Como fazer PCB em casa

Para qualquer entusiasta da eletrônica, fazer PCBs para um projeto eletrônico pode ser muito divertido. Uma placa de circuito impresso ou PCB não apenas ajuda a construir projetos de circuitos compactos, mas também garante o funcionamento do circuito à prova de falhas e mais preciso.

Neste post, aprendemos de forma abrangente um processo passo a passo de fazer pequenos PCBs DIY em casa por meio de esforço mínimo e precisão máxima.

Procedimentos DIY passo a passo

Basicamente, envolve as seguintes etapas cruciais:

1. Corte do laminado revestido de cobre no tamanho adequado.
2. Recortes de puncionamento para fazer orifícios para os condutores dos componentes, conforme o esquema.
3. Desenhe blocos ao redor das reentrâncias com tinta resistente a água-forte e vincule os blocos por meio de trilhas usando tinta resistente a água-forte.
4. Mergulhar a placa pintada em solução de cloreto férrico, até que o produto químico corra o cobre exposto, deixando as seções de layout pintadas intactas.
5. Secar a placa e esfregar a tinta resistente à corrosão dos trilhos e das almofadas.
6. Fazer furos nas reentrâncias.
7. Polir a placa acabada com lixa fina.
8. Usando o PCB pronto para montagem e soldagem das peças.

Agora vamos discutir as etapas acima em detalhes. O primeiro passo na produção de PCBs seria adquirir os recursos e itens essenciais. Vamos nos concentrar em todas as coisas que são fundamentais.

Materiais necessários para fazer PCB

Para iniciar o processo, primeiro reuniremos todos os ingredientes vitais ou materiais necessários para a fabricação de PCB. As seguintes coisas fundamentais serão necessárias para a produção

• Laminado Revestido de Cobre
• Solução de cloreto férrico
• Etch Resist Chemical ou tinta.
• Pincel ou caneta de pintura
• Recipiente para gravar o PCB
• Máquina de perfuração e broca.
• Removedor de álcool
• Esfregão, papel de cozinha

Coberto Laminado

O item mais básico será o revestimento de cobre para fazer a placa de circuito impresso sozinho, e você encontrará uma variedade deles.

O material básico (isolante) geralmente é fibra de vidro ou SRBP (folha de papel colado com resina), e o último geralmente é a opção mais acessível.

No entanto, a fibra de vidro se tornou amplamente utilizada tanto com consumidores comerciais quanto recreativos, pois é dotada de alguns aspectos positivos.

A primeira é basicamente que é mais resistente e por isso menos suscetível a entortar e quebrar do que o SRBP. A durabilidade aprimorada é adicionalmente muito útil para placas que suportam peças pesadas, como transformadores.

Um benefício adicional é que a fibra de vidro é translúcida e, portanto, normalmente nos permite visualizar os caminhos do cobre através da área superior (componente) da placa, o que geralmente vale a pena ao examinar e localizar falhas.

Dito isso, o padrão das placas SRBP é mais do que satisfatório para muitos requisitos. As campanhas de marketing geralmente fazem referência ao cartão como 1 mm, 1,6 mm, etc., e isso na verdade se refere à espessura do material de base.

Espessura da Placa

Naturalmente, as placas mais grossas (cerca de 1,6 a 2 mm) tendem a ser mais robustas em comparação com os modelos mais finos (cerca de 1 mm), no entanto, as placas de qualidade mais pesadas são apenas cruciais para grandes PCBs, ou onde peças pesadas provavelmente serão instaladas na placa.

Para a maioria das aplicações, a espessura da placa tem pouca importância.

Ocasionalmente, a placa de laminado de cobre provavelmente será escolhida como uma qualidade de uma onça, ou possivelmente uma qualidade de duas onças, que pertence ao peso do cobre em um pé quadrado de placa.

A maioria dos circuitos lidam apenas com correntes muito baixas, e placa regular de uma onça é tudo o que é necessário. Na realidade, uma placa de onça é frequentemente satisfatória, mesmo para circuitos que envolvem correntes formidáveis.

The Etch Resist Paint

O método fundamental pelo qual uma placa de circuito impresso é fabricada é geralmente cobrir as regiões de cobre que são necessárias na placa concluída por meio de uma resistência de corrosão e, depois disso, mergulhar a placa em um gravador que tira as regiões indesejadas (descobertas) do cobre .

A resistência à corrosão é posteriormente removida para expor as trilhas e almofadas de cobre.

Qualquer tinta que seja capaz de manter o decapante longe do layout de cobre durante o processo de decapagem pode ser empregada como o resist.

Eu pessoalmente prefiro usar esmaltes ou esmaltes, qualquer marca barata pode ser usada e funcionará muito bem como uma máscara anti-corrosiva.

Propriedades da resistência à corrosão

Profissionalmente, provavelmente as resinas mais utilizadas são as tintas e tintas à prova d'água. Variedades solúveis em água definitivamente não são adequadas para o propósito, simplesmente porque podem ser dissolvidas e lavadas na solução de corrosão.

Uma tinta ou tinta que seca rapidamente é mais vantajosa porque elimina a necessidade de esperar muito tempo antes que a placa possa ser gravada.

Mesmo os padrões de circuito impresso mais básicos parecem ter uma grande quantidade de faixas de cobre finas dentro de uma área relativamente compacta da placa hoje em dia, e um pincel competente para criar linhas extremamente finas torna-se necessário.

Desenhando o Layout da Trilha

Uma solução simples seria utilizar uma caneta de ponta de fibra gasta em forma de pincel, o que pode ajudar a desenvolver resultados finais excelentes, embora possa não parecer um meio excelente para corrigir o problema. Uma maneira mais fácil de implementar o resist é usar uma das canetas resistivas à corrosão disponíveis no mercado, que podem ser facilmente compradas em qualquer revendedor de peças eletrônicas.

Qualquer tipo de caneta que usa tinta à base de álcool e uma ponta afiada deve ser trabalhável com este aplicativo. No caso de você não ter certeza sobre a adequação de uma caneta, você pode facilmente puxar alguns traços sobre uma placa de laminado de cobre descartada e então gravar a placa para verificar se a tinta mantém o acondicionador afastado corretamente.

Um tipo adicional de resistência é o Transferências resistentes à corrosão por fricção que estão disponíveis em vários comerciantes de componentes e que geralmente podem fornecer resultados realmente excelentes e especializados, conforme demonstrado no exemplo a seguir.

Na verdade, você pode descobrir que existem muitos produtos químicos que podem ser aplicados como o condicionador, mas a maioria deles são perigosos por algum motivo ou outro e provavelmente não são adequados para placas caseiras.

The Etchant

O decapante é um produto químico que reage com a área de cobre exposta do laminado de cobre e o decompõe da placa. É usado para retirar as regiões de cobre na placa que não são pintadas pela resistência à corrosão e as áreas que não contribuem para os layouts e almofadas da trilha.

O condicionador normalmente empregado para placas desenvolvidas em casa é o cloreto férrico e, embora seja menos perigoso em comparação com a maioria das opções, é um produto químico que deve ser implementado com cuidado.

Portanto, deve-se sempre enxaguar rapidamente com água corrente da torneira, para o caso de você derramar na pele. Certifique-se de não armazenar cloreto férrico em recipientes metálicos, pois este produto químico é reativo a metais e torna o metal poroso e causa vazamentos.

Como o cloreto férrico é tóxico (e no decurso de muitas utilizações torna-se progressivamente transformado em cloreto de cobre, que é igualmente extremamente venenoso), deve obviamente ser armazenado longe de alimentos e utensílios, etc.

Tipos de cloreto férrico

O cloreto férrico pode ser obtido em uma variedade de formas diferentes. Provavelmente, o tipo mais prático de se ter é uma solução do produto químico pronta para usar. Muitos fornecedores de componentes comercializam-no na forma líquida, normalmente em recipientes de 250 ml e na forma concentrada.

Você deve diluir um pouco antes de usar, de acordo com as instruções fornecidas no frasco. Pode não requerer muita diluição, e uma garrafa de 250ml normalmente permite apenas 500ml ou um litro após diluí-la com água.

Algumas empresas podem fornecer o cloreto férrico como cristais, às vezes também conhecido como 'rocha de cloreto férrico'. Este rótulo é muito adequado, pois nesta forma ele certamente se parece com pedaços de rocha amarela em vez de pequenos cristais bonitos, que são praticamente sólidos como uma rocha.

Nesse tipo, o cloreto férrico está normalmente disponível em embalagens de 500g, o que é suficiente para gerar um litro de solução de corrosão.

Você também pode conseguir isso em pacotes maiores, mas como 500gm é o suficiente para gravar um grande número de placas de tamanho normal e pode facilmente sobreviver até mesmo um construtor diligente por muito tempo, provavelmente não é recompensador obter um pacote maior do que 500gm.

Como criar solução de cloreto férrico

Em condição cristalina, o cloreto férrico não se dissolve facilmente, em particular, no entanto, quando é agitado continuamente, pode mais cedo ou mais tarde se decompor completamente e, com mistura constante, pode derreter rapidamente.

Por último, mas não menos importante, o cloreto férrico pode ser adquirido na forma anidra, o que basicamente significa que é cloreto férrico genuíno praticamente sem material aquoso. Ele possuirá um leve grau de água em sua forma cristalina como um aparte.

O que realmente faz com que esse tipo de cloreto férrico seja tão difícil de trabalhar é o efeito de aquecimento gerado quando ele é misturado à água. Mesmo se você começar com água resfriada, ela pode rapidamente ficar bastante quente a um nível em que o recipiente fica muito quente ao toque, representando o perigo de derreter para recipientes de plástico.

Outra preocupação é fazer com que o produto químico se dissolva adequadamente e crie uma formulação decente de corrosão. Por alguma razão, você pode acabar com uma grande quantidade de produto químico que nunca se decompõe, e também uma solução que se parece com o cloreto férrico, mas tem muito pouco ou nenhum potencial de corrosão.

É por isso que deve ser utilizada água fria (de preferência refrigerada ou com gelo). Além disso, é possível que haja uma pequena quantidade de produto químico que não derrete, que pode ser filtrado do líquido ou, como não parece impedir a corrosão, pode simplesmente ser deixado na solução.

Tamanho da broca

O próximo ingrediente importante para a fabricação de PCB em casa é a broca, que é necessária para fazer orifícios na PCB para os condutores dos componentes.

O diâmetro típico para orifícios de chumbo de componentes é de 1 mm, embora vários componentes como resistores predefinidos, grandes capacitores eletrolíticos, etc. exijam um diâmetro um pouco maior. Um diâmetro de furo de cerca de 1,4 mm é apropriado para esses tipos de componentes.

Normalmente, é recomendado usar um diâmetro de menos de 1 mm para semicondutores e vários outros componentes que possuem condutores mais finos. 0,7 mm ou 0,8 mm parecem ser o diâmetro aceitável para esses componentes.

Caso você tenha acesso a brocas de alta qualidade, elas devem ser bastante resistentes.

No entanto, brocas de cerca de 0,7 mm a 1,4 mm de diâmetro podem ser bastante fracas e devem ser manuseadas com relativa cautela.

Se eles forem mantidos com pressão vertical reta para baixo, pode ser bom, mas se a orientação não for mantida em ângulos retos com a placa, um orifício adequado não será criado, o que é bem possível que a broca se parta em dois.

Você deve, por esse motivo, tomar cuidado realista ao fazer furos usando essas brocas e, de preferência, a máquina deve ser usada com um suporte ajustável, conforme mostrado abaixo.

Até agora, discutimos as coisas-chave que são necessárias ao fazer uma placa de circuito impresso, e pode haver algumas outras probabilidades e fins que podem ser essenciais.

No entanto, esses são objetos domésticos tipicamente básicos, e eles serão revelados à medida que avançarmos com o curso de ação da gravação. Você encontrará muitos métodos diferentes para fabricar uma placa de circuito impresso.

Apesar do fato de que todos eles são fundamentalmente idênticos e as principais diferenças são apenas a sequência através da qual as diferentes medidas ao longo do caminho são executadas.

Vamos, portanto, começar levando em consideração uma abordagem de fabricação de uma placa, após a qual algumas técnicas alternativas serão explicadas.

Introdução à fabricação de PCB

O primeiro passo seria verificar com o livro ou revista onde o circuito impresso é apresentado para obter as dimensões corretas da placa.

Você geralmente pode ter um esquemático de circuito, um diagrama de sobreposição de componente e o padrão de trilha de circuito impresso reproduzido em tamanho real, conforme indicado nas 3 figuras a seguir, respectivamente.

O tamanho do circuito impresso deve estar disponível no texto ou no esquema, porém em muitos casos será necessário considerar as proporções através do padrão da trilha de cobre em tamanho real.

Marque o limite da placa finalizada no lado de cobre da placa laminada e, em seguida, puxe um conjunto adicional de linhas de aproximadamente 2 mm ou mais no lado externo da marcação anterior.

Cortando cuidadosamente entre esses contornos, você deve ser capaz de gerar uma seção da placa com precisão decente e bordas retas com problemas mínimos.

As laterais da placa podem ser alisadas com uma pequena lima chata e com placa de fibra de vidro que elimina as pontas abrasivas que podem ser indesejáveis.

Esteja ciente de que as marcações devem ser feitas no lado do cobre da placa e serradas do mesmo lado para evitar o descascamento do cobre durante o corte da placa. Portanto, certifique-se de cortar ou furar a placa sempre do lado do cobre, e não do lado do laminado

O próximo passo seria desenhar as posições dos furos para os componentes e, sempre que adequado, os furos de encaixe para a montagem da placa.

O método rápido para fazer isso é prender o desenho esquemático sobre a placa na trilha de cobre, alinhando com precisão o desenho e as bordas da placa.

Em seguida, com um bradawl ou ferramenta pontiaguda semelhante, marque cuidadosa e precisamente através do esquema na placa, perfurando pequenos recortes no cobre.

Não é necessariamente essencial marcar o quadro perfurando com uma ferramenta pontiaguda e uma forma alternativa é simplesmente alinhar e colar o desenho no quadro usando fita adesiva para violoncelo e, em seguida, perfurar o desenho que agora age como marcadores de perfuração.

Pintando as trilhas com resistência à corrosão

Depois que a placa for cortada no tamanho certo e todos os furos feitos, a próxima tarefa é pintar a placa com a resistência à água-forte. Basicamente, isso envolve limpar o quadro o mais extensivamente possível.

Blocos de limpeza especiais podem ser obtidos no mercado e aparentemente funcionam muito bem. Placas laminadas de cobre geralmente podem apresentar algum óxido e corrosão no topo da superfície de cobre, e é muito importante removê-los, caso contrário, isso pode impedir que a placa seja devidamente gravada.

Portanto, é recomendado o uso de um agente de limpeza razoavelmente poderoso que elimine perfeitamente todo óxido, sujeira e corrosão da superfície do cobre.

Depois que a placa tiver sido bem lavada e a camada de cobre parecer brilhante por toda parte, enxágue a placa com água morna para se livrar de quaisquer resquícios do limpador ou ingrediente oleoso. Neste ponto, certifique-se de não tocar na superfície de cobre, o que pode causar marcas de dedo gordurosas e retardar o processo de gravação.

Em seguida, pegue a tinta resistente à corrosão para puxar as almofadas de cobre ao redor dos orifícios feitos para os cabos dos componentes.

Depois que as almofadas são desenhadas com resistência à corrosão, é hora de pintar as trilhas de cobre para que elas liguem as almofadas de acordo com o design do circuito. Sempre certifique-se de manter suas mãos longe da superfície de cobre ao fazer isso. Comece do tabuleiro em uma borda e prossiga sistematicamente em direção à outra borda, em vez de fazer isso aleatoriamente (o que provavelmente pode resultar em erros)

Para projetos de PCB complexos

Vários designs contemporâneos de circuitos impressos podem ser extremamente sofisticados e desafiadores para replicar.

Ao projetar uma placa deste tipo, é recomendável trabalhar com uma caneta resistiva de circuito impresso (ou uma alternativa apropriada) com uma ponta ainda mais fina. Em locais que podem ter muitas trilhas paralelas estreitas e compactas, você deve ter a ajuda de uma régua para permitir que linhas retas finas sejam traçadas.

Se você ver as faixas ou blocos se fundindo, espere o resistir secar e então use uma bússola ou outra ponta afiada para arranhar o excesso de resistência sobreposta.

Assim que a resistência tiver secado e o PCB for inspecionado, a próxima tarefa é submergir a placa na solução de corrosão até que todo o cobre exposto tenha sido removido.

Como acontece a gravação PCB

Essencialmente, o que acontece no decurso da corrosão é que o cobre toma o lugar do ferro no cloreto férrico para formar cloreto de cobre, enquanto o ferro é precipitado.

No início, o processo de gravação acontece muito rápido e pode levar apenas alguns minutos, mas conforme o cloreto férrico se transforma progressivamente em cloreto de cobre, a ação de gravação torna-se cada vez mais lenta, e após várias placas serem gravadas, pode-se observar que o tempo de gravação é bastante prolongado, ou não sendo realizado.

Nesse caso, o ácido deve ser substituído por um novo lote de solução de cloreto férrico. Como você notará que o cloreto férrico tem uma cor vermelho-amarela enquanto o cloreto de cobre é azul, quando você descobrir que a solução de corrosão lentamente se torna mais esverdeada, isso indicará que o produto químico está chegando ao fim de sua vida útil.

Enquanto grava a placa em casa em um pequeno prato, certifique-se de que o lado de cobre do cartão está voltado para cima e o processo é realizado em um prato não metálico de tamanho adequado.

Você pode adicionar uma capa decente na parte superior e remover a capa periodicamente para verificar o resultado até que a gravação termine. Um problema principal com este método é que uma camada de cloreto de ferro e cobre tende a se desenvolver no topo da placa, o que pode prolongar significativamente o tempo de corrosão. Isso pode ser combatido balançando cuidadosamente o prato de vez em quando para deslocar essa camada para que a gravação acelere.

Usando recipientes especiais para gravação

Na verdade, você pode achar muito fácil configurar um contêiner para habilitar o PCB próximo a uma posição vertical com o lado de cobre da placa voltado para baixo.

Nesta situação, o processo de corrosão ocorre muito rápido, pois o precipitado de ferro não consegue desenvolver uma camada e tende a cair para baixo da placa. Isso garante que a corrosão não seja prejudicada. Ainda assim, a agitação periódica da placa e do condicionador pode ajudar a remover qualquer pequeno revestimento de supressão que possa se desenvolver, permitindo um condicionamento ainda mais rápido.

A figura acima mostra algumas opções fáceis para fazer isso. Na Figura (a), um prato curvo é empregado, o que garante que a prancha seja mantida no lugar através dos quatro cantos, e não entre em contato com a travessa em nenhum outro ponto.

A técnica demonstrada em (b) é uma boa escolha para PCBs maiores que podem necessitar de um prato bastante grande para permitir o procedimento. O recipiente deve ser bem grande, qualquer coisa semelhante a uma clássica jarra de café instantâneo funcionaria.

Provavelmente será necessária uma grande quantidade de ácido clorídrico para encher praticamente o pote. Isso pode parecer um pouco caro no início, mas o ácido certamente durará mais tempo proporcionalmente do que uma quantidade menor.

Alternativamente, uma menor quantidade de ácido pode ser diluída com maior quantidade de água, mas isso pode desacelerar consideravelmente o ataque e não é aconselhável.

Para placas substancialmente grandes, o único método funcional de gravar a placa poderia ser empregar uma grande placa plana (como uma placa fotográfica) com o lado de cobre voltado para cima. A agitação frequente pode ser acostumada para acelerar o tempo de corrosão.

A corrosão será vista acontecendo mais rápido em áreas onde há regiões menores de cobre aberto, e levará muito mais tempo em áreas da placa onde há áreas relativamente maiores de cobre aberto. A gravação também ocorre mais rapidamente em volta dos perímetros do tabuleiro.

Um método que geralmente funciona com mais eficácia e é muito mais fácil na prática é mostrado acima. Aqui, um par de hastes de madeira ou plástico são colocadas em todo o comprimento do prato, em lados opostos. Estes são relativamente mais longos do que o prato para permitir que descansem por cima. O tabuleiro é então pendurado nas hastes apoiadas em algumas peças de arame, uma em cada extremidade do tabuleiro.

Apenas um único fio é demonstrado na Figura para melhor compreensão. Se o fio de cobre for usado, certifique-se de que seja um fio de cobre super esmaltado com uma espessura de 18 SWG. Os fios são presos às hastes simplesmente girando as pontas em torno do diâmetro da haste uma ou duas vezes.

Após o término da gravação

Quando a gravação parece estar completa, você deve examinar minuciosamente a placa para se certificar de que não há bolsas de cobre abertas e procurar as partes da placa onde as trilhas de cobre e almofadas estão estreitamente desenhadas (por exemplo, agrupamentos de almofadas de IC) .

Depois de confirmar que a gravação está totalmente concluída, mantenha a placa verticalmente sobre a solução de gravação por alguns momentos para permitir que o ácido gotejante escape da placa e, em seguida, limpe a placa usando um pedaço de papel de seda ou pano.

Como um aparte, é uma decisão sábia manter um pedaço de papel de cozinha por perto durante o processo de gravação para garantir que os restos da solução de gravação possam ser removidos da pinça ou das luvas sempre que necessário. A placa deve ser cuidadosamente lavada com água para remover quaisquer vestígios finais de solução de corrosão.

Removendo o Resist

Finalmente, no final, a resistência que gruda no cobre deve ser eliminada, o que poderia impedir seriamente o processo de soldagem nas pastilhas de cobre. Você pode adquirir qualquer removedor de resistência padrão, e isso pode estar na forma de um espírito leve que quebrará a maioria das tintas e tintas.

Também pode ser viável obter blocos de polimento de circuito impresso que sejam igualmente adequados para esfregar a máscara. Outra técnica é tentar usar um esfregão ou pó, e esta é basicamente uma das atividades mais diretas da produção de circuitos impressos que certamente não deve apresentar nenhum tipo de desafio.

Para permitir a montagem final dos componentes no PCB pronto com solda perfeita e absolutamente nenhuma junta 'seca', os trilhos e almofadas de cobre devem ser polidos para um acabamento brilhante antes que a soldagem dos componentes possa ser realmente iniciada.

Para você

Como explicado acima, aparentemente fazer PCB em casa parece muito simples, e é apenas uma questão de algumas horas para criar PCBs de nível profissional excelentes usando materiais DIY prontos do mercado. Posto isto, o processo pode requerer alguns cuidados e precisão para atingir os resultados desejados, para que o projeto do circuito pretendido seja realizado com sucesso.

Se você tiver alguma dúvida em relação ao tema, deixe-nos agora pelos comentários abaixo, teremos o maior prazer em ajudar!