In einer Fernsehdokumentation zum Thema 'Geldnoten und Geldnotenfälschung' hörte ich einmal den Satz: "Ziel der Notenbanken war es, jeden Schritt der Geldherstellung so kompliziert wie möglich zu machen und damit den Fälschern das Handwerk zu erschweren." Das erinnerte mich ein wenig an die manuelle Herstellung von Platinen. Diese Herstellung erfolgt in einer Reihe von Schritten, und bei keinem der Schritte kann man sich Nachlässigkeit leisten. Man muss jeden Schritt absolut sorgfältig ausführen, nur dann wird man am Ende mit einer guten Platine belohnt.

Ich beschreibe hier oft mehrere Möglichkeiten für jeden Arbeitsschritt obwohl ich selber einen festen "Workflow" habe. Die zusätzlich beschriebenen Verfahren sind oftmals für Anfänger gedacht, deren Werkstattausrüstung noch nicht sehr umfangreich ist.

1. Die Zeit, die man mit einem großen Leiterplattenentwurfsprogramm beim Routen (also dem Verlegen der Leiterbahnen) spart, steckt man in der Schaltungsentwurfsphase in das Programm hinein. Jedes Bauelement muss mit der zugehörigen Gehäusebauform eingegeben werden, Gehäuse die dem Programm unbekannt sind müssen erst mit einem speziellen Zeichenprogramm entworfen werden.
2. Die Grundeinstellung für Leiterbahnbreiten, Lötaugen und Durchkontaktierungen sind für chemisch durchkontaktierte Platinen optimiert. Es ist also nicht daran gedacht worden, dass man als Hobbyelektroniker an einer Durchkontaktierung auch noch löten muss. Also muss man alle Grundeinstellungen anpassen.
3. Routing-Programme sind recht hilflos, wenn man ihnen nur einseitige Leiterplatten anbietet. Versucht man es mit zweiseitigen Platinen, so benutzen sie reichlich Durchkontaktierungen. Das ist der Industrie egal, aber ich müsste an jeder Durchkontaktierung 2 mal löten. Da kann ich auch gleich einen Draht ziehen, anstatt eine zweite Leiterplattenseite zu benutzen.
4. Ein Router beachtet nicht, dass Leiterbahnen auf der Bestückungsseite so an ein Bauelement herangeführt werden müssen, dass man da auch noch mit dem Lötkolben gut herankommt.
5. Ein Profiprogramm denkt oft nicht daran, in der Mitte eines Bauelementeanschlusses oder einer Durchkontaktierung ein Loch zu machen. Dafür ist die automatische Bohrmaschine zuständig, die ein entsprechendes Drill-File bekommt. Ich brauche dieses "Loch" im Kupfer aber als Führung für meine Handbohrmaschine, die mit Drill-Files überhaupt nichts anfangen kann.
6. CAD-Programme möchten das fertige Layout in einem Dateiformat ausgeben, mit dem Platinen-Belichtungsgeräte etwas anfangen können (z.B. Gerber-Format). Eine Ausgabe auf einem normalen Drucker ist meist nur über Zwischenschritte (z.B. via PS-Format und Grafikprogramm) möglich.

Als Zeichenprogramm für einfache Leiterplatten benutze ich übrigens CorelDraw. Für maßhaltige schwarze Linien, Kreise und Flächen (also Leiterbahnen) war das aber völlig ausreichend. Layouts entwerfe ich positiv (Kupfer = schwarz, kein Kupfer =  nichts = weiß) und in der Ansicht von der Bestückungsseite her. Dadurch vermeidet man Verwechslungen bei IC-Pin-Belegungen. Der Entwurf ist damit spiegelbildlich, was für den folgenden fotochemischen Prozess ohnehin nötig ist. Man sollte unbedingt etwas Text (spiegelbildlich!) im Layout vorsehen. Dadurch erkennt man später auf einen Blick die Vorder- und Rückseite des Layouts.  Wie ich solche CDR-Dateien erstelle sieht man am linken Bild oder an Beispielen aus der Projekte-Seite.

Grundregeln:

• Das Zeichenprogramm auf die Maßeinheit "Inch" umstellen. Schaltkreisanschlüsse liegen nicht im 2,5 mm-Raster sondern im 1/10-Zoll-Raster (ca. 2,54 mm).
• In den Lötaugen ein Zentrierloch zum Bohren vorsehen.
• Beschriftungen (seitenverkehrt!) nicht vergessen.
• Leere Bereiche mit schwarzen Masse-Flächen auffüllen (beschleunigt das Ätzen).
• Leiterplattenmaterial gibt es in Standardgrößen zu kaufen (75x100mm, 160x100 mm), wenn man sich beim Layout schon auf so eine Größe festlegt, erspart man sich später das Sägen.

Wenn man sich einmal in ein CAD-Programm eingearbeitet hat (was eine Weile dauern kann), dann lernt man auch schnell die Vorteile des computerunterstützten Designs schätzen. Für komplexere Platinen benutzte ich lange Zeit die Eagle-Freeware, und beschränke mich auf Platinen bis zu 80mm x 100mm. (besser 75mm x 100mm) Inzwischen verwende ich KiCad. Ich verlege alle Leiterbahnen manuell (der Autorouter scheint mir für einlagige Platinen nicht geeignet zu sein) und stelle in den Design Rules im Kartenreiter Resting die äußeren Durchmesser von Pads und Vias auf mindestens 15 mil (besser 20 mil) ein. Dadurch werden die Pads (Lötaugen) auch mit einem Lötkolben lötbar. (Bei DIL-Schaltkreisen und Steckverbindungen werden die Lötpads dadurch aber so groß, dass zwischen ihnen keine Leiterbahnen mehr hindurch passen. Das kann man aber später mit Photoshop Elements oder Gimp korrigieren.) Leiterbahnen legt man möglichst breit aus. Ein Wert 0.04 Inch (1 mm) hat sich als Standard bewährt, für mich ist das untere Limit eine Breite von 0.012 Inch (0,3 mm). Mann beachte, dass alle Kupferstrukturen nach dem Ätzen etwas schmaler ausfallen (Unterätzung). Im Zweifelsfall sollte man Leiterbahnen etwas breiter und dafür die Lücken etwas schmaler auslegen. Beim Drucken des Layouts (nicht auf einem Drucker, sondern in eine Datei) selektiere ich im CAM-Processor-Job nur die Layers Bottom, Pads, Vias und Dimension. Unter Style wird Fill pads nicht aktiviert. Im Ergebnis erhalte ich Layouts mit Zentrierlöchern für das Bohren in allen Pads. Als Ausgabeformat wähle ich PS (Postskript).  Die dann entstandene PS-Datei kann man z.B. mit Photoshop Elements einlesen. Beim Einlesen wird es in ein Pixel-Bild gewandelt, die Auflösung kann man dabei frei wählen. 600 dpi wäre z.B. ein geeigneter Wert für filigrane Platinen. Es ist sehr wichtig, beim Einlesen in Photoshop Elements die Option glätten zu deaktivieren! Ansonsten werden Masseflächen streifig dargestellt. Nun hat man noch die Möglichkeit, auf Pixel-Ebene kleinere Korrekturen vorzunehmen, falls das nötig ist. Aus Photoshop Elements heraus kann man das Layout dann auch gleich drucken.

Die besten Ausdrucke habe ich mit einem hochauflösendem Tintenstrahldrucker (meinem uralten Epson Stylus Foto) auf HP-Transparentfolie (HP Premium Inkjet Transparency Film, HP C3835A, leider sehr teuer) erhalten. Diese Folie fühlt sich auf einer Seite rau an. Diese Seite ist zu bedrucken. Die raue Oberflächenstruktur verhindert das Verlaufen der Tinte. Es ist unbedingt im Druckertreiber als Druckmedium "Photo Quality Glossy Film" einzustellen und die höchste Ausdruckqualität auszuwählen, ansonsten werden die schwarzen Flächen nicht blickdicht. (In der Einstellung "Ink Jet Transparencies" schaltet der Drucker dagegen auf 360 dpi herunter, was zu nichtdeckender Tintenauftragung führt.) Ein Düsentest vor dem Ausdruck vermeidet unangenehme Überraschungen in Form von horizontalen weißen Linien.
Wer einen anderen Drucker benutzt sollte wenigstens 600 DPI einstellen können. Keinen Erfolg hatte ich mit einem Billig-HP-Deskjet, der nur 300 DPI konnte. Der Tintenauftrag war je nach Treibereinstellung nicht flächendeckend oder mit grüner Tinte vermischt. (Das mag ja auf Papier sinnvoll sein, aber nicht bei Belichtungsvorlagen.) Auch ein HP-Deskjet 600 (300 DPI) brachte nur mäßige Ergebnisse (Beste Ergebnisse in der Einstellung Spezialpapier, aber nicht blickdicht).
Ein Canon Pixma MP780 (4800x1200 dpi) deckte immer noch etwas schlechter als mein betagter Epson-Stylus-Photo (720 dpi). Hier heißt es also mit allen erreichbaren Druckern experimentieren, um das beste Druckresultat zu erzielen.
(Die alte Tintenstahler-Druckerfolie HP51630S-CX JetSeries Transparency Film ist übrigens völlig ungeeignet, da hier die Farbe abperlt.)
Tintenstrahlerausdrucke werden nach einigen Jahren verschwommen und bekommen einen grünlichen Farbstich. Dann sind sie unbrauchbar. Das sollte beachten, wer ein Archiv der Folien für spätere Verwendung anlegt.

Wer mit der Transparentfolie keine blickdichten Ausdrucke erzielt (oder falls die Transparentfolie zu teuer ist), kann alternativ folgende preiswerte Lösung versuchen. Man druckt auf normalem Papier für Tintenstrahldrucker mit bestmöglicher Auflösung. Durch das Aufsaugen/Verlaufen der Tinte ist ein blickdichter Ausdruck viel einfacher zu erzielen. Der getrocknete Ausdruck wird dann mit Sonnenblumenöl (man kann auch Pausklar aus der Spraydose von Conrad verwenden) eingerieben, wodurch die unbedruckten Stellen für das UV-Licht transparent werden. (danke Bodo)

Ein Laserdrucker liefert nicht ganz so gute Ergebnisse wie der Epson-Stylus-Foto, ist aber ausreichend. Dazu druckt man auf Transparentpapier. Ein Stück dieses dünnen Transparentpapiers wird dazu mit Tesa-Film auf einem normalen Blatt Druckerpapier fixiert, ansonsten gibt es Papierstau. Der Tesa-Film übersteht die heißen Fixierwalzen des Druckers überraschend gut. Es empfiehlt sich, zunächst einen Probedruck auf ein normales Blatt Papier anzufertigen, dann in der nötigen Größe Transparentpapier zuzuschneiden. Dieses Transparentpapierstück wird dann auf einem neuen Blatt Papier an der Position des Layout-Probeausdrucks fixiert. Dazu nur einen Streifen Tesa am oberen Ende des Transparentpapiers benutzen. Das untere Ende des Transparents bleibt locker (vermeidet Falten). Nun wird das Blatt noch mal in den Drucker eingeführt und der Ausdruck (nun auf dem Stück Transparentpapier) wiederholt.
Alle Druckertreibereinstellungen, die das Schwarz noch "schwärzer" machen sollte man nutzen. Trotzdem wird man ein Ergebnis erhalten, das etwas Licht durchscheinen lässt. Es empfiehlt sich mit einem schwarzen Tuschestift nachzuarbeiten.
Der Schwärzungsgrad des Ausdrucks ist offensichtlich stark vom Fabrikat des Druckers abhängig. Mit HP-Druckern hatte ich eher schlechte Erfahrungen gemacht. Per Email erhielt ich den Hinweis, dass ein Brother-Drucker ein brauchbares Ergebnis lieferte. Mein Test mit einem OKIlaser14ex war ebenfalls zufriedenstellend, aber nicht perfekt.
Bei Conrad gibt es ein Tonerverdichterspray, mit dem man die bedruckte Folie einsprühen soll, um das Druckergebnis zu verbessern. Allerdings erhöht es natürlich nicht die Menge des aufgetragenen Toners auf der Folie. Mein Test dieses Tonersprays ergab keine nennenswerte Verbesserung des Druckergebnisses.

