Prototyp-Platinen drucken und backen statt zu ätzen

Leiterplatten stellt man in der Regel her, indem man mit Säure das überschüssige Kupfer wegätzt. Es gibt aber auch Verfahren, die ganz ohne ätzende Flüssigkeiten auskommen.

Für das Herstellen von Prototyp-Platinen gibt es im Netz zahlreiche Anbieter. Mit dem Toner-Transfer-Verfahren [1] gelingt auch ein Eigenbau, doch das erfordert den Einsatz von Säure. Mit einer findigen Methode lassen sich Leiterplatten aber auch ohne Ätzen selbst herstellen. Dabei kommt ein leitfähiger Epoxydkleber zum Einsatz, den man auf einen einfachen Ausdruck der Schaltung aufträgt. Ein Youtube-Video von Rich Olson lieferte die Idee für diesen Artikel [2].

Vor dem Einstieg benötigen Sie zunächst einmal ein Layout für die Leiterbahnen. Abbildung 1 zeigt einen einfachen Entwurf, wie Sie ihn mit einem beliebigen Werkzeug zum Leiterplattendesign erstellen. Im aktuellen Beispiel griffen wir auf das für private Nutzung kostenlose Eagle [3] zurück.

Abbildung 1: Ein einfaches Platinenlayout für den ersten Test.

Designen Sie die Leiterbahnen im Layout so breit wie möglich und verwenden Sie nur SMD-Bauteile. Bedrahtete Bauteile würden zwar auch funktionieren, doch müsste man dazu das Papier verstärken und mehr Lötzinn auftragen. Dadurch steigt jedoch die Gefahr, dass die Bauteile vom Papier wieder abreißen.

Layouts drucken

Das Layout (siehe Kasten “Schaltung”) drucken Sie nun mit einem herkömmlichen Laserdrucker auf möglichst temperaturstabilem Fotopapier [4] aus. Teurere Produkte eignen sich in diesem Punkt nicht unbedingt besser als günstige. Beim Ausdrucken müssen Sie darauf achten, nur die Leiterbahnen und Kontaktflächen auszudrucken, und Beschriftungen oder Bauteilbezeichnungen sollten nicht auf dem Papier landen.

Beim Drucken verwenden Sie am besten so viel Toner wie möglich. Deaktivieren Sie also alle Tonersparoptionen Ihres Druckers. Falls Sie über einen Farbdrucker verfügen, stellen Sie ihn auf Schwarz-Weiß-Betrieb um. Achten Sie darauf, dass das Fotopapier keine Risse und Knicke aufweist. Dort setzt sich sonst der Kleber fest, und Sie erzeugen am Ende leitende Verbindungen an Stellen, an denen Sie sie gar nicht wollten.

Nun kommt die magische Substanz zum Einsatz: der Kleber AA-DUCT AD1. Der leitfähige Epoxydharzkleber ist in Deutschland nicht leicht zu bekommen, Sie müssen ihn eventuell im Ausland bestellen [5]. Sie bringen den Klebstoff sparsam (dünn) auf das ausgedruckte Layout auf. Dazu nutzen Sie zum Beispiel ein kleines Stück des übrig gebliebenen Fotopapiers als Spachtel. Danach legen Sie ein zweites Stück Fotopapier mit der glänzenden Seite auf die Seite mit dem Epoxydkleber.

void setup() {
  pinMode(PB4, OUTPUT);
  pinMode(PB3, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(PB4, LOW);
  digitalWrite(PB3, HIGH);
  delay(50);
  digitalWrite(PB4, HIGH);
  digitalWrite(PB3, LOW);
  delay(50);
}

Leiterbahnen kleben

Im Unterschied zum Vorgehen im erwähnten Video empfehlen wir hier keine Heißluftlötstation, sondern eine Heißpresse [6]. Damit lassen sich Temperatur und Zeiträume viel besser steuern als mit einer Lötstation. Stellen Sie die Presse auf 150 Grad Celsius ein und backen Sie das Layout zwei Minuten. Danach rubbeln Sie den überschüssigen Kleber mit Watte ab. Das Entfernen des Klebers klappt besser, solange das Papier noch etwas warm ist, warten Sie also nicht zu lange.

Nun kommt das Layout noch einmal für 10 Minuten bei 150 Grad Celsius in die Presse. Die so erstellten Silberleitbahnen sind bereits elektrisch leitfähig, aber noch nicht zu 100 Prozent ausgehärtet. Um auf Nummer sicher zu gehen, tragen Sie eine zweite Schicht des Klebers auf und backen ihn erneut für zwei Minuten. Anschließend entfernen Sie wieder den überschüssigen Klebstoff.

Zum endgültigen Aushärten des Epoxyds kommt das Ganze nun für etwa 30 Minuten bei 150 Grad Celsius in die Presse. Die ideale Temperatur und Dauer für das endgültige Aushärten entnehmen Sie dem Datenblatt des verwendeten Klebers. Stellen Sie die Temperatur nicht zu hoch ein, sonst löst sich der Toner wieder – das beginnt bereits bei rund 170 Grad Celsius. Schon bei ein paar Grad mehr bekommt dann auch das Fotopapier Risse. Das Temperaturfenster, in dem Sie arbeiten müssen, ist dementsprechend eng.

Nach dem Aushärten des Klebers lässt sich für die Leiterbahnen ein Widerstand von etwa 0,5 Ohm/Zentimeter messen. Für eine so dünne Schicht leitfähiges Material geht der Widerstand bei einer Prototyp-Platine in Ordnung. Soll Ihre Schaltung höhere Ströme bewältigen, können Sie die Schritte zum Auftragen des Klebers auch mehrmals wiederholen. Sie dürfen nur nicht vergessen, den Kleber am Ende für 30 Minuten auszuhärten.