Come realizzare circuiti stampati professionali

Come realizzare circuiti stampati professionali

Da sempre tutti gli appassionati e neofiti dell’elettronica prima o poi devono realizzare un circuito stampato o PCB, di certo vi sono molti metodi per raggiungere lo scopo, dai più semplici ai più complessi, io personalmente realizzo PCB dal 1999 anno in cui, con l’ausilio di una penna e con dei trasferelli appositi realizzavo i miei circuiti stampati, ad oggi sono trascorsi ventidue anni circa e ho deciso di condividere alcuni dei segreti che ho acquisito nel tempo, per ottenere risultati industriali con materiali di facile reperimento. Tratteremo quindi diversi metodi di realizzazione con tipologie di materiali differenti, in questo caso con pochi strumenti potrete realizzare una pcb single layer con serigrafia.

INTRODUZIONE

Elenco del materiale di cui avrete bisogno: Computer con un programma per lo sbroglio dei circuiti elettronici; stampante laser o ink-jet; fogli di acetato per tipologia di stampante; Basette di rame fotosensibili o pellicola fotosensibile; bromografo; soluzione per lo sviluppo della foto incisione; acido per la corrosione del rame; stagno liquido o aceto sale e stango senza piombo; trapano con frese al carburo di tungsteno. Voglio soffermarmi solo per un istante sull’utilizzo delle stampanti, purtroppo è un aspetto da non sottovalutare, la qualità del prodotto finale dipende molto dalla tipologia della stampante, per questo motivo analizziamo gli aspetti positivi o negativi delle due tecnologie in esame.

LA STAMPANTE LASER

Con le stampanti laser possiamo eseguire molte stampe ammortizzando di gran lunga i costi, attualmente sul mercato se ne trovano in b/n a cifre modiche, circa 50/100 Euro, la qualità della stampa è netta dato che a imprimere il disegno è un laser, un aspetto non da poco per chi fa circuiti stampati al fine di non avere piste con i bordi frastagliati, questo è l’aspetto positivo, il rovescio della medaglia sta nello stampare il master, in fatti abbiamo solo una possibilità di passaggio, la stampante quando imprime il toner deve scaldare e utilizzando fogli di acetato questi tendono a deformarsi leggermente, altresì utilizzando qualche piccolo accorgimento si raggira l’ostacolo, uno tra questi è selezionare un’alta qualità e un elevato contrasto di nero, un altro accorgimento è l’utilizzo di un bromografo particolare, ma questo aspetto lo vedremo nella sezione dedicata.

LA STAMPANTE INK-JET

Partiamo subito dall’aspetto positivo, ovvero la possibilità di eseguire più passaggi con lo stesso acetato, dando una elevata copertura alla luce UV, gli aspetti negativi vanno dalla limitazione del numero delle stampe alle linee non regolari proprio per la natura della stampante, quello più significativo è il costo della cartuccia del nero che deve essere di qualità, per non parlare poi del periodo limitato di non utilizzo che seccherebbe la cartuccia, personalmente preferisco la tecnica con la stampante laser per i motivi citati.

FOGLI DI ACETATO O MASTER

Questa sezione non richiede molta attenzione, bisogna solo scegliere il tipo di acetato per la tipologia della stampante utilizzata, se questa è laser il foglio di acetato sarà liscio, per la ink-jet una delle due superfici sarà ruvida per intrappolare l’inchiostro, e questo è un’ altro aspetto negativo, il perché lo spiegherò nella sezione stampa.

