einer UVA-Lampe, wie sie auch für die Beleuchtung von Pflanzen genutzt wird. Nach dem Entwickeln kann man, wenn notwendig, mit Kratzen und Filzstift kleinere Korrekturen anbringen und danach ätzen.
Das ist zwar etwas aufwendiger als die Toner-Transfer-Methode, liefert aber bessere Ergebnisse. Für beste Resultate kann man auch das Layout bei einem Copy-Center auf Folie plotten lassen.
Zum Bohren der Löcher ist noch anzumerken, dass bei FR4 nur Hartmetallbohrer verwendbar sind, alle anderen werden durch den Glasfaserstaub nach wenigen Löchern komplett stumpfgeschliffen. Dasselbe gilt beim Sägen, hier eignen sich auch die keramischen Trennscheiben für Dremel & CO oder wie schon von Volker erwähnt die Blechschere.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo HB9,
danke für deine wichtigen Ergänzungen, die ich aus meiner Erfahrung nur bestätigen kann. Nach meiner Erfahrung liefert das Photopositivverfahren die besten Ergebnisse. Die Toner-Transfer-Methode ist dagegen geeignet, wenn es schneller gehen soll, auf Kosten der Genauigkeit.
Angefangen habe ich in den 1970er Jahren mit einer uralten Methode, die ganz ohne PC auskam. Ich habe die Layouts aus Elektronikheften ausgeschnitten, mit Klebeband auf die Leiterplatte geklebt und die Bohrlöcher mit dem Körner durch das Papier angekörnt. Dann gebohrt und danach habe ich die Leiterbahnen und Lötaugen mit einer speziellen Tinte oder einem Permanentmarker nachgezeichnet. So habe ich mir ein Labornetzteil gebaut, das heute noch funktioniert.
Auch deinen Hinweis zum Bohren kann ich bestätigen: Bei FR4 sind Hartmetallbohrer die einzig sinnvolle Wahl, weil der Glasfaserstaub normale Bohrer nach wenigen Löchern stumpf schleift.
Beim Toner-Transfer habe ich im Moment noch ein Problem. Ich verwende unter Linux einen alten HP-Laserdrucker, und dessen Treiber muss ich tauschen, damit sich die Tonerdichte auf die höchste Stufe einstellen lässt. Ich hoffe, dass die Ergebnisse dann besser werden.
Zum Auflösen des Katalogpapiers ist Waschsoda eine gute Wahl, fällt mir jetzt noch ein. Sie ist mild alkalisch, quillt die Papierfasern gut auf und lässt sich leicht abspülen. Ein bis zwei Teelöffel auf einen halben Liter lauwarmes Wasser reichen, dazu optional ein Tropfen Spülmittel. Ich weiche die Platine fünf bis zehn Minuten ein und rubble dann mit dem Finger oder einer weichen Zahnbürste das Papier ab. Zum Schluss spüle ich gut mit klarem Wasser nach. Mit Waschsoda habe ich gute Erfahrungen gemacht. In der Küche nehme ich sie auch gern für verkrustete Töpfe, da ist sie besser als Spülmittel. Je weicher das Papier wird, desto besser bleibt der Toner auf dem Kupfer haften. Es gibt also immer etwas zu tüfteln.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo zusammen,
der neue Versuch sieht vielversprechend aus. Ich halte fest: Ausdruck mit Laserdrucker Brother FAX-2820, höchste Auflösung. Als Papier kam hochglänzendes, dünnes und gestrichenes Papier aus einer Zeitschrift zum Einsatz, Basismaterial Pertinax mit 600er Schleifpapier nass aufgeraut, Platine angeheizt mit dem Bügeleisen, das bedruckte Papier darauf, 5 Minuten gebügelt mit höchster Stufe, abkühlen, Papier eine halbe Stunde eingeweicht in einer Lösung aus Entfettungsflüssigkeit vom Malergeschäft (besteht hauptsächlich aus Kalilauge und Tensiden, Schutzbrille verwenden), verdünnt 4 zu 1 etwa, 20 Minuten einweichen, vorsichtig das zerfallene und breiige Papier mit einer weichen Zahnbürste abbürsten, dann wie gewohnt ätzen (hier Eisen(III)chlorid) und danach mit Aceton den restlichen Toner entfernen. Siehe Fotoreihe.
Sieht gut aus. Man beachte die feinen Schriftzüge zur Kontrolle. Alle Leiterbahnen sind intakt und wurden mit einem Durchgangsprüfer durchgepiepst. Merkwürdig, dass beim ersten Versuch der rechte Rand auch unterbrochen war. Er hat aber keine elektrische Funktion.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Ich sag mal, zurück zu den Ursprüngen wie man in den 60er...70er Jahren des vergangenen Jahrhundert als Bastler selber Leiterplatten mal gemacht hat.
Die Panscherei mich Chemikalien tue ich mir heute nichtmehr an. Entweder man bestellt professionell gefertigte Platinen, auch mehrlagige mit Durchkontaktierungen zum Spottpreis in China oder fertigt selber einfachere Platinen mit einer heute preiswert erhältlichen Fräsemaschine im Trennlinienfräsverfahren.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo Kalle,
das Isolationsfräsen ist eine interessante Alternative und eine Überlegung wert, wenn man Freude an dieser Technik hat. Ich habe das mal von DeepSeek recherchieren und zusammenfassen lassen, sicherlich für Mitleser interessant:
"Die Idee mit dem Isolationsfräsen ist eine gute Alternative zum Ätzen, aber es gibt ein paar wichtige Punkte zu beachten. Beim Material ist Pertinax (Hartpapier, auch als FR2 bekannt) tatsächlich die bessere Wahl für den Hobbybereich, weil es sich leichter fräsen lässt und die Standzeit der teuren Fräser deutlich erhöht. Von FR4 (Glasfaser-Epoxid) raten viele Hersteller und Werkstätten ausdrücklich ab, da der entstehende Glasfaserstaub gesundheitsschädlich ist. In manchen Anleitungen wird daher strikt zu FR1 oder FR2 geraten.
Die Software-Anpassung ist etwas umständlicher als bei der Ätzmethode, aber machbar. Der Workflow ist mehrstufig: Zuerst exportiert man aus KiCad die Gerber-Dateien für die Kupferlagen und die Excellon-Dateien für die Bohrungen. Diese Dateien müssen dann in ein CAM-Programm wie FlatCAM oder CopperCAM importiert werden, das daraus den G-Code für die Fräse generiert. Das erfordert etwas Einarbeitung, besonders weil man die richtigen Parameter wie Fräserdurchmesser, Zustellung und Überlappung einstellen muss. Für saubere Ergebnisse ist es wichtig, das Layout vorher an das Verfahren anzupassen: Die Leiterbahnbreite sollte mindestens 0,4 mm betragen und der Abstand zwischen den Bahnen ebenfalls mindestens 0,4 mm, da feinere Strukturen mit den üblichen V-Bits sehr schnell brechen.
Preislich liegt der Einstieg bei etwa 200 bis 400 Euro für eine kleine Desktop-Fräse, wobei die Qualität in dieser Klasse schwankt. Für zuverlässigere Ergebnisse muss man oft mehr investieren. Insgesamt ist das Isolationsfräsen eine saubere Sache ohne Chemikalien, aber es erfordert Geduld bei der Einrichtung und die Bereitschaft, sich in die CAM-Software einzuarbeiten."
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo Volker,
den Toner-Transfer habe ich dahingehend abgeändert, da ich an meinem vorhandenen 3D Drucker zunächst einen ätzfesten Stift angebracht habe. Damit konnte ich die Ätzmaske schon computerisiert im Plotterstil zeichnen lassen. Ich bin dann noch einen Schritt weitergegangen und habe direkt auf FR4 mit Filament gedruckt. Die Auflösung war noch feiner und der Kunststoff hielt den kompletten Ätzvorgang stand.
Ich habe aber festgestellt das dies keine neuentdeckte Methode ist.
Die Auflösung meines Druckkopfes mit 0.1mm ist gut genug um auch noch SMD Strukturen auszulösen. Der eigentliche Vorteil den ich darin sehe, ich konnte das Geld und den Platz für eine Fräse sparen, zusätzlich zum Lärm und den Verschleiß der Fräsköpfe.
Geätzt wird in einer selbst gebauten Küvette mit Heizstab und Sprudler aus dem Aquariumbereich. Mit Natriumpersulfat auch keine so umfängliche Sauerei wie mit anderen Mittelchen. Schneller und im Moment preiswerter als der Chinafertiger, aber keine Multilayer versteht sich.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo Sturmmoeve, Hallo zusammen,
danke für den Tipp mit dem 3D-Drucker. So einen wollte ich mir auch mal anschaffen, wenn ich dazu komme. Jetzt gibt es einen Grund mehr. Ja, diese Eisen(III)chlorid-Brühe erzeugt Flecken, die nicht mehr weggehen. Aber ich habe noch fast 2 kg davon. Das reicht für die nächsten Jahre. Dann werde ich umstellen auf Natriumpersulfat.
Das wollte ich noch mitteilen. Ich habe was Neues ausprobiert und damit bin ich wieder einen großen Schritt weiter gekommen: Ich habe jetzt die Methode mit dem Anätzen vor dem Bügeln ausprobiert, und er funktioniert tatsächlich. Das Kupfer habe ich wie gewohnt blank geschmirgelt, dann 30 Sekunden bis maximal 1 Minute ins Eisen-III-Chlorid-Bad gelegt und dann gut abgespült. Danach sieht die Fläche hellbraun und matt aus, wie angelaufenes Kupfer. Anschließend mit Aceton entfetten und weitermachen wie bisher.
Der Toner hat deutlich besser gehaftet, wie man auf den Fotos sieht. Als Transfermedium habe ich diesmal gelbes Wachspapier genommen. Das weiche Papier habe ich in der Lauge mit der Zahnbürste abgebürstet und die dünne Restschicht vorsichtig abgezogen. Meinen Drucker kann ich unter Linux nur auf mittlere Tonerdichte stellen, es ging trotzdem.
Nach dem Ätzen entferne ich den Toner wie gewohnt mit Aceton. Zum Schluss schleife ich die angelaufene Schicht mit 1200er Papier und etwas Seife nass wieder weg, bis das Kupfer blank glänzt. Das sind zwei Arbeitsschritte mehr, aber für mich lohnt es sich. Weitere Versuche brauche ich nicht mehr zu unternehmen. Viel mehr kann ich aus der Toner-Transfer-Methode nicht mehr herausholen, denke ich.
Re: Nach Jahren wieder Platinen geätzt: Was ich beim Toner-Transfer dazugelernt habe
Hallo zusammen,
für diejenigen, die das Ätzbad nicht heizen wollen, habe ich eine Lösung:
Man kann auch mit Salzsäure ätzen, wenn man sie mit etwas Wasserstoffperoxid aktiviert. Dazu braucht man Salzsäure 10% und Wassersoffperoxid (30..35%). Man giesst so viel Salzsäure in die Schale mit der Platine, dass diese vollständig in der Säure 'badet', aber auch nicht mehr, so ein paar Millimeter sind ideal. Danach wird wenig(!) Wasserstoffperoxid beigegeben (so 1..10ml pro dl Salzsäure) und das Gefäss etwas geschwenkt. Nun wird das Kupfer hell/matt und der Ätzvorgang beginnt. Während dem Ätzen das Gefäss etwas bewegen, damit wird der Ätzvorgang beschleunigt (nicht nötig bei Küvetten, wo man die Platine senkrecht im Ätzbad hat). Wenn die Aktivität nachlässt, etwas Wasserstoffperoxid nachschieben, aber nicht zu viel aufs Mal. Nach etwa einer Minute ist alles Kupfer weg, daher sollte man es nicht unbeaufsichtigt ätzen lassen, sonst ist am Schluss alles weg. Das während dem Ätzvorgang entstehende Gas ist hauptsächlich Sauerstoff und damit ungefährlich, daneben eine Spur Chlor, das man riechen kann. Trotzdem sollte man wie bei allen chemischen Vorgängen für eine (minimale) Belüftung sorgen. Das Ätzmittel hinterlässt keine Flecken, aber ist natürlich auch ätzend, daher bei Kontakt mit Metallen sofort abspülen, insbesondere Edelstahl mag Salzsäure nicht. Wasserstoffperoxid greift die Haut an, das gibt weisse Flecken und bei längerer Einwirkungsdauer brennt es, daher Handschuhe tragen.
Das gebrauchte Ätzmittel kann gelagert und weiterverwendet werden, bis es blaugrün ist und nicht mehr ätzt (solange es grün ist, kann es weiter verwendet werden). Dabei ist wichtig, dass das Gefäss nicht luftdicht verschlossen wird, da durch den Zerfall des Wasserstoffperoxids Sauerstoff gebildet wird, der entweichen muss. Auch das Wasserstoffperoxid sollte nicht komplett luftdicht verschlossen aufbewahrt werden, da je nach Reinheit auch etwas Sauerstoff gebildet wird.
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