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LISI SRL - CIRCUITI STAMPATI - NOTE TECNICHE
1.
costruire i circuiti stampati
costruire i circuiti stampati quali sono i materiali necessari e gli attrezzi
da utilizzare.
2.1 Produttore
circuiti stampati - Le schede ramate
Le schede ramate che si utilizzano normalmente nella produzione di circuiti
stampati casalinghi sono delle semplici basette di vetronite ricoperte da un
lato (nel caso di circuiti a singola faccia) da uno strato uniforme di pochi
micron di rame. La produzione del circuito consisterà proprio nell'asportare
questa ricopertura solo là dove non abbiamo previsto il passaggio di
una traccia del circuito stampato. La tecnica utilizzata è molto simile
a quella impiegata in fotografia: la luce, emessa da una particolare sorgente
luminosa e fatta passare attraverso il negativo, va ad impressionare un cartoncino
presensibilizzato.
Nel nostro caso il cartoncino è formato dalla scheda ramata su cui è stato steso uno strato uniforme di photoresist. Questa sostanza è sensibile alla luce ultravioletta (e quindi ai raggi solari) nel senso che, dopo un'opportuna esposizione, diventa facilmente attaccabile da alcuni tipi di acidi. Tempo fa l'applicazione dell'emulsione fotorivelatrice era un'operazione che si faceva in casa con risultati scadenti, in quanto la stesura deve essere molto omogenea. Oggi, invece, esistono in commercio delle schede ramate presensibilizzate ricoperte da una pellicola adesiva che le proteggono dalla luce indesiderata. Tenute in un ambiente non troppo caldo né umido, tali schede possono conservare perfettamente le proprietà chimiche originali del photoresist anche per piú di due anni.
PCB
2.2 Produzione
circuiti stampati - Il master e lo sviluppo
Le sorgenti di luce che permettono di impressionare l'emulsione fotorivelatrice
possono essere le piú disparate. Si può cominciare con una lampada
alogena da 500-1000W, passare attraverso esperimenti con lampade al mercurio
e lampade di Wood, per approdare a lampade UV vere e proprie. Ciò che
cambierà sarà soltanto il tempo di esposizione.
Continuando con il paragone fotografico, il termine destinato a designare il negativo nel nostro contesto è master. Questo può essere prodotto utilizzando un pennarello indelebile, dei trasferibili, una macchina fotocopiatrice o una stampante, l'importante è che risulti il piú opaco possibile nelle zone dove passano le piste in rame e trasparente in quelle dove non vogliamo che passino (dette di interconnessione).
Dopo aver impressionato la scheda attraverso il master, è necessario passare allo sviluppo dell'immagine. Questa fase permette di asportare il photoresist dalle zone di interconnessione delle piste utilizzando della soda caustica disciolta. Solitamente si preparano delle soluzioni da 10g di soda diluita in un litro d'acqua, ma in commercio si possono trovare anche delle buste contenenti tutto l'occorrente per ottenere degli ottimi risultati in questo delicatissimo passaggio della produzione del circuito stampato.
2.3 L'incisione
e la foratura
Al termine dello sviluppo la scheda potrà essere esposta alla luce senza
piú alcun timore. Ciò che si rende necessario, ora, è di
asportare il rame. L'operazione, che prende il nome di incisione,viene svolta
utilizzando un altro acido e piú precisamente il cloruro ferrico. Oltre
ad avere un basso costo, questa sostanza presenta un'alta tolleranza al rame
disciolto che lo rende idoneo a piú riutilizzi. Il processo chimico è
piuttosto lento se realizzato in condizioni normali. Ci sono, però, alcuni
trucchi che permettono di ottenere un'azione piú rapida e incisiva. Si
tratta sostanzialmente di portare il cloruro ad una temperatura il piú
alta possibile ed aumentare il contenuto di aria nella reazione.
Dopo aver pulito per bene la piastra, è opportuno applicare una lacca isolante che permetta di proteggere il circuito dal fenomeno dell'ossidazione a cui è soggetta per via degli inevitabili ossidi di metallo rimasti sulla superficie del rame.
