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Topic: [OT]: Realizzare in casa i propri PCB, cosa serve? (Read 15 times) previous topic - next topic

Michele Menniti

#5
Jun 12, 2011, 09:25 pm Last Edit: Jun 18, 2011, 11:21 pm by menniti Reason: 1
Ormai siamo quasi pronti, ma la fretta non produce mai nulla di buono, ecco perché ora dobbiamo effettuare un'ultima operazione,importante, prima di procedere con l'incisione. Dobbiamo cioè controllare ogni pista ed ogni piazzola lato rame per capire se ci sono stati problemi durante il trasferimento; quali sono questi problemi?
1.   Piste interrotte: un trasferimento non completo del toner (trasferimento termico) o un semplice graffio sull'acetato (fotoresist) possono provocare un'interruzione della continuità di una o più piste e dopo saranno guai.
2.   Piste "incollate": può succedere che se il disegno originale abbia piste troppo vicine tra loro, una sbavatura del toner (trasferimento termico) o una cattiva esposizione alla luce (fotoresist) possano unirle tra loro e anche qui sarebbero problemi seri.
3.   Piazzole troppo piccole: le piazzole sono quei punti circolari o rettangolari smussate che sono destinate ad essere forate, perché è in quei punti che saranno inseriti e saldati i componenti; quando si lavora a video, con zoom elevati tutto sembra enorme, ma una volta preparato il circuito a volte "diventano" molto piccole; il problema è che la successiva foratura potrebbe romperle o addirittura farle sparire. Anche le piste, quando sono troppo sottili, posso diventarlo ancora di più, restando esposte al rischio di sparire durante la fase dell'incisione.
4.   Danneggiamenti vari: piste continue ma con pezzetti mancanti, che le fanno diventare sottilissime in alcuni punti, oppure punti del circuito non trasferiti affatto (è una situazione tipica del trasferimento termico)
Ma come si risolvono questi problemi, mica dobbiamo rifare tutto? No, gli strumenti correttivi sono fondamentalmente tre: un taglierino, un pennarello a inchiostro permanente e resistente all'acqua e i trasferibili. Il taglierino lo useremo per separare, con moltissima cautela piste o piazzole che si presentano unite e non devono esserlo; i pennarelli sono economici e immediati ma per alcune situazioni (ricostruzione piste sottili o intere piazzole) non vanno bene e comunque la correzione tende ad essere grezza, a meno che non siate bravi ad usare quelli a punta extrafine, da 0.5mm, usato, per intenderci, negli studi tecnici per scrivere sui lucidi.
I trasferibili invece sono eccellenti, ma costano proporzionalmente qualcosa in più: esistono di tutte le forme e dimensioni ed hanno il vantaggio di effettuare correzioni e ricostruzioni perfette in brevissimo tempo; un solo consiglio: non lesinate e comprate anche il pennino di plastica per trasferibili, usare una penna o matita rovina il supporto dei trasferibili e a volte lo rende inutilizzabile.
Se usiamo il pennarello facciamo asciugare per bene l'inchiostro (10 minuti sono più che sufficienti ma anche indispensabili); se usiamo i trasferibili dopo poggiamo il loro stesso foglietto protettivo sulle parti ricostruite e "massaggiamo" col dito in modo da farli attaccare bene al rame ed evitare pericolose bolle d'aria.
Dopo la nostra "cura" ricontrolliamo il circuito, un buon metodo con le piastre con supporto in vetronite è quello di mettere una lampada sul lato componenti e guardare le piste dal lato rame, tutte le imprecisioni salteranno subito all'occhio.
Anche se la tecnica fotoresist non deposita toner sulla piastra ramata, nessuno ci impedisce di usare penna e/o trasferibili per risolvere problemi che risaltano dopo lo sviluppo, ormai dobbiamo solo proteggere

Ora siamo davvero pronti per la prossima fase, nota come "incisione", che ci permetterà di eliminare tutto il rame in eccesso, quello cioè non protetto dalla nostra tecnica, lasciando solo quanto previsto dal nostro disegno iniziale.

Una nota folkloristica per i più giovani: prima di scrivere questa quarta fase mi sono dovuto documentare per capire se i trasferibili per l'elettronica si vendessero ancora, pensando che l'avvento dei software citati all'inizio li avesse fatti andare in disuso, invece per fortuna non è accaduto. È solo che negli anni 70 fino ai primi anni 80, una laser era un oggetto raro oltre che costosissimo, quindi un laboratorio che volesse produrre circuiti stampati da sperimentazione o in piccole serie disponeva sì di software, come il preistorico Orcad per MS-DOS, nei quali l'autoroute (la disposizione automatica delle piste non esisteva se non altro perché non si partiva da uno schema elettrico (almeno nelle versioni che ho usato io), quindi tutto si riduceva ad uno programma di disegno con librerie specifiche di piste e piazzole che andavano assemblate posizionandole correttamente sull'area di lavoro. Finita questa fase, molto più comoda ovviamente dell'unica alternativa possibile, la matita e la carta millimetrata, il disegno si stampava con una stampante ad aghi, con un risultato indecente, ma sufficiente per metterci un lucido di sopra, fissare entrambi sul pad posizionato sul tavolo da disegno con qualche puntina e ricopiare tutto in trasparenza.
Gli strumenti erano di due tipi: i trasferibili e i nastri adesivi; i primi si usavano per le piazzole, i secondi erano (questi davvero non so se esistono ancora …) dei rotoli di nastro di spessore massimo di 5mm, posti all'interno di un contenitore plastico trasparente, a costituire un dispenser, sul tipo di certi bianchetti correttori a nastro che si vedono oggi in giro. In pratica prima di mettevano le piazzole e poi si collegavano creando le piste con questi nastri o sempre con i trasferibili, quando erano molto sottili. Alla fine questo lucido (che era opaco, non trasparente, il classico lucido da studio tecnico) era tutto raggrinzito dall'effetto della colla dei nastri adesivi, prima che si deformasse completamente veniva portato in camera oscura e fotografato, cioè trasferito su una pellicola fotografica: il master! Le fasi successive erano molto simili a quelle di cui abbiamo parlato, ma il vero lavoraccio era arrivare al master.

Il materiale necessario per la quarta fase:
(entrambe le tecniche)
1.   Taglierino piccolo
2.   Trasferibili per elettronica con pennino di plastica e (opzionali) piste adesive a nastro
3.   Pennarello a punta fine o extra-fine con inchiostro permanente
Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
http://www.michelemenniti.it/Arduino_burn_bootloader.php
Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
http://www.michelemenniti.it/atmega328nop.html
Articoli su Elettronica In:
http://www.michelemenniti.it/elettronica_in.html

Michele Menniti

#6
Jun 14, 2011, 12:17 am Last Edit: Nov 05, 2012, 11:45 pm by Michele Menniti Reason: 1
Con questa fase elimineremo il rame in eccesso dalla nostra piastra.I motivi di un eventuale insuccesso, a causa del danneggiamento del rame delle piste, durante la fase di incisione, sono svariati:
1.   La protezione delle piste di rame non è buona a causa di un'errata preparazione del master o della scadenze qualità del materiale di protezione, quindi l'acido o sale riesce a penetrare tra le sue trame e corrode il rame;
2.   La concentrazione dell'acido o sale che usiamo per l'incisione è troppo alta, rendendolo estremamente potente, ciò fa sì che esso riesca a danneggiare la protezione, avendo poi gioco facile sul rame;
3.   Il tempo di incisione eccessivo: se "dimentichiamo" la piastra nel liquido di incisione alla lunga l'effetto è quello dell'elevata concentrazione, ecco che diventa fondamentale controllare costantemente lo stato del rame in eccesso.
A questi motivi bisogna aggiungere le situazioni in cui l'operazione di incisione non riesce a corrodere il rame in eccesso:
1.   La piastra non è stata pulita prima della preparazione del master, le macchie presenti su di esso possono diventare resistenti al liquido di incisione;
2.   Il liquido di incisione, a cause delle troppe volte che è stato usato, ha ormai perso efficacia;
3.   Il liquido di incisione è troppo poco concentrato e non ha il necessario potere corrosivo;
4.   Ci sono poi gli errori dell'inesperienza: pensare il lasciare una piastra a "bagnomaria" in una bacinella con il liquido di incisione, magari tenendo il lato rame verso l'alto per poter seguire il procedimento, sarà certamente una delusione per le nostre aspettative; il perché lo capiremo più avanti, quando spiegherò la tecnica.
Prima di tutto dobbiamo avere chiaro un principio: i migliori risultati si ottengono con il liquido di incisione riscaldato a temperatura di 40-50°C e continuamente in movimento, e la piastra di rame deve stare sospesa nella soluzione, posizionata in verticale o con la parte ramata verso il fondo ma non a contatto con esso; la spiegazione di questi particolari è semplice: il liquido di incisione a caldo reagisce meglio e più rapidamente, la piastra in una di quelle due posizioni tende a perdere più facilmente il rame man mano che esso si  stacca ad opera del liquido. Con questo punto di partenza diventa semplice spiegare vantaggi e svantaggi di ognuno dei materiali che andremo a descrivere, iniziando dal contenitore per il liquido di incisione:
1.   Bacinella di plastica: le dimensioni sono quelle tipiche, una da 30-35 cm di diametro va bene per la maggior parte dei casi ed è estremamente economica da acquistare. Quali sono gli svantaggi? Diventa difficile poter riscaldare la soluzione senza avere qualcosa che impacci le manovre, oppure si è costretti a riscaldare prima il liquido, che però nella bacinella si raffredderà abbastanza rapidamente. Per fare stare il liquido in movimento diventa difficile usare una pompa per liquidi senza sporcare tutto e mettere a repentaglio la propria incolumità (non scherzo!) o quantomeno quella dei propri indumenti; per questo motivi si è costretti ad agitare il liquido con una bacchetta di plastica oppure a muovere la bacinella in continuazione, facendo attenzione a non travasare il liquido. Come detto la piastra deve avere un suo posizionamento, in questo caso può essere solo quello con la parte ramata rivolta verso il fondo; dobbiamo prevedere quindi una base di appoggio, costituita da quattro cubetti di un materiale pesante (non devono galleggiare) e non metallico, l'ideale sarebbero quattro cubetti di ferro plastificati; su di essi, che dovranno essere completamente sommersi dal liquido si poggeranno i quattro spigoli della piastra.
2.   Vasca di incisione verticale: questo è uno strumento specifico, quindi i risultati sono ovviamente eccellenti, ma il costo sale parecchio, rispetto alla bacinella. Posto che ne esistono di ogni tipo, fino a quelle industriali, quella che uso personalmente, con risultati ottimi, è venduta allo stesso prezzo da due diversi distributori. Ne parlo perché è la più economica in assoluto, pur avendo prestazioni di tutto rispetto, e perché i due distributori sono arcinoti su questo Forum, quindi nessuna pubblicità occulta: si tratta di RS e Futura Elettronica. Il prezzo è identico, 99 euro iva inclusa + trasporto, ma è già dotata di elemento riscaldante e pompa d'aria, più due ottimi supporti per la base. Mi limito a due soli prodotti, i più usati in assoluto, comunque non meno pericolosi degli altri:
1.   Percloruro ferrico: è il più usato, si vende già in soluzione al 50-60% (circa 5-600 grammi disciolti in un litro di acqua, per un totale di circa 1200cc), oppure in granuli da disciogliere; in questo caso la concentrazione la stabilite voi. Personalmente ho messo 500 grammi in 1 litro di acqua. Il risultato è un liquido marrone intenso che se cade su qualcosa la tinge immediatamente di giallo; dopo il primo esperimento ho fatto ricorso a gel di ammoniaca (prodotti per le ceramiche sanitarie) e alcool per pulire il più possibile, con buoni risultati, ma è meglio prevenire usando un bel telo di plastica per coprire un'area di circa 1mq attorno al contenitore. Il costo: 1Kg in granuli, che ci permette di preparare circa 2,5lt di soluzione, costa circa 10-14 euro, ma con tutta quella roba inciderete moltissime volte, prima che inizi a lavorare male. Consiglio di preparare i primi 500cc e poi aggiungerne un cucchiaio ogni volta inizia a diventare debole, per ravvivarla.
2.   Soluzione di acido muriatico e acqua ossigenata, prodotti presenti in qualsiasi casa e abbastanza economici ma, in questo caso, ugualmente efficaci. [Pelletta]La soluzione va preparata di volta in volta, non è possibile farne un litro e conservare la parte in eccedenza perché quando si mescolano i due liquidi si generano dei gas peraltro nocivi, quindi alla fine il contenitore potrebbe anche esplodere.
Questo tipo di soluzione va usata a temperatura ambiente, non necessita di bulbo riscaldante! Quando si crea la soluzione avviene una reazione esotermica quindi la temperatura sale parecchio se si esagera con la concentrazione dei due liquidi.
Il materiale da usare può essere: acqua ossigenata a 40 volumi (in farmacia) e acido cloridrico (muriatico) al 70% (in ferramenta); bisogna usarne quanto basta per coprire appena la scheda. Un trucco: se si comincia a sentire che il calore sotto la vaschetta comincia a diminuire, aggiungere un po' di acqua ossigenata. In 3 o 4 minuti al massimo e con pochi cl di soluzione il risultato è garantito;
Una regola fondamentale dei laboratori di chimica: "mai dare da bere all'acido!" cioè prima si versa l'acqua ossigenata e poi l'acido, altrimenti schizza di brutto. Le gocce che si aggiungono successivamente non creano problemi in quanto la soluzione ormai è diventata meno aggressiva.

Una cosa è certa, qualunque sia la scelta: L'AMBIENTE DEVE ESSERE BEN AERATO, possibilmente lavorare stando vicino ad un balcone o una finestra, meglio ancora vicino alla serranda aperta del garage (niente moto/automezzi vicino!), usare occhiali da lavoro (quelli sovrapponibili anche agli occhiali da vista, con grandi lenti plastiche trasparenti), una mascherina da lavoro (quelle di carta con l'elastico, ottime come filtro per la respirazione) e guanti in lattice, con i quali manipolare la piastra senza rovinarsi le mani; evitiamo ASSOLUTAMENTE di tenere il volto sopra la bacinella o vasca, c'è il rischio di schizzi o esalazioni nocive!
Chiudiamo con la tecnica, che ormai dovrebbe essere chiara:
1.   Se usiamo la bacinella: SOLO nel caso del percloruro: riscaldare il liquido prima o mettere dentro un piccolo bulbo riscaldante da acquario. Creare la base per i quattro spigoli della piastra, inserire la piastra (deve restare completamente sommersa dal liquido), iniziare ad agitale il liquido con una stecca di plastica o facendo leggermente ondeggiare la bacinella; ogni 3-4 minuti sollevare la piastra e controllare la condizione del rame in eccesso; naturalmente quando siamo vicini alla fine, il controllo va fatto più frequentemente.
2.   Se usiamo la vasca: l'operazione è più semplice e veloce; in dotazione ci sono delle mollette di plastica con dei fili rigidi metallici che servono per sospendere nel liquido la piastra agganciando i fili al bordo superiore della vasca, la piastra quindi sta in verticale. PRIMA di inserire la piastra sospesa bisogna accendere il riscaldatore e la pompa, per 2-3 minuti, in modo da rimescolare bene il liquido e riscaldarlo uniformemente, poi spegniamo per il tempo necessario ad inserire la piastra, infine riaccendiamo tutto. Per darvi un'idea una piastra da 10x4cm dopo 4 minuti di incisione era perfetta. Poiché non si vede assolutamente nulla, anche se la vasca è trasparente, in questo caso dovete sollevare la piastra ogni paio di minuti tenendola dai fili (ma comunque sempre usando guanti, occhiali e mascherina). NB: nel caso della soluzione a base di acido muriatico l'elemento riscaldante NON serve.
[Dab77]:in allegato un mini foglio di calcolo con la formula presa da questo sito: http://www.dr-lex.be/hardware/tonertransfer.html#etch per il calcolo della soluzione di H2O2, HCl e H2O per l'incisione delle basette. Inoltre ho aggiunto la formula per convertire i Volumi di H2O2, in percentuale. Sono gradite correzioni e/o migliorie
Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
http://www.michelemenniti.it/Arduino_burn_bootloader.php
Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
http://www.michelemenniti.it/atmega328nop.html
Articoli su Elettronica In:
http://www.michelemenniti.it/elettronica_in.html

Michele Menniti

#7
Jun 18, 2011, 11:34 pm Last Edit: Jun 27, 2011, 11:59 pm by menniti Reason: 1
Bene, ora abbiamo il nostro stampato tra le mani, ma ancora non è pronto, infatti le piste appaiono nere o blu scuro, magari con qualche residuo di carta attaccato (secondo la tecnica usata per proteggere il rame delle piste stesse) e i nostri bei tondini (o piazzole) hanno un bel punto interno senza rame, e va forato!
Questa fase spesso viene considerata semplice e l'approccio, specialmente le prime volte, non avviene con la necessaria concentrazione, almeno fino al primo danno….
Tanto per cominciare molti iniziano dalla pulitura, personalmente lo considero un errore: il nero del toner contrasta decisamente meglio rispetto al rame pulito, e questo aiuta in fase di foratura, visto che in genere si lavora con punte da 0.8 mm a 1.2 mm di diametro.
Quindi conviene semplicemente lavare la piastra, sempre con i guanti in lattice,  in acqua abbondante (non usate il lavandino di casa, specialmente se avete lavorato col cloruro ferrico, rovinate le parti cromate); quindi asciugatela con della carta assorbente (tipo rotoloni). Ora siamo pronti per la foratura.
A questo punto diventa fondamentale l'attrezzatura: se volete fare un lavoro come si deve non potete fare a meno di un trapano a colonna; credo, per diretta esperienza, che il migliore in assoluto sia il "piccolo" Dreamel con il suo supporto a colonna (che costa più del Dreamel stesso!!), ha una precisione favolosa, il giusto peso (dopo un po' di fori il braccio inizia a "innervosirsi") e una velocità che permette di fare fori netti e precisi, inoltre non carica del suo peso le punte, al momento del contatto col PCB, mentre i trapani normali tendono a rompere più facilmente le punte.
E diamo il giusto spazio anche a questi importantissimi accessori: potete usare le comuni punte in ferro ma surriscaldano facilmente e si possono deformare, inoltre si spezzano frequentemente. Anche in questo caso più si spende e meglio si ha: le punte elicoidali in acciaio sono superlative, tutto l'opposto delle sorelle in ferro (anche il costo però…). Veniamo ai diametri: 0.8 mm va benissimo per la maggior parte dei componenti (zoccoli, resistenze, condensatori, led, piccoli transistor, diodi di segnale, connettori tipo strip), inoltre un eventuale errore di foratura è meno dannoso, in quanto si riesce a fare un nuovo foro abbastanza vicino; in diversi casi serve la punta da 1 mm, ovviamente componenti con i reofori più grossi (condensatori di capacità elevata, resistenze ad alto wattaggio, diodi raddrizzatori, transistor e mosfet di potenza più alta dei tipi piccoli in plastica, integrati regolatori); più raramente serve la punta da 1.2 mm (connettori di uscita, portafili, connettori per l'alimentazione). A volte si commette l'errore di pensare di poter sopperire ad una punta più grande usando il metodo di roteare il trapano per "allargare" il foro, la cosa non merita le parole di un commento, non c'è altra soluzione che acquistare 2-3 punte a tipo e non restare mai senza rifornimenti, capita la giornata storta e poi doversi fermare per una punta è quantomeno innervosente!!! I fori vanno fatti sempre dal lato rame, anche se disponete di un PCB serigrafato, non combacia mai perfettamente la serigrafia col foro, inoltre forare dal lato componenti significa creare delle fastidiose sbavature nel rame che andranno necessariamente eliminate.
Quando credete di aver finito la foratura mettete il Vostro PCB tra voi ed una bella lampada a luce calda e scoprirete che al minimo state mantenendo lo standard statistico di un foro dimenticato ogni 10-15 fatti; rimettete mano al trapano e ora avrete finito davvero la foratura.
Quindi potete completare l'operazione di pulitura: se le piste sono protette da toner o PnP (che a sua volta protegge il toner) una passata di acetone (quello che si usa per lavare lo smalto per le unghie) ed una nuova sciacquata e vedrete il lato rame in tutto il suo splendore; in qualche situazione particolarmente ostinata potete ricorrere all'acqua molto calda, all'alcool e perfino ad un'altra passata di "sidol", addirittura potrebbe essere necessaria una passata con la spugna abrasiva per lisciare qualche asperità da foratura.
Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
http://www.michelemenniti.it/Arduino_burn_bootloader.php
Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
http://www.michelemenniti.it/atmega328nop.html
Articoli su Elettronica In:
http://www.michelemenniti.it/elettronica_in.html

Michele Menniti

Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
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Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
http://www.michelemenniti.it/atmega328nop.html
Articoli su Elettronica In:
http://www.michelemenniti.it/elettronica_in.html

Michele Menniti

Aggiornamento nella sezione dell'Incisione, con i ringraziamenti per il contributo di Dab77 :)
Guida alla programmazione ISP e seriale dei micro ATMEL (Caricare bootloader e sketch):
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Guida alla Programmazione ATmega328 noP:
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