Como fazer um PCB personalizado usando um gravador a laser de baixa potência: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

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Quando se trata de fazer um PCB caseiro, você encontra vários métodos online: desde o mais rudimentar, usando apenas uma caneta, até o mais sofisticado, usando impressoras 3D e outros equipamentos. E esse tutorial cai nesse último caso! Neste projeto mostro como fabricar uma placa de circuito impresso usando um cortador a laser de baixo custo e baixa potência.

Até recentemente, você só encontrava uma dessas máquinas em makerpaces ou em outras instalações comerciais. Eles custariam milhares de dólares, de modo que um fabricante comum não seria capaz de ter um para si. Existem também alguns serviços de corte a laser online, mas na minha opinião eles não seriam a escolha perfeita para prototipagem rápida. Felizmente, agora existem várias máquinas de gravação a laser disponíveis online! A maioria deles tem laser de baixa potência e pode ser usado apenas para gravar e gravar desenhos em diferentes superfícies (vidro, metal ou madeira, por exemplo). Sua área de superfície e potência do laser são apenas uma fração das máquinas profissionais, mas seria um bom começo para fabricantes e amadores.

Neste tutorial, vou mostrar como você usei um gravador a laser de baixa potência para produzir uma placa de circuito impresso (PCB). Seria uma boa alternativa se você deseja fazer seu primeiro protótipo de uma placa de circuito (pelo menos até você solicitar uma versão melhor de um fabricante online!).

Você pode encontrar o cortador a laser que usei nos seguintes links:

rebrand.ly/laserengraver-BG

rebrand.ly/laserengraver-AMZ

rebrand.ly/laserengraver-GB

Você sabia que pode encontrar uma aula incrível de corte a laser aqui no Instructables? Confira:

www.instructables.com/class/Laser-Cutting-Class/

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Quando se trata de fazer uma PCB caseira, você pode encontrar vários métodos online: desde os mais rudimentares, usando apenas uma caneta, até os mais sofisticados usando impressoras 3D e outros equipamentos. Esse tutorial cai nesse último caso! Nesse projeto eu mostro como fabricar uma placa de circuito impresso utilizando uma cortadora a laser de baixa potência e baixo custo.

Até recentemente, você só encontraria uma dessas máquinas em makerpaces ou outras instalações comerciais. Eles custariam jogadores comuns, então um fazedor comum não seria capaz de ter uma própria. Você pode encontrar também alguns serviços de corte a laser on-line, mas, na minha opinião, eles não seriam uma escolha perfeita para prototipagem rápida. Felizmente, existem várias máquinas de gravação a laser disponíveis online! A maioria delas têm lasers de baixa potência e podem ser usados apenas para gravação em superfícies diferentes (vidro, metal ou madeira, por exemplo). Sua área de superfície e potência de laser são apenas uma fração das máquinas profissionais, mas são um bom começo para os fazedores e entusiastas. Neste tutorial, mostrarei como usei uma gravadora a laser de baixa potência para produzir uma placa de circuito impresso (PCB ou PCI). Pode ser uma boa alternativa se você tiver uma dessas máquinas ao seu alcance e quiser fazer um primeiro protótipo e uma placa de circuito (pelo menos até encomendar uma versão melhorada de algum fabricante online!).

Você pode encontrar uma gravadora a laser usada nesse tutorial no link abaixo:

rebrand.ly/laserengraver-BGhttps://rebrand.ly/laserengraver-AMZ

rebrand.ly/laserengraver-GB

Você sabia que pode encontrar uma aula incrível de corte a laser aqui no Instructables? Confira:

www.instructables.com/class/Laser-Cutting-Class/

Etapa 1: Ferramentas e materiais

As seguintes ferramentas e materiais foram usados neste tutorial:

• Gravador a laser de 10W (link / link / link). Foi usado para imprimir o desenho do circuito em uma placa PCB de cobre em branco.
• PCB de cobre (link / link / link). Placas de circuito caseiras geralmente são impressas em placas fenólicas revestidas de cobre. Toda a superfície do cartão é revestida (de um lado ou de ambos). O cobre é um material condutor, enquanto o substrato fenólico não pode conduzir eletricidade. Ao remover partes da camada de cobre, pode-se criar trilhas entre os componentes, criando a placa de circuito.
• Tinta látex PVA à base de água. Como você verá mais adiante neste tutorial, usei tinta à base de água para criar uma máscara na superfície de uma placa de circuito impresso de cobre. Esta máscara evita que partes da camada de cobre sejam removidas pela solução de cloreto férrico.
• Pincel. Uma espessa camada de tinta terá que ser aplicada na placa de circuito, e um pincel será útil aqui.
• Cloreto férrico. Ele vem na forma de sal e deve ser dissolvido em água antes de ser usado. Esta solução é capaz de corroer o cobre, removendo-o de seu substrato fenólico. Aplique uma máscara e apenas as partes da placa de cobre expostas à solução serão dissolvidas.
• Lixa. No final, você terá que remover a máscara restante do tabuleiro. Isso pode ser feito facilmente com uma lixa.

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Os seguintes materiais e ferramentas foram usados nesse tutorial:

• Gravadora laser de 10W (link / link / link). Esse equipamento foi usado para impressão do desenho do circuito em uma placa cobreada nova.
• PCB de cobre (link / link / link). Circuitos caseiros são normalmente impressos em placas cobreadas de fenolita, podendo ter um lado ou ambos revestidos com cobre. O cobre é um material condutor, enquanto o substrato de fenolite se comporta como isolante de eletricidade. Removendo-se partes da camada de cobre, pode-se criar trilhas entre os componentes, criando-se assim um circuito impresso.
• Tinta PVA base água. Como você vai ver posteriormente nesse tutorial, eu usei uma tinta base água para criar uma máscara na superfície da placa cobreada. Essa máscara evita que partes da camada de cobre sejam ermovidas pela solução de cloreto de ferro.
• Pincel. Uma camada de tinta é aplicada sobre a placa de circuito a ser impressa, e um pincel será bem útil nesse momento.
• Cloreto de ferro. Essa substância é vendida na forma de um sal que deve ser dissolvida em água antes de ser usada. Essa solução é capaz de correr o cobre, removendo-o do substrato formado pela placa de fenolite. Aplicando-se uma máscara, garante-se que apenas nas partes de cobre expostas serão dissolvidas.
• Lixa. Ao fim do processo, você precisa remover o restante da máscara da placa. Isso pode ser facilmente utilizando-se uma lixa.

Etapa 2: Processo de fabricação de PCB caseiro

O processo de fabricação de PCB caseiro geralmente consiste nas seguintes etapas:

1. Design de PCB

Nesta etapa é feito o desenho da placa a ser produzida. É possível criar uma nova placa e fazer cópias de projetos de código aberto. Diferentes softwares CAD podem ser usados (Fritzing, KiCAD, Proteus, Eagle, etc.).

2. Aplique uma máscara no PCB

Uma vez que a placa de circuito impresso é projetada, ela deve ser transferida para a placa de circuito. Existem várias maneiras de fazer isso: usando o método térmico (transferindo o toner de uma folha de papel para a chapa, aplicando calor), manualmente (desenhando o circuito com uma caneta adequada) e até usando uma impressora 3D. Neste projeto, usei um gravador a laser para transferir o design para a placa.

3. Gravação química do PCB

Uma vez que a máscara é transferida para a placa, a corrosão de partes da placa é realizada para remover partes do cobre. Ao final do processo, a placa deve ficar apenas com as pistas que compõem o circuito.

4. Limpeza e acabamento

Concluída a corrosão, a placa estará pronta para ser limpa, furada e os componentes soldados. Depois é só verificar tudo, ligar e ser feliz!

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O processo de fabricação da PCB caseira normalmente consiste dos passos seguintes:

1. Design da placa

Nesse passo é feito o desenho da placa que pretende produzir. É possível tanto realizar o projeto de uma placa nova, quanto realizar cópias de projetos opensource. Diferentes softwares de CAD podem ser utilizados (Fritzing, KiCAD, Proteus, Eagle, etc.).

2. Aplicação da máscara na PCB

Uma vez com o desenho do circuito impresso, é necessário transferi-lo para a placa de circuito. Existem várias formas de fazer isso: usando o método térmico (transferindo-se o toner de uma folha de papel para uma placa, através da aplicação de calor), manualmente (desenhando-se o circuito com uma caneta apropriada) e até mesmo utilizar-se uma impressora 3D. Nesse projeto, utilizei uma cortadora laser para transferir o desenho para uma placa.

3. Corrosão da PCB

Uma vez transferida a máscara para uma placa, é realizada uma corrosão de partes da placa para remoção de partes do cobre. Ao fim do processo, a placa deve ficar apenas com as trilhas que compõem o circuito.

4. Limpeza e acabamento

Uma vez concluída a corrosão, uma placa disponível pronta para ser limpa, perfurada e ter os componentes soldados. Depois disso, é só verificar tudo, energizar e ser feliz!

Etapa 3: Design de PCB e criação da máscara

Assim que tiver um projeto de PCB (projetado com qualquer software CAD de sua escolha), você pode exportá-lo no formato SVG para leitura em outro software de edição gráfica. Várias camadas podem ser exportadas neste processo: vista superior, vista inferior, máscara, seda, etc. Todas as camadas estão disponíveis no formato normal ou espelhado. O processo de fabricação descrito neste tutorial requer que uma máscara seja aplicada ao PCB. A parte da placa de cobertura que é coberta pela máscara não será corroída e, portanto, será retida na placa final. As peças que não forem recobertas pela máscara ficarão expostas ao cloreto de ferro, sendo corroídas e removidas da placa de circuito impresso.

Neste processo é necessário revestir toda a placa com uma camada de tinta, e remover apenas algumas seções com o gravador a laser.

Desta forma, a máscara gerada pela maioria dos softwares deve ter suas cores invertidas (inverta os pixels pretos para brancos e vice-versa). Para realizar a inversão da máscara, foram utilizados dois softwares:

- Inkscape: usado para converter arquivos SVG em formato de imagem (PNG). Também é usado para transformar o desenho em uma imagem em preto e branco (se o CAD exportar em formato colorido);

- Gimp: usado para inverter a cor da máscara (pixels brancos em pixels pretos).

A imagem resultante é então carregada no software do gravador a laser para impressão na superfície da placa.

Preste atenção às dimensões da imagem: verifique se as dimensões de saída do software do gravador a laser são as desejadas para o protótipo real.

No caso deste tutorial, o design de uma placa específica não foi feito. Em vez disso, tentei replicar uma placa de código aberto, desenvolvida por Fábio Souza: Franzininho. Esta incrível placa pode ser facilmente montada e programada por usuários de todos os níveis, é compatível com o IDE do Arduino e totalmente projetada no Brasil!

Mais informações sobre o tabuleiro no projeto Github:

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Uma vez que você tenha o desenho da placa (projetado qualquer software CAD de sua preferência) é possível exportar o modelo no formato SVG para leitura em outros softwares de edição gráfica. Várias camadas podem ser exportadas nesse processo: vista superior, vista inferior, máscara, seda, etc. Todas as camadas podem ser disponibilizadas no formato normal ou espelhado.

O processo de fabricação descrito nesse tutorial requer que seja aplicada uma máscara sobre um PCB. A parte da placa cobreada que estiver coberta pela máscara não será corroída e, portanto, será mantida na placa final. As partes que não revestidas com a máscara serão expostas ao cloreto de ferro, sendo corroída e removidas da placa de circuito impresso.

Nesse processo é necessário revestir toda a placa com uma camada de tinta, e remover apenas aproveite utilizando uma cortadora a laser.

Dessa forma, a máscara gerada pela maioria dos softwares must have your core invertida (inversor de pixels pretos para branco e vice-versa). Para realizar uma inversão da máscara, foram utilizados dois softwares:

- Inkscape: usado para converter arquivos SVG em formato de imagem (png). Também usado para transformar o desenho em uma imagem preto e branca (caso o CAD exporte em formato colorido);

- Gimp: utilizado para inversor a cor da máscara (pixels brancos em pixels pretos).

A imagem resultante é então carregada no software da gravadora a laser para impressão na superfície da placa.

Atentar para as dimensões da imagem: deve-se verificar se as dimensões de saída do software da gravadora são conforme desejadas para o protótipo real.

No caso desse tutorial, não foi feito o projeto de uma placa específica. Ao resultado disso, tentei replicar uma placa opensource, desenvolvida pelo Fábio Souza: a Franzininho. Essa placa pode ser facilmente montada e incrível programada por usuários de todos os níveis, é compatível com o Arduino IDE e totalmente projetada no Brasil!

Mais informações sobre a placa no Github do projeto: