Com fer PCB a casa

Per a qualsevol entusiasta de l'electrònica fabricar PCB per a un projecte electrònic pot ser molt divertit. Una placa de circuit imprès o PCB no només ajuda a construir projectes de circuits compactes, sinó que també garanteix el funcionament del circuit a prova de fallades i més precís.

En aquest post aprenem de forma exhaustiva un procés de fabricació de petits PCB de bricolatge a casa mitjançant un esforç mínim i la màxima precisió.

Bricolatge Procediments pas a pas

Bàsicament implica els següents passos crucials:

1. Tallar el laminat revestit de coure a la mida adequada.
2. Punxades de perforació per perforar forats per als cables de components, segons l'esquema.
3. Dibuixar coixinets al voltant dels sagnats amb pintura resistent a l'aiguafort i enllaçar els coixins a través de pistes mitjançant pintura resistent a l'aiguafort.
4. Immergint el tauler pintat en una solució de clorur fèrric, fins que el producte químic mengi el coure exposat, deixant intactes els trams de disposició pintats.
5. Assecar el tauler i fregar l’aiguafort resisteix la pintura de les pistes i els coixinets.
6. Forant forats a les sagnies.
7. Polir el tauler acabat amb paper esmerilat fi.
8. Utilització del PCB preparat per al muntatge i soldadura de les peces.

Ara analitzem els detalls dels passos anteriors. El primer pas en la producció de PCB seria adquirir els recursos i articles essencials. Ens centrarem en totes aquelles coses que són fonamentals.

Materials necessaris per fabricar PCB

Per iniciar el procés, primer reunirem tots els ingredients o materials vitals necessaris per a la fabricació de PCB. Es necessitaran les següents coses fonamentals per a la producció

• Laminat revestit de coure
• Solució de clorur fèrric
• Resistència al gravat químic o pintura.
• Pinzell o llapis
• Recipient per gravar el PCB
• Màquina de perforar i broca.
• Eliminador d’etchant
• Fregadera, paper de cuina

Cobert de coure Laminat

L’element més bàsic serà el revestiment de coure per fabricar la placa de circuit imprès sola, i en trobareu una gran varietat.

Les coses bàsiques (aïllants) solen ser de fibra de vidre o SRBP (paper enganxinat amb resina de fulls), i aquest últim sol ser l’opció més assequible.

No obstant això, la fibra de vidre s'ha convertit en l'ús més utilitzat tant per a consumidors comercials com recreatius, ja que està equipada amb un parell d'aspectes positius.

La primera és bàsicament que és més dura i, per aquest motiu, menys susceptible a la flexió i al trencament que la SRBP. La durabilitat millorada és també molt útil per a taulers que suporten peces pesades, per exemple transformadors.

Un avantatge addicional és que la fibra de vidre és translúcida i, per tant, normalment ens permet veure els camins de coure a través de la zona superior (component) de la placa, que sovint val la pena en examinar-los i localitzar-los.

Dit això, l'estàndard de les plaques SRBP és més que satisfactori per a molts requisits. Les campanyes de màrqueting solen fer referència al tauler com a 1 mm, 1,6 mm, etc., i en realitat es refereix al gruix del material base.

Gruix del tauler

Naturalment, les taules més gruixudes (aproximadament d’1,6 a 2 mm) tendeixen a ser més robustes en comparació amb els models més prims (d’1 mm), tot i que les taules de major qualitat només són crucials per a PCB grans o on probablement s’instal·laran parts pesades al tauler.

Per a la majoria d'aplicacions, el gruix del tauler és en realitat de poca conseqüència.

De tant en tant, el tauler laminat de coure probablement serà escollit com a qualitat d’una unça, o possiblement de dues unces, que correspon al pes del coure en un peu quadrat de tauler.

La majoria dels circuits només tenen corrents força baixos i tauler regular d’una unça és gairebé tot el necessari. En realitat, un tauler d'unces és sovint satisfactori fins i tot en circuits amb corrents formidables.

La pintura Etch Resist

El mètode fonamental mitjançant el qual es fabrica una placa de circuit imprès sol cobrir les regions de coure necessàries a la placa completada mitjançant una resistència de gravat i, després, submergeix la placa amb un aspecte que elimina les regions de coure no desitjades (descobertes) .

Posteriorment, la resistència a l'aiguafort es treu per exposar les pistes i coixinets de coure.

Qualsevol pintura que sigui capaç de mantenir allunyat el colorant del disseny de coure durant el procés de gravat es pot utilitzar com a resistent.

Personalment prefereixo utilitzar esmalts d'ungles o esmalt d'ungles, es pot utilitzar qualsevol marca barata i funcionarà molt bé com a resistent al gravat.

Propietats de Etch Resist

Professionalment, probablement les resistències més utilitzades siguin les tintes i les pintures impermeables. Les varietats solubles en aigua definitivament no són adequades per al propòsit simplement perquè es dissolen i es renten amb la solució de gravat.

Una pintura o tinta que s’asseca ràpidament és més avantatjosa perquè elimina la necessitat d’esperar molt de temps abans de poder gravar el tauler.

Fins i tot els patrons de circuits impresos més bàsics semblen tenir una gran quantitat de pistes de coure primes dins d'una àrea de placa relativament compacta, i es fa necessari un pinzell competent per crear línies extremadament fines.

Dibuix del disseny de la pista

Una solució senzilla seria utilitzar un bolígraf de fibra desgastat de manera pinzell, que pot ajudar a obtenir resultats finals excepcionals, tot i que pot no semblar un mitjà exquisit per solucionar el problema. Una manera més senzilla d'implementar la resistència és utilitzar un dels bolígrafs de resistència etch disponibles al comerç que es poden comprar fàcilment a qualsevol distribuïdor de peces electròniques.

Qualsevol tipus de bolígraf que faci servir una tinta espiritual i una punta nítida hauria de ser viable amb aquesta aplicació. En cas que no tingueu dubtes sobre la idoneïtat d’un bolígraf, podeu treure’n algunes traces fàcilment sobre un tauler laminat de coure rebutjat i gravar el tauler per comprovar si la tinta manté l’encant correctament.

Un tipus addicional de resistència són els transferències resistents a l'aiguafort que estan disponibles a diversos comerciants de components i que sovint poden proporcionar resultats realment excel·lents i especialitzats, tal com es demostra a l'exemple següent.

De fet, és possible que trobeu que hi ha molts productes químics que es poden aplicar com a producte addicional, però la majoria són perillosos per alguna raó o altra i no són adequats per a taulers dissenyats per a la llar.

L’Etchant

La substància química és una substància química que reacciona amb la zona de coure exposada del laminat de coure i la desglossa del tauler. S'utilitza per treure les regions de coure del tauler que no estan pintades per la resistència a l'aiguafort i les zones que no contribueixen a la distribució de les vies ni als coixinets.

El producte especial que s’utilitza habitualment per a taulers desenvolupats a casa és el clorur fèrric i, tot i que és menys perillós en comparació amb la majoria de les opcions, no obstant això, és un producte químic que s’ha d’implementar amb precaució.

Per tant, sempre s’ha d’esbandir ràpidament amb aigua corrent de l’aixeta per si vesseu alguna cosa a la pell. Assegureu-vos de no emmagatzemar clorur fèrric en recipients metàl·lics, ja que aquest producte químic és reactiu als metalls i fa que el metall sigui porós i provoqui fuites.

Com que el clorur fèrric és tòxic (i en el transcurs de molts usos es transforma progressivament en clorur de coure, que també és extremadament verinós), òbviament s’ha d’emmagatzemar lluny d’aliments i estris, etc.

Tipus de clorur fèrric

El clorur fèrric es pot obtenir en diverses formes. Probablement, el tipus més útil que tingueu és una solució preparada per utilitzar la substància química. Molts proveïdors de components el comercialitzen en forma tan líquida, normalment en envasos de 250 ml i en forma concentrada.

Cal diluir-lo una mica abans d’utilitzar-lo, segons la pauta indicada a l’ampolla. És possible que no requereixi una gran dilució, i una ampolla de 250 ml normalment permet només 500 ml o un litre després de diluir-la amb aigua.

Algunes empreses poden proporcionar el clorur fèrric com a cristalls, també coneguts de vegades com a 'roca de clorur fèrric'. Aquesta etiqueta és molt adequada, ja que en aquesta forma certament sembla trossos de roca groga més que petits cristalls simples, que són pràcticament sòlids.

En aquest tipus, el clorur fèrric està disponible normalment en paquets de 500 g, que són suficients per generar un litre de solució de gravat.

També podeu obtenir-ho en paquets més grans, però atès que 500 gm són suficients per gravar un gran nombre de taulers de mida normal i poden sobreviure fàcilment fins i tot a un constructor diligent durant molt de temps, és molt probable que no sigui gratificant aconseguir un paquet de més de 500 gm.

Com es crea una solució de clorur fèrric

En condicions cristal·lines, el clorur fèrric no es dissolrà fàcilment, però, quan es remou constantment, tard o d’hora es pot trencar completament i, amb una mescla constant, es pot fondre bastant ràpidament.

Per últim, però no menys important, el clorur fèrric es pot adquirir en forma anhidra, cosa que significa bàsicament que es tracta de clorur fèrric genuí sense pràcticament material aquàtic. Posseirà un lleuger grau d’aigua en la seva forma cristal·lina com a apart.

El que fa que aquest tipus de clorur fèrric sigui tan difícil de treballar és l’efecte escalfador que es genera quan es barreja amb aigua. Fins i tot si es comença amb aigua refredada, pot arribar a escalfar-se ràpidament fins a un nivell en què el recipient es torna molt calent al tacte, cosa que representa un perill de fondre’s per als envasos de plàstic.

Una preocupació més és la de tenir el producte químic per dissoldre adequadament i crear una formulació de gravat decent. Per qualsevol motiu, us podeu trobar amb una gran quantitat de productes químics que mai es descomponen, i també amb una solució que apareix com a clorur fèrric, però que té molt poc potencial de gravat.

És per això que s’ha d’utilitzar aigua freda (idealment refrigerada o amb gel). A més, és possible que hi hagi una petita quantitat de productes químics que no es fonguin, que es pot filtrar del líquid o, com que no sembla que impedeixi el gravat, es podria deixar simplement a la solució.

Mida de la broca

El següent ingredient important per a la fabricació de PCB a casa és la broca, que és necessària per perforar forats al PCB per als cables de components.

El diàmetre típic dels forats de conductors dels components és d’1 mm, tot i que diversos components, com ara resistències preestablertes, condensadors electrolítics grans, etc. exigeixen un diàmetre una mica més gran. Un diàmetre de forat d’uns 1,4 mm és adequat per a aquest tipus de components.

Normalment, es recomana utilitzar un diàmetre inferior a 1 mm per a semiconductors i altres components que tinguin cables més prims. 0,7 mm o 0,8 mm semblen un diàmetre acceptable per a aquests components.

En cas que tingueu accés a broques d’alta qualitat, han de ser força resistents.

No obstant això, les broques d’uns 0,7 mm a 1,4 mm de diàmetre poden ser força febles i s’han de manipular amb relativa cura.

Si es mantenen amb pressió vertical recta cap avall, pot estar bé, però si l’orientació no es manté en angle recte amb el tauler, no es crearà un forat adequat, que és molt possible que la broca es trenqui en dos.

Per aquest motiu, heu de tenir una cura realista mentre es perforen forats amb aquestes broques i, preferiblement, la màquina s’ha d’utilitzar amb un suport ajustable tal com es mostra a continuació.

Fins ara hem debatut sobre les coses claus que són necessàries mentre es fa una placa de circuit imprès, i pot haver-hi algunes altres probabilitats i finalitats que puguin ser essencials.

Tanmateix, normalment són objectes domèstics bàsics i es revelaran a mesura que avancem amb el curs d’acció de gravat. Trobareu molts mètodes diferents per fabricar una placa de circuit imprès.

Tot i que totes són fonamentalment idèntiques i les principals diferències són només la seqüència a través de la qual es realitzen les diferents mesures al llarg del camí.

Per tant, començarem tenint en compte un enfocament de fabricació d’una placa, després del qual s’explicaran un parell de tècniques alternatives.

Introducció a la fabricació de PCB

El primer pas seria comprovar amb el llibre o la revista on es presenta el circuit imprès per obtenir les dimensions adequades del tauler.

Pot ser que en tingueu generalment esquema de circuits, un diagrama de superposició de components i el patró de la pista del circuit imprès reproduït en mida real, tal com es dóna a les 3 figures següents, respectivament.

La mida del circuit imprès hauria d’estar disponible al text o a l’esquema, però, en molts casos, caldrà tenir en compte les proporcions a través del patró de pista de coure de mida real.

Marqueu el límit del tauler finalitzat al costat de coure del tauler laminat i, a continuació, estireu un conjunt addicional de línies aproximadament 2 mm aproximadament al costat exterior del marcatge anterior.

Si es retalla amb cautela entre aquests contorns, hauria de ser capaç de generar una secció de tauler amb una precisió decent i vores rectes amb problemes mínims.

Els laterals del tauler es podrien suavitzar mitjançant una petita llima plana i amb un tauler de fibra de vidre que elimina els extrems abrasius que poden ser indesitjables.

Tingueu en compte que les marques s’han de fer al costat de coure del tauler i serrar-les des del mateix costat per evitar la pelada del coure mentre es talla el tauler. Per tant, assegureu-vos de tallar o foradar el tauler sempre des del costat de coure i no des del costat del laminat

El següent pas seria dibuixar les posicions dels forats dels components i, sempre que sigui adequat, els forats d’ajust per al muntatge de la placa.

El mètode ràpid per aconseguir-ho és fixar el dibuix esquemàtic sobre el tauler sobre la pista de coure, alineant amb precisió el dibuix i les vores del tauler.

A continuació, amb una bradawl o una eina punxeguda similar marcant acuradament i amb precisió l’esquema sobre el tauler punxant petites sagnies al coure.

No és necessàriament imprescindible marcar el tauler punxant amb una eina punxeguda, i una forma alternativa és simplement alinear i enganxar el dibuix al tauler amb cinta de violoncel i, a continuació, trepitjar el dibuix que ara actua com a marcadors de perforació.

Pintar les pistes amb Etch Resist

Després de retallar el tauler a la mida i practicar tots els forats, la següent tasca és pintar el tauler amb la resistència a l'aiguafort. Això consisteix bàsicament a netejar el tauler el més extensament possible.

Es poden obtenir blocs de neteja especials al mercat, que aparentment funcionen molt bé. Els taulers laminats de coure poden mostrar generalment una mica d’òxid i corrosió a la part superior de la superfície de coure, i és molt important eliminar-lo o bé això pot evitar que el tauler quedi gravat correctament.

Per tant, es recomana utilitzar un agent de neteja raonablement poderós que eliminarà perfectament tot l’òxid, la brutícia i la corrosió de la superfície de coure.

Després de rentar el tauler completament i la capa de coure aparegui brillant a tot arreu, esbandiu el tauler sota aigua tèbia per eliminar les restes del netejador o de l’ingredient greixós. En aquest punt, assegureu-vos de no tocar la superfície de coure, que d’una altra manera podria provocar marques greixos dels dits i alentir el procés de gravat.

A continuació, agafeu la pintura de resistència a l'aiguafort per tirar coixinets de coure pels forats perforats dels cables dels components.

Després de dibuixar els coixinets amb resistència a l'aiguafort, és hora de pintar les pistes de coure perquè enllacin les coixinetes segons el disseny del circuit. Assegureu-vos sempre de mantenir les mans allunyades de la superfície de coure mentre feu això. Comenceu des del tauler una vora i procediu sistemàticament cap a l'altra vora, en lloc de fer-ho a l'atzar (cosa que probablement pot provocar errors)

Per a dissenys complexos de PCB

Diversos dissenys de circuits impresos contemporanis poden ser molt sofisticats i difícils de replicar.

Mentre es dissenya una placa d’aquest tipus, es recomana treballar amb un llapis de resistència de circuit imprès (o una alternativa adequada) amb un punt fins i tot més fi. Als llocs que poden tenir moltes vies paral·leles estretes i ben empaquetades, heu de comptar amb l'ajuda d'una regla per permetre esbossar línies rectes fines.

Si veieu que les pistes o els coixinets es fonen entre si, espereu que la resistència s'assequi i, a continuació, feu servir un punt de brúixola o un altre punt punxegut per ratllar l'excés de resistència superposada.

Tan bon punt la resistència s’ha assecat i s’inspecciona el PCB, la següent tasca és submergir el tauler en la solució d’encant fins que, finalment, s’hagi retirat tot el coure exposat.

Com passa l’aiguafort de PCB

El que passa essencialment durant el gravat és que el coure pren el lloc del ferro en el clorur fèrric per formar clorur de coure, mentre que el ferro es precipita.

Al principi, el procés de gravat es produeix força ràpid i pot trigar uns minuts, però a mesura que el clorur fèrric es transforma progressivament en clorur de coure, l’acció de gravat es torna lent i, després de gravar diverses taules, es pot observar que el temps de gravat és perllongat o que no s’aconsegueix.

En aquest cas, haurà de substituir-se la substància per un nou lot de solució de clorur fèrric. Com notareu que el clorur fèrric té un color vermell-groc mentre que el clorur de coure és de color blau, de manera que, quan trobeu la solució de gravat lentament més verdosa, indicarà que la substància química s’acosta a la seva vida laboral.

Mentre graveu el tauler a casa en un plat petit, assegureu-vos que el costat de coure del tauler estigui cap amunt i que el procés es dugui a terme en un plat no metàl·lic de mida adequada.

És possible que vulgueu afegir una coberta decent a la part superior i traure-la periòdicament per comprovar el resultat fins que s’acabi el gravat. Un problema principal d’aquest mètode és que una capa de ferro i clorur de coure tendeix a desenvolupar-se a la part superior del tauler, cosa que pot allargar significativament el temps de gravat. Això es pot contrarestar sacsejant amb cura el plat de tant en tant per desplaçar aquesta capa de manera que l’aiguafort s’acceleri.

Ús de contenidors especials per a l'aiguafort

De fet, pot ser que sigui bastant fàcil configurar un contenidor per tal de permetre que el PCB es pugui situar verticalment amb el costat de coure del tauler cap avall.

En aquesta situació, el procés de gravat es produeix molt ràpid, ja que el precipitat de ferro no pot desenvolupar una capa i tendeix a caure cap avall del tauler. D’aquesta manera es garanteix que no es dificulti l’aiguafort. Tot i així, l’agitació periòdica del tauler i del material de gravat pot ajudar a eliminar qualsevol petit recobriment supressor que es pugui desenvolupar, cosa que permet un gravat encara més ràpid.

La figura superior mostra algunes opcions senzilles per aconseguir-ho. A la figura (a) s’utilitza un plat corbat que garanteix que el tauler es mantingui al seu lloc a través de les quatre cantonades i no entri en contacte amb el plat en cap altre punt.

La tècnica demostrada a (b) és una bona opció per a PCB més grans que poden requerir un plat força gran per habilitar el procediment. El contenidor ha de ser força important, funcionaria qualsevol cosa similar a un pot de cafè instantani clàssic.

Probablement es necessitarà una gran quantitat de matís per omplir pràcticament el pot. Això podria semblar una mica car al principi, però, segurament, l’efectiu durarà proporcionalment més temps en comparació amb una quantitat menor.

Com a alternativa, es pot diluir una menor quantitat de substància amb major quantitat d’aigua, però això pot desaccelerar considerablement l’aiguafort i no és recomanable.

Per a taulers substancialment grans, l'únic mètode funcional de gravar el tauler podria ser emprar un plat gran (com un plat fotogràfic) amb el costat de coure cap amunt. Es pot acostumar a una agitació freqüent a accelerar el temps de gravat.

L’aiguafort es veurà més ràpid a les zones on hi ha regions més petites de coure obert i trigarà molt més a les zones del tauler on hi ha zones relativament més àmplies de coure obert. L'aiguafort també es fa més ràpidament al voltant dels perímetres del tauler.

A la part superior es mostra un mètode que normalment funciona de manera més eficaç i que en la pràctica sol ser molt més fàcil. Aquí es posen un parell de barres de fusta o de plàstic per tota la longitud del plat, pels costats oposats. Són relativament més llargs que el plat per deixar-los reposar a sobre. A continuació, el tauler es penja de les barres recolzades en un parell de peces de filferro, una a cada extrem del tauler.

Només es mostra un sol cable a la figura per a una millor comprensió. Si s’utilitza fil de coure, assegureu-vos que sigui un fil de coure super esmaltat que tingui un gruix de 18 SWG. Els cables s’uneixen a les barres simplement girant els extrems al voltant del diàmetre de la barra una o dues vegades.

Un cop finalitzat el gravat

Quan el gravat sembla estar complet, heu d’examinar a fons el tauler per assegurar-vos que no quedi cap butxaca de coure obert i buscar parts del tauler on les pistes i coixinets de coure estiguin estretament dibuixats (per exemple, agrupacions de coixinets IC) .

Un cop hàgiu confirmat que el gravat s'ha completat completament, mantingueu el tauler verticalment sobre la solució de gravat durant uns instants per permetre que el formant de degoteig fugi del tauler i, a continuació, netegeu el tauler amb un tros de paper de seda o drap.

A part, es tracta d’una decisió encertada de mantenir un tros de paper de cuina a prop durant tot el procés de gravat per assegurar que les restes de la solució de gravat es puguin esborrar de les pinces o dels guants sempre que sigui necessari. El tauler s’ha de rentar acuradament amb aigua per rentar les restes finals de solució de gravat.

Eliminació de la resistència

Finalment, al final s’ha d’eliminar la resistència que s’enganxa al coure, cosa que d’altra manera podria dificultar greument el procés de soldadura de les coixinetes de coure. Podeu adquirir qualsevol eliminador de resistències estàndard, que pot tenir la forma d’un esperit lleuger que trencarà la majoria de pintures i tintes.

També pot ser factible obtenir blocs de polit de circuits impresos que resultin igualment adequats per fregar la resistència. Una tècnica més és intentar utilitzar un coixinet o pols per fregar, i això és bàsicament una de les activitats més senzilles de producció de circuits impresos que, sens dubte, no hauria de presentar cap tipus de desafiament.

Per permetre el muntatge final dels components del PCB preparat amb soldadures perfectes i sense juntes 'seques', les pistes i coixinets de coure s'han de polir fins obtenir un acabat brillant abans de començar la soldadura dels components.

Més a tu

Com s'ha explicat anteriorment, aparentment fer PCB a casa sembla bastant senzill, i només és qüestió d'unes hores crear PCB de qualitat professional excepcional amb materials de bricolatge ja fets del mercat. Dit això, el procés pot requerir certa precaució i precisió per assolir els resultats desitjats, de manera que el projecte de circuit previst s’aconsegueixi amb èxit.

Si teniu cap dubte sobre el tema, deixeu-nos-ho ara a través dels comentaris següents, estarem encantats d’ajudar-vos!