Feine Strukturen ätzen mit Hilfe von Photolack

Zeitbedarf:	60 Minuten.
Ziel:	Applikation einer Vorlage über Belichtung und Ätzen auf eine Kupferoberfläche.
Material:	2 Stative, 4 Muffen, 3 Stangen ca. 40cm Becherglas 100ml 2 Bechergläser 1000ml Scheuermilch Viss Reinigungsschwamm Papier zum trocknen 3 Schalen aus PE ca. 30x40x5cm Heizplatte Abdeckung (Pappkarton) Lappen (Aceton!) Höhensonne >50W Plexiglasscheibe d=5mm, ca. DIN A4 kupferbeschichtetes Platinenmaterial 0.35mm Gummi-Handschuhe	Zeitungen zum Auslegen des Sprühortes Stoppuhr PE-Flasche 2000ml Trichter Vorlage in SW auf Folie (Strichzeichnung, kontrastreich) Oberstufe nach Wahl: Bausatz "Blink" Bohrmaschinen, Ständer Bohrer 0,8mm Lötstation, Lötzinn Seitenschneider Schaumstoff-Klebeband
Chemikalien:	dest. Wasser Photolack Positiv 20 von Kontakt Chemie Acetonin der Spritzflasche	HCl w ~ 33%, H₂O₂ w = 30%, NaOH (s), Globuli
Vorbereitung:	Höhensonne in 30cm Abstand von der Unterlage anbringen. Entwicklerbad bereiten: Lösung von Natriumhydroxid in Wasser w(NaOH)=0.7%. 7g NaOH(s) in 1000ml Wasser. Ätzbad vorbereiten: 200ml HCl in 720ml Wasser einfließen lassen. Stark oxidierte Kupferoberflächen vorreinigen mit Ätzlösung : Wasser = 1:9. Herstellung einer Belichtungsvorlage.
Reinigung:	Die Platine wird mit unverdünnter Scheuermilch gereinigt, bis sie oxidfrei ist, dann mit Aceton gespült, damit sie auch fettfrei ist. An der Luft trocknen lassen und Kupferoberfläche nicht mehr berühren.
Beobachtung R:	Die Platine bekommt eine durchgehend hellrote, metallisch glänzende Farbe.
Auftragen des Photolackes:	Die Platine auf die Zeitungspapier im Abzug legen und aus ca. 20cm Abstand so lange einsprühen, bis ein einheitlicher Lackfilm sichtbar wird. Min. 10 Min. trocknen lassen, dann bei max. 70°C auf einer Heizplatte abgedeckt weitere 15 Min. trocknen lassen.
Beobachtung L:	Die Lackschicht ist grau-grünlich.
Belichten:	Die Höhensonne sollte vorher ca. 1-2 Min. eingeschaltet sein, damit sich die Leuchtstärke nicht mehr ändert. Legen Sie die Vorlage auf die Lackschicht und fixieren Sie diese durch Auflegen der Plexiglasplatte. Belichtungszeit 4 Min..
Beobachtung B:	Nach der Belichtung ist nur mit Mühe im spiegelnden Licht eine Veränderung auf der Lackschicht zu sehen.
Entwickeln:	Platine in das Entwicklerbad legen und die Schale immer wieder leicht schwenken. Dauer: ca. 5-10 Min., je nach Lackdicke.
Beobachtung E:	Nach ca. 1 Min. löst sich der Lack in dunklen Schlieren beim Schwenken ab. Im Bereich des Motivs sollte er vollständig verschwunden sein, dann ist die Entwicklung vollendet.
Wässern:	Nun von der Platine Entwickler-Reste im Wasserbad abspülen, ggf. Lackreste neben dem Motiv mit Aceton weglösen.
Ätzen:	Ätzbad fertig stellen: zu der verdünnten Salzsäure 80ml H₂O₂ geben. Die Platine in das Ätzbad legen und die Schale immer wieder leicht schwenken. Dauer: ca. 10-30 Min.
Beobachtung Ä:	Die Kupferschicht färbt sich sofort matt rötlichbraun. Das Kupfer löst sich langsam auf und es entstehen grünliche Schlieren. Am Endpunkt sieht man das Motiv gut kontrastiert neben dem grünlichen Trägermaterial.
Deutung:	Ox.: Cu --> Cu²⁺ + 2 e^- Red.: H₂O₂ + 2 e^- + 2 H₃O⁺ --> 4 H₂O Redox: Cu + H₂O₂+ 2 H₃O⁺ --> Cu²⁺ + 4 H₂O Die Farbe rührt von zwei möglichen Komplexen: in stark verdünnter Lösung: Cu²⁺ + 4H₂O --> [Cu(H₂O)₄]²⁺ (hellblau) bei mittlerer Konzentration: Cu²⁺ + 2Cl^- + 2H₂O --> [CuCl₂(H₂O)₂] (grün)
Waschen:	Zum Schluss den restlichen Lack vom Kupfer mit einem mit etwas Aceton getränkten Lappen abwaschen.
Entsorgung:	Entwickler und Ätzbad in getrennten Gefäßen aufbewahren. Das Entwicklerbad lässt sich mehrmals verwenden, das Ätzbad verliert wegen des Zerfalls von H₂O₂ schnell an Wirksamkeit.
Quelle:	Fa. Kontakt Chemie, 76473 Iffezheim. Angepasst durch Prof. Strohriegl, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie I, Universität Bayreuth.
Erweiterung Oberstufe:	Oberstufen-Klassen können die Vorlage "Blink" wählen: sie liefert, nach zusätzlicher Bohr- und Lötarbeit eine Blinkerschaltung als Anhänger. Die Arbeitsplätze werden um zwei Bohrstationen und vier Lötstationen erweitert. Bohren: Platinen vorsichtig von der Leiterseite her an den Lötpunkten durchbohren. Lötpunkte sind Verbreiterungen meistens an den Enden von Bahnen, in deren Mitte man ein kleines Loch sieht. Bestücken: Bauteile entsprechend dem Bestückungsplan zuordnen, Drahtenden mit den Fingern zurechtbiegen. Bei Widerständen und Kondensatoren gleich nach dem Bauteil abknicken, bei Transistoren und LEDs nur etwas auseinander ziehen. Vorsicht: Es gibt zwei verschiedene Widerstandswerte! Auf den Farbcode achten bzw. Betreuer fragen. LED und Kondensatoren haben eine Polung. Anleitung genau beachten. Löten: Bauteile nacheinander in die richtigen Löcher (Bestückungsplan) stecken und anlöten. Dann Drahtenden so knapp wie möglich abzwicken. Zum Schluss Batterie einsetzen und nach erfolgreichem Test Klebeband auf die Leiterseite kleben. Das fertige Produkt.
Quelle:	Walter Wagner, Didaktik der Chemie und Hörath Rainer, Elektronik, Universität Bayreuth.

Didaktik der Chemie

Universität Bayreuth