Fabricació de PCB SMD a casa (mètode fotoresistent): 12 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Fer PCB a casa és probablement un art moribund, ja que cada vegada hi ha més empreses fabricants de PCB que imprimeixen la vostra placa de circuit i les lliuren a casa per un preu raonable. Tot i això, saber fabricar PCB seguirà sent útil a l’hora de fer prototips o substituir aquell circuit malmès que trigarà setmanes a enviar-se. A més, les habilitats necessàries per gravar un PCB poden ser útils per gravar molts altres materials amb dissenys creatius.

En aquest instructiu us mostraré com gravar una placa unilateral, aplicar una màscara de soldadura i soldar alguns components SMD per fer una placa de prova per a alguns LED RGB WS2812B.

Pas 1: materials:

Aquí teniu una llista de tots els materials que necessitareu per gravar i omplir la vostra placa de circuit.

• Tauler revestit de coure *
• Alcohol
• Acetona
• Safata de plàstic
• Encantador **
• Components de la placa
• Fulls de transparència d'injecció de tinta o Laserjet
• Joc de pinces
• Estació de soldadura amb pistola d'aire calent (per SMD)
• Fotoresistent
• Flux
• Trena desoldadora
• Pasta de soldadura
• Màscara de soldadura

* Es desaconsellen les taules revestides de coure amb fibra de vidre, ja que poden ser una mica difícils de tallar.

** He utilitzat una solució de peróxido d’hidrogen 2: 1 i HCl, amb un 3% i un 30% respectivament.

Pas 2: Dissenyeu el vostre circuit

Hi ha molts programes disponibles per dissenyar el vostre circuit. El que més faig servir és Eagle, que potser no és tan avançat com algun altre programari de PCB disponible, però és gratuït i fàcil d’utilitzar. Permet crear taules de fins a dues capes. Eagles ha estat comprat recentment per Autodesk, de manera que podria tenir més rellevància en el camp professional en el futur.

Si no esteu familiaritzat amb el disseny de PCB, us suggereixo que feu una ullada a altres instruccions, també hi ha tutorials fantàstics a youtube, com el de Jeremy Blum.

A la imatge es pot veure l'aspecte d'un circuit un cop acabat. En aquest cas, aquest circuit s’utilitzarà per provar alguns LED WS2812B.

He adjuntat els fitxers Eagle per si voleu desar o modificar el circuit.

Pas 3: exporteu un PCB negatiu reflectit

Malauradament, Eagle no té l’opció d’invertir els colors del circuit abans d’imprimir, per tant, calen alguns passos addicionals.

Un cop hàgiu acabat el circuit, seleccioneu els rastres, els coixinets i altres coses que vulgueu gravar i, a continuació, exporteu-los a un fitxer PDF. Feu el mateix només amb els coixinets, que s’utilitzaran per exposar a la màscara de soldadura.

Eagle emet el PDF a una resolució de 600 dpi, que sol ser la mateixa resolució de la impressora, de manera que no cal ajustar la mida.

Per invertir els colors del fitxer PDF he utilitzat Gimp. Vaig obrir el fitxer amb una resolució de 600 dpi * i vaig procedir a invertir els colors seleccionant el circuit i utilitzant l'eina d'invertir. També he enganxat els coixinets al costat per imprimir-los alhora.

He adjuntat el fitxer PDF per si voleu imprimir aquest circuit, no cal fer cap canvi de mida.

* Advertiment: definir qualsevol resolució al programari d'edició que no sigui de 600 dpi provocarà canvis de mida en imprimir que seran difícils de corregir. A més, assegureu-vos que el vostre circuit es reflecteix de manera que es pugui capgirar, amb el tòner o la tinta pressionant la placa.

Pas 4: prepareu les transparències

Després d’assegurar-se que tots els components s’adapten bé al circuit sobre paper, el circuit i els coixinets s’imprimeixen en una transparència.

Molt sovint, amb una transparència no n’hi ha prou, poden aparèixer alguns forats que deixin passar la llum, deixant zones exposades on no les volem. Pot ser un problema important que es solucioni fàcilment apilant una altra transparència a la part superior.

Les transparències s’enganxen amb epoxi i s’alineen i l’epoxi es deixa curar. Col·locar la transparència sota una superfície plana és una bona idea, de manera que la transparència sigui totalment plana un cop es cura l’epoxi. L’excés es retalla abans de continuar amb el següent pas.

Pas 5: Prepareu la Junta

El tauler revestit de coure està marcat pels dos costats i es trenca a mida. També es neteja amb un coixinet de puntuació i una mica de sabó per deixar una superfície brillant i neta. L’alcohol també es pot utilitzar per netejar qualsevol residu que quedi.

Assegureu-vos que no hi hagi pols ni empremtes digitals al tauler, ja que els residus determinaran l’èxit del següent pas.

Pas 6: enganxeu la pel·lícula Photoresist

Talleu un petit tros de pel·lícula fotoresistent. La pel·lícula està composta de tres capes, un plàstic a la part superior i inferior i el photoresist chemichal encaixat al mig. Per separar la pel·lícula, he posat dos trossos de cinta adhesiva sobre un cantell i després me’n separo, es desprendrà una pel·lícula clara que es descartarà, el costat enganxós (el que presenta fotoresistència exposada) s’enganxa fàcilment al tauler sense bombolles d’aire.

Per enganxar completament la pel·lícula al tauler cal aplicar una mica de calor. Un laminador modificat sol ser el mètode preferit, però també pot funcionar una planxa o una estufa elèctrica. En el meu cas, faig servir l’estufa elèctrica a la cuina. Es fa servir un tros de paper per evitar que la pel·lícula de plàstic s’escalfi massa.

Pas 7: exposeu el fotoresistent

La transparència s’adhereix a la resistència fotogràfica amb l’ajut d’una gota d’aigua. Després s’exposa a la llum UV.

És important que la tinta o el tòner de la transparència estigui en contacte amb la placa, en cas contrari, la llum pot absorbir entre la pel·lícula i la placa i causar alguns defectes.

El temps d’exposició dependrà de la força de la font UV. En el meu cas, n’hi ha prou amb 30 segons al meu expositor casolà de PCB. Sota una bombeta CFL normal, poden ser necessaris diversos minuts.

Pas 8: traieu el fotoresistent no exposat

Un cop s’ha exposat el PCB, s’elimina la transparència i s’elimina la pