Da mir das Programm Eagle noch nicht bekannt war, musste ich mir zunächst einen Überblick über selbiges verschaffen. EAGLE ist ein einfach zu benutzendes, aber dennoch leistungsfähiges Werkzeug für die Entwicklung von Leiterplatten. Der Name EAGLE steht für „Einfach Anzuwendender Grafischer Layout Editor“. Das Programm besteht aus drei Haupt-Modulen, dem Layout-Editor, dem Schaltplan-Editor sowie dem Autorouter, die unter einer einheitlichen Benutzeroberfläche zusammengefügt sind. Daher ist es nicht notwendig, Netzlisten zwischen Schaltplan und Layout zu konvertieren.

Bevor ich mit dem Entwurf der Schaltung beginnen konnte, musste ich noch einige Bauteile, wie z.B. INA159 von Texas Instruments, in die Bibliothek übernehmen. Dazu übertrug ich von den mir zur Verfügung gestellten Datenblättern die geometrischen Abmessungen der Bauteile in ein sogenanntes Package. Da die Bauteile möglichst symmetrisch zum Ursprung liegen sollten, musste ich mir die Koordinaten der einzelnen SMD-Pads aus den absoluten Längen bzw. Abständen berechnen.

Ähnlich wie in reinen CAD Programmen, kann das Bauteil entweder mit Mausklicks oder mit dem Eingeben der entsprechenden Befehle über die Tastatur konstruiert werden. Bei kleineren Bauteilen, wie dem INA159, ging das Zeichnen mit der Maus noch recht gut, bei Bauteilen mit mehr als 10 Pins ging es mit den entsprechenden Befehlen komfortabler. Beim Konstruieren ist es wichtig, alle Details des Bauteils zu erfassen, damit die später erstellte Belichtungsvorlage korrekt wird.

Beim zweiten Schritt zeichnete ich das elektrische Ersatzschaltbild, welches in EAGLE als Symbol abgespeichert wurde.

Im Anschluss daran, musste ich noch das elektrische Schaltbild und das physikalische Abbild miteinander verknüpfen. Dabei stellte sich heraus, dass man bei der Erstellung des Package und des Symbols die Anschlüsse in der gleichen Reihenfolge erstellen sollte. Als ich die Pins des Symbols mit den Pads des Package kombiniert hatte, konnte das fertige Bauteil als Device abgespeichert werden.

 

Nachdem alle Bauteile implementiert waren, konnte ich mit dem zweiten Schritt beginnen und den Schaltplan erstellen.

 

Von einer Vorlage die mir zur Verfügung gestellt wurde, musste ich nun in Eagle den Schaltplan erstellen. Hier konnte ich auf die vorher gespeicherten Bauteile zurückgreifen. Im Schaltplan wird die elektrische Verschaltung der einzelnen Bauteile vorgenommen. Nachdem ich alle benötigten Bauteile eingefügt hatte, konnte ich die Verbindungen ziehen.

Jetzt habe ich mittels des Layout Editors die eingefügten Bauelemente auf dem Board platziert und die im Schaltplan gezeichneten Verbindungen mit gelben Hilfslinien gekennzeichnet. Nun kommt das dritte Hauptmodul von Eagle zur Anwendung. Mit Hilfe des Autorouters, werden die gelben Hilfslinien mit den Bauelementen verbunden und es entsteht ein möglichst kreuzungsfreies Layout.

Nach einigen manuellen Korrekturen der durch den Autorouter gezogenen Verbindungen, war der Entwurf der Leiterplatte abgeschlossen und die Belichtungsvorlage konnte gedruckt werden.

 

Der nächste Schritt war das Ätzen der Platine.

Zuerst wurde die Fotopositiv beschichtete Platine mit einer UV-Lampe belichtet. Dazu musste die Schutzfolie vom Rohling entfernt und die Belichtungsvorlage aufgelegt werden. Nach etwa zehn Minuten war die Belichtung abgeschlossen.

Nun legte ich die Platine in die Entwicklerlösung, um auf den belichteten Flächen den Fotolack zu entfernen. Innerhalb einer Minute wurde der belichtete Teil des Fotolacks aufgelöst und die darunter liegende Kupferschicht kam zum Vorschein. Vor dem nächsten Schritt spülte ich die Entwicklerlösung ab, damit die Natriumpersulfat Lösung, welche man zum Ätzen verwendet, nicht verunreinigt wird.

Nach dem Abspülen der Natronlauge startete der eigentliche Ätzvorgang. Dabei wurde die Platine in eine 50° C warme Lösung von Natriumpersulfat   (ca. 200g pro Liter)  gebracht und unter kontinuierlicher Bewegung ca. 5min geätzt.

Das sichtbare Kupfer wurde dabei entfernt und zurück blieben die zuvor mit Eagle geplanten Leiterbahnen.

 

Abschließend musste ich die Platine nochmals mit Wasser abspülen, um die Reste der Natriumpersulfat Lösung zu entfernen.

Als ich das Ätzen abgeschlossen hatte, konnte ich mit der weiteren Verarbeitung beginnen. Zuerst bohrte ich die Löcher in die Platine.

Als Löt-Werkzeug benutzte ich einen Feinlötkolben mit einer dünnen schlanken Spitze von 0,9mm, welche an einer elektrischen Lötstation betrieben wurde, da diese gut regelbar ist. Weiterhin verwendete ich SMD-Lötzinn mit Kolophoniumseele und einer Stärke von 0,5 mm. Dickeres Lötzinn hätte häufiger zu Kurzschlüssen auf den dicht bestückten Platinen mit geringen Anschlussabständen geführt. Um überschüssiges Lötzinn zu entfernen, benutzte ich Entlötlitze.

 

Vor dem Bestücken benetzte ich ein Lötpad des nächsten Bauteiles mit ein wenig Lötzinn.

Als nächstes habe ich das Bauteil mit einer feinen, sicher schließenden und stabil haltenden Pinzette lagerichtig auf die zugehörigen Lötpads gelegt und an dem bereits verzinnten Anschluss verlötet. Nachdem ich überprüft hatte, dass ich das Bauteil exakt platziert hatte, verlötete ich den gegenüber liegenden Bauteilanschluss und anschließend, falls vorhanden, die restlichen Anschlüsse.

 

Wenn ich trotz aller Sorgfalt doch zu viel Lötzinn aufgetragen hatte, wodurch ein Kurzschluss entstand, musste ich das überschüssige Lötzinn mit der Entlötlitze entfernen. Da die Entlötlitze vor meinem ersten Gebrauch länger nicht benutzt wurde, musste ich einige Millimeter am Anfang abschneiden um eine gute Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Zum Entfernen von Lötzinn, legte ich die Entlötlitze auf die zu bereinigende Fläche und erwärmte die Litze mit dem Lötkolben. Hierfür erhöhte ich die Leistung der Lötstation, da die Entlötlitze, die aus Kupfergeflecht besteht viel Energie aufnimmt.

Sobald das Zinn flüssig war, wurde es durch die Kapillarwirkung in das Kupfergeflecht der Entlötlitze gesaugt.