Iedereen die wel eens een bedieningskast in elkaar heeft gezet weet dat er heel wat draad aan te pas komt om alle aansluitingen te kunnen maken. Zeker als er elektronica- componenten bij komen kijken zou het overzicht op alles geheel verloren gaan en laten we het al helemaal niet hebben over de storingen die op zouden treden. Als we een T.V. of radio van binnen bekijken zullen we zien dat alle componenten netjes gerangschikt zijn op een plaat. Deze plaat heeft eigenlijk twee functies. Ten eerste dient hij als drager voor onderdelen zoals weerstanden, condensatoren, transistoren, enz, enz. Al deze onderdelen moeten volgens een door een schema bepaald patroon met elkaar verbonden worden. Dat met elkaar verbinden is de tweede functie. Het gehele bedradingpatroon is namelijk vast op deze plaat aangebracht. Vandaar de naam "gedrukte bedrading" of "print". Bij de gedrukte bedrading worden de diverse doorverbindingen gevormd door dunne stripjes koper die op de plaat zijn aangebracht. Dat betekent dan natuurlijk wel, dat die plaat van een of ander isolatie-materiaal gemaakt moet zijn. Het basis-materiaal bestaat dan ook uit epoxy of glasvezel of combinaties hiervan. Op deze plaat wordt door de fabrikant een egale laag rood koper aangebracht met een dikte van 35 micron (= 0,035 mm).

Deze koperlaag wordt met een heel speciale lijmsoort en onder zeer hoge druk vastgezet.

Dat moet ook wel, want de bedrading mag later natuurlijk niet zomaar loslaten.

Hij, die weinig of geen ervaring heeft met elektronica is in staat om een dergelijke print te maken. Wanneer alle aanwijzingen voor de bouw nauwkeurig worden opgevolgd is de kans op mislukking vrijwel uitgesloten.

We gaan nu eens uitgebreider kijken wat gedrukte bedradingen nu eigenlijk zijn en hoe we ze thuis zelf kunnen maken. Aan zo'n plaat met een egale koperlaag hebben we nog niet veel. Door middel van diverse technieken wordt een deel van die koperlaag verwijderd, zodat alleen de benodigde bedrading overblijft. De meest gebruikte methode om het overtollige koper te verwijderen is wegetsen. Dat gebeurt meestal in een oplossing van ijzerchloride (meestal ferrychloride genoemd) of van ammonium-persulfaat (€4,30 per zakje, geschikt voor één liter water). Ik zal me beperken tot het gebruik van het eerste en ben ook geen chemicus om precies uit te leggen wat het precies is. Het zijn vrij grote korrels (ze zien er uit als borrelnootjes) en hebben een roestbruine kleur. Deze zijn te koop bij de goede elektronica zaken.

In verkorte uitleg is de gang van zaken aldus:

1. Van het elektronische schema wordt een lay-out of printontwerp gemaakt. Dat is dus een tekening van het bedradingpatroon.
2. Dit printontwerp wordt op de egale koperlaag overgebracht. Voor dit overbrengen zijn diverse technieken. Daar kom ik straks nog op terug. Die delen van het koper die moeten blijven zitten zijn dan bedekt met een etsvast laagje.
3. Dan gaat de plaat in een etsbad en lost al het onbeschermde koper op. De bedrading staat nu in koper op de basisplaat.
4. Na het grondig verwijderen van alle resten etsmiddel, wordt ook de ets-resist verwijderd met het een of andere geschikte oplosmiddel (b.v. thinner of aceton).
5. Nu wordt de printplaat met printlak bespoten (om oxidatie te voorkomen).
6. Na drogen van de printlak worden dan de nodige gaatjes geboord en kunnen de onderdelen op hun plaats worden vastgesoldeerd.

De eerste stap tot het maken van een print is niet de eenvoudigste. Het ontwerpen van een gedrukte bedrading vergt veel tijd en ervaring. Aangezien we geen tijd en al helemaal geen ervaring hebben in het ontwerpen van printplaten, beperken we ons tot het overnemen of tekenen van printontwerpen uit ons bekende lectuur, zoals hobbybladen.

We gaan nu eens na welke mogelijkheden er zijn om het printontwerp op het koper over te brengen en welke we thuis ook kunnen toepassen.

Tekenen.

Dat is de methode van het tekenen met etsbestendige inkt. Er zijn tegenwoordig pennen in de handel waarmee we het gewenste bedradingpatroon gewoon op het, van tevoren goed schoon en vooral vetvrij gemaakte, koper kunnen tekenen. Deze pen, eigenlijk een viltstift met watervaste inkt, heeft een dunne en slijtvaste punt. De inkt is vrij snel droog en is goed etsbestendig. Een bezwaar van deze methode is dat we iedere print afzonderlijk moeten tekenen. Zodra we dus meerdere afdrukken van een bepaald ontwerp willen hebben, is deze methode veel te omslachtig.

Plakken.

Dan is er ook de plak methode. De firma MECANORMA brengt een grote verscheiden-heid aan tapes en velletjes belijning, rondjes, cijfers en letters. Eigenlijk is plakken niet het juiste woord. Alle belijning, rondjes, cijfers en letters zijn gedrukt op een vel papier waaronder een schutblad bevestigd is. Na het verwijderen van het schutblad kunnen we de rondjes of belijning op de juiste plaats leggen, waarna we er met een puntig voorwerp (b.v. een balpen) overheen wrijven. De rondjes of belijning zal na het verwijderen van het vel op de print achterblijven. Natuurlijk hebben we de printplaat zorgvuldig schoon en vetvrij gemaakt. Als het gehele bedradingpatroon is aangebracht, kan de plaat direct in het etsbad. We kunnen met deze methode goede scherpe prints krijgen. Ook voor deze methode geldt: voor elke print een bedradingpatroon plakken.

De fotografische methode.

Zo komen we nu aan de methode welke voor ons het meest geschikt is. Want zoals we op de boven omschreven manier ons bedradingpatroon rechtstreeks op de print plaatsten kan dat natuurlijk ook op papier. Het moet dan wel transparant zijn. Het meest geschikt hiervoor is transparant tekenpapier. Hoe krijgen we nu een lay-out uit een hobbyblad op een los vel transparant papier? Je maakt gewoon een kopie van de bladzijde uit het boek wat je wil overnemen. Leg een stuk tekenpapier over het A-4 velletje en plak het vast op de vier hoeken met cellotape. Nu kunnen we het bedradingpatroon precies overnemen op het transparant. We beginnen eerst met de rondjes, dan de belijning tussen de rondjes. Zoals eerder gezegd kun je natuurlijk ook de belijning-velletjes van Mecanorma kopen. Zelf gebruik ik een tekenpen (een pen, welke een architect voor tekenen gebruikt). Heb je die niet, dan kun je ook een pen met Oost-Indische inkt gebruiken. Dit moet dan wel erg secuur gedaan worden, want elk niet goed zwart gemaakt plekje veroorzaakt later een dunne plek in de fotoresist. De etsvloeistof "vreet" zich daar dan doorheen met het gevolg, dat het bedradingpatroon beschadigd word. Maar wanneer we alles met zorg uitvoeren, krijgen we best een goed bruikbare lay-out, welke we steeds weer kunnen gebruiken. We hebben dus nu een positief transparant van het printontwerp. Het spreekt nu ook voor zich, dat we een positief werkende printplaat nodig hebben. Op deze fotoprintplaat is door de fabrikant een laagje lichtgevoelig materiaal aangebracht. We noemen dit de laag "fotoresist".

Deze fotoresist is door een zwarte beschermfolie afgedekt. Maar we hoeven met deze fotogevoelige printplaten gelukkig niet in een echte donkere kamer te werken, zoals met fotografisch papier. De op de printplaat aangebrachte fotoresist is meestal alleen gevoelig voor blauw en vooral ultraviolet licht. We hebben dan ook een UV-lamp nodig. Hier zijn verschillende lampen voor te gebruiken. Een gezichtsbruiner, een lamp van een zonnebank of een lamp waarmee men geld op echtheid controleerd. De UV-lamp houden we boven de fotoprint op een afstand van ongeveer 30 cm boven de lay-out. Het is absoluut noodzakelijk, dat de lay-out volkomen vlak op de fotoprint ligt. Ook is het absoluut noodzakelijk dat alles stofvrij moet zijn tussen lay-out en printplaat. Zelfs een haartje kan er al voor zorgen dat de printbaan wordt beschadigd, doordat er UV-licht onder de lay-out komt (de z.g.n. haarscheurtjes in de printbaan). Het geheel moet dus verzwaard worden. Dit kan het best gedaan worden door een plaatje plexiglas van 1,5 à 2 mm dik. Iedereen heeft wel een fotolijstje waarin een dergelijk stuk plexiglas zit of een dekseltje van een opbergdoosje van een CD. Het kan ook wel met dun glas, maar de belichtingstijd is aanmerkelijk langer. Nu we het over belichten hebben, moeten we er achter zien te komen wat de belichtingstijd is van de fotoprintplaat. Het is namelijk erg belangrijk te weten hoe lang een lay-out belicht moet worden. Te lang belichten is niet zo erg (prints worden minder scherp) maar te kort belichten is fataal. Hier kan de ets vloeistof dus niet doorheen. De belichtingstijd is afhankelijk van een aantal factoren. Het ene fotoprint is niet het andere (hoeveelheid fotoresist), de aard en de dikte van het materiaal waar we de lay-out mee afdekken en het papier waar we de lay-out van gemaakt hebben. We gaan nu eerst proefondervindelijk de belichtingstijd te weten komen.

Eerst gaan we een proeflay-out maken. Teken een dikke lijn (ong.10 cm) op een stuk transparant papier en teken haaks op deze lijn een centimeter verdeling. Zet eventueel met een watervaste zwarte viltstift de cijfers 1t/m10 tussen de streepjes. Daarna zagen we een strookje fotoprint af van ongeveer 10 mm x 100 mm. Nadat we de zwarte folie hebben verwijderd, leggen we het strookje fotoprint, met de koperzijde naar boven, precies onder de UV-lamp, die we reeds hadden opgehangen. Over het strookje fotoprint leggen we de proeflay-out. Zorg er wel voor dat de proeflay-out niet verschuift op de printplaat. Leg dan een donker (zwart) papieren strookje, iets breder dan het printstrookje en zolang dat het ook nog onder het plexiglas uitkomt en wel zodanig dat er nog 1 cm² van de fotoprint zichtbaar blijft. Het plexiglasplaatje dient vlak op het fotoprintplaatje te leggen, verzwaar het eventueel met stukjes lood. We nemen nu een horloge bij de hand en schakelen de lamp aan. De eerste cm² belichten we 1 minuut en trekken daarna het zwarte strookje 1cm² verder. Na elke minuut trekken we het strookje 1cm verder, zodat na 10 minuten het gehele strookje is belicht. Echter de laatste cm² is maar 1 minuut belicht geweest en de eerste 10 minuten. De lamp kan uit.

Nu kunnen we de ontwikkelaar klaar maken. We gieten 1 ltr. warm water (ong. 20º ) in een p.v.c. bakje waarbij we 14 gram positief ontwikkelaar aan toevoegen (te koop voor ong.

€ 2,25 in de elektronica-zaak). Albert H. is echter toch voordeliger. Voor veel meer inhoud en weinig meer geld koop je daar een pot W.C.-ontstopper. Het zijn dezelfde korrels en het resultaat is hetzelfde, want ook dit is natrium-hydroxide. Lees goed de gebruiks-aanwijzing. (Tip van Henk Landweerd, België: ook vloeibare WC ontstopper kan gebruikt worden, 3 vingerhoedjes op 1 ltr. water). De onwikkelaar/W.C.-ontstopper is een soort loog en erg slecht voor onze huid. Na het belichten dompelen we het proefstrookje geheel in de ontwikkelaar, met de fotoresist naar boven. We tillen af en toe het bakje even op om de ontwikkelaar in beweging te houden. Vrijwel onmiddellijk zien we de blauwe fotoresist verschijnen. Na enige seconden begint de fotoresist op de belichte plaatsen op te lossen. Dat zijn dus de doorzichtige delen van het positief. Door het bewegen van de ontwikkelaar zien we de resist van het strookje oplossen. Enige seconden later moeten we het strookje er uit halen met een groot pincet. Het geheel van onderdompelen tot en met het er uit halen duurt ongeveer 30 seconden. Daarna het geheel onder de kraan afspoelen en licht met de vinger over het strookje gaan. Hoewel de resist redelijk krasvast is moeten we toch voorzichtig zijn. Elk klein krasje veroorzaakt ook een krasje in het koper na het etsen.

Bekijken we het proefstrookje, dan zien we dat de laatste cm² die we belicht hebben nog behoorlijk wat resist bevat. De op één na laatste weer iets minder enz. tot het gedeelte waar de resist geheel is opgelost. We kunnen dit controleren door een wattestaafje, gedrenkt in een oplosmiddel, over het gehele proefstrookje te halen. Zo kunnen we een duidelijke scheiding zien van de opgeloste en niet opgeloste resist. We tellen het aantal vakjes waarop duidelijk de resist nog aanwezig is bij elkaar op, tellen er een vakje bij (voor de veilige grens) en je hebt de juiste belichtingstijd in minuten van de gehele fotoprintplaat.

Schrijf de belichtingstijd op aan de isolatie-zijde van de fotoprintplaat en je bent verzekerd van de juiste belichtingstijd als je later weer eens aan de gang gaat.

Nu we de belichtingstijd weten gaan we over tot het belichten van de lay-out.

In volgorde is dit nu:

1. Beschermfolie van de print halen.
2. Onder de lamp leggen (koperzijde boven).
3. Lay-out op de fotoprintplaat leggen.
4. Afdekken met plexiglas plaatje (eventueel verzwaren met stukjes lood o.i.d.).
5. Lamp aan.
6. Belichtingstijd wachten, daarna de lamp uit.
7. Direct onderdompelen in de ontwikkelaar (koperzijde boven).
8. Ongeveer na 30 seconden (na oplossen fotoresist) uit de ontwikkelaar halen.
9. Afspoelen onder stromend water.
10. Met een doek droogdeppen. Klaar om te etsen.

We hebben nu een printplaat waarop het bedradingpatroon haarscherp is weergegeven.

Het etsen

Op die plaatsen waar de fotoresist is opgelost, moet het koper nu verwijderd worden.

Dat doen we met een etsmiddel. In het begin van dit artikel heb ik al aangegeven dat we dit doen met ferrychloride, opgelost in water. Ferrychloride gebruiken we omdat het een groot voordeel heeft; het is onbeperkt houdbaar en meerdere keren te gebruiken (bewaren in een fles met een p.v.c. dop). Pas wel op voor je kleren. Ferrychloride geeft heel vervelende vlekken die er ook in de was vrijwel niet meer uitgaan. Voor onze huid en ogen is het ook vervelend spul. De huid wordt er erg vies geel van en die kleur moet er af slijten, met zeep wassen helpt weinig of niets.

Hoe gaan we nu te werk.

In een niet te diepe royale P.V.C. bak gieten we 1 ltr. water van ongeveer 40º tot 50º en voegen hierbij 2 zakjes van elk 500 gram ferrychloride aan toe. Hierna de korrels met een roerhoutje goed doorroeren zodat alles goed oplost. Daarna leggen we de te etsen printplaat, met de koperzijde boven, in het etsbad. Tijdens het etsen moet het etsbad steeds in beweging gehouden worden. Er is geen exacte tijd voor het etsen aan te geven. Een ander middel om te etsen is Amonium-persulfaat. Dit middel is wit van kleur en lost in het water transparant op. Een groot voordeel is dan ook dat de printplaat zichtbaar blijft en dat bij ferrychloridekorrels de printplaat niet zichtbaar is.

De tijd die nodig is om de printplaat  in het etsbad te houden is afhankelijk van de mate van uitputting van het etsbad en van de temperatuur.

Ook de temperatuur is belangrijk bij het etsen en zeker om het etsbad op temperatuur te houden. Daarom zetten we het etsbad in een wat grotere bak met warm water, met dezelfde temperatuur als het etsbad, zodat we dit water goed op temperatuur kunnen houden door het te vervangen of te verwarmen met een verwarmingselement. We laten de printplaat niet langer in het etsbad liggen dan noodzakelijk is, anders lopen we de kans last te krijgen van het z.g.n. "onderkruipen". Het etsmiddel tast dan van opzij de koperbanen aan, hetgeen een rafelig bedradingpatroon tengevolge heeft. Zodra dus al het overtollig koper verdwenen is, nemen we de printplaat uit het etsbad en spoelen hem onder de kraan af. Er mogen absoluut geen restjes etsmiddel achterblijven. Nu kan de nog op de koperbanen aanwezige fotoresist met aceton of thinner worden verwijderd. We hebben nu het gewenste bedradingpatroon in blank koper. Maar we zijn nog niet klaar. Het blanke koper oxideert vrij gemakkelijk aan de lucht waardoor we later moeilijkheden kunnen krijgen met het solderen. Om dit te voorkomen moeten we de printplaat nog bespuiten met printlak. Eerst schuren we de koperbanen heel voorzichtig met uiterst fijn staalwol. Maar niet te lang en te hard drukken, want de koperlaag is maar 0,035mm dik. Direct na het schuren bespuiten we de printplaat met printlak. Printlak is verkrijgbaar in de handel. Het heeft twee functies, nl. bescherming van de printbanen tegen oxidatie en als vloeimiddel bij het solderen. Op het boren van de gaatjes na is de print klaar. Een allerlaatste controle is zeker aan te bevelen. Dit kunnen we doen met een VU-meter door de printbanen op de uiteinden, de rondjes, met de pennen van de VU-meter op weerstand te controleren. We kunnen de printplaat ook in het licht van een lamp controleren. Mochten er haarscheurtjes in zitten dan komen deze al snel aan het licht.