Falls das Druckergebnis bei Tintenstrahl oder Laserdrucker trotz aller Mühe nicht blickdicht wird, kann man das Layout auch mehrfach drucken, und die Ausdrucke passgenau übereinander legen. Das funktioniert für einfache Layouts gut. Bei sehr filigranen Layouts ist das aber nicht einfach, da keine zwei Ausdrucke exakt deckungsgleich sind. Das ist wohl weniger ein Problem der Druckermechanik als der bedruckten Blätter. Papier dehnt sich aus und schrumpft je nach Feuchtigkeit, Folien werden wahrscheinlich durch die heißen Fixierwalzen des Laserdruckers verzerrt. Mit Öl getränktes Papier wird mit Sicherheit auch quellen.
Ein weiteres Problem der mehrfach-Layouts ist, das die Farbschichten der einzelnen Ausdrucke nicht direkt aufeinander liegen, sondern durch eine Papier- oder Folie-Schicht getrennt sind. Dort kann sich Streulicht ausbreiten..
Trotzdem liefert diese Technik für nicht allzu filigrane Layouts gute Ergebnisse.

Mit sogenannter Transferfolie für Laserdrucker habe ich keine so guten Erfahrungen gemacht. Vielleicht hatte ich da die Tricks noch nicht so raus, vielleicht verspricht hier auch die Werbung zuviel. Ich bleibe bei der Fotochemie.
Andere Bastler haben sehr gute Erfahrung mit der Direkttonermethode gemacht.

Ideal: professionelle Filmbelichter
Für digitale Röntgengeräte gibt es Belichter, die die schwarz-weiß-Aufnahmen auf lichtempfindliche Transparentfolie (also Filmmaterial) belichten und diese entwickeln. Die gleiche Technik hat natürlich auch jede Leiterplattenfirma. Wenn ein Anbieter für Privatkunden solche Folien für ein paar Cent belichten und entwickeln würde, könnte man sich viel Arbeit ersparen. Bei Papierbildern  ist dieser Service schon lange üblich (auch wenn die Fotolabore dort nicht maßhaltig arbeiten).
Es gibt im Internet tatsächlich einige Anbieter, die genau das für bastler-freundliche Preise anbieten. Dazu sucht man im Web nach "Leiterplattenfilm". Typische Kosten sind 7 Euro für eine 20cm x 20 cm große Folie (einschließlich Versandt). Wenn man gleich mehrere Folien belichten lässt (um Versandkosten zu sparen) sind die paar Euro eine lohnende Investition, die einem viele Sorgen und Probleme ersparen kann. Die Qualität solcher Folien (insbesondere die Blickdichte der schwarzen Bereiche) kann man mit haushaltsüblichen Druckmethoden nicht annähernd erreichen.
Ein Anbieter, mit dem ich gute Erfahrungen gemacht habe, ist http://www.so-pbdl.de/leiterplattenfilme.htm.

• aus Hartpapier (undurchsichtig, gelb bis braun, Pertinax, FR1, FR2) oder Glasfasermaterial (durchscheinend, hellgelb, Epoxyd, FR4, FR5),
• einseitig oder zweiseitig mit Kupfer beschichtet,
• von 0,5 mm bis 1,5 mm Dicke
• mit 35 µm oder 70 µm Kupferdicke.
• 100x60, 100x75, 100x160 ... mm groß

Für die meisten Anwendungen reichen einseitige Platinen. Oft kann eine zweite Platinenseite vermieden werden, wenn man sich nicht scheut einige Drahtbrücken zu verwenden. Wer extreme Miniaturisierung betreibt, kann eine zweiseitige Platine beidseitig mit SMD-Bauteilen bestücken und dadurch viel Platz sparen. Dabei sind dann auch die Ansprüche an die Passgenauigkeit der beiden Seiten nicht so hoch.

Dünne Platinen sind preiswerter, können sich aber verbiegen, was Leiterbahnen und Bauelemente belastet, ich nutze 1,5 mm dickes Material.Wirklich notwendig ist dünneres Material für Hochfrequenzanwendungen, bei denen man auf zweiseitige Platinen Leiterbahnen mit festgelegter Impedanz erstellen muss. Eine Leiterbahn mit Z=50 Ohm wird bei 1,5mm dickem Material viel zu breit. hier verwendet man zweiseitiges Material mit 0,8 mm Dicke.

Eine Kupferschichtdicke von 35 µm klingt wenig, ist aber normalerweise völlig ausreichend. Nur bei Hochstromschaltungen (Motorregler, Transverter ...) sind Platinen mit 70 µm Kupferschichtdicke sinnvoll.

Lagerfähigkeit
Fotobeschichtetes Basismaterial sollte kühl und trocken gelagert werden (z.B.in luftdichter Plastiktüte im Kühlschrank) und ist etwa 1 Jahr lang verwendbar. Soweit die Theorie. In der Praxis kann man das Material deutlich länger lagern. Ich habe original Bungard-Platinen nach 3,5 Jahren, nach 7 Jahren und nach 9,5 Jahren Lagerung getestet. Die Platinen lagen nicht im Kühlschrank, sondern im Keller an einem trockenen Platz. Auch nach so langer Lagerung gab es an bei Belichtung und Entwicklung der Platinen keine Auffälligkeiten. Der Fotolack hatte nicht gelitten. Allerdings machte der Klebstoff der Schutzfolien Probleme. Beim Abziehen der Folie vom Lack blieben im Platinenrandbereich schwarze Kleberrückstände haften. Mit einem Küchentuch, dass ich mit Feuerzeugbenzin benetzt hatte konnte ich die Kleberreste mit einem Wisch entfernen. Beim späteren Entwickeln viel dann auf, dass die abgewischten Randbereiche viel schneller entwickelt wurden, als der Rest der Platine. Seitdem wische ich nach dem Abziehend der Folie von überlagerten Platinen zunächst die Platinenränder ab, um die sichtbaren Kleberreste zu entfernen. Danach wische ich mit einem neuen Tuch die gesamte Platinenfläche kurz ab. Dabei verwende ich jeweils nur wenig Feuerzeugbenzin und wische nur ein mal über die Oberfläche, um den Lack nicht zu beschädigen.
Die so behandelten Bungard-Platinen waren voll einsetzbar.

Mit überlagerten Platinen anderer Hersteller habe ich allerdings deutlich schlechtere Erfahrungen gemacht. Auch bei denen blieben offensichtlich Reste des Klebers auf dem Fotolack zurück, es war aber nicht möglich, diese Reste so problemlos zu entfernen.

Ich spreche selten Empfehlungen für bestimmte Markenprodukte aus, aber Bungard hat mich bisher nie enttäuscht.

Zusammenfassung:
Meine Standardplatine für 95% aller Anwendungen sind einseitig beschichtete Bungard-Platinen aus Glasfasermaterial (FR4) mit 1,5 mm Dicke.

• eine Lage Schaumstoff (0,5 .. 2 cm dick), die größer als die Platine ist
• eine (nicht zu dicke) Glasplatte, die größer als die Platine ist
• eine Lichtquelle mit hohem UV-Anteil

Die Platine wird zunächst auf das benötigte Maß zurechtgeschnitten, und dann vom zugeschnittenen Stück die Schutzfolie entfernt. Da der Lack kaum tageslichtempfindlich ist, kann das (wenn man schnell arbeitet) bei normaler Beleuchtung geschehen.  Die Platine wird mit der Fotolackschicht nach oben auf den Schaumstoff gelegt. Das spiegelbildlich ausgedruckte Layout wird mit der Druckseite auf die Platine gelegt. Damit ist das Layout wieder seitenrichtig, und zwischen Fotolack und Druckerfarbe ist kein Abstand für störendes Streulicht. Darauf kommt nun die saubere Glasplatte. Sie hat die Aufgabe, dafür zu sorgen, dass das Layout plan auf der Platine aufliegt und nicht verrutscht.

Nun folgt der kritischste Abschnitt der Platinenerstellung - die Belichtung. Kritisch ist dabei die Belichtungszeit. Ich befestige die Lampe ca. 15 cm über der Platine und belichte dann 6 Minuten. Das ist des Ergebnis einer Belichtungstestreihe. Diese Zeit hängt aber von vielen Faktoren ab, und muss deshalb von jedem selbst ausprobiert werden.

• Der Abstand der Lampe zur Platine ist wichtig. Ein verdoppelter Abstand viertelt die UV-Strahlung. Deshalb immer mit dem gleichen Abstand arbeiten, um reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen!
• Die Glasplatte verschluckt einen Teil des UVs. Also immer die gleiche Glasplatte benutzen.
• Die Layoutvorlage ist je nach Herstellungsverfahren (Tinte+Folie oder Toner+Transparentpapier) unterschiedlich UV-transparent.
• Je nach Hersteller, Alter und Lagertemperatur sind die Platinen unterschiedlich empfindlich.

Muss es doch mal eine zweiseitige Platine sein, müssen beide Layouts ausgedruckt und präzise zu einer Tasche verklebt (Tesa) werden. In diese Tasche wird die Platine zum Belichten eingelegt, und mit Tesa fixiert. Dann lassen sich nacheinander beide Seiten belichten.

Wer mit Sonnenblumenöl-Layouts arbeitet, sollte die Platine vorsichtig abwaschen, falls Öl auf die Platine gekommen ist.

Noch mal zum Abstand zwischen Lampe und Platine:
Die Dichte der UV-Strahlung, die an der Platine ankommt ist extrem von der Entfernung zur Lampe abhängig (1/quadratisch). Ein  Halbieren des Abstandes vervierfacht die Strahlungsleistung, und viertelt die nötige Belichtungsdauer. Aus drei Gründen sollte man aber nicht zu dicht mit der Lampe an die Platine herangehen.:

• Alle Bereiche der Platine sollten etwa gleich belichtet werden. Ist die Lampe aber zu dicht, dann ist ihr Abstand zur Platinenmitte viel geringer als der Abstand zum Platinenrand (besonders bei größeren Platinen). Das Ergebnis ist dann Überbelichtung in der Platinenmitte oder Unterbelichtung am Rand. Ein größerer Abstand verringert den Entfernungsunterschied.
• Die Lampe erzeugt etwa 250 W Hitze, die zu einem großen Teil abgestrahlt wird. Ist die Platine zu dicht an der Lampe, dann erwärmt sie sich merklich. Ob das der Chemie zuträglich ist, wage ich zu bezweifeln.
• Je tiefer die Lampe angebracht ist, desto schräger werden die Randbereiche der Platine angestrahlt. Damit steigt die Gefahr, dass UV den Weg zwischen Layoutfolie und Platine findet. Die Folge wären Unterätzungen. Andererseits kann es auch zu schrägem Schattenwurf durch die Druckerfarbschicht kommen. Dann "laufen" eng benachbarte Leiterbahnen zusammen.
  

Zum Ausprobieren kann man auch eine normale 100W-Glühbirne verwenden. Bei 15 cm Abstand zur Leiterplatte ergeben sich aber Belichtungszeiten von ca. 30 Minuten.

Ideal ist ein Belichtungsgerät, das man für über 200 € kaufen kann, oder das man sich aus einem alten Scanner und ein paar UV-Leuchtstofflampen selber baut.
 

Im Entwicklerbad werden die belichteten Stellen des Fotolacks aufgelöst. Das ist bei vielen Platinen-Fabrikaten (aber nicht bei allen) zunächst mit einer Violettverfärbung der belichteten Lacks verbunden. Dieser violette Lack löst sich dann im Entwicklerbad auf.

Nach 15 .. 20 Sekunden im Entwicklerbad, wird das Layout sichtbar. Durch bewegen der Fotoschale mit dem Entwicklerbad sorgt man dafür, dass die Entwicklerflüssigkeit den entwickelten Lack von der Platine "spült". Nach ca. 1/2 Minute entnehme ich die Platine aus dem Entwicklerbad und spüle sie unter dem Wasserhahn ab, dabei tritt das Layout der zukünftigen Leiterplatte hervor. Allerdings nicht farblich (wie beim Entwickeln von Filmmaterial) sondern eher plastisch: farbloser Lack auf nacktem Kupfer.

Es ist wichtig, dass aller Lackreste von den belichteten Stellen entfernt werden. Dazu kann man die Platine unter fließendem Wasser vorsichtig abreiben (mit den Fingern im Latexhandschuh oder einem sauberen weichen Lappen). Ein mittelharter Wasserstrahl tut es aber in der Regel auch. Danach tauche ich die Platine noch mal für kurze Zeit in das Entwicklerbad, um letzte Reste des belichteten Lacks zu lösen. Danach wird wieder abgespült und dabei vorsichtig abgerieben.
Falls nicht aller Lack in den belichteten Bereichen weg ist, dann lieber noch etwas nachentwickeln. Bis zu 4 Minuten widerstehen die unbelichteten Abschnitte der Entwicklerlösung meist problemlos. (bei Tintenstrahldrucker-Layouts)

Sollte das Layout schon sofort nach dem Eintauchen der belichteten Platine in den Entwickler deutlich sichtbar sein, und der Entwicklungsprozess schon nach 10 Sekunden abgeschlossen sein, so ist vermutlich die Belichtungszeit zu lang gewesen. Nun ist äußerste Sorgfalt geboten um die Platine noch zu retten. Die unbelichteten Zonen können nun beim Ätzen leicht angegriffen werden, was sich später in vielen kleinen Löchern in der Kupferschicht zeigt. Also das Ätzen überwachen, und die Platine sofort nach dem Ätzen aus dem Ätzbad nehmen.

Anmerkung
Es gibt positive Berichte über den NaOH-freien Entwickler vom Typ 4007 (Conrad 52 88 03-xx). Mit ihm soll es fast unmöglich sein, eine Platine über-zuentwickeln. Die belichtete Platine darf also straffrei sehr lange im Entwickler verbleiben, ohne Schaden zu nehmen. Das ist für eine gleichmäßige Entwicklung der Platine (besonders bei ungleichmäßiger Belichtung) von großem Vorteil. Ich werde das mal ausprobieren.
Bungard schreibt seinem NaOH-freien Spezialentwickler ähnliche Eigenschaften zu (Conrad 52 87 73-xx), und mit diesem Entwickler hatte ich sehr gute Ergebnisse, allerdings habe ich damals keine direkten Vergleiche zu NaOH durchgeführt.
Beide NaOH-freien Entwickler kosten für 1 Liter Entwicklerlösung ca. 1,60€.  Das ist der 10-fache Preis von NaOH.
 

Das Ätzmittel gibt es preiswert als Pulver oder in Perlenform. Man löst es in Wasser, bis sich kein Ätzmittel mehr lösen lässt. Dabei entwickelt sich übrigens Wärme. Man sollte also nicht schon mit warmem Wasser anfangen.
Nun kann man die Platine für ein paar Sekunden eintauchen, sofort wieder entnehmen und mit Wasser gründlich abspülen. Man erkennt nun gut, ob man beim Entwickeln Erfolg hatte. Flächen ohne schützenden Lack werden matt. Evtl. sollte man nun noch nachentwickeln, oder überschüssigen Lack  einfach abkratzen. Fehlender Lack lässt sich mit einem ätzfestem Lackstift ersetzen. Dann wieder ins Ätzbad mit der Platine. Die Ätzzeit hängt stark von der Temperatur und vom Verbrauchsgrad der Ätzlösung ab. Sie liegt zwischen 10 Minuten und 1 Stunde. Die Platine sollte regelmäßig bewegt werden, um frisches Ätzmittel und Sauerstoff zum Kupfer zu "spülen".
Falls gegen Ende des Ätzvorgangs nur noch einige Kupferflecken übrig sind, kann man diese außerhalb (besser oberhalb) des Ätzbades mit einem Wattebausch wegwischen. Der Wattebausch wird dazu mit Ätzmittel getränkt, und mit einer Fotozange gefasst.

Eisen-III-Chlorid ist sehr ergiebig, und kann deshalb für mehrere Platinen verwendet werden. Zur Aufbewahrung bitte keine Lebensmittelflaschen und keine Flaschen mit metallischem Verschluss verwenden. Am Besten ist eine Glasflasche mit Glasstopfen. Verbrauchte Ätzlösung ist übrigens Sondermüll und gehört ins Ökomobil und nicht in den Abfluss!! Das trockene noch ungelöste pulverförmige oder in Perlenform gepresste Eisen-III-Chlorid ist stark hygroskopisch. Deshalb muss es unbedingt in einem luftdichten Behältnis (Glas oder Plastik) aufbewahrt werden. Ansonsten zieht es im Laufe der Zeit Luftfeuchtigkeit an, und verwandelt sich in eine ätzende Lösung.

Amoniumpersulfat / Natriumpersulfat
Es gibt alternative Ätzmittel wie z.B. Amoniumpersulfat oder Natriumpersulfat. Diese moderneren Mittel sind umweltfreundlicher und durchsichtig. Man kann den Ätzprozess also besser beobachten und hat hinterher weniger Sondermüll. Das Problem mit diesem "Feinätzkristall" ist die Temperaturabhängigkeit. Unterhalb von 40°C ätzen sie so gut wie gar nicht, oberhalb von 60°C kristallisiert das Ätzmittel aus. (Die Kristallisation lässt sich durch Kochen wieder rückgängig machen.) Man benötigt also ein temperaturgeregeltes Ätzbad (45 ... 50 °C). Hat man das, dann spricht alles dafür von Eisen-III-Chlorid auf modernere Ätzmittel umzusteigen.

Wenn man die Platine in die Ätzflüssigkeit gibt, werden die ungeschützten Platinenbereiche sofort matt. Mann erkennt dadurch eventuelle Mängel im Fotolack (Kratzer oder nicht vollständig entfernter Lack) schnell. Noch kann man durch übermalen von Kratzern oder abkratzen von Lackresten korrigieren. Wenn man die Platine dafür aus dem Ätzbad nimmt, ist sie jedesmal gründlich mit Wasser abzuspülen.
Während des Ätzens kann man beobachten, das das Kupfer an den Lackkanten zuerst weggeätzt wird. Große  Kupferflächen benötigen dagegen lange, bis sie vollständig abgeätzt sind. Deshalb noch mal meine Empfehlung zum Layoutentwurf: Unbenutzte Platienbereiche sollten als Masseflächen genutzt werden. Dann müssen sie nicht abgeätzt werden. Man ist mit dem Ätzen schneller fertig und man spart Ätzmittel.

Sollte auf der halb fertig geätzten Platine das Kupfer "streifig" stehen bleiben, dann war die Belichtungszeit zu kurz, und es sind feine Reste des "aufgestrichenen" Fotolacks auf der Platine zurückgeblieben. In diesem Fall sollte man die halb fertige Platine wegwerfen und es mit der doppelten Belichtungszeit noch einmal versuchen.

Die fertig geätzte Platine ist gründlich mit Wasser abzuspülen, ansonsten arbeiten sich Ätzmittelspuren im Laufe der Zeit durch die dünnen Leiterzüge und verursachen Monate später rätselhafte Ausfälle. Der Foto-Lack ist lötbar, und könnte bei einfachen Projekten auf der Platine verbleiben.Ich empfahle aber, ihn zu entfernen (siehe unten).

Für die nähere Zukunft plane ich den Bau einer einfachen Ätzmaschine.

In einer Email beschrieb Paul seine Gurkenglasätzmaschine.

Bungard: SUR-TIN
Ich habe gute Erfahrungen mit der chemische Verzinnung (SUR-TIN) der Firma Bungard gemacht die sich leicht verarbeiten lässt. SUR-TIN besteht aus einer Flüssigkeit (37%ige Schwefelsäure) und zwei Pulvern, die nacheinander in warmen Wasser (50 Grad) aufgelöst werden. Insbesondere die vergleichsweise niedrige Wassertemperatur vereinfacht den Ansatz des Verzinnungsbades wesentlich. Meiner Nase nach unterscheidet sich die Chemie bei Conrad (siehe unten) und Bungard nicht wesentlich, aber das nacheinander-zusammen-Mischen der einzelnen Chemikalien bei Bungard wird mit einem deutlich besserem Auflösungsverhalten der Pulver quittiert. Ein Unterschied zur Conrad-Verzinnung ist, dass der Verzinnungsprozess selbständig stoppt, wenn eine ausreichende Schichtdicke erreicht ist. Die Verweilzeit der Platine im Bad ist also nicht kritisch.
SUR-TIN ist meiner Meinung nach auch für Bastler ein geeignetes Verzinnungsbad.
Da wie gesagt auch die Bungard-Chemie alles andere als harmlos ist, sind unbedingt die beiliegenden Sicherheits- und Entsorgungsvorschriften einzuhalten.Eine einmal angesetzte SUR-TIN-Lösung ist meiner Erfahrung nach ca. 1 Jahr lang uneingeschränkt nutzbar. Danach fällt in der Lösung eine weißliche Substanz aus, das Verzinnen funktioniert aber weiterhin - wahrscheinlich aber nicht mehr so effektiv. Ich habe eine SUR-TIN-Lösung bis zu 3 Jahren genutzt. Dann war es Zeit für eine frische Lösung.
SUR-TIN ist von allen Verzinnungen, die ich ausprobiert habe, das mit Abstand beste Produkt. Die Lösung ist vergleichsweise einfach anzusetzen, verzinnt sehr schnell mit guter Schichtdicke und hält recht lange.
SUR-TIN ist z.B. bei Watterott (http://www.watterott.com/) für knapp 16€ erhältlich.

Conrad: Glanzzinn
Bei Conrad gibt es ein weißes Pulver, das Glanzzinn genannt wird. Das Pulver wird in heißem (ca. 90º) Wasser aufgelöst, und die zuvor gereinigte Platine (Spirituslappen) für einige Minuten bei Zimmertemperatur in die Lösung getaucht. (Vorsicht: giftig und ätzend)
Das Auflösen des Pulvers in 90°C-heißem Wasser ist alles andere als einfach. Man arbeitet hier mit einer fast kochenden, stark ätzenden, giftigen Lösung, und mir ist es nur gelungen einen kleinen Teil des Pulvers zur Lösung zu bringen. Dieser Schritt ist der mit Abstand gefährlichste beim Herstellen einer Leiterplatte, und ich kann deshalb das Conrad-Verzinnungsbad nicht ruhigen Gewissens weiterempfehlen. Ich rate dringend dazu, nicht gleich das gesamte Pulver der Packung zu verwenden, sondern nur ein Zehntel des Pulvers in einem entsprechend kleinem Glas zu lösen. Das ist dann weniger gefährlich, und die kleine Menge reicht auch schon für ein paar Platinen.
Zehn Jahre nach meinen ersten Conrad-Glanzzinn-Experimenten habe ich mich noch einmal an diesem Pulver versucht. Das Ergebnis war eher noch schlechter als bei den ersten Tests. Ich versuchte (aus Sicherheitsgründen) nur eine Teilmenge des Pulvers in einer geringeren Wassermenge zu lösen. Wieder gelang das nur teilweise, obwohl die Temperatur ausreichend hoch war. Nach dem Einlegen der Platinen in die Lösung tat sich dann fast gar nichts. Erst ein Verbleib von ca 1 Stunde ergab eine hauchdünne Zinnschicht. Das war ernüchternd. Ich belasse nun die Platinen über Nacht in der Lösung, dann ist die Zinnschicht brauchbar. Meine Empfehlung: Finger weg.

Octamex: chemisch Zinn
Als alternativen Lieferanten kann ich www.octamex.de nennen. Dort wird unter dem Namen "chemisch Zinn" eine chemische Verzinnung verkauft, die dem SUR-TIN "sehr nahe kommt". Die Packungsgröße reicht hier für 1 Liter, und der Preis liegt bei 9,30 Euro. Es wird problemlos an Privatpersonen geliefert. (Nachdem man einer Erklärung zustimmt, nach der man weder Giftgas-Ali noch Bomben-Tom oder Dynamit-Harry ist.) Die octamex-Verzinnung ist nach dem Ansetzen innerhalb von maximal 6 Monaten zu verbrauchen, danach hat es keine Wirkung mehr. Andere Verzinnungen lassen  sich deutlich länger lagern.
Davon mal abgesehen ist diese Verzinnung einfach anzusetzen und erbringt ein gutes Verzinnungsergebnis. Eine Verweilzeit der Platine von wenigen Minuten in der Lösung ergibt eine gute Beschichtung.

hw-electronics: Chemisches Zinn
Eine weitere Quelle für chemische Verzinnung mailte mir Matthias. Die Firma Der http://www.hw-electronics.de/ (unter Artikel>> Verbrauchsmaterial >> Chemisches Zinn) bietet für ca. 15 Euro ein bereits fertige Lösung zum Verzinnen an. Hier muss man also nichts mehr zusammenmixen. Das klingt nach einer anwenderfreundlichen Lösung. Ich habe sie aber noch nicht getestet.

Wer Glasfaserplatinen bohrt, verschleißt übrigens pro Platine einen Standard-Bohrer. Schon nach ca. 100 Löchern wird ein Standardbohrer stumpf.
Mit Titannitrit beschichtete Bohrer (die goldfarbenen) kosten etwas mehr und sollen etwas länger halten. Ich habe sie aber nie für Platinen verwendet.

Außer den normalen Standardbohrern (ca. 0,30 Euro/Stk) gibt es Spezialbohrer mit einem auf 3,2 mm verdicktem Schaft zu einem Vielfachen des Preises (ca. 5 Euro/Stk; 2,40 bei Reichelt). Diese liefern hervorragende Ergebnisse (die Bohrlöcher sehen aus wie gestanzt) und halten auch viel länger. Allerdings brechen sie bei seitlicher Belastung, bei zu geringer Drehzahl und wenn man sie versehentlich fallen lässt sehr schnell ab, da sie im Vergleich zu Standardbohrern viel spröder sind. Ihr Einsatz lohnt ausschließlich in einer kleinen Ständerbohrmaschine mit >10000 upm. Dann liefern sie aber exzellente Ergebnisse.
(Ich habe einmal 3 Stück innerhalb von 5 Minuten abgebrochen. Erst nachdem ich schon beim ersten Loch nacheinander 2 Bohrer abgebrochen hatte, bemerkte ich die viel zu geringe Drehzahl von 5000 upm. Nach der Erhöhung auf 20000 upm bohrte ich einige wunderschöne Löcher. Beim anschließenden Bohrerwechsel fiel der dritte Bohrer dann auf den gefliesten Fußboden - exitus. Von den so geopferten 15 Euro hätte ich 50 Standardbohrer kaufen können.)

Vorbereitung:
Zum Beginn des Lötens sollte Bauelement und die Leiterplatte frei von Oxydschichten sein. Ist die Leiterplatte wie oben vorbereitet, ist die schon mal o.k.. Bedrahtete Bauelemente liegen manchmal jahrelang beim Händler oder Bastler im Regal. Ihre Anschlussdrähte sollten kurz vor dem Löten mit sehr feinem Sandpapier  leicht abgerieben werden.

Flussmittel:
Grundsätzlich sollte man nur mit einem Flussmittel löten. Fast alle Lötzinn-Sorten enthalten deshalb eine Kolophoniumader. Zusätzlich kann man in Spiritus gelöstes Kolophonium auf die Lötstelle auftragen. Ist der Lötkolben zu heiß, "verbrennt" das Kolophonium zu einer schwarzen Kruste und wirkt nicht mehr. Praktisch sind Flussmittelstifte. Das sind mit Flussmittel gefüllte Filzstifte, die z.B. bei Reichelt unter 10 Euro kosten. Man sollte darauf achten eine "No-Clean" Version zu kaufen. Das in diesen Stiften verwendete Flussmittel hinterlässt beim Löten auf der Platine kaum Rückstände. Dadurch minimiert sich der abschließende Reinigungsaufwand.

Lötzinn:
Es gibt das klassische Lötzinn mit Blei und bleifreies Lötzinn. Bleifreies Lötzinn verkompliziert den Lötprozess. Man sollte deshalb bleihaltiges Lötzinn verwenden, solange man noch welches bekommt. Der Anteil an der Blei-Umweltverschmutzung, den die Elektronikbastler zu verantworten haben, ist vernachlässigbar klein.
Für filigrane Lötstellen empfiehlt sich eine sehr dünner Lötzinndraht mit maximal 0,5mm Durchmesser. Dadurch kann man die Lötzinnmenge an der Lötstelle genau dosieren. So dünner Lötdraht enthält oft kein Flussmittel, die Lötstelle muss deshalb vorab z.B. mit einem Flussmittelstift benetzt  werden.
Für größere Lötstellen kann man dickeren Lötdraht mit enthaltener Flussmittelader verwenden.

Löten:
Der häufigste Fehler ist das zu kurze Erhitzen der Lötstelle. Dadurch wird nicht richtig gelötet, sondern nur zusammengepappt. Man sollte in aller Ruhe abwarten, bis das Lötzinn schön an der Lötstelle läuft und die Platine und den Bauelementeanschluss "benetzt" hat (ca. 2-3 Sekunden). Ansonsten hat man an seinen Lötstellen keine dauerhafte Freude. Bauelemente sind bei weitem nicht so hitzeempfindlich wie man denkt.
Dieses Foto zeigt typische Anfängerlötstellen: zuviel Lötzinn, zuwenig Flussmittel, zu wenig Hitze.
Dieses Foto zeigt recht normale Lötstellen: weniger Lötzinn, reichlich Flussmittel, ausreichend Hitze.
Die Lötkolbenspitze muss sauber  und mit flüssigem Zinn überzogen sein. Ansonsten ist der Wärmekontakt zur Lötstelle schlecht, und die Lötstelle erhitzt sich nur sehr langsam. Verzunderungsfreie Dauerlötspitzen sind ihr Geld wert. Lötspitzen mit dünner kegelförmiger Spitze (nadelförmig oder bleistiftförmig) sind nicht die erste Wahl, da ihre kleine Kontaktfläche zur Lötstelle eine gute Erwärmung der selbigen schwierig macht. Besser sind "meißelförmige" Lötspitzen, die an der Spitze 1,5 .. 2 mm breit sind.

Vielbeinige Schaltkreise sollte man von den mittleren zu den äußeren Beinchen hin löten, und Pausen einlegen, damit der IC sich nicht zu sehr aufheizt.

SMD
SMD-Bauelemente sollte man nur auf vorher dünn verzinnte Flächen auflöten. Zum SMD-Löten gibt es verschiedene Technologien. Zum einen kann man durchaus mit einem normalen Lötkolben und Lötzinn-Draht arbeiten. Besser geht es allerdings mit einem Heißluftlötkolben und Lötpaste. Man kann sich auch einen Reflowofen bauen.

Lötkolben
Für die kleinen SMD-Bauteile ist eine feine Lötkolbenspitze Pflicht. Der Lötkolben sollte niemals auf das Bauelement gesetzt werden, sondern von der Seite den Anschluss erhitzen. Bei SMDs sollte sparsam mit Lötzinn umgegangen werden.

Versehentliche Lötzinnbrücken lassen sich leichter entfernen, wenn man sie mit reichlich Flussmittel wiedererhitzt. Gleichzeitig kann man überflüssiges Zinn mit Entlötlitze (feinadrige mit Kolophonium getränkte Kupferlitze) entfernen. Dazu legt man die Entlötlitze auf die Lötstelle, und setzt dann den Lötkolben auf die Entlötlitze, um die Lötstelle durch die Entlötlitze hindurch zu erhitzen. Auf diese Art und Weise lassen sich auch filigranste Schaltkreise sehr sauber verlöten.

Heißluftlötkolben
Der Heißluftlötkolben wird immer zusammen mit Lötpaste (anstelle des festen Lötzinndrahtes) verwendet. Diese Paste ist ein Gemisch aus fein gemahlenem Lötzinn und Flussmittel, das in einer kleinen Plastikspritze mit feinster Dosierspitze geliefert wird. Auch hier sollte man eine bleihaltige "No-Clean"-Version bevorzugen.

Mit der Dosierspitze wird auf der Platine auf jedes Pad für das zu verlötenden Bauteil eine Kleinstmenge Lötpaste gegeben. Mit einer Pinzette greift man dann das Bauteil und platziert es auf die Platine. Dabei drückt man es mit seinen Anschlüssen in die Lötpastepunkte. Nun nimmt man den Heißluftlötkolben und stellt ihn auf 270 °C (für bleihaltige Lötpaste) und geringen Luftstrom (ansonsten pustet man anschließend die Bauteile von der Platine). Mit dem Heißluftlötkolben pustet man nun heiße Luft vertikal von oben auf das Bauteil mit seinen Anschlüssen, während man leicht kreisende Bewegungen ausführt. Nach kurzer Zeit verflüssigt sich das Flussmittel, einige Zeit später auch das Lötzinn. Die Oberflächenspannkraft des Lötzinns zieht nun auch das Bauteil exakt in die korrekte Lage (deshalb nicht von der Seite und nicht zu stark pusten). Nun kann man die Lötstelle abkühlen lassen. Es gibt diverse Totorials auf YouTube zu diesem Thema.

Nach einigen Versuchen hat man ein Gefühl für die richtige Lötpastenmenge gefunden, und kann immer mehrere Bauteile in einem Durchgang bestücken.

Auch SMD-ICs mit kleinem Pinabstand sind kein Problem, da die Oberflächenspannung der flüssigen Lötpaste zusammen mit dem Flussmittel ein Zusammenlaufen der Pads vermeidet (wenn man nicht viel zu viel Paste verwendet).

Reflowofen
Ein Bastler-Reflow-Ofen ist in der Regel ein umgebauter kleiner Elektroofen, der mittels Temperatursensor und Steuerelektronik in der Lage ist, seine Innentemperatur genau zu kontrollieren und festgelegte Temperaturabläufe genau einzuhalten.
Wenn man mit einem Reflowofen arbeiten will, muss man vorab alle Lötpads der gesamte Platine mit Lötpaste versehen und alle SMD-Bauteile dann in die Lötpads platziert haben. Dann schiebt man die Platine in den Reflowofen und dieser erhitzt die Platine nach einem vorgegebenen Programm, bis alle Bauteile mit der Platine verlötet sind. Man kann also nicht schrittweise bestücken.

Der Einsatz eines solchen Ofens ist eigentlich nur bei Kleinserien sinnvoll. Wenn man Platinen von einem Platinenservice herstellen lässt, dann kann man dort für einen kleinen Auftreis auch eine Schablone zum Applizieren der Lötpaste bekommen. Das ist meist ein dünnes Stahlblech (oder eine dicke Folie) in der die Pads der Platine ausgestanzt wurden. Man legt diese Schablone auf die Platine und positioniert sie exakt über den Pads. Nun gibt man Lötpaste auf die Schablone und streicht sie mit einem Spachtel so über die Schablone, dass sie die ausgestanzen Löcher füllt. Mit ein wenig Übung lässt sich so die Lötpaste genau dosiert auf alle Pads der Platine in kurzer Zeit auftragen.

Für Einzelstücke Lohn sich dieser Aufwand meist nicht. Der Reflowofen hat auch einige Nachteile. So braucht er Platz, der im Bastelraum, immer knapp ist. Außerdem man kann mit Ihm keine einzelnen Bauteile aus- oder einlöten. Man braucht also ohnehin noch einen Heißluftlötkolben.

Gesundheit
Die beim Löten entstehenden Dämpfe sind der Gesundheit nicht zuträglich und sollten nicht eingeatmet werden. Bei kleinen Lötprojekten halte ich immer die Luft an, wenn sich meine Nase gerade direkt über der Platinen befindet. Wenn man längere Zeit lötet, ist das aber nicht gerade ideal. Professionelle Absauganlagen, die die Dämpfe durch ein Plastikrohr in eine Filterbox absaugen sind im Hobby-Bereich in der Regel zu teuer. Einfache Absauger, die man auf den Tisch stellt, und die dann die Luft durch ein Aktivkohlematte absaugen sollen erscheinen mir ineffizient.
In der Praxis funktioniert es aber ganz gut, wenn man einen Lüfter (z.B. einen 12-cm-Lüfter für einen PC) so aufstellt, dass er Luft über die Arbeitsstelle bläst. Damit werden die schädlichen Dämpfe dann weggeblasen, und die Schadstoffe schlagen dann irgendwo anders im Raum nieder. Das ist nicht perfekt, aber besser als die Schadstoffe in der Lunge anzusammeln.

Früher habe ich nur mit Kolophonium versiegelt, aber manche 10-15 Jahre alte Platine weist inzwischen Oxydschichten auf dem Kupfer auf.

Verzinnte Platinen (und das ist bei mir der Standard) versiegel ich nie.