Fazendo PCBs SMD em casa (método fotorresistente): 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Fazer PCBs em casa provavelmente é uma arte em extinção, uma vez que cada vez mais empresas fabricantes de PCBs imprimirão sua placa de circuito e os enviarão em sua casa por um preço razoável. No entanto, saber como fazer PCBs ainda será útil ao fazer protótipos ou substituir aquele circuito danificado que levará semanas para ser enviado. Além disso, as habilidades necessárias para gravar um PCB podem ser úteis para gravar muitos outros materiais com designs criativos.

Neste instrutível, mostrarei como gravar uma placa unilateral, aplicar uma máscara de solda e soldar alguns componentes SMD para fazer uma placa de teste para alguns LEDs RGB WS2812B.

Etapa 1: Materiais:

Aqui está uma lista de todos os materiais que você precisará para gravar e preencher sua placa de circuito.

• Placa revestida a cobre *
• Álcool
• Acetona
• Bandeja de plastico
• Etchant **
• Componentes da placa
• Folhas de transparência para jato de tinta ou laser
• Conjunto de pinças
• Estação de soldagem com pistola de ar quente (para SMD)
• Fotorresistente
• Fluxo
• Desoldering trança
• Pasta de Solda
• Máscara de Solda

* Placas de fibra de vidro revestidas de cobre são desencorajadas, pois podem ser um pouco difíceis de cortar.

** Usei uma solução 2: 1 de peróxido de hidrogênio e HCl, a 3% e 30% respectivamente.

Etapa 2: Projete seu circuito

Existem muitos programas disponíveis para projetar seu circuito. O que eu mais uso é o Eagle, que pode não ser tão avançado quanto alguns outros softwares de PCB disponíveis, mas é gratuito e fácil de usar. Ele permite que você crie placas de até duas camadas. O Eagle foi recentemente adquirido pela Autodesk, por isso pode ganhar mais relevância no campo profissional no futuro.

Se você não está familiarizado com design de PCB, sugiro que dê uma olhada em outros instructables, também existem ótimos tutoriais no youtube, como o de Jeremy Blum.

Na foto você pode ver como fica um circuito depois de concluído. Neste caso, este circuito será usado para testar alguns LEDs WS2812B.

Anexei os arquivos do Eagle caso você queira salvar ou modificar o circuito.

Etapa 3: Exportar um negativo de PCB espelhado

Infelizmente, a Eagle não tem a opção de inverter as cores do circuito antes de imprimir, portanto, algumas etapas extras são necessárias.

Depois de terminar o circuito, selecione os traços, blocos e outras coisas que deseja gravar e exporte-os em um arquivo PDF. Faça a mesma coisa apenas para as almofadas, isso será usado para expor para a máscara de solda.

O Eagle gera o PDF em uma resolução de 600 dpi, que geralmente é a mesma resolução da sua impressora, portanto, nenhum ajuste de tamanho é necessário.

Para inverter as cores do arquivo PDF usei o Gimp. Abri o arquivo com uma resolução de 600dpi * e comecei a inverter as cores selecionando o circuito e usando a ferramenta inverter. Também colei os blocos ao lado para imprimir tudo de uma vez.

Anexei o arquivo PDF, caso você queira imprimir este circuito, nenhum redimensionamento deve ser necessário.

* Aviso: Definir qualquer resolução no software de edição diferente de 600 dpi resultará em alterações de tamanho durante a impressão que serão difíceis de corrigir. Além disso, certifique-se de que seu circuito esteja espelhado de forma que possa ser invertido, com o toner ou tinta pressionando contra a placa.

Etapa 4: Prepare as transparências

Depois de verificar se todos os componentes se encaixam perfeitamente no circuito do papel, o circuito e as almofadas são impressos em uma transparência.

Muitas vezes, uma transparência não é suficiente, podem aparecer alguns buracos que permitirão a passagem da luz, deixando áreas expostas onde não as queremos. Pode ser um grande problema que pode ser facilmente resolvido empilhando outra transparência por cima.

As transparências são coladas com epóxi e alinhadas e o epóxi é deixado para curar. Colocar a transparência sob uma superfície plana é uma boa idéia, de modo que a transparência fique totalmente plana quando o epóxi curar. O excesso é aparado antes de prosseguir para a próxima etapa.

Etapa 5: preparar o quadro

A placa revestida de cobre é marcada em ambos os lados e quebrada no tamanho. Também é limpo com um esfregão e um pouco de sabão para deixar uma superfície limpa e brilhante. O álcool também pode ser usado para limpar qualquer resíduo deixado.

Certifique-se de que não haja poeira ou impressões digitais na placa, pois qualquer resíduo determinará o sucesso da próxima etapa.

Etapa 6: colar o filme fotorresistente

Corte um pequeno pedaço de filme fotorresistente. O filme é composto por três camadas, um plástico na parte superior e inferior e o químico fotorresistente imprensado no meio. Para separar o filme, coloco dois pedaços de fita adesiva em uma borda e, em seguida, separo, um filme transparente sai e é descartado, o lado adesivo (aquele com fotorresiste exposto) adere à placa facilmente sem nenhuma bolha de ar.

Para colar totalmente o filme na placa, algum calor precisa ser aplicado. Um laminador modificado geralmente é o método preferido, mas um ferro ou um fogão elétrico também podem funcionar. No meu caso, estou usando o fogão elétrico da minha cozinha. Um pedaço de papel é usado no meio para evitar que o filme plástico esquente muito.

Etapa 7: expor o fotorresiste

A transparência adere ao fotorresiste com a ajuda de uma gota d'água. Em seguida, é exposto à luz ultravioleta.

É importante que a tinta ou o toner da transparência entre em contato com a placa, caso contrário, a luz pode penetrar entre o filme e a placa e causar alguns defeitos.

O tempo de exposição dependerá da força de sua fonte de UV. No meu caso, 30 segundos no meu expositor PCB caseiro são suficientes. Sob uma lâmpada CFL normal, podem ser necessários vários minutos.

Etapa 8: Remova o fotorresiste não exposto

Uma vez que o PCB tenha sido exposto, a transparência é removida e o filme plástico que segurava o fotorresiste é removido. O fotorresiste terá endurecido e grudado na placa.

O fotorresiste não exposto é removido em uma solução de 1% de carbonato de sódio *. Uma escova é necessária para dissolver rapidamente as áreas não expostas. A placa de cobre deve estar visível depois que isso for feito.

Feito isso, a placa é exposta à luz ultravioleta novamente para endurecer totalmente o fotorresistente e prepará-lo para o ataque químico.

* O carbonato de sódio também é conhecido como carbonato de sódio. Se você não tem acesso ao Carbonato de Sódio, você pode fazer algum aquecendo Bicarbonato de Sódio (Bicarbonato de Sódio) em um forno a 200ºC por algumas horas.

Etapa 9: gravar a placa

A placa é gravada em uma solução de 2: 1 de peróxido de hidrogênio e HCl (ácido muriático), geralmente leva cerca de 10 minutos. Em seguida, o fotorresiste é removido submergindo a placa em acetona até que se descole.

As bordas da placa são finalmente aparadas e lixadas. Depois que a placa foi gravada, verificações de continuidade são realizadas para garantir que não haja curto-circuitos.

Etapa 10: aplicando a máscara de solda

Uma grande bolha de máscara de solda é aplicada no centro da placa. A transparência está presa na parte superior e a bolha da máscara de solda é comprimida uniformemente. O mesmo processo de antes é usado para expor o PCB. A máscara de solda não exposta é removida com água da torneira e uma escova.

Em alguns casos, a máscara de solda pode grudar na transparência, de modo que um pedaço de filme de polipropileno é colocado no meio. Limpar a placa com álcool e uma toalha de papel a tornará bastante brilhante.

Aplicar a máscara de solda pode ser um pouco complicado, como você pode ver, alguns pontos descascaram, mas isso é aceitável.

Etapa 11: Soldando os componentes

Um pouco de pasta de solda é aplicada em cada almofada. Os componentes SMD são colocados nas almofadas. Não se preocupe se parecer uma bagunça, depois que o calor for aplicado, a tensão superficial da lata derretida puxará os componentes diretamente. A máscara de solda impedirá que a solda grude em qualquer outro lugar, exceto nas almofadas.

Os componentes são aquecidos com uma pistola de ar quente a uma temperatura de 300ºC por alguns segundos até que a pasta de solda derreta. Em seguida, é permitido esfriar lentamente por alguns minutos. Outros métodos podem ser usados (refluxo, placa quente …).

Alguns conectores de pinos são soldados ao circuito antes de testá-lo em uma placa de ensaio.

Etapa 12: Testando os LEDs

Um programa Arduino simples com a biblioteca FastLED é usado para controlar os LEDs. O bom dos LEDs WS2812B é que eles não precisam de resistores, já que há um CI interno que regula a corrente. Uma matriz inteira também pode ser acionada com uma única entrada.

Este pequeno painel de teste foi concluído com sucesso e é hora de seguir em frente com projetos maiores.

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Obrigado por assistir!