La preparazione è quasi giunta al termine. L'ultima lavorazione consiste nella foratura delle piazzole che permetterà di inserire e saldare i componenti dei circuiti. A questo proposito è bene tener presente il materiale di cui è composta la scheda. La vetronite, infatti, consuma molto velocemente le punte tradizionali, obbligando l'uso di punte speciali e di un trapano che sia in grado di effettuare piú di 15.000-17.000 giri al minuto. Sfortunatamente non ricordo piú il materiale di cui sono costituite le punte, ma se chiedete al vostro negoziante lui lo saprà di certo e voi ve ne accorgerete per il costo sensibilmente elevato.
3. Un po'
di pratica
Dopo questa breve carellata nozionistica, vediamo di entrare nel vivo della
produzione. Cercherò di descrivervi, nel modo piú chiaro possibile,
le operazioni e gli attrezzi che mi permettono di creare, da una scheda ramata
grezza, un buon circuito stampato monofaccia.
3.1 Esposizione
In questa sottosezione si descrive quali sono gli accorgimenti che si adottano
prima e durante l'esposizione alla luce ultravioletta della scheda ramata presensibilizzata.
Il master
Vediamo innanzitutto come creare il master. Poiché la luce deve essere
in grado di passare attraverso il foglio su cui sono disegnate le piste dei
circuiti stampati, utilizzo una carta lucida, solitamente un foglio in acetato
trasparente. La cosa piú importante è l'opacità del tracciato.
Se questa non fosse sufficiente, infatti, si avrà poco contrasto fra
le due zone con il rischio di corrodere anche le piste nel tentativo di asportare
il rame dalle zone di interconnessione.
Una semplice fotocopia da una rivista, per esempio, non permette di ottenere dei buoni risultati per via della grana non molto fine del toner depositato dal fotocopiatore. Per ottenere risultati eccellenti con questa tecnica sarebbe necessario utilizzare il metodo Xerox, anche se, purtroppo, ho potuto constatare personalmente che non è molto diffuso fra le copisterie. Un compromesso si ottiene sovrapponendo due fotocopie, ma faccio presente di non muovere assolutamente l'originale fra la prima e la seconda copia, altrimenti poi sarà impossibile far combaciare perfettamente i due fogli in acetato.
Risultati certamente superiori a quest'ultimo metodo si ottengono da una stampante laser. Avendo a disposizione un file contenente l'immagine in solo bianco e nero del circuito, risulta certamente il sistema che preferisco e che cerco di adottare per tutti i circuiti. Ma come procurarsi l'immagine? Se il circuito stampato è stato realizzato con qualche CAD per l'elettronica siamo a cavallo, altrimenti si può ricorrere all'uso di uno scanner. L'importante è che sia piano. Con quelli a strisciamento, infatti, si rischia di distorcere le distanze tra punto e punto del circuito. Provate, poi, ad inserire un integrato, magari a 24 piedini, se il passo dei fori non è pari ad 1/10 di pollice! Vi consiglio, inoltre, di utilizzare una risoluzione un po' piú alta del normale (diciamo attorno ai 400dpi) cosí, quando ridurrete la scala dell'immagine per riportarla a grandezza naturale, molte imperfezioni presenti sui bordi delle piste svaniranno. prezioso consiglio sulla creazione del master consiste nell'aggiungere una in seguito il riconoscimento del circuito, ma anche perché la stampa dovrà essere eseguita, per un motivo che spiegherò in Posizionamento e fissaggio del master alla scheda, con la scritta riprodotta al contrario.
link:
La scheda
ramata
Le schede ramate si trovano abbastanza facilmente nei negozi di elettronica.
presso gli stand delle industrie che svendono gli scarti delle loro produzioni.
Di solito si trovano quattro o cinque basette rettangolari, di dimensioni diverse,
racchiuse in una semplice busta di plastica trasparente. Se sono a singola faccia,
noterete la protezione adesiva di colore scuro su un lato solo.
Nel ritagliare la vetronite con un seghetto cercate di rimanere un po' abbondanti rispetto alle dimensioni reali del circuito stampato. È sempre possibile tagliarne via un altro pezzo piuttosto che aggiungerlo! Inoltre non dimenticate di smussare i bordi con una lima per eliminare le sbavature prodotte dalla seghettatura.
Arrivati a questo punto potete togliere la pellicola adesiva di protezione contro la luce. Il photoresist non dovrebbe risultare molto sensibile alle lampade ad incandescenza, visto che la loro emissione di raggi ultravioletti è molto contenuta. Una stanza con le imposte chiuse e una lampadina alle proprie spalle dovrebbe quindi risultare perfettamente idonea. Personalmente, però, uso una (orribile) lampada da comodino che ha la particolarità di emettere una (inquietante) luce rossa. Una specie di camera oscura, insomma, anche se per i nostri scopi, forse, risulta essere un po' esagerata.
Posizionamento
e fissaggio del master alla scheda
Il posizionamento del master sulla scheda è molto importante. Lo scopo
principale è quello di delineare nel modo piú netto possibile
i contorni del tracciato. Per questo motivo l'inchiostro depositato sull'acetato
dovrà risultare il piú vicino possibile al rame della scheda,
in modo che la luce non possa penetrare diagonalmente e colpire marginalmente
le piste.
Ecco spiegato il motivo per cui risulta necessario fare attenzione affinché:
siano presenti dei granelli di sporco sulla scheda dei circuiti stampatiLampada
e tempi di esposizione
Come abbiamo visto nella sezione Il master e lo sviluppo, i tipi di lampade
che si possono utilizzare sono molteplici. Io ero partito con una lampada di
Wood, ma ho ottenuto scarsi risultati, probabilmente perché ero ancora
alle prime armi. Successivamente mi sono procurato ad una fiera due tubi al
neon da 12W ciascuno, indicati specificatamente per questa applicazione. Il
loro collegamento elettrico è identico a quello di una qualsiasi lampada
al neon di pari potenza. Pertanto un trasformatore ed un reattore acquistati
presso un qualsiasi negozio di materiale elettrico soddisferanno egregiamente
alle nostre richieste.
Credo sia inutile dire che l'illuminazione deve essere uniforme. Assicuratevi, quindi, che la lampada in vostro possesso copra in maniera omogenea tutta la superficie della scheda. Anche la distanza tra lampada e circuito non è una variabile critica. L'importante è che rimanga costante per ogni circuito che produrrete, altrimenti dovrete anche variare in continuazione i tempi di esposizione.
Da parte mia ho risolto tutti questi piccoli problemi costruendomi una piccola scatola in legno (ma credo che anche un'altra scatola, tipo quella per le scarpe, possa assolvere benissimo ai nostri scopi), fissando all'interno trasformatore, reattori e lampade. Ho tenuto una distanza di 6cm fra i due neon e di 4cm fra lampade e circuito. Vi consiglio, inoltre, di applicare della carta stagnola dietro ai tubi in modo da sfruttare anche la luce riflessa e diminuire i tempi di esposizione.
A questo punto è possibile accendere la lampada. Ma per quanto tempo? Come abbiamo avuto modo di vedere questa variabile dipende da molti fattori: il tipo di sorgente luminosa, la potenza della fonte, la sua distanza dal circuito, l'opacità del master. Non c'è una formula che permetta di stabilire il tempo di esposizione. Bisogna affidarsi alla pratica (vedi Sviluppo piú avanti). L'aspetto negativo è che si può capire se il tempo è stato scelto correttamente solo dopo lo sviluppo, ovvero quando oramai la scheda è stata ``bruciata''. Non preoccupatevi, quindi, se le prime volte dovrete buttare via la basetta appena terminata perché il lavoro non è stato molto soddisfacente. È normale. Indicativamente posso solo dirvi che il tempo necessario va da un minimo di 2 ad un massimo di 8 minuti.
Il master, d'ora in poi, non vi serve piú. È comunque una buona idea non buttarlo, ma anzi tenerlo e raccoglierlo da qualche parte, perché potrebbe accadere che vi serva ancora in un prossimo futuro.
singola faccia, circuiti stampati
3.2 Sviluppo
Una volta che il photoresist è stato impressionato, è necessario
fermare l'immagine sulla superficie di rame. Nelle mie realizzazioni faccio
uso di una vaschetta di plastica bianca, di quelle che danno nei supermercati
quando si acquista l'insalata di mare sott'olio al banco del pesce, riempita
con la soluzione di cui si è parlato nella sezione Il master e lo sviluppo.
In particolare, per la preparazione dell'acido, acquisto le buste già
pronte per la loro estrema praticità. Trovare una bilancia precisa al
grammo non è, infatti, cosí semplice. D'altra parte non è
nemmeno opportuno preparare, per esempio, dieci litri di soluzione, anche perché
la stessa può essere utilizzata piú e piú volte.
A questo punto è sufficiente immergere la scheda ramata nella soluzione ed agitare. Per muovere la basetta, raccoglierla e verificarne lo stato di sviluppo si può utilizzare una pinzetta di plastica. Personalmente attacco una striscia abbastanza lunga di scotch sul lato componenti e la uso come una cordicella. Il motivo è presto detto: rischiare di graffiare la superficie fotoincisa non è certamente una bella cosa e, d'altra parte, ci sono alcuni circuiti di dimensioni tali che una semplice pinzetta non riesce ad afferrare.
Durante lo sviluppo noterete che dal circuito si libera un colore nerastro. È il photoresist impressionato che, sotto l'azione dell'acido, si stacca liberando la superficie ramata. Se dopo un po' notate che anche l'immagine dei circuiti stampati si staccano cominciando a galleggiare nel liquido, significa che state usando una soluzione troppo aggressiva, o perché troppo concentrata o perché troppo calda. Se, invece, vi accorgete che dopo un paio di minuti non appare ancora nulla, in questo caso la soluzione è poco concentrata o troppo fredda. Provate a riscaldare la soluzione, ma se non ottenete ancora nulla, allora il problema sta in una sottoesposizione e la scheda non è piú utilizzabile. Dovete ricominciare da capo.
Come avete capito la temperatura della soluzione riveste una certa importanza. Inizialmente cercavo di riscaldarla un po' per portarla alla temperatura di 25-30°C gradi. Successivamente mi sono accorto che anche una temperatura ambiente di 20-25°C è piú che sufficiente.
Una volta che l'immagine risulta ben nitida sulla scheda, è necessario passare ad un abbondante risciacquo che tolga tutti i residui della soluzione dalla basetta e ne arresti lo sviluppo. Ovviamente, se lo ritenete opportuno, potete anche immergere ancora il circuito nell'acido e proseguire con lo sviluppo.
Un'ultima raccomandazine. Fate attenzione quando maneggiate la soluzione in quanto la soda caustica corrode molto facilmente gli indumenti. Ne basta una sola goccia. I miei vecchi pantaloni ve lo possono assicurare.
3.3 Incisione
Ormai il photoresist è stato tutto disciolto e ora, se volete, potete
lavorare in un ambiente piú luminoso. In quest'ultima fase non rimane
che eliminare il rame dalle zone di interconnessione con la soluzione dicloruro
ferrico.
Ma dove procurarsi questo acido? Nei negozi di elettronica o presso i soliti stand delle fiere, non faticherete a trovare dei flaconi da litro di soluzione già diluita. Quella che utilizzo io, per esempio, è al 41%. Vi consiglio, inoltre, di procurarvi anche un contenitore, come una bottiglia in plastica, per raccogliere la soluzione già utilizzata.
L'operazione di incisione per sola immersione risulta essere, come già accennato, piuttosto lenta. Infatti, se non si pratica almeno un'agitazione sul contenitore, la reazione, nei pressi del lato rame, tenderà a saturare. Per aumentare ulteriormente l'azione corrosiva è bene portare la soluzione ad una temperatura il piú alta possibile. Il non plus ultra, comunque, consisterebbe nel far gorgogliare un getto di aria calda sotto alla scheda ramata. In questo modo, infatti, si aggiungerebbe un terzo elemento che favorisce la reazione: l'ossigeno. Certo, però, che costruire una scatola che realizzi tutto questo non è un impresa da poco. Cosí ho cercato di arrangiarmi in modo molto piú grezzo.
Mi sono procurato in un negozio specializzato un becker da laboratorio, cosí da essere sicuro di non corrodere con la soluzione qualche pentolame. Con la semplice fiamma di un gas da cucina porto la soluzione fin quasi all'ebollizione. Mi raccomando di fare attenzione ai vapori, in quanto, anche se ne so veramente poco di medicina, non credo siano particolarmente salutari. Con la solita striscia di scotch, comincio ad immergere ed estrarre la basetta dalla soluzione ripetutamente, provocando, cosí, sia l'agitazione che l'apporto di aria necessari. Si nota subito l'azione corrosiva cominciare dai bordi delle piste ed estendersi verso l'interno delle zone non protette. Dopo circa cinque minuti rimarranno solo delle chiazze sparse qua e là che sarà bene eliminare con un'azione localizzata, per non rovinare il tracciato già pronto.
Quando mi sembra che il circuito sia soddisfacente, lo lavo abbondantemente sotto l'acqua corrente, strofinando con un vecchio spazzolino da denti, per essere sicuro di togliere i residui dell'acido. Preso un vecchio giornale vado all'aria aperta e applico la lacca isolante, facendo attenzione a non tralasciare alcuna parte del circuito. "#EAEAEA" size="1" face="Arial, Helvetica, sans-serif">Per realizzare circuiti stampati sono necessarie diverse fasi di lavorazioni, più o meno complesse:
1.1 - CIRCUITI STAMPATI
Il progetto
dei circuiti ed il disegno delle connessioni necessarie per la realizzazione
su circuito stampato
Il disegno diretto su rame del circuito o, in alternativa, la fotoincisione
o l'uso di appositi fogli a trasferimento termico
L'incisione del circuito stampato, per via chimica
La saldatura e altre lavorazioni meccaniche
In questa nota applicativa mi limiterò a descrivere le ultime tre delle
fasi appena citate. Il progetto di un circuito ed il cosiddetto sbroglio cioè
il passaggio da uno schema elettrico alle connessioni fisiche dei vari componenti)
è un'operazione in cui, più che un tutorial, serve competenza
ed esperienza personale. Il metodo funziona discretamente solo a condizione
che si voglia costruire un circuito stampato molto semplice ed in singolo esemplare.
Altrimenti è opportuno ricorrere alla fotoincisione, descritta successivamente,
o ad altre tecniche.
Il materiale di base è costituito dalla scheda ramata (copper clad board), detta familiarmente "basetta", costituita da un supporto dallo spessore di circa 1,6 mm, in materiale isolante (in genere vetronite o bachelite), su cui è depositato una lamina di rame dallo spessore di 35 micron. Questo materiale è ampiamente disponibile e costa, nel formato classico di 100x160 mm (Eurocard), circa un paio di euro. Esistono anche schede con uno spessore minore o maggiore di rame (per circuiti ad altissime potenze a volte si usa rame con spessore di 70 micron), ma si tratta di materiale meno reperibile e comunque inutile nella maggior parte delle applicazioni hobbistiche. Sono inoltre in commercio basette con uno spessore complessivo inferiore al millimetro, adatte per esempio per produrre simcard, ma anche queste sono praticamente introvabili nei comuni negozi.
Viene normalmente utilizzata la cosiddetta tecnica sottrattiva: partendo da una superficie completamente coperta di rame, viene tolto tutto il materiale che non serve per realizzare i circuiti stampati monofaccia, lasciando invece quello necessario per creare i collegamenti elettrici. Pur essendo possibile realizzare ciò con sistemi meccanici (esistono in commercio delle frese per questo scopo, dal costo di qualche migliaio di euro) in genere si procede per via chimica. Per fare ciò si deve prima proteggere il rame che deve rimanere con una pellicola resistente ed aggredendo l'intera basetta con sostanze chimiche capaci di rimuovere il rame non coperto. Ovviamente il rame protetto dalla pellicola non viene intaccato, rimanendo sul supporto isolante a formare le piste necessarie per collegare i vari componenti.
L'oggetto necessario per proteggere il rame è capace di lasciare una traccia adeguatamente resistente: in commercio, nei negozi di componenti elettronici, se ne trovano diversi tipi specificamente prodotti per questo uso (per esempio il DALO33). In alternativa, con risultati alterni, si può utilizzare smalto o altre vernici idrorepellenti con appositi pennini ad imbuto (se qualcuno ha esperienza nel disegno a china può provare con gli stessi pennini, usando vernici diluite quanto basta). Anche molti dei normali pennarelli indelebili sono adatti.
1.2 - CIRCUITI STAMPATI MONOFACCIA
Il procedimento può essere così schematizzato:
Si disegnano
su carta i circuiti stampati che si vogliono realizzare, in scala 1:1.
Si pulisce accuratamente la basetta. Vanno bene le normali pagliette metalliche
da cucina; occorre evitare le sostanze chimiche usate per lucidare i metalli
a causa gli effetti imprevedibili sulle lavorazioni successive. Alla fine lavare
abbondantemente con acqua corrente e far asciugare per bene in un ambiente poco
polveroso. Il rame deve apparire perfettamente lucido ed omogeneo. Attenzione
alle "ditate": il grasso depositato dalle impronte digitali potrebbe
infatti compromettere il risultato finale. Questa operazione deve precedere
immediatamente le successive fasi: il rame infatti si ossida in poche ore, rendendo
inutile la pulizia effettuata troppo in anticipo.
Si riporta il disegno direttamente sul rame, disegnandolo il percorso delle
piste. Per seguire fedelmente lo schema è possibile utilizzare una carta
carbone oleosa (quella nera non è adatta in quanto praticamente non lascia
un segno visibile, in genere quelle utili sono di color blu); in alternativa
è possibile usare un piccolo punteruolo per segnare alcuni punti di riferimento
del circuito direttamente attraverso il disegno, per poi procedere a mano libera.
Vi consiglio di fare una fotocopia del disegno prima di procedere con questa
fase. Durante questa operazione è bene fissare la basetta sul piano di
lavoro con del nastro adesivo e poi, al di sopra e sempre con nastro adesivo,
il disegno del circuito. Piccola nota, banale ma spesso causa di errori: ricordarsi
che in genere il disegno delle connessioni è fatto per essere visto dal
"di sopra" della basetta mentre voi state disegnando dal "di
sotto": il disegno deve quindi essere "specchiato" rispetto al
circuito che si vuole ottenere. Se sbagliate e ve ne accorgete solo alla fine,
non disperatevi: succede a tutti di perdere mezza giornata per una stupida distrazione…
Si disegnano con cura le piste direttamente sul rame usando il pennarello oppure
i pennini. Lo strato di vernice deve essere ben compatto e perfettamente coprente
in quanto deve proteggere il rame dall'aggressione dell'acido. Da evitare anche,
al contrario, uno spessore eccessivo di vernice in quanto, durante l'essiccazione,
potrebbero crearsi piccole crepe. Gli errori si correggono, ad inchiostro perfettamente
asciutto, con una lametta o un altro oggetto appuntito (l'esperienza insegna
che la correzione dei piccoli errori con acetone o simili solventi in genere
porta a dover rifare i circuiti stampati da capo)
Si attende la perfetta asciugatura della vernice: almeno 15 minuti, secondo
le indicazioni del produttore del pennarello. Una vernice poco asciutta non
è in grado di proteggere il rame sottostante e quindi porterebbe a risultati
disastrosi. Durante questa fase vanno possibilmente evitati i luoghi polverosi
Procedere immediatamente all'incisione e successivamente alla foratura e alla
saldatura dei componenti elettronici
Come ho già detto, questo metodo è adatta solo per circuiti stampati
semplici e per i quali non è richiesta particolare precisione dimensionale.
Usando circuiti integrati o connettori direttamente saldati sugli stampati vi
consiglio comunque l'utilizzo di trasferibili, da scegliersi tra quelli resistenti
all'incisione (non tutti lo sono e quindi è opportuna una verifica: in
caso contrario tutto il lavoro è da buttare). Esistono anche trasferibili
per tracciare le piste ma, francamente, non mi sento proprio di consigliarli:
meglio il pennarello. Purtroppo i trasferibili resistenti all'incisione sono
sempre più difficili da trovare in commercio in quanto sempre meno utilizzati.
La fotoincisione
Quando i circuiti stampati sono di formato più grande; di qualche resistore
oppure si vuole fare una piccola serie, l'uso del metodo del trasferimento diretto
diventa improponibile. A livello hobbistico la soluzione più praticata
si chiama fotoincisione: anche se il nome potrebbe trarre in inganno, non sostituisce
l'incisione con il cloruro ferrico, descritta più avanti, ma è
solo un metodo per "disegnare" sul rame le piste usando la luce; il
passaggio nel bagno di incisione è comunque necessario.
I vantaggi della fotoincisione rispetto al trasferimento diretto sono molti:
Una volta
fatto il master, risulta facile riprodurre più esemplari degli stessi
circuiti stampati
È possibile usare piste e piazzole con dimensioni ridotte
L'utilizzo del PC (peraltro non indispensabile) è comodo e semplifica
il lavoro, sia usando software generico di disegno (da AutoCad a CorelDraw!)
sia software specificatamente dedicato alla progettazione di circuiti stampati,
quali OrCad, CirCad, Protel e altri
La qualità complessiva dei circuiti stampati risulta migliore, anche
di molto, e paragonabile a schede industriali di qualche anno fa
Ovviamente ci sono anche svantaggi:
È
necessario un maggior numero di passaggi chimici
È necessario l'uso di un bromografo
È vivamente consigliato (ma non indispensabile) ricorrere a basette pre-trattate,
più costose
Inutile dire che i vantaggi coprono abbondantemente gli svantaggi in quasi tutti
i casi, al punto di fare della fotoincisione praticamente l'unica alternativa
per l'hobbista alla produzione industriale.
In breve, per realizzare i circuiti stampati tramite fotoincisione occorre:
Disegnare
il master
Esporre ai raggi ultravioletti la basetta, utilizzando il bromografo
Sviluppare la basetta
Procedere all'incisione, alla foratura e alla saldatura
Il master
Il master dei circuiti stampati è costituito dal disegno in scala 1:1
delle piste su un supporto più o meno trasparente: può essere
usato un foglio di acetato oppure carta da lucido per disegni tecnici. In molti
casi anche un foglio di carta comune è adeguato... provare per credere!
E' importante che il foglio sia trasparente non tanto alla luce visibile quanto
ai raggi ultravioletti: i due materiali di cui sopra lo sono sufficientemente
anche se una verifica quantitativa non l'ho mai fatta.
L'acetato ha il vantaggio/svantaggio di essere perfettamente trasparente anche alla luce visibile ma è più difficile realizzare i disegni in quanto servono strumenti di disegno specifici, peraltro facilmente reperibili in un negozio per articoli tecnici. Se si intende stampare o fotocopiare il disegno, è necessario ricorrere a prodotti specifici per stampanti laser o a getto di inchiostro oppure per fotocopiatrici. Attenzione: un foglio di acetato normale, inserito in una stampante laser o in una fotocopiatrice, rovina il tamburo di fusione in modo permanente, con danni molto rilevanti.
È possibile invece usare la carta da lucido con normali strumenti da disegno, in particolare stampanti laser e fotocopiatrici. Da notare che i fogli da lucido non appaiono trasparenti alla luce (nel senso che sono traslucidi e non si vede chiaramente cosa c'è dall'altra parte) ma lo sono rispetto agli UV, che è quello che a noi interessa.
Infine esiste la possibilità di usare la carta comune per fotocopiatrici, materiale che pur apparendo bianco, è semitrasparente alla luce ultravioletta. Il vantaggio (a parte il costo e la disponibilità...) è la perfetta compatibilità con tutti i sistemi si disegno e le stampanti, fatto che permette di ottenere disegni di altissima qualità. Lo svantaggio è legato al fatto che la non perfetta trasparenza implica elevati tempi di esposizione, da effettuare possibilmente con un bromografo di elevata potenza. La qualità complessiva dei circuiti stampati risulta scadente usando la carta comune dipende fortemente dallo spessore dalla carta usata, dal tipo di sbiancanti utilizzati nella sua produzione, dalla potenza delle lampade usate e soprattutto dalla qualità del sistema di stampa, che deve utilizzare inchiostri perfettamente opachi per non ridurre eccessivamente il contrasto: prima i procedere occorre quindi fare prove molto approfondite, in quanto molti passaggi sono critici e sono necessari diversi tentativi per ottenere buoni risultati. Il vantaggio è la possibilità di ottenere migliori risultati quando si lavora con piste estremamente sottili o isolamenti elettrici ridotti.
La caratteristica fondamentale del disegno è che le tracce devono essere perfettamente opache alla luce ultravioletta; ciò implica due cose:
La vernice
deve essere assolutamente non trasparente ai raggi ultravioletti: il colore
visibile è irrilevante (normalmente si usano inchiostri neri, ma a volte
anche rossi). Ovviamente nessuno è capace di misurare a casa, neppure
orientativamente, questa trasparenza se non provando direttamente a realizzare
circuiti stampati. Per nostra fortuna però quasi tutte le sostanza che
appaiono nere ai nostri occhi (trasferibili, china e inchiostro di ink-jet nero,
toner di stampanti e fotocopiatrici) sono effettivamente opache agli UV (o almeno
così ho sempre riscontrato). Ciò non vale invece per un generico
inchiostro rosso che, in genere, è trasparente agli UV: occorre il cosiddetto
rosso attinico, reperibile solo presso rivenditori altamente specializzati.
La vernice deve essere stesa in modo molto accurato, cioè senza "buchi"
o sbavature.
Per una verifica approssimativa della qualità del master è possibile
usare un piano luminoso oppure, più semplicemente, appoggiarsi al vetro
di una finestra verso l'esterno in una giornata luminosa: il master deve apparire
perfettamente nero e omogeneo dove è stato annerito e trasparente dove
manca l'inchiostro.
Inutile dire che se sono presenti i difetti, la qualità del lavoro risulta in tutto o in parte compromessa, ovviamente in funzione della gravità di tali difetti.
Il materiale di base è costituito da una normale basetta per circuiti stampati su cui è stesa in modo omogeneo una particolare pellicola resistente all'incisione (photo-resist coated board); se si illumina questo tipo di basetta con luce ultravioletta il polimero che costituisce la struttura di base della vernice diventa solubile in una soluzione basica e quindi può essere facilmente rimosso. Spesso il supporto usato per la fotoincisione dei circuiti stampati viene indicato come basetta presensibilizzata.
La determinazione dell'esatto tempo di esposizione è un'operazione delicata e purtroppo influenzata da molti fattori, spesso poco controllabili e/o misurabili. Solo per citarne alcuni elementi di disturbo:
Il tipo
di sorgente UV
La distanza tra basetta e sorgente UV
La trasparenza agli UV del vetro
La trasparenza agli UV del foglio di supporto del disegno
L'opacità dell'inchiostro usato per il disegno
La qualità del photoresist
Lo spessore del photeresist
Diffidate da chi dice che per una corretta fotoincisione serve un'esposizione
di 3'20", senza aggiungere altro… Di seguito riporto una tabella
con indicati alcuni tempi ma voglio sottolineare che si tratta di tempi largamente
indicativi.
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