IL BROMOGRAFO

E’ l’elemento che più determina la qualità finale, non necessariamente dovreste spendere cifre considerevoli per l’acquisto di un prodotto professionale, potrete realizzarne uno sfruttando la tecnologia a led UV, vi sono diversi distributori ove acquistarne un rotolo da 5MT, uno tra questi è AMAZON, per scelta personale ho deciso di svuotare un vecchio scanner poiché non era possibile effettuare aggiornamenti rendendolo inutilizzabile, al suo interno ho installato diverse stringhe di strisce led UV, il vetro solido non flette alla pressione che bisogna effettuare per mantenere il contatto con il master e la scheda, inoltre vi è la presenza di uno strato spugnoso che distribuisce bene la pressione effettuata su tutta la superficie, si possono realizzare bromografi con il vecchio sistema a neon ma richiede un costo eccessivo per la costruzione del case. Sinceramente i miei primi bromografi adottavano la vecchia tecnologia e il costo per la realizzazione era abbastanza importante, ma ormai è obsoleta, per questo vi consiglio due strategie, quella di acquistare uno scanner ad un prezzo basso e modificarlo sacrificandolo, oppure utilizzando una stampante con scanner da modificare, rimando a voi la decisione finale.

ELETTROMANDRINO E FRESE

Le caratteristiche che la fresatrice deve rispettare sono le seguenti: alta velocità e basso scostamento della rotazione, più l’indice di scostamento è basso maggiore sarà la qualità del foro, in commercio possiamo trovare fresatrici tipo kress con un costo di circa 200€, è vero anche che potreste usare quelle economiche per i circuiti a singola faccia dato che non richiede un foro passante di alta qualità. La fresa deve essere al tungsteno per via dello strato di resina che tende a usurare le frese economiche.

I FORI

Nel caso dei circuiti a singola faccia, una fresa economica è sufficiente, difatti a fare da guida sarà proprio il foro effettuato dall’acido durante il trattamento, ma questo non è valido per le pcb a doppia faccia, tratteremo l’argomento in un altro articolo.

LA STAMPA

Le operazioni di stampa sono particolari e ora vediamo il perché, ammesso che stiamo usando una stampante laser, dovremmo stampare il lato botton senza l’opzione specchio, perché andrete a flippare voi il foglio di acetato con il lato del toner appoggiandolo sulla superficie fotosensibile, sappiamo che per effetto della rifrazione la luce rimbalza attraverso il foglio di acetato e se il toner non è a contatto con la vernice, la luce filtra nei lati compromettendo le piste stesse assottigliandole.

REALIZZAZIONE

Fatte le premesse dovute adesso vediamo come si procede, stampate il vostro circuito sul foglio di acetato come spiegato nella sezione stampa, utilizzando basette di rame foto sensibili in una camera con bassa fonte luminosa e andrete a disporre la stampa sul pcb con un l’aiuto di una colla stick, come quella che usano i ragazzi a scuola, aiuterà a fissare l’acetato alla basetta, ricordate di stenderla in un punto esterno del circuito, è buona norma non essere precisi nella dimensione della basetta rispetto alla stampa, lasciate sempre un margine di circa 10mm, rifilerete alla fine la parte inutilizzata, una volta che il foglio di acetato aderisce sulla basetta la inserite nel bromografo, se utilizzate un bromografo auto costruito a led i tempi di esposizione dovranno variare da 3 a 5 minuti, per questo parametro dovrete effettuare alcune prove, purtroppo l’esperienza è una componente base. Trascorso il tempo di esposizione immergete la basetta in una soluzione con acqua e soda caustica, alcuni prodotti sono già pronti all’uso, altri sono da diluire, quindi leggete le istruzioni. Un altro modo è quello di acquistare della soda caustica in polvere e diluirla in acqua con un rapporto di 1:100 una parte di soda caustica e 100 di acqua, sarà più che sufficiente, agitate per bene la vaschetta con il liquido per lo sviluppo e dopo circa 2 o 3 minuti dovreste vedere apparire il circuito, utilizzando i guanti aiutate la soluzione effettuando una leggera frizione sulla vernice d’asportare, a lavoro finito sciacquare in acqua corrente e lavare con un sapone sgrassante tipo svelto.

FASE CORROSIONE RAME

In questa fase dovrete immergere la basetta in una soluzione chiamata percloruro ferrico diluito in acqua o potreste combinare due parti di acqua ossigenata e una parte di acido muriatico, scegliete voi, io preferisco la prima, scaldando la soluzione accorcerete i tempi della corrosione, agitate bene la basetta o utilizzate un gorgogliatore per acquari, le bolle che si formano contengono aria e l’ossigeno agevola la corrosione del rame. Fatto ciò avrete ottenuto un circuito stampato con uno strato di vernice, asportate dunque tutta la vernice o con un solvente tipo acetone per smalti o ripetere l’esposizione UV e bagno con soda caustica, acquistando un prodotto chimico chiamato stagno liquido, immergete la basetta in una vaschetta con la soluzione e dopo circa 30 minuti uno strato di stagno si depositerà sul rame, possiamo però adottare un metodo più semplice per depositare lo stagno sul rame, disponendo di una basetta ramata non vergine, andremo a sgrassare la stessa ed eventualmente carteggiare con carta abrasiva tipo 1000 o utilizzando un prodotto chiamato sidol, con l’ausilio di un alimentatore regolabile impostate la tensione a circa 2 o 3 Volt, preparate in un bicchiere una soluzione di aceto bianco con circa un cucchiaino di sale, mescolate la soluzione, preparate un pannetto con all’interno dello stagno senza piombo, collegate lo stango al positivo dell’alimentatore ed il negativo alla basetta, poi immergete il pano nella soluzione aceto-sale e passatela sul rame, vedrete che lo stagno si trasforma in cloruro stannoso riducendo il rame in stagno, strofinate fino a ricoprire tutta la superficie ramata, lavate in acqua fredda e sapone delicato, asciugate la basetta e applicate una strato di dry-film e procedete con tutte le fasi necessarie. Questa operazione rende facile le saldature ed evita l’ossidazione del rame.

ARGENTARE LE PISTE

Con un dry film (pellicola fotosensibile) che potreste acquistare su AMAZON, fate aderire una parte della pellicola sulla pcb e con l’ausilio di un plastificatrice fissate la pellicola in modo permanente, vi sono diversi tutorial che spiegano come fare ma basta sapere questo, partendo da un angolo con due lembi di nastro adesivo asportate un rivestimento che copre la vernice secca, la parte scoperta deve aderire al rame, applicate una pressione con una racla o un batuffolo di cotone facendo aderire tutta la vernice, ricordate di non lasciare bolle d’aria, dopo aver fissato a caldo la vernice raffreddatela con acqua corrente, stampate sul foglio di acetato la parte solder masck e vedrete che verranno stampate solo le piazzole senza piste, effettuate nuovamente l’esposizione UV e lo sviluppo in soda caustica, questa operazione vi consente di applicare uno strato protettivo al circuito lasciando esposte solo le parti delle saldature, con l’acquisto di un prodotto chiamato argento liquido, versatene una piccola quantità sulla scheda, frizionando prima in modo rettilineo e poi circolare, andrete ad argentare le piazzole, sempre per rendere la brasatura più fluida e migliorarne la conducibilità.

LE SERIGRAFIE

Chiamarle serigrafie è sbagliato lo ammetto, ma ho volutamente fatto riferimento a questa tecnica per rendere meglio l’idea, utilizzando la tecnica per il solder masck, applicando il dry-film sulla superfice non conduttiva, con un master dedicato applicate le grafiche al vostro circuito, niente male no? Ricordate solo che il Dry-Film è una vernice positiva, per tale motivo la luce UV polimerizza dove colpisce, per cui dovrete stampare in negativo, questo è vero per tutte le fasi in cui utilizzerete questa tecnica.

CONCLUSIONI

Con questo articolo ho cercato di trasmettere la mia esperienza nella realizzazione dei pcb professionali e durevoli, nel prossimo appuntamento parleremo dei circuiti stampati a doppia faccia, lo anticipo già non è una cosa facile e richiede non solo una certa attrezzatura ma anche una buona abilità oltre a disporre di un laboratorio areato, per piccole quantità consiglio di affidarsi ai siti che realizzano pcb a costi contenuti, ovviamente per i prototipi la cosa è diversa, ma una volta appurato che il prototipo è funzionate optate per la produzione in serie con le aziende del settore, o potreste richiedere un preventivo al seguente indirizzo e_mail: htsdpm@yahoo.it .

Vi ringrazio per il tempo dedicato alla lettura di questo articolo auspicando di aver fatto cosa gradita.