PCBs zu Hause herstellen: DIY UV-Belichtungskammer

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Für jeden, der Elektronik liebt, ist der Wechsel von unordentlichen Lochrasterplatten zu sauberen, dauerhaften Leiterplatten ein großer Schritt. Erstellen Sie Ihre eigenen Leiterplatten (Printed Circuit Boards) (PCBs) zu Hause ist wie eine Superkraft. Damit können Sie Ihre Projekte kleiner und zuverlässiger machen und sie sehen unglaublich professionell aus. Es gibt zwar viele Möglichkeiten, eine Leiterplatte selbst herzustellen, aber die fotografische Methode mit UV-Licht und Fotolack liefert die schärfsten und präzisesten Ergebnisse. Diese Methode ist das Geheimnis, um Platinen zu erstellen, die aussehen, als kämen sie aus einer Fabrik.

Dazu benötigen Sie ein spezielles Gerät: eine UV-Belichtungsbox. Dieses Gerät verwendet ultraviolettes Licht, um Ihren Schaltkreisentwurf von einer transparenten Folie auf eine lichtempfindliche Kupferplatte zu übertragen. Sie können zwar professionelle Geräte kaufen, aber die können teuer sein. Die gute Nachricht ist, dass der Bau eines eigenen Geräts ein unterhaltsames und lohnendes Projekt ist, das viel einfacher ist, als Sie vielleicht denken. Ein selbst gebautes Gerät kann genauso gut funktionieren wie ein kommerzielles Gerät.

Diese Anleitung führt Sie durch jeden einzelnen Schritt beim Bau Ihres eigenen Belichtungsgeräts. Wir werden einfache Worte verwenden und alles klar erklären. Sie erfahren, welche Teile Sie benötigen, wie Sie sie zusammensetzen und wie Sie mit Ihrem neuen Werkzeug erstaunliche Schaltungen herstellen können. Am Ende werden Sie ein leistungsstarkes neues Gerät für Ihre Elektronikwerkstatt haben.

Den Prozess der PCB-Exposition verstehen

Warum wird der Photoresist benötigt?

Bevor wir mit dem Bau beginnen, ist es sehr hilfreich zu wissen, warum wir diese Box brauchen. Der gesamte Prozess funktioniert aufgrund eines speziellen Materials namens Photoresist. Das ist eine lichtempfindliche Chemikalie, die sich verändert, wenn sie von ultraviolettem (UV) Licht getroffen wird.

Eine einfache Analogie zum Verstehen

Stellen Sie sich vor, Sie streichen eine Wand, aber Sie möchten eine bestimmte Form unbemalt lassen. Sie würden Abdeckband verwenden, um die Form abzudecken, die Sie schützen möchten. Wenn Sie mit dem Malen fertig sind, ziehen Sie das Klebeband ab, und die saubere Form bleibt zurück. Der Fotolackprozess ist dem sehr ähnlich, nur dass hier Licht anstelle von Farbe und ein spezieller Entwickler anstelle von Klebeband verwendet wird.

Vorbereiten des Kupferblechs

Sie beginnen mit einer kupferkaschierten Platine, d.h. einer Glasfaserplatte, die vollständig mit einer dünnen Kupferschicht überzogen ist. Dieses Kupfer wird die metallischen Leiterbahnen Ihrer Schaltung sein. Zunächst bedecken Sie die gesamte Kupferoberfläche mit einer dünnen Schicht Photoresist. Dabei handelt es sich in der Regel um einen dünnen, dunklen Film, den Sie sorgfältig auf die Platine auftragen.

Drucken und Platzieren des Schaltungsentwurfs

Als Nächstes drucken Sie Ihren Schaltkreisentwurf auf ein Blatt durchsichtiges Plastik, wie eine Folie. Ihr Entwurf sollte in schwarzer Tinte geschrieben sein. Die schwarzen Teile sind die Stellen, an denen die Kupferbahnen verlaufen sollen, und die durchsichtigen Teile sind die Stellen, an denen das Kupfer entfernt werden soll. Dann legen Sie diese Folie auf die mit Fotolack bedeckte Platine.

UV-Licht-Belichtung

Sie stellen beides in Ihre UV-Belichtungsbox. Wenn Sie die UV-Lampen einschalten, strahlen die ultravioletten Strahlen nach unten. Das Licht kann durch die durchsichtigen Teile der Folie dringen, aber es wird durch die schwarze Tinte Ihres Schaltkreisentwurfs blockiert.

Die Entwicklung des Vorstands

Das UV-Licht, das auf den Fotolack trifft, verursacht eine chemische Reaktion und macht ihn hart. Der Photoresist, der unter der schwarzen Tinte geschützt war, wird vom Licht nicht berührt und bleibt daher weich. Nach ein paar Minuten schalten Sie das Licht aus und nehmen die Platine heraus. Dann legen Sie die Platine in eine spezielle Flüssigkeit, den Entwickler. Diese Entwicklerlösung wäscht nur den weichen, nicht belichteten Fotolack ab. Der harte Teil, der vom Licht getroffen wurde, bleibt auf der Platine.

Jetzt haben Sie eine Kupferplatte, auf der die Form Ihres Rennstrecken ist durch den gehärteten Photoresist geschützt. Alles andere Kupfer liegt frei. Schließlich legen Sie die Platine in eine Ätzlösung, z.B. Eisenchlorid. Diese Chemikalie frisst sich durch das ungeschützte Kupfer. Das Kupfer, das von dem harten Fotolack bedeckt ist, kann sie nicht berühren. Nach dem Ätzen bleiben nur noch die Kupferbahnen übrig, die Ihren Schaltkreis bilden.

Deshalb ist eine gleichmäßige Lichtabdeckung so wichtig. Ihre selbstgemachte Belichtungsbox sorgt dafür, dass das UV-Licht stark und gleichmäßig ist, so dass Sie jedes Mal sehr scharfe und perfekte Ergebnisse erzielen.

Sammeln Sie Ihre Materialien und Werkzeuge

Der erste Schritt bei jedem guten Projekt besteht darin, alle Teile und Werkzeuge bereitzulegen. Für diesen Bau brauchen Sie nichts allzu Exotisches, und die meisten Teile können Sie online oder in einem Elektronikgeschäft finden. Wir können die Liste in ein paar einfache Gruppen unterteilen.

Für die Elektronik:

• UV-LEDs: Dies ist der wichtigste Teil. Sie benötigen einen Streifen UV LEDs oder eine Reihe von einzelnen LEDs. Die beste UV-LED für die Belichtung von Leiterplatten hat normalerweise eine Wellenlänge zwischen 395nm und 405nm. Dieser Bereich funktioniert perfekt mit den meisten Fotolackfilmen. Sie benötigen eine ausreichende Anzahl, um ein dichtes Netz von Lichtern für eine gleichmäßige Abdeckung zu erzeugen. Etwa 50 bis 100 einzelne LEDs oder ein 2-Meter-Streifen sind ein guter Ausgangspunkt für eine mittelgroße Box.
• Stromversorgung: Sie benötigen ein Netzteil, das die richtige Spannung und genügend Strom für alle Ihre LEDs liefern kann. Die meisten LED-Streifen werden mit 12 V Gleichstrom betrieben. Prüfen Sie die Spezifikationen Ihrer LEDs, um ein passendes Netzteil zu finden. Ein 12V, 2A-Netzteil ist oft eine gute Wahl.
• Ein Timer: Sie können zwar eine Stoppuhr verwenden, aber ein eingebauter Timer macht die Verwendung der Box viel einfacher und genauer. Sie können online einfache digitale Timer-Module kaufen, die für Sekunden und Minuten eingestellt werden können. Dies ist eine große Bereicherung für Ihr Projekt.
• Ein Ein/Aus-Schalter: Ein einfacher Wippschalter oder Kippschalter wird zum Ein- und Ausschalten der Hauptstromversorgung des Geräts verwendet.
• Drähte: Sie benötigen einige dünne Kabel, um alle elektronischen Teile miteinander zu verbinden. Rote und schwarze Drähte sind hilfreich, um den Überblick über positive und negative Verbindungen zu behalten.

Für die Box und die Struktur:

• Eine Box: Sie brauchen etwas, in dem Sie alles unterbringen können. Eine einfache Holzkiste ist eine gute Wahl, weil sie leicht zu bearbeiten ist. Sie können auch einen stabilen Plastikbehälter verwenden. Manche Leute haben großen Erfolg damit, das Gehäuse eines alten, kaputten Flachbettscanners zu verwenden.
• Eine Platte aus Glas oder klarem Acrylglas: Dies wird die Plattform sein, auf der Sie Ihre Leiterplatte platzieren. Sie muss sehr klar und flach sein. Glas ist besser, weil es nicht so leicht zerkratzt wird. Die Größe hängt von der Größe Ihrer Box ab.
• Alufolie oder ein Spiegel: Sie werden die Innenseite der Box damit auskleiden. Die glänzende Oberfläche reflektiert das UV-Licht und macht die Belichtung gleichmäßiger und effizienter.
• Ein Stück Schaumstoff: Diese wird auf dem Deckel der Box verwendet, um die Folie fest und gleichmäßig auf die Leiterplatte zu drücken.
• Schrauben, Muttern und Bolzen: Sie benötigen einige Kleinteile, um die elektronischen Teile zu montieren und die Box zusammenzuhalten.

Werkzeuge, die Sie benötigen:

• Lötkolben und Lötzinn
• Heißklebepistole
• Bohrer mit verschiedenen Bits
• Schraubenzieher
• Abisolierzangen und Abschneider
• Lineal oder Maßband

Entwerfen Sie Ihre DIY PCB UV-Belichtungsbox

Bevor Sie mit dem Schneiden und Bohren beginnen, sollten Sie einen einfachen Plan haben. Das Wichtigste, woran Sie denken sollten, ist die Größe. Ihre Schachtel sollte groß genug sein, um die größte Leiterplatte aufzunehmen, die Sie jemals herstellen möchten, mit etwas mehr Platz an den Rändern. Eine übliche Größe ist etwa 30cm x 20cm.

Das nächste, was Sie planen müssen, ist der Abstand zwischen den UV-LEDs und der Glasplatte. Dies ist sehr wichtig, um ein gleichmäßiges Licht zu erhalten. Wenn die LEDs zu nahe am Glas sind, erhalten Sie helle "Hot Spots" direkt über jeder LED und dunklere Bereiche dazwischen. Wenn sie zu weit entfernt sind, ist das Licht zwar gleichmäßig, aber möglicherweise zu schwach, was zu sehr langen Belichtungszeiten führt. Ein guter Abstand für den Anfang liegt zwischen 5 und 8 cm.

Sie sollten auch die Anordnung Ihrer LEDs planen. Ordnen Sie sie in einem Gittermuster mit gleichmäßigen Abständen an. So stellen Sie sicher, dass jeder Teil Ihrer Platine die gleiche Menge an UV-Licht abbekommt. Wenn Sie einen einfachen Plan auf Papier haben, können Sie mit dem Bau beginnen.

Bau des Boxrahmens und der Struktur

Hier beginnt das Projekt zum Leben zu erwachen. Nehmen wir an, Sie verwenden eine Holzkiste.

Schneiden Sie die Holzstücke auf die Größe zu, die Sie für Ihre Kiste benötigen. Sie benötigen ein Bodenteil und vier Seiten. Einen Deckel aus Holz brauchen Sie nicht, denn der Deckel wird mit dem Druckschaum versehen. Stecken Sie die vier Seiten zusammen und befestigen Sie sie mit Holzleim und Schrauben am Bodenteil. So erhalten Sie eine stabile Kiste, die das Licht abhält.

Dann bereiten Sie das Innere vor. Dieser Schritt ist sehr wichtig, wenn Sie ein gutes Ergebnis erzielen möchten. Nehmen Sie Alufolie und verwenden Sie Sprühkleber oder normalen Kleber, um die gesamte Innenseite des Kartons zu bedecken. Bedecken Sie den Boden und alle vier Wände. Machen Sie die Oberfläche so glatt wie möglich und versuchen Sie, nicht viele Falten zu hinterlassen. Diese glänzende Schicht wird das UV-Licht im Inneren reflektieren, so dass Schatten vermieden werden und der Karton von allen Seiten gleichmäßig beleuchtet wird.

Nachdem das Innere fertig ist, machen Sie einen kleinen Vorsprung für die Glasplatte. Kleben Sie vier dünne Holzstreifen an die Innenwände. Achten Sie darauf, dass die Leisten alle auf der gleichen Höhe liegen, etwa 5-8 cm über dem Boden, wie Sie es zuvor geplant haben. Diese Leiste wird die Glasplatte halten.

Zum Schluss fügen Sie einen Deckel hinzu. Ein einfaches Holzbrett mit Scharnieren ist ausreichend. Kleben Sie auf die Innenseite des Deckels ein flaches Stück Schaumstoff. Der Schaumstoff sollte etwas dicker sein als der Raum zwischen dem Deckel und dem Glas, wenn es geschlossen ist. Auf diese Weise drückt der Schaumstoff beim Schließen des Deckels fest auf die PCB und den Film, damit sie in vollem Kontakt bleiben. Wenn es eine Lücke gibt, können die Spuren unscharf und schlecht aussehen.

Erstellen des UV-LED-Arrays und eines einfachen Schaltplans

Jetzt werden wir das Herzstück der Maschine bearbeiten: die Beleuchtung. Dies ist der Ort, an dem Ihr Löten wird sich als nützlich erweisen. Das Ziel ist es, eine Tafel mit gleichmäßig verteilten LEDs zu erstellen.

Eine gute Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung eines Stücks Pappe oder einer dünnen Kunststoffplatte als Basis für Ihr LED-Array. Zeichnen Sie das Raster mit einem Bleistift auf der Platte vor. Bohren Sie dann kleine Löcher für die Beine der einzelnen LEDs. Setzen Sie alle LEDs in die Löcher und achten Sie darauf, dass die positiven Beine (Anoden) und negativen Beine (Kathoden) in die gleiche Richtung zeigen.

Wenn es um den Schaltplan für den PCB-Belichtungskasten geht, ist der einfachste Ansatz, die LEDs parallel zu verdrahten. Das bedeutet, dass alle positiven Schenkel miteinander verbunden sind und alle negativen Schenkel miteinander verbunden sind. Sie können dies tun, indem Sie die Beine der LEDs vorsichtig biegen und miteinander verlöten oder indem Sie Drähte verwenden, um sie zu verbinden. Eine parallele Verdrahtung ist gut, denn wenn eine LED durchbrennt, leuchten die anderen weiter.

Nachdem alle LEDs angeschlossen sind, haben Sie zwei Hauptanschlusspunkte für das gesamte Array: einen positiven und einen negativen. Löten Sie einen roten Draht an die positive Seite und einen schwarzen Draht an die negative Seite. Diese Drähte werden über den Timer und den Schalter mit Ihrer Stromversorgung verbunden.

Die gesamte Schaltung ist einfach. Das Pluskabel der 12-V-Stromversorgung wird an den Ein/Aus-Schalter angeschlossen. Und vom Schalter geht es zum Eingang des Timer-Moduls. Als nächstes geht der Ausgang des Timer-Moduls an den positiven roten Draht des LED-Arrays. Danach geht das negative schwarze Kabel des LED-Arrays direkt zurück an den Minuspol des Netzteils. Der Schalter schaltet also alles ein, und der Timer legt fest, wie lange die LEDs leuchten.

Alles zusammenbauen

Nachdem die Box gebaut und das LED-Array fertig ist, ist es an der Zeit, das Ganze zusammenzusetzen.

Platzieren Sie zunächst Ihr LED-Array auf dem Boden der Box. Sie können Heißkleber oder kleine Schrauben verwenden, um sie zu befestigen. Achten Sie darauf, dass es sicher und zentriert sitzt.

Suchen Sie als Nächstes eine gute Stelle an der Außenseite Ihrer Box, um den Ein/Aus-Schalter und das Timer-Modul zu montieren. Bohren Sie die erforderlichen Löcher dafür. Am besten ist es, sie an der Vorderseite oder an der Seite des Kastens anzubringen, damit sie leicht zugänglich sind. Befestigen Sie den Schalter und die Zeitschaltuhr sicher.

Montieren Sie dann Ihr 12V-Netzteil. Es ist oft am sichersten, es an der Außenseite des Kastens zu montieren, damit die Hochspannungsteile nicht ins Innere gelangen und es kühl bleibt. Bohren Sie ein kleines Loch, um die 12-V-Drähte in den Kasten zu führen.

Jetzt können Sie die gesamte Verkabelung wie im Schaltplan beschrieben vornehmen. Achten Sie auf eine saubere und ordentliche Verkabelung. Verwenden Sie Heißkleber, um die Drähte zu sichern, damit sie sich nicht verschieben. Nachdem Sie alle Verbindungen hergestellt haben, legen Sie die Glasscheibe vorsichtig auf die Leisten, die Sie im Inneren des Kastens angebracht haben. Ihr DIY PCB Belichtung Box ist jetzt vollständig montiert!

Kalibrierung Ihrer PCB-Belichtungszeit

Sie haben ein erstaunliches Werkzeug gebaut, aber es gibt noch einen sehr wichtigen Schritt, bevor Sie es verwenden können. Sie müssen Ihre ideale Belichtungszeit herausfinden. Diese Zeit kann für jeden selbstgebauten Kasten unterschiedlich sein, je nach Art der LEDs, ihrem Abstand zum Glas und der Art des Fotolacks, den Sie verwenden.

Um die perfekte Belichtungszeit für Ihre Leiterplatte zu ermitteln, ist ein einfacher Test erforderlich. Dazu benötigen Sie ein kleines Stück Kupferplatte mit Fotolack darauf und ein spezielles Testmuster, das auf eine Folie gedruckt ist. Das Testmuster sollte verschiedene Formen aufweisen, z.B. feine Linien unterschiedlicher Dicke und einige durchgehende Bereiche.

Legen Sie Ihre Testtafel und die Folie in den Karton. Nehmen Sie nun ein undurchsichtiges Objekt, z.B. ein Stück dicke schwarze Pappe. Die Idee ist, verschiedene Bereiche der Tafel unterschiedlich lange zu belichten.

• Bedecken Sie das gesamte Brett mit der Pappe, bis auf einen kleinen Streifen an einem Ende.
• Schalten Sie den Timer für 30 Sekunden ein und lassen Sie den ersten Streifen belichten.
• Wenn der Timer abgelaufen ist, schieben Sie den Karton zurück, um einen zweiten Streifen direkt neben dem ersten freizulegen.

Stellen Sie nun den Timer auf weitere 30 Sekunden. Während dieser Zeit erhält der erste Streifen weitere 30 Sekunden Licht (insgesamt also 60 Sekunden) und der zweite Streifen erhält seine ersten 30 Sekunden.

Wiederholen Sie diesen Vorgang. Schieben Sie die Karte nach unten, belichten Sie für 30 Sekunden und wiederholen Sie den Vorgang. Wenn Sie dies 5 Mal tun, haben Sie fünf Streifen mit Belichtungszeiten zwischen 30 Sekunden bis 2,5 Minuten.

Nachdem Sie diesen Test beendet haben, entwickeln Sie das Brett wie gewohnt. Wenn Sie sich die Karte ansehen, werden Sie einen deutlichen Unterschied zwischen den Streifen feststellen. Die Streifen mit einer zu kurzen Belichtungszeit sind verwaschen, und die Linien sind unterbrochen. Die Streifen mit zu langer Belichtungszeit könnten verschwommen oder überbelichtet aussehen. Sie suchen den Streifen, der die schärfsten, saubersten Linien aufweist. Die Zeit, die der Streifen erhalten hat, ist Ihre ideale Belichtungszeit.