Bügelmethode

[singlepic=72,210,140,,right]Bei diesem Projekt handelt es sich um eine Platine für den Pegelausgleich vom TTL Pegel (5V), des Mikrocontrollers, auf den Pegeln der seriellen Schnittstelle (Com) von 12V. Da ich nicht in jedes einzelne Projekt einen MAX232 integrieren möchte und einen Sub-D-Buchse, habe ich diese Adapterplatine entworfen.

Zum Anschluss steht eine im Roboternetz normierte 3-Stecker Verbindung zur Verfügung und eine von mir entworfene Steckverbindung, die auf dem „normalen“ 10 poligen Steckern basiert. Dazu hab ich mich entschieden, weil ich auch die Spannungsversorgung in den Stecker integrieren möchte. Der 4-polige, im RN hierfür entwickelte Stecker, ist jedoch nicht verpolungssicher.Ein weiteres Ziel dieses Projektes ist es auch die Methode zur Platinenherstellung zu optimieren und im Folgenden zu beschreiben.

Hier die Zusammenfassung der Direkt-Toner/Bügel-Methode:

  1. Der Schaltplan muss erstellt und geroutet werden. Hierzu werde ich noch einen Artikel schreiben, aber ich kann nun schonmal diesen Artikel generell sehr empfehlen:RN-Wiki: Platinen doppelseitig Layouten mit Eagle

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  2. Das geroutete Layout wird mit einem Laserdrucker auf eine Transferfolie gedruckt. Ihr müsst in euren Druckereinstellungen eine hohe Dichte für den Toner einstellen. Der Standart liegt bei mir z.B. bei 600 DPI. Für den Ausdruck der Layouts stelle ich den Drucker auf 1200 DPI.Als Papier eignen sich Papiere, die den Toner möglichst nicht zu stark „festhalten“. Seiten aus Hochglanzmagazinen haben sich bewährt. Backpapier o.ä. soll auch möglich sein, aber das habe ich noch nicht ausprobiert.Beim Ausdruck müsst ihr natürlich auch darauf achten, dass der Druck spiegelverkehrt geschieht, da das Layout im nächsten Schritt kopfüber auf der Platine landet. (Wenn ihr in Eagle nur die Bottom-Ebene und die Pins und Pads druckt, dann sind diese schon spiegelverkehrt. Wenn ihr die Schrift also auf dem Ausdruck nicht lesen könnt, dann ist es richtig!)

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  3. Nun braucht ihr eine saubere blanke Kupfer-Platine, ohne(!) eine Entwicklerschicht o.ä. Diese könnt ihr mit einem feinen Schleifpapier leicht anrauen und am besten mit Aceton reinigen, um wirklich auch die letzten Fettreste zu entfernen. (Achtung: Aceton ist ein Hautgift. Unbedingt Handschuhe tragen)
    Auf diese saubere zurecht geschnittene Platine legt ihr das Layout kopfüber.

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  4. Nun muss das Layout auf die Platine übertragen werden, indem der Toner wieder erwärmt wird und sich auf der Platine niederlässt. Dies gelingt durch ein Bügeleisen. Hierbei ist die Bügeldauer und -hitze sehr empfindlich, wie ihr an meinen Fehlversuch sehen könnt. Erst bei dritten Versuch habe ich mit 2,5 Minuten Bügeldauer und 3/4 der maximalen Hitze gute Ergebnisse erzielt.

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  5. Nachdem die Platine wieder etwas abgekühlt ist, muss das Träger-Papier vorsichtig entfernt werden. Dafür legt man die Platine am besten für min. 5 Minuten in „Spüli-Wasser“. Also ein Schale mit etwas Spülmittel und Wasser füllen und die Platine darin einweichen lassen. Nach einer Weile kann man das Papier abrubbeln.

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    Falls dabei der ganze Toner auch wieder verschwindet und es so aussieht wie auf meinen Fehlversuchen, dann habt ihr nicht lange genug gebügelt oder zu kalt. (Achtung, ich habe auch schon sehr lange gebügelt. Dann hatte ich Probleme das Papier überhaupt von der Platine zu bekommen, da dieses dann komplett daran festgebügelt war. Es gilt also, das gesunde Mittelmaß zu finden)Sollte das Ergebnis nicht zufriedenstellend sein, könnt ihr mit Aceton den Toner auch wieder recht einfach von der Platine entfernen und einen neuen Versuch starten. Meine Fehlversuche könnt ihr euch ganz unten bei der Bildergallerie ansehen.

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  6. Wenn auf der Platine nun mit Toner die Leiterbahnen zu erkennen sind, kann der Rest des Kupfers in einer Ätzlösung entfernt werden. Hierfür habe ich mir eine große Glasschale genommen. Hier löst ihr z.B. das Natriumpersulfat auf und erhitzt das Gemisch in der Mikrowelle auf 40°-50°C. Ich nutze ein heißes Wasserbad in einem Eimer (>50 °C) damit die Ätzlösung sich nicht zu schnell abkühlt. Ein Aquariums-Thermometer (geht leider nur bis 50°C) im Wasserbad hilft die Temperatur zu überwachen. Bei mir hat einmaliges Erwärmen bisher ausgereicht.

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  7. In der Ätzflüßigkeit, kann die Chemikalie nun das ungeschützte Kupfer angreifen und wegätzen, während das Kupfer unter dem Toner davon verschont bleibt. Nach 7,5 Minuten war bei mir alles weggeätzt, wenn man ein wenig mit einem alten Plastik Löffel umrührt.

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  8. Das Ergebnis wäscht man kurz unter Wasser ab und dann kann man mit Aceton den Toner entfernen und zurück bleiben sollten die Leiterbahnen.

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  9. Hier ist jetzt der Punkt gekommen an dem ihr seht, wie gut der Toner auf der Platine gehaftet hat, während des Ätzens. Habt ihr viel zu viel weggeätzt, oder sind die Bahnen löchrig, so müsst ihr vermutlich ein wenig an den Bügelparametern drehen. Eine Möglichkeit den Toner noch besser in die Platine einzuarbeiten, ist das so genannte Einbrennen. Hierbei legt ihr die Platine, auf welcher nur der Toner ist, vor dem Ätzen noch einmal auf das Bügeleisen und lasst den Toner heiß werden und in die Platine sickern. (Die Tonerseite der Platine zeigt natürlich nach oben und ihr solltet ein paar Blatt Papier zum Schutz der Bügelfläche zwischen das Bügeleisen und die Platine legen.

    (Davon hab ich kein Bild, aber ihr könnt euch, dass sicher alle vorstellen …)

  10. Mit einer Standbohrmaschine kann man nun in die Leiterplatte die nötigen Löcher bohren. (Ohne eine solche Bohrmaschine habe ich die vielen kleinen Löcher nicht ansatzweise so klein und präzise geschafft, da der Bohrer immer abgebrochen ist oder durch zittern sind die Löcher viel zu groß geworden.Eine Investition in z.B. eine Proxxon Standbohrmaschine kann ich nur wärmstens empfehlen! In der Standartauslieferung kann man 1mm Bohrer einspannen. Dies ist auch genau die richtige Größe, die für die Bauteilbeinchen gebraucht werden.

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  11. Einlöten und testen der Bauteile sollte jeder selbst können, denke ich mal.

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  12. Funktioniert alles wie gewünscht, könnt ihr die Unterseite der Platine noch mit Klarlack vor Korrosion und Fingerabdrücken schützen. Das Kupfer läuft sonst sehr schnell an und wird hässlich. Auch die Gefahr von Kurzschlüssen ist ein wenig geringer.

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  13. Fertig!

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  14. Hier noch ein paar Fehlversuche:

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Hier noch ein paar Links die mir Weiter geholfen haben: