Fotochemisches Ätzen
Fotochemisches Ätzen (PCM = Photo Chemical Machining) ist die Premium-Variante des chemischen Ätzens: Das Bauteildesign wird per UV-Belichtung in eine Photoresist-Maske übertragen, anschließend wird das ungeschützte Metall in einer Sprühätzanlage abgetragen — mit höchster Reproduzierbarkeit und Strukturauflösung.
Was unterscheidet fotochemisches vom "klassischen" chemischen Ätzen?
Technisch sind beide Verfahren eng verwandt. Der Unterschied liegt in der Maskierungstechnik:
- Klassisch chemisches Ätzen: historisch oft mit Siebdruck-Masken — günstiger, aber gröbere Strukturauflösung (typ. ab ± 0,1 mm).
- Fotochemisches Ätzen: Photoresist-Film + Maskenbelichtung. Toleranzen ab ± 0,02 mm, Detailtiefe deutlich höher. Heute die industrielle Standard-Variante für Präzisionsteile.
In der Praxis sprechen Anbieter und Einkäufer oft synonym von "chemischem Ätzen" und meinen das fotochemische Verfahren. Im technischen Datenblatt sollte aber präzisiert werden.
Prozessschritte im Detail
- Konstruktion & Maskenerstellung: Aus CAD-Daten (DXF, DWG, STEP) werden hochpräzise Photomasken belichtet. Hier wird auch die material- und dickenabhängige Unterätzungs-Kompensation eingerechnet.
- Materialvorbereitung: Bleche werden zugeschnitten, entfettet und chemisch aktiviert.
- Photoresist-Laminierung: Beidseitige Beschichtung mit Photoresist-Film (typ. 25–50 µm).
- Belichtung: Maske und Resist werden zusammengeführt, UV-Belichtung härtet (Negativ-Resist) bzw. löst (Positiv-Resist) belichtete Bereiche.
- Entwicklung: Auswaschen der nicht polymerisierten Resist-Bereiche — das Metall liegt dort frei.
- Sprühätzen: Durchlauf durch Sprühätzanlage mit Eisen(III)-chlorid oder spezifischer Ätzlösung. Beidseitiger Materialabtrag.
- Resist-Stripping & Endreinigung: Ablösen der Resist-Schicht, Spülung, Inspektion.
Erreichbare Präzision
| Merkmal | Spezifikation |
|---|---|
| Konturtoleranz | ± 0,02 – ± 0,05 mm (materialdickenabhängig) |
| Materialdicke | 0,02 mm – 2,0 mm |
| Minimale Innenkontur | ≥ 1,0 × Materialdicke (Bohrung), ≥ 1,1 × Materialdicke (Schlitz) |
| Minimale Stegbreite | ≥ 0,8 × Materialdicke |
| Reproduzierbarkeit (Serie) | sehr hoch — Photomaske ist konstant |
| Bauteilgröße (Standard-Format) | typ. bis 600 × 600 mm Panel |
Reel-to-Reel-Bandätzen
Für Großserien wird das Material direkt vom Coil verarbeitet: Photoresist-Beschichtung, Belichtung, Ätzen und Aufwicklung erfolgen in einer durchgehenden Anlage. Stückzahlen von mehreren 100.000 / Jahr sind so wirtschaftlich umsetzbar. Typische Einsatzfelder: Lead-Frames, Kontaktfedern, Encoder-Scheiben, EMV-Abschirmungen.
Wann fotochemisches Ätzen die richtige Wahl ist
- Sie brauchen höchste Präzision und Reproduzierbarkeit über Hunderte oder Tausende Bauteile
- Ihr Bauteil hat feine Strukturen (Mikrobohrungen, schmale Stege, filigrane Konturen)
- Sie können keinen Wärmeeintrag tolerieren (z. B. Federstahl, präzisionsgehärtete Materialien)
- Das Material ist dünn (unter 1 mm) — hier ist Stanzen oft unwirtschaftlich, Lasern erzeugt Wärmeeinflusszone
- Sie wollen Konstruktionsänderungen schnell und günstig umsetzen — eine neue Photomaske ist binnen Tagen erstellt
Wann ist es nicht ideal?
- Sehr dicke Bleche (> 2 mm) — hier wird Ätzen unwirtschaftlich, Lasern oder Wasserstrahl ist besser
- 3D-Bauteile mit Tiefenstrukturen — Ätzen ist primär ein 2D-Verfahren (Durchbrüche, keine Sacklöcher mit definierter Tiefe — wobei Halbätzen begrenzt möglich ist)
- Stückzahl = 1 ohne CAD-Daten — Werkzeug-Vorbereitung wäre überproportional
Häufige Fragen
Wie genau ist fotochemisches Ätzen wirklich?
Bei Materialdicken bis 0,3 mm sind Konturtoleranzen von ± 0,02 mm reproduzierbar erreichbar. Die Toleranz skaliert grob mit ± 10 % der Materialdicke. Für Mikrobauteile mit < 100 µm Strukturen ist das Verfahren in der Halbleiter- und Sensorik-Industrie etabliert.
Welche CAD-Formate werden akzeptiert?
Standard sind DXF, DWG und STEP. Komplexere Anbieter akzeptieren auch Gerber-Daten (aus dem PCB-Umfeld) oder native Formate aus SolidWorks, Inventor, CATIA.
Was kostet fotochemisches Ätzen?
Die Kosten setzen sich aus Werkzeug (einmalig: Photomaske, typ. 150–600 €) und Stückkosten (materialdicken- und mengenabhängig) zusammen. Bei Stückzahlen > 1.000 sind Bauteilkosten oft unter 1 €/Stück — exakte Angebote nur nach Anfrage mit CAD-Daten möglich.
Welche Oberflächenqualität ist erreichbar?
Typische Oberflächenrauheit Ra ≈ 0,4 – 1,2 µm. Nachfolgende Veredelung (Polieren, Galvanik, Passivieren) ist problemlos möglich, da die Oberfläche durch das Ätzen aktiviert ist.
Konkretes Bauteil im Kopf?
Schicken Sie uns CAD-Daten oder Skizze — wir leiten an den passenden Ätzbetrieb weiter.
Anfrage starten →