Come fare PCB a casa

Per qualsiasi appassionato di elettronica, realizzare PCB per un progetto elettronico può essere molto divertente. Un circuito stampato o PCB non solo aiuta a costruire progetti di circuiti compatti, ma garantisce anche il funzionamento del circuito a prova di guasto e più accurato.

In questo post impariamo in modo completo un processo graduale per realizzare piccoli PCB fai-da-te a casa con il minimo sforzo e la massima precisione.

Procedure graduali fai da te

Fondamentalmente comporta i seguenti passaggi cruciali:

1. Taglio del laminato rivestito di rame nelle dimensioni adeguate.
2. Punzonatura di rientranze per praticare fori per i cavi dei componenti, come da schema.
3. Disegnare blocchi attorno alle rientranze con vernice etch resist e collegare i pad attraverso le tracce utilizzando vernice etch resist.
4. Immergere il pannello verniciato in una soluzione di cloruro ferrico, fino a quando la sostanza chimica consuma il rame esposto, lasciando intatte le sezioni di layout dipinte.
5. Asciugare la tavola e strofinare via la vernice etch resist dalle tracce e dai pad.
6. Esecuzione di fori sulle rientranze.
7. Lucidare la tavola finita con carta smeriglio fine.
8. Utilizzando il PCB pronto per l'assemblaggio e la saldatura delle parti.

Ora discutiamo i passaggi precedenti in dettaglio. Il primo passo nella produzione di PCB sarebbe acquisire le risorse e gli articoli essenziali. Ci concentreremo su tutte quelle cose che sono fondamentali.

Materiali necessari per la produzione di PCB

Per avviare il processo raccoglieremo prima tutti gli ingredienti oi materiali vitali necessari per la produzione di PCB. Le seguenti cose fondamentali saranno necessarie per la produzione

• Laminato rivestito in rame
• Soluzione di cloruro ferrico
• Etch Resist Chemical o vernice.
• Pennello o penna per pittura
• Contenitore per incisione del PCB
• Trapano e punta da trapano.
• Etchant Remover
• Spugna abrasiva, carta da cucina

Rivestito in rame Laminato

L'elemento più semplice sarà il rivestimento in rame per realizzare il circuito stampato da solo, e ne troverai una varietà.

Il materiale di base (isolante) è generalmente in fibra di vetro o SRBP (foglio di carta resinata) e quest'ultimo è solitamente l'opzione più economica.

Tuttavia, la fibra di vetro è diventata ampiamente utilizzata sia dai consumatori commerciali che da quelli ricreativi poiché è dotata di un paio di aspetti positivi.

Il primo è fondamentalmente che è più resistente e per questo motivo meno suscettibile a flessioni e rotture rispetto a SRBP. La maggiore durata è inoltre molto utile per le schede che supportano parti pesanti, ad esempio i trasformatori.

Un ulteriore vantaggio è che la fibra di vetro è traslucida e quindi in genere ci consente di visualizzare i percorsi del rame attraverso l'area superiore (componente) della scheda, il che è spesso utile durante l'esame e la ricerca di guasti.

Detto questo, lo standard delle schede SRBP è più che soddisfacente per molti requisiti. Le campagne di marketing di solito fanno riferimento al cartone come 1 mm, 1,6 mm, ecc., E questo in realtà si riferisce allo spessore del materiale di base.

Spessore della tavola

Naturalmente le schede più spesse (da circa 1,6 a 2 mm) tendono ad essere più robuste rispetto ai modelli più sottili (circa 1 mm), tuttavia le schede di qualità più pesanti sono cruciali solo per PCB di grandi dimensioni o dove probabilmente saranno installate parti pesanti sulla scheda.

Per la maggior parte delle applicazioni lo spessore del pannello è in realtà di scarsa importanza.

Occasionalmente il pannello laminato di rame sarà probabilmente scelto come qualità da un'oncia, o forse due once, che appartiene al peso del rame su un piede quadrato di cartone.

La maggior parte dei circuiti gestisce solo correnti piuttosto basse e bordo normale di un'oncia è praticamente tutto ciò che serve. In realtà un'oncia è spesso soddisfacente anche per circuiti che implicano correnti formidabili.

La vernice Etch Resist

Il metodo fondamentale con cui viene prodotto un circuito stampato è solitamente quello di coprire le regioni di rame che sono necessarie sulla scheda completata attraverso un etch resist, e successivamente immergere la scheda in mordenzante che porta via le regioni indesiderate (scoperte) di rame .

L'incisione resistente viene successivamente tolta per esporre le piste e le piazzole di rame.

Qualunque vernice che sia in grado di mantenere il mordenzante lontano dalla disposizione del rame durante il processo di incisione può essere impiegata come resist.

Personalmente preferisco usare smalti per unghie o smalti per unghie, qualsiasi marca economica può essere utilizzata e funzionerà alla grande come resistenza all'acqua.

Proprietà di Etch Resist

Professionalmente, probabilmente le resistenze più utilizzate sono le vernici e gli inchiostri impermeabili. Le varietà solubili in acqua non sono assolutamente adatte allo scopo semplicemente perché si dissolvono e si lavano via nella soluzione di incisione.

Una vernice o un inchiostro che si asciuga rapidamente è più vantaggioso perché elimina la necessità di aspettare a lungo prima che il cartone possa essere inciso.

Anche i modelli di circuito stampato più elementari sembrano avere una grande quantità di sottili piste di rame all'interno di un'area relativamente compatta del pannello oggigiorno, e diventa necessario un pennello capace di creare linee estremamente sottili.

Disegnare il tracciato

Una soluzione semplice sarebbe quella di utilizzare una penna con punta in fibra logora alla maniera del pennello, che può aiutare a sviluppare risultati finali eccezionali anche se potrebbe non sembrare un mezzo abbastanza squisito per risolvere il problema. Un modo più semplice per implementare il resist è utilizzare una delle penne etch resist disponibili in commercio che possono essere facilmente acquistate da qualsiasi rivenditore di parti elettroniche.

Qualsiasi tipo di penna che utilizzi un inchiostro a base di spirito e una punta acuminata dovrebbe essere utilizzabile con questa applicazione. Nel caso in cui non si sia sicuri dell'adeguatezza di una penna, è possibile estrarre facilmente alcune tracce su una lastra laminata di rame scartata, quindi incidere la lavagna per verificare se l'inchiostro mantiene correttamente l'agente di attacco.

Un ulteriore tipo di resistenza sono i trasferimenti resistenti all'incisione all'abrasione che sono disponibili da diversi commercianti di componenti e che spesso possono fornire risultati veramente eccezionali e specializzati, come dimostrato nell'esempio seguente.

In realtà potresti scoprire che ci sono molte sostanze chimiche che possono essere applicate come mordenzante, ma la maggior parte di queste sono pericolose per un motivo o per l'altro e probabilmente non sono adatte alle schede progettate in casa.

The Etchant

Il mordenzante è una sostanza chimica che reagisce con l'area di rame esposta del laminato di rame e la scompone dal pannello. Viene utilizzato per togliere le regioni di rame sulla scheda che non sono verniciate dall'etch resist e le aree che non contribuiscono ai tracciati e alle piazzole.

Il mordenzante tipicamente impiegato per le schede sviluppate in casa è il cloruro ferrico e, sebbene questo sia meno pericoloso rispetto alla maggior parte delle scelte, è comunque una sostanza chimica che deve essere implementata con cautela.

Questo dovrebbe quindi essere sempre risciacquato rapidamente con acqua corrente nel caso in cui si versi sulla pelle. Assicurati di non conservare il cloruro ferrico in contenitori metallici, poiché questa sostanza chimica è reattiva ai metalli e rende il metallo poroso e causa perdite.

Poiché il cloruro ferrico è tossico (e nel corso di molti usi si trasforma progressivamente in cloruro di rame anch'esso estremamente velenoso) deve ovviamente essere conservato lontano da generi alimentari, utensili ecc.

Tipi di cloruro ferrico

Il cloruro ferrico può essere ottenuto in una gamma di forme diverse. Probabilmente il tipo più pratico da avere è una soluzione pronta per l'uso della sostanza chimica. Molti fornitori di componenti lo commercializzano in tale forma liquida tipicamente in contenitori da 250 ml e in forma concentrata.

È necessario diluirlo un po 'prima dell'uso, secondo le linee guida fornite sulla bottiglia. Potrebbe non richiedere una grande quantità di diluizione e una bottiglia da 250 ml normalmente consente solo 500 ml o un litro dopo averla diluita con acqua.

Alcune aziende possono fornire il cloruro ferrico come cristalli, noto anche come 'Ferric Chloride Rock' a volte. Questa etichetta è molto adatta poiché in questa forma sembra certamente pezzi di roccia gialla piuttosto che piccoli bei cristalli, che sono praticamente solidi come una roccia.

In questo tipo il cloruro ferrico è normalmente disponibile in confezioni da 500 g, sufficiente per generare un litro di soluzione di attacco.

Puoi anche ottenerlo in confezioni più grandi, ma poiché 500 g sono sufficienti per incidere un numero davvero elevato di schede di dimensioni regolari e possono facilmente sopravvivere anche a un diligente costruttore per un tempo molto lungo, molto probabilmente non è gratificante diventare più grandi di una confezione da 500 g.

Come creare una soluzione di cloruro ferrico

In condizioni cristalline, il cloruro ferrico non si dissolverà facilmente, in particolare, tuttavia, quando viene agitato costantemente, prima o poi potrebbe rompersi completamente e con una miscelazione costante può sciogliersi abbastanza rapidamente.

Ultimo ma non meno importante, il cloruro ferrico può essere acquisito in forma anidra, il che significa fondamentalmente che è un vero cloruro ferrico praticamente senza materiale acquoso. Possiederà un leggero grado di acqua nella sua forma cristallina come parte.

Ciò che effettivamente causa questo tipo di cloruro ferrico così difficile da lavorare è l'effetto di riscaldamento che si genera quando viene miscelato con l'acqua. Anche se si inizia con l'acqua raffreddata, può rapidamente diventare piuttosto calda fino a un livello in cui il contenitore diventa molto caldo al tatto, con il pericolo di sciogliersi per i contenitori di plastica.

Un'altra preoccupazione è quella di avere la sostanza chimica per dissolversi adeguatamente e creare una formulazione decente di incisione. Per qualsiasi motivo potresti trovarti a finire con una grande quantità di sostanza chimica che non si decomporrà mai, e anche una soluzione che appare come il cloruro ferrico ma ha pochissimo o nessun potenziale di incisione.

Ecco perché deve essere utilizzata acqua fresca (idealmente refrigerata o con ghiaccio). È inoltre possibile che ci sia una piccola quantità di sostanza chimica che non si scioglie, che può essere filtrata dal liquido o, poiché non sembra ostacolare l'incisione, potrebbe semplicemente essere lasciata nella soluzione.

Dimensione punta da trapano

Il prossimo ingrediente importante per la produzione di PCB a casa è la punta del trapano, necessaria per praticare i fori sul PCB per i cavi dei componenti.

Il diametro tipico per i fori dei componenti è di 1 mm, sebbene un numero di componenti come resistori preimpostati, grandi condensatori elettrolitici, ecc. Richiedano un diametro leggermente maggiore. Un diametro del foro di circa 1,4 mm è appropriato per questo tipo di componenti.

In genere, si consiglia di utilizzare un diametro inferiore a 1 mm per i semiconduttori e una serie di altri componenti con conduttori più sottili. 0,7 mm o 0,8 mm sembrano essere un diametro accettabile per questi componenti.

Nel caso in cui tu abbia accesso a punte da trapano di alta qualità, devono essere piuttosto resistenti.

Tuttavia, punte da trapano di diametro compreso tra 0,7 mm e 1,4 mm possono essere piuttosto deboli e devono essere maneggiate con relativa attenzione.

Se vengono mantenuti con una pressione verticale diritta verso il basso può andare bene, ma se l'orientamento non viene mantenuto ad angolo retto rispetto alla tavola non verrà creato un foro appropriato, il che è del tutto possibile che la punta del trapano si spezzi in due.

Per questo motivo è necessario prestare attenzione realistica durante la perforazione di fori utilizzando tali punte e preferibilmente la macchina deve essere utilizzata con un supporto regolabile come mostrato di seguito.

Finora abbiamo discusso le cose chiave che sono necessarie durante la realizzazione di un circuito stampato, e potrebbero esserci altre probabilità e fini che potrebbero essere essenziali.

Questi sono in genere oggetti domestici di base, tuttavia, e saranno svelati man mano che avanzeremo nel corso dell'azione dell'incisione. Troverai molti metodi diversi per la produzione di un circuito stampato.

Nonostante il fatto che tutti siano fondamentalmente identici e le differenze maggiori sono solo la sequenza attraverso la quale vengono eseguite le diverse misure lungo il percorso.

Inizieremo quindi prendendo in considerazione un approccio alla produzione di una scheda, dopo di che verranno spiegate un paio di tecniche alternative.

Guida introduttiva alla produzione di PCB

Il primo passo sarebbe controllare con il libro o la rivista dove viene presentato il circuito stampato per ottenere le giuste dimensioni della scheda.

In genere potresti avere un file schema del circuito, un diagramma di sovrapposizione dei componenti e il modello di traccia del circuito stampato riprodotto nelle dimensioni reali, come indicato rispettivamente nelle 3 figure seguenti.

La dimensione del circuito stampato dovrebbe essere disponibile nel testo o nello schema, tuttavia in molti casi sarà necessario considerare le proporzioni attraverso il modello di binario in rame di dimensioni reali.

Segnare il confine della scheda finalizzata sul lato rame della scheda laminata, quindi tirare un ulteriore set di linee di circa 2 mm circa sul lato esterno del contrassegno precedente.

Tagliando con cautela tra questi contorni dovresti essere in grado di generare una sezione di tavola con una precisione decente e bordi diritti con problemi minimi.

I lati del pannello possono essere levigati usando una piccola lima piatta e con un pannello in fibra di vetro che elimina le estremità abrasive che possono essere indesiderabili.

Essere consapevoli del fatto che i segni dovrebbero essere fatti sul lato di rame della tavola e segati dallo stesso lato per evitare che il rame si stacchi durante il taglio della tavola. Assicurati quindi di tagliare o forare la tavola sempre dal lato rame e non dal lato laminato

Il passo successivo sarebbe disegnare le posizioni dei fori per i componenti e, ove opportuno, i fori di montaggio per il montaggio della scheda.

Il metodo rapido per ottenere ciò è bloccare il disegno schematico sulla scheda sulla pista di rame, allineando accuratamente il disegno e i bordi della scheda.

Quindi, con un bradawl o uno strumento appuntito simile, segnare con cura e precisione lo schema sul pannello perforando piccole rientranze nel rame.

Non è necessariamente essenziale contrassegnare la tavola perforando con uno strumento appuntito, e un modo alternativo è semplicemente allineare e attaccare il disegno alla tavola usando del nastro per violoncello, quindi perforare il disegno che ora funge da marcatore di perforazione.

Dipingere le tracce con Etch Resist

Dopo che la tavola è stata tagliata a misura e tutti i fori sono stati trapanati, il compito successivo è dipingere la tavola con il etch resist. Questo fondamentalmente comporta la pulizia della tavola il più ampiamente possibile.

Blocchi speciali per la pulizia possono essere ottenuti dal mercato e questi apparentemente funzionano abbastanza bene. I pannelli in laminato di rame possono generalmente mostrare un po 'di ossido e corrosione sulla superficie del rame, ed è molto importante rimuoverlo, altrimenti questo potrebbe impedire che il pannello venga inciso correttamente.

Pertanto, si consiglia di utilizzare un detergente ragionevolmente potente che eliminerà perfettamente tutto l'ossido, lo sporco e la corrosione dalla superficie del rame.

Dopo che la tavola è stata lavata in modo completo e lo strato di rame sembra luccicare dappertutto, sciacquare la tavola sotto l'acqua calda per eliminare ogni residuo di detergente o ingrediente oleoso. A questo punto fare attenzione a non toccare la superficie in rame, che altrimenti potrebbe causare impronte di grasso e rallentare il processo di incisione.

Quindi, prendi la vernice etch resist per tirare le pastiglie di rame attorno ai fori praticati per i cavi dei componenti.

Dopo che i pad sono stati disegnati con etch resist, è il momento di dipingere le tracce di rame in modo che colleghino i pad secondo il progetto del circuito. Assicurati sempre di tenere le mani lontane dalla superficie in rame mentre lo fai. Inizia dalla scacchiera un bordo e procedi sistematicamente verso l'altro bordo, invece di farlo in modo casuale (il che potrebbe causare errori)

Per progetti PCB complessi

Diversi progetti contemporanei di circuiti stampati possono essere estremamente sofisticati e difficili da replicare.

Durante la progettazione di una tavola di questo tipo si consiglia di lavorare con una penna per circuiti stampati (o un'alternativa appropriata) con un pennino ancora più sottile. In luoghi che possono avere molti binari paralleli stretti e fitti, è necessario utilizzare un righello per tracciare linee rette sottili.

Se vedi le tracce o le pastiglie fondersi tra loro, attendi che il resist si asciughi e poi usa una bussola o un'altra punta acuminata per grattare via il resist sovrapposto in eccesso.

Non appena il resist si è asciugato e il PCB è stato ispezionato, il compito successivo è quello di immergere la scheda nella soluzione di attacco fino a quando tutto il rame esposto è stato rimosso.

Come avviene l'incisione su PCB

Essenzialmente ciò che accade nel corso dell'attacco è che il rame prende il posto del ferro nel cloruro ferrico per formare cloruro di rame, mentre il ferro precipita.

All'inizio il processo di incisione avviene abbastanza velocemente e potrebbe richiedere solo pochi minuti, ma poiché il cloruro ferrico si trasforma progressivamente in cloruro di rame l'azione di incisione diventa progressivamente lenta, e dopo che diverse tavole sono state incise si può osservare che il tempo di incisione è piuttosto prolungato o non realizzato affatto.

In tal caso il mordenzante dovrà essere sostituito con un nuovo lotto di soluzione di cloruro ferrico. Come noterai che il cloruro ferrico ha un colore rosso-giallo mentre il cloruro di rame è di colore blu, quindi quando troverai la soluzione di incisione che lentamente diventa più verdastra, indicherà che la sostanza chimica si sta avvicinando alla fine della sua vita lavorativa.

Mentre si incide la scheda a casa in un piatto piccolo, assicurarsi che il lato di rame della scheda sia rivolto verso l'alto e il processo viene eseguito in un piatto non metallico di dimensioni adeguate.

Potresti voler aggiungere una copertina decente in cima e rimuovere periodicamente la copertina per controllare il risultato fino al termine dell'incisione. Un problema principale con questo metodo è che uno strato di cloruro di ferro e rame tende a svilupparsi sulla parte superiore del pannello, il che può prolungare significativamente il tempo di incisione. Ciò può essere contrastato facendo oscillare attentamente il piatto di tanto in tanto per spostare questo strato in modo che l'attacco acceleri.

Utilizzo di contenitori speciali per incisione

In realtà potresti trovare piuttosto facile impostare un contenitore per abilitare il PCB vicino a una posizione verticale con il lato in rame della scheda rivolto verso il basso.

In questa situazione il processo di incisione avviene molto velocemente poiché il precipitato di ferro non è in grado di sviluppare uno strato e tende a cadere verso il basso allontanandosi dalla tavola. Ciò garantisce che l'incisione non sia ostacolata. Tuttavia, l'agitazione periodica della tavola e del mordenzante può aiutare ad eliminare qualsiasi piccolo rivestimento di soppressione che potrebbe svilupparsi, consentendo un'incisione ancora più rapida.

La figura sopra mostra alcune semplici opzioni per farlo. Nella figura (a) viene impiegato un piatto curvo che assicura che la tavola sia mantenuta in posizione attraverso i quattro angoli e non venga a contatto con il piatto in nessun altro punto.

La tecnica ha dimostrato in (b) una buona scelta per PCB più grandi che possono richiedere un piatto piuttosto grande per consentire la procedura. Il contenitore deve essere abbastanza grande, qualcosa di simile a un classico barattolo di caffè istantaneo funzionerebbe.

Sarà probabilmente necessaria una grande quantità di mordenzante per riempire praticamente il barattolo. All'inizio potrebbe sembrare un po 'costoso, tuttavia il mordenzante durerà sicuramente più tempo rispetto a una quantità minore.

In alternativa, una quantità minore di mordenzante può essere diluita con una maggiore quantità di acqua, ma ciò potrebbe rallentare notevolmente l'attacco e non è consigliabile.

Per tavole sostanzialmente grandi l'unico metodo funzionale di incisione della tavola potrebbe essere quella di impiegare un piatto piatto grande (come un piatto fotografico) con il lato di rame rivolto verso l'alto. Una frequente agitazione può essere abituata ad accelerare il tempo di incisione.

L'incisione si vedrà accadere più velocemente nelle aree in cui ci sono regioni più piccole di rame aperto e richiederà molto più tempo nelle aree del pannello dove ci sono aree relativamente più ampie di rame aperto. L'incisione avviene anche più rapidamente attorno ai perimetri della tavola.

Un metodo che di solito funziona in modo più efficace ed è in genere molto più semplice nella pratica è mostrato sopra. Qui un paio di bacchette di legno o di plastica vengono posate per tutta la lunghezza del piatto, sui lati opposti. Questi sono relativamente più lunghi del piatto per consentire loro di riposare sopra. La tavola viene quindi appesa alle aste supportate su un paio di pezzi di filo, uno a ciascuna estremità della tavola.

Nella figura viene mostrato un solo filo per una migliore comprensione. Se viene utilizzato filo di rame, assicurarsi che sia un filo di rame super smaltato avente uno spessore di 18 SWG. I fili vengono fissati alle aste semplicemente ruotando le estremità attorno al diametro dell'asta una o due volte.

Dopo che l'acquaforte è finita

Quando l'incisione sembra essere completa, è necessario esaminare a fondo la scheda per assicurarsi che non siano rimaste sacche di rame aperto e cercare parti della scheda in cui le piste di rame e le piazzole sono disegnate da vicino (ad esempio raggruppamenti di piazzole IC) .

Dopo aver verificato che l'incisione è completamente completata, mantenere la tavola verticalmente sopra la soluzione per incisione per alcuni istanti per consentire al mordenzante gocciolante di sfuggire alla tavola, quindi pulire la tavola usando un pezzo di carta velina o uno straccio.

Per inciso, questa è una saggia decisione di mantenere un pezzo di carta da cucina nelle vicinanze durante il processo di incisione per garantire che i resti della soluzione di incisione possano essere puliti dalle pinzette o dai guanti ogni volta che è necessario. La tavola deve essere poi lavata accuratamente in acqua per lavare via ogni traccia residua di soluzione di incisione.

Rimozione della resistenza

Infine alla fine va eliminata la resistenza che aderisce al rame, che altrimenti potrebbe ostacolare seriamente il processo di saldatura sulle piazzole di rame. Puoi acquistare qualsiasi dispositivo di rimozione della resistenza standard, e questo può essere sotto forma di uno spirito leggero che distruggerà la maggior parte delle vernici e degli inchiostri.

Può anche essere possibile ottenere blocchi di lucidatura per circuiti stampati che siano altrettanto adatti per la pulizia del resist. Una tecnica in più consiste nel provare ad usare una spugnetta o una polvere abrasiva, e questa è fondamentalmente tra le attività più semplici della produzione di circuiti stampati che non dovrebbero certo presentare alcun tipo di sfida.

Per consentire l'assemblaggio finale dei componenti sul PCB pronto con una saldatura perfetta e assolutamente senza giunti 'a secco', le piste e le piazzole in rame devono essere lucidate fino a ottenere una finitura lucida prima che la saldatura dei componenti possa essere effettivamente iniziata.

A voi

Come spiegato sopra, apparentemente creare PCB a casa sembra piuttosto semplice, ed è solo questione di poche ore per creare PCB di qualità professionale eccezionali utilizzando materiali fai-da-te già pronti dal mercato. Detto questo, il processo può richiedere una certa cautela e precisione per ottenere i risultati desiderati, in modo che il progetto del circuito previsto venga portato a termine con successo.

Se hai qualche dubbio sull'argomento, faccelo ora passare attraverso i commenti qui sotto, saremo molto felici di aiutarti!