Prototypenbau gestern und heute

Ideen umsetzen ist eines der Ziele der Make Bewegung. Egal ob man im Bereich Stricken, Holzarbeiten oder Elektronik unterwegs ist – man möchte irgendwie schnell ans Ziel kommen. Da auch die Maker durch die Verfügbarkeit von günstigen Herstellungsmethoden und immer günstiger werdenden Geräten ihre Art und Weise des Prototypenbaus verändert haben, möchte ich einmal kurz vorstellen, wie meine Vorgehensweise mittlerweile aussieht und auch zeigen, wie ich das früher gemacht habe.

Möchte ich heute ein Projekt umsetzen, so starte ich nur noch sehr selten mit einem einzelnen Mikrocontroller, um den ich die Logik auf einer Lochrasterplatine aufbaue, da es viele unterschiedliche Entwicklungsboards gibt, die mir die Arbeit hier stark vereinfachen können. Hier liegt die Arduino Plattform, die ESP8266 und ESP32 Boards aber auch die Discovery Boards mittlerweile weit vorne. Für diese Boards gibt es bereits eine große Community, die sich um Bibliotheken und Anbindung von externen Sensoren, etc. kümmern. Im Idealfall sucht man sich also nur noch ein passendes Modul aus, lädt ein Beispielprogramm herunter und fertig ist der Prototyp.

Früher: Lochrasterplatine mit Atmel Mikrocontroller

Heute: verschiedene (LoRa) Entwicklungsboards

Reicht die einfache Variante nicht aus, so kann man sich im Bereich von Open Hardware umschauen. In meinem Beispiel habe ich nach einem LoRa Board geschaut, das möglichst flexibel einzusetzen ist, Standardkomponenten verwendet,  stromsparend arbeitet und auch über Batterie betrieben werden kann. Wie so oft wird man hier bei GitHub fündig. Bei diesem Board hatte ich wieder Glück, denn es verwendet wieder ein Standardentwicklungsboard – den Arduino Pro Mini – und lässt sich dadurch wieder ganz einfach programmieren.
Findet man kein passendes Board setzt man sich einfach hin und bastelt schnell ein eigenes Platinenlayout. Passende Layoutsoftware gibt es mittlerweile für kleinere Designs umsonst, bspw. EAGLE oder KiCad. In letzter Zeit verwende ich ab und an auch mal das Online-Layoutprogramm EasyEDA.

Heute: Fertig designtes Open Hardware Board (grün)

Früher habe ich mich dann noch selbst in den Keller gestellt und per Tonertransferverfahren das Platinenlayout auf die Rohplatine gebracht und danach dann in dem selbst gebauten Ätzgerät geätzt. Danach einmal kurz drüberschauen, ob die Leiterbahnen in Ordnung sind, die Löcher für die Bauteile bohren und zum Schluß Leiterbahnen verzinnen.

Früher: selbstgebautes Ätzgerät

Das das alles sehr umständlich und zeitraubend ist und wir als Maker, wenn wir gerade mal ein paar Stunden in der Woche an unseren Projekten arbeiten, auch zu wenig Zeit dafür haben, dürfte klar sein. Aus diesem Grund bin ich dazu übergegangen, einen der vielen Leiterplattenhersteller zu verwenden, die mir die fertigen Platinen durchkontaktiert, mit Lötstopplack und Beschriftung direkt nach Hause liefern und dank der Konkurrenz aus Fernost bekommt man so als Maker sehr schnell eine sehr gute Qualität, sodass sich das Design eines Prototypen schon lohnt.

Weiter geht’s mit der Bestückung: während man früher eher PTH Bauelemente verwendet hat, verwende ich – wenn möglich – heute ausschließlich SMD Bauteile. Das hat den Grund, das sie wesentlich einfacher zu verarbeiten sind und ich natürlich auch kleinere Boards bauen kann. Mit einer kleinen Spritze mit Lötpaste, werden die freien Pads auf dem Boards „eingeschmiert“ und die SMD Bauteile in die Lötpaste gesetzt. Man braucht hier nicht einmal sehr genau zu arbeiten, da der Kapillareffekt und der Lötstopplack der Platine dafür sorgen, dass das Bauteil notfalls auch in Position gezogen wird. Danach geht’s ab in den Reflow-Ofen – wir Maker haben uns dafür Pizza Öfen umgebaut oder einfach einen der günstigen Reflow-Öfen aus Fernost gekauft. Ich besitze einen letzteren und habe ihn erstmal umgebaut: Krepp Band raus und Kapton Band rein, Gehäuse vernünftig geerdet, neue Temperaturreferenz eingebaut und eine neue Firmware eingespielt. Damit kann man dann auch schnell mal ein paar Platinen mehr „backen“.

Heute: bestücktes Board mit Lötpaste und aufgesetzten Bauteilen

Heute: Platinen backen im Reflow Ofen

Danach überprüfe ich mit einem Mikroskop nochmal den Sitz der Bauteile und ob die Lötstellen soweit in Ordnung sind. Falls nicht, wird nochmal nachgearbeitet und entweder mit einer Reflow Workstation nachgelötet oder mit Entlötsauglitze überschüssiges Lot entfernt.

Heute: Sichtprüfung mit Mikroskop – hier zu viel Lot zwischen zwei Kontakten

Das war’s auch schon. Klar, dass ich mittlerweile das ein oder andere Gerät in meiner Werkstatt habe, das ein Anfänger noch nicht haben dürfte – ist halt alles so nach und nach zusammen gekommen, aber dennoch denke ich, dass es nie einfacher war, selbst eigene Schaltungen zu realisieren und das alles für sehr wenig Geld.

Wie sieht bei euch denn die Entwicklung aus? Immernoch Lochrasterplatinen und Kupferlackdraht? Auch schon gefertigte Platinen? PTH Komponenten oder auch schon SMD? Würde mich freuen, wenn ihr mir einen Kommentar hinterlasst und mal schreibt wie ihr das macht.

Ätzgerät in Betrieb genommen

Vor kurzem habe ich meinen ersten Testlauf meines selbstgebauten ‚Ätzgeräts durchgeführt und darüber auch schon einen Blogeintrag geschrieben. Es wurde also langsam mal Zeit, das Ding jetzt auch mal in den “Live-Betrieb” zu bringen und mal eine erste Platine damit zu ätzen. Dementsprechend habe ich das Wasser jetzt durch etwa 3l Natriumpersulfat ersetzt. Der Platinenhalter ist momentan für meinen Geschmack noch arg improvisiert: Ich habe einfach eine Holzplatte genommen und dort dann Kabelbinder so in Bohrungen gesteckt, dass sie eine Schlaufe bilden, mit denen die Platine gehalten wird.
Der Ätzvorgang lief wie gewünscht, d.h. die Platine wurde sauber geätzt und ich brauchte nicht die ganze Zeit beim Ätzvorgang anwesend sein – das war letztendlich der Grund, warum ich das Ding gebaut habe :).

Hier ein Bild meines Ätzgeräts während dem Ätzvorgang:

aetzgeraet-ersteplatine

Und hier das Ergebnis, wobei ich das Platinenlayout wieder mit dem Tonertransferverfahren auf die Platine aufgebügelt habe:

ps2mouseplatine

Ätzgerät im Selbstbau

Vor einige Zeit habe ich bereits in einem Beitrag geschrieben, wie ich meine Platinen ätze. Da das alles noch echte Handarbeit war, wollte ich davon endlich mal wegkommen und mir ein Ätzgerät selbst bauen. Die Idee dahinter war einfach: Eine Heizung, eine Lufpumpe nebst Strömer und ein Rückschlagventil (damit die Säure nicht auslaufen kann) sowie ein geeignetes Gefäß wurden also benötigt. Die ersten Teile gab es alle ohne Probleme im normalen Aquarienfachhandel, bei dem Gefäß sah es da schon etwas schlechter aus. Letztendlich bin ich aber über einen Magazinsammler gestolpert, der genau das bot, was ich wollte – vernünftige Breite, geringe Tiefe und große Höhe. Um ein Umfallen dieser Konstruktion zu verhindern, habe ich den Magazinsammler mit Silikon aus dem Baumarkt auf einer Sperrholzplatte fixiert und zusätzlich an den Seiten Metallwinkel angebracht. Da sollte nun wirklich nichts mehr passieren.

Momentan teste ich das fertige Ätzgerät erstmal mit Wasser, wobei ich das Problem der Platinenhalterung noch nicht gelöst habe. Ein weiteres Problem ist auch noch das “sprudeln”, da muss wohl noch ein Deckel her :). Hier ein Bild vom aktuellen Stand:

aetzgeraet-diy

Ein Testlauf mit Natriumpersulfat ist natürlich schon geplant, zuerst werden aber die einzelnen Teile noch auf Verträglichkeit geprüft. Speziell bei dem Strömer bin ich noch etwas skeptisch, da das Material Moosgummi zu sein scheint und ich gelesen habe, dass dies mitunter zu einer Verfärbung der Säure führen kann. In diesem Fall müsste dann ein Strömerstein verwendet werden – mal schauen…