Realizzare PCB SMD a casa (metodo Photoresist): 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Realizzare PCB a casa è probabilmente un'arte morente, dal momento che sempre più aziende produttrici di PCB stamperanno i tuoi circuiti e li consegneranno a casa tua a un prezzo ragionevole. Tuttavia, sapere come realizzare PCB si rivelerà comunque utile durante la realizzazione di prototipi o la sostituzione di quel circuito danneggiato che richiederà settimane per la spedizione. Inoltre, le competenze necessarie per incidere un PCB possono essere utili per incidere molti altri materiali con design creativi.

In questo tutorial ti mostrerò come incidere una scheda unilaterale, applicare una maschera di saldatura e saldare alcuni componenti SMD per creare una scheda di prova per alcuni LED RGB WS2812B.

Fase 1: Materiali:

Ecco un elenco di tutti i materiali di cui avrai bisogno per incidere e popolare il tuo circuito.

• Pannello rivestito in rame*
• Alcol
• Acetone
• Vassoio di plastica
• mordente**
• Componenti della scheda
• Fogli trasparenti a getto d'inchiostro o Laserjet
• Set di pinzette
• Stazione di saldatura con pistola ad aria calda (per SMD)
• Fotoresistenza
• Flusso
• Treccia dissaldante
• Pasta per saldature
• Maschera per saldatura

* I pannelli rivestiti in fibra di vetro in rame sono sconsigliati poiché possono essere un po' difficili da tagliare.

**Ho usato una soluzione di perossido di idrogeno e HCl 2:1, rispettivamente al 3% e al 30%.

Passaggio 2: progetta il tuo circuito

Ci sono molti programmi disponibili per progettare il tuo circuito. Quello che uso di più è Eagle, che potrebbe non essere avanzato come altri software PCB disponibili, ma è gratuito e facile da usare. Ti consente di creare schede fino a due livelli. Eagle è stato recentemente acquistato da Autodesk, quindi potrebbe acquisire maggiore rilevanza in campo professionale in futuro.

Se non hai familiarità con il PCB design ti suggerisco di dare un'occhiata ad altri tutorial, ci sono anche ottimi tutorial su youtube, come quello di Jeremy Blum.

Nella foto puoi vedere come appare un circuito una volta terminato. In questo caso, questo circuito verrà utilizzato per testare alcuni LED WS2812B.

Ho allegato i file Eagle nel caso volessi salvare o modificare il circuito.

Passaggio 3: esportare un negativo PCB con mirroring

Purtroppo, Eagle non ha la possibilità di invertire i colori del circuito prima della stampa, quindi sono necessari alcuni passaggi aggiuntivi.

Una volta terminato il circuito, seleziona le tracce, i pad e altre cose che desideri incidere, quindi esportalo in un file PDF. Fai la stessa cosa solo per i pad, questo sarà usato per esporre per la maschera di saldatura.

Eagle emette il PDF con una risoluzione di 600 dpi, che di solito è la stessa risoluzione della stampante, quindi non sono necessarie regolazioni delle dimensioni.

Per invertire i colori del file PDF ho usato Gimp. Ho aperto il file con una risoluzione di 600dpi* e ho proceduto a invertire i colori selezionando il circuito e utilizzando lo strumento di inversione. Ho anche incollato i pad a fianco per stamparlo tutto in una volta.

Ho allegato il file PDF nel caso in cui desideri stampare questo circuito, non dovrebbe essere richiesto alcun ridimensionamento.

* Avvertenza: l'impostazione di una risoluzione nel software di modifica diversa da 600 dpi comporterà modifiche alle dimensioni durante la stampa che saranno difficili da correggere. Inoltre, assicurati che il tuo circuito sia specchiato in modo che possa essere capovolto, con il toner o l'inchiostro che preme contro la scheda.

Passaggio 4: preparare i lucidi

Dopo essersi assicurati che tutti i componenti si adattino perfettamente al circuito su carta, il circuito e le pastiglie vengono stampati su un lucido.

Molto spesso, una trasparenza non è sufficiente, potrebbero apparire dei buchi che lasciano passare la luce, lasciando le aree scoperte dove non le vogliamo. Può essere un grosso problema che può essere facilmente risolto sovrapponendo un'altra trasparenza sopra.

I lucidi vengono incollati con resina epossidica e allineati e la resina epossidica viene lasciata polimerizzare. Posizionare la trasparenza sotto una superficie piana è una buona idea, in modo che la trasparenza sia completamente piatta una volta che la resina epossidica si è indurita. L'eccesso viene tagliato prima di procedere con il passaggio successivo.

Passaggio 5: preparare il tabellone

Il pannello rivestito in rame è rigato su entrambi i lati e rotto a misura. Viene anche pulito con una spugnetta e un po' di sapone per lasciare una superficie lucida e pulita. L'alcol può essere utilizzato anche per pulire eventuali residui rimasti.

Assicurati che non ci siano polvere o impronte sulla lavagna, poiché eventuali residui determineranno il successo del passaggio successivo.

Passaggio 6: incollare la pellicola Photoresist

Taglia un piccolo pezzo di pellicola fotoresist. Il film è composto da tre strati, una plastica sopra e sotto e il fotoresist chimico inserito nel mezzo. Per separare la pellicola metto due pezzi di nastro adesivo su un bordo e poi li stacco, verrà via una pellicola trasparente e verrà scartata, il lato adesivo (quello con fotoresist esposto) aderisce facilmente alla lavagna senza bolle d'aria.

Per far aderire completamente la pellicola alla tavola è necessario applicare un po' di calore. Una plastificatrice modificata è spesso il metodo preferito, ma può funzionare anche un ferro da stiro o un fornello elettrico. Nel mio caso, sto usando il fornello elettrico nella mia cucina. Nel mezzo viene utilizzato un pezzo di carta per evitare che la pellicola di plastica si surriscaldi troppo.

Passaggio 7: esporre il fotoresist

La trasparenza si attacca al fotoresist con l'aiuto di una goccia d'acqua. Viene quindi esposto alla luce UV.

È importante che l'inchiostro o il toner sul lucido sia a contatto con il cartone, altrimenti la luce potrebbe penetrare tra la pellicola e il cartone e causare alcuni difetti.

Il tempo di esposizione dipenderà dalla potenza della tua sorgente UV. Nel mio caso, sono sufficienti 30 secondi nel mio espositore PCB fatto in casa. Sotto una normale lampadina CFL potrebbero essere necessari diversi minuti.

Passaggio 8: rimuovere il Photoresist non esposto

Una volta che il PCB è stato esposto, la trasparenza viene rimossa e la pellicola di plastica che conteneva il fotoresist viene rimossa. Il fotoresist si sarà indurito e sarà attaccato alla tavola.

Il fotoresist non esposto viene rimosso in una soluzione di carbonato di sodio all'1%*. È necessario un pennello per dissolvere rapidamente le aree non esposte. La scheda di rame dovrebbe essere visibile dopo che questo è stato fatto.

Fatto ciò, la tavola viene nuovamente esposta alla luce UV per indurire completamente il fotoresist e prepararlo per l'incisione.

*Il carbonato di sodio è anche conosciuto come soda da bucato. Se non hai accesso al carbonato di sodio, puoi prepararne un po' riscaldando il bicarbonato di sodio (bicarbonato di sodio) in un forno a 200ºC per un paio d'ore.

Passaggio 9: incisione della lavagna

La tavola è incisa in una soluzione di perossido di idrogeno 2:1 e HCl (acido muriatico), di solito ci vogliono circa 10 minuti. Quindi, il fotoresist viene rimosso immergendo la scheda in acetone finché non si stacca.

I bordi della tavola vengono infine rifilati e levigati. Dopo che la scheda è stata incisa, vengono effettuati controlli di continuità per assicurarsi che non ci siano cortocircuiti.

Passaggio 10: applicazione della maschera per saldatura

Una grossa macchia di maschera per saldatura viene applicata al centro della scheda. La trasparenza è incollata sulla parte superiore e il blob della maschera di saldatura è schiacciato in modo uniforme. Lo stesso processo di prima viene utilizzato per esporre il PCB. La maschera di saldatura non esposta viene rimossa con acqua di rubinetto e un pennello.

In alcuni casi la maschera per saldatura può aderire alla trasparenza, quindi un pezzo di pellicola di polipropilene viene inserito nel mezzo. La pulizia della tavola con alcool e un tovagliolo di carta la renderà piuttosto lucida.

Applicare la maschera per saldatura può essere un po' complicato, come puoi vedere, alcuni punti si sono staccati, ma è accettabile.

Passaggio 11: saldatura dei componenti

Un po' di pasta saldante viene applicata su ogni pad. I componenti SMD sono posizionati sui pad. Non preoccuparti se sembra un disordine, dopo l'applicazione del calore la tensione superficiale dello stagno fuso tirerà i componenti dritti. La maschera per saldatura eviterà che la saldatura si attacchi altrove, tranne i pad.

I componenti vengono riscaldati con una pistola termica a una temperatura di 300ºC per un paio di secondi fino a quando la pasta saldante si scioglie. Si lascia poi raffreddare lentamente per alcuni minuti. Potrebbero essere utilizzati altri metodi (rifusione, piastra calda…).

Alcune intestazioni dei pin sono saldate al circuito prima di testarlo su una breadboard.

Passaggio 12: test dei LED

Per controllare i LED viene utilizzato un semplice programma Arduino con la libreria FastLED. La cosa buona dei LED WS2812B è che non hanno bisogno di resistori, poiché c'è un circuito integrato interno che regola la corrente. Un intero array può anche essere pilotato con un singolo input.

Questa piccola scheda di prova è stata completata con successo ed è ora di passare a progetti più grandi.

Se ti è piaciuto questo progetto e vuoi vedere istruzioni più approfondite su alcuni degli argomenti discussi qui, ti preghiamo di mettere mi piace a questa istruzione e considerare di votarla per il concorso LED.

Grazie per la visione!