Kundenspezifisches Design durch Laserätzung von Leiterplatten
Als zentrale Komponente elektronischer Bauteile ist die Leiterplatte (PCB) für Elektronikhersteller ein wichtiges Thema bei der Entwicklung und Fertigung. Sie kennen vielleicht die traditionellen Leiterplatten-Druckverfahren wie das Toner-Transfer-Verfahren und haben diese sogar schon selbst angewendet. Hier möchte ich Ihnen alternative Ätzmethoden für Leiterplatten mit einem CO₂-Laserschneider vorstellen, mit denen Sie die Leiterplatten flexibel an Ihre individuellen Designvorstellungen anpassen können.
Prinzip und Technik des Leiterplattenätzens
- Kurze Einführung in die Leiterplatte
Die einfachste Leiterplattenkonstruktion besteht aus einer Isolierschicht und zwei Kupferschichten (auch kupferkaschiert genannt). Üblicherweise wird FR-4 (Glasfasergewebe und Epoxidharz) als Isoliermaterial verwendet. Je nach Anforderungen an spezifische Funktionen, Schaltungsdesigns und Leiterplattengrößen können jedoch auch andere Dielektrika wie FR-2 (Phenolharz-Baumwollpapier) oder CEM-3 (Glasfaservlies und Epoxidharz) zum Einsatz kommen. Die Kupferschicht ist für die Übertragung des elektrischen Signals verantwortlich und stellt mithilfe von Durchkontaktierungen oder SMD-Löten eine Verbindung zwischen den Schichten durch die Isolierschichten her. Der Hauptzweck des Ätzens von Leiterplatten besteht daher darin, die Leiterbahnen aus Kupfer zu erzeugen und überflüssiges Kupfer zu entfernen oder die Leiterbahnen voneinander zu isolieren.
Nach einem kurzen Blick auf das Ätzprinzip von Leiterplatten betrachten wir typische Ätzverfahren. Es gibt zwei unterschiedliche Verfahren, die jedoch alle auf demselben Prinzip basieren, um das kaschierte Kupfer zu ätzen.
- Leiterplattenätzlösungen
Eine Methode ist das direkte Entfernen aller überflüssigen Kupferflächen außer den Leiterbahnen. Üblicherweise verwendet man hierfür eine Ätzlösung wie Ferritchlorid. Aufgrund der großen zu ätzenden Flächen ist viel Zeit und Geduld erforderlich.
Die andere Methode ist raffinierter, um die Ausschnittlinie (genauer gesagt: die Kontur des Schaltungslayouts) zu ätzen. Dies ermöglicht eine präzise Schaltungsführung und isoliert gleichzeitig die nicht benötigte Kupferfläche. Dadurch wird weniger Kupfer abgetragen und der Zeitaufwand reduziert. Im Folgenden konzentriere ich mich auf die zweite Methode und erkläre detailliert, wie eine Leiterplatte gemäß der Designdatei geätzt wird.
Wie man eine Leiterplatte ätzt
Was man vorbereiten sollte:
Leiterplatte (kupferkaschierte Platine), Sprühfarbe (schwarz matt), PCB-Designdatei, Laserschneider, Eisen(III)-chlorid-Lösung (zum Ätzen des Kupfers), Alkoholtuch (zum Reinigen), Aceton-Waschlösung (zum Auflösen der Farbe), Schleifpapier (zum Polieren der Kupferplatine)
Arbeitsschritte:
1. Die Leiterplatten-Designdatei in eine Vektordatei umwandeln (die Außenkontur wird lasergeätzt) und in ein Lasersystem laden.
2. Rauhen Sie die kupferkaschierte Platine mit Schleifpapier an und reinigen Sie das Kupfer mit Reinigungsalkohol oder Aceton, um sicherzustellen, dass keine Öl- und Fettrückstände vorhanden sind.
3. Halten Sie die Leiterplatte mit der Zange fest und besprühen Sie sie dünn mit Sprühfarbe.
4. Legen Sie die Kupferplatte auf den Arbeitstisch und beginnen Sie mit dem Laserätzen der Oberflächenlackierung.
5. Nach dem Ätzen die Farbreste mit Alkohol abwischen.
6. Legen Sie es in die Ätzlösung für Leiterplatten (Eisen(III)-chlorid), um das freiliegende Kupfer zu ätzen.
7. Sprühfarbe mit Aceton (oder einem Abbeizmittel wie Xylol oder Verdünner) entfernen. Restliche schwarze Farbe von den zugänglichen Stellen abwischen oder abtupfen.
8. Bohren Sie die Löcher
9. Löten Sie die elektronischen Bauteile durch die Löcher.
10. Fertig
Warum sollte man sich für lasergeätzte Leiterplatten entscheiden?
Es ist erwähnenswert, dass der CO2-Laser die Sprühfarbe entlang der Leiterbahnen ätzt, anstatt Kupfer zu entfernen. Dies ist eine clevere Methode, um freiliegendes Kupfer in kleinen Bereichen zu ätzen und kann zu Hause durchgeführt werden. Dank der einfachen Entfernbarkeit der Sprühfarbe ist dies auch mit einem Laserschneider mit geringer Leistung möglich. Die gute Verfügbarkeit der Materialien und die einfache Bedienung des CO2-Lasers machen diese Methode beliebt und unkompliziert. So können Sie Leiterplatten zu Hause herstellen und Zeit sparen. Darüber hinaus ermöglicht die CO2-Lasergravur von Leiterplatten ein schnelles Prototyping, wodurch sich verschiedene Leiterplattendesigns individuell anpassen und zügig realisieren lassen. Neben der Flexibilität im Leiterplattendesign ist die hohe Präzision des feinen Laserstrahls ein entscheidender Vorteil des CO2-Laserschneiders. Dieser gewährleistet die Genauigkeit der Leiterbahnverbindungen.
(Zusätzliche Erklärung: CO₂-Laserschneider können auch nichtmetallische Werkstoffe gravieren und ätzen. Falls Sie den Unterschied zwischen Laserschneider und Lasergravierer nicht kennen, klicken Sie bitte auf den Link, um mehr zu erfahren.)Der Unterschied: Lasergravierer vs. Laserschneider | (mimowork.com)
Die CO2-Laser-Leiterplattenätzmaschine eignet sich für Signal-, Doppel- und Mehrlagen-Leiterplatten. Sie können damit Ihre Leiterplatten selbst entwerfen und die Maschine auch in der professionellen Leiterplattenproduktion einsetzen. Hohe Wiederholgenauigkeit und gleichbleibende Präzision sind herausragende Vorteile der Laserätzung und -gravur und gewährleisten höchste Leiterplattenqualität. Weitere Informationen erhalten Sie von [Name der Quelle einfügen].Lasergravierer 100.
Ein-Pass-Leiterplattenätzen mittels UV-Laser, Faserlaser
Darüber hinaus sind UV-Laser-, Grünlaser- und Faserlasermaschinen ideale Optionen für die schnelle und effiziente Leiterplattenherstellung. Das direkte Laserätzen des Kupfers zur Erzeugung der Leiterbahnen bietet große Vorteile in der industriellen Fertigung.
✦ Die Artikelserie wird laufend aktualisiert. Im nächsten Artikel erfahren Sie mehr über UV-Laserschneiden und Laserätzen auf Leiterplatten.
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Veröffentlichungsdatum: 09. Mai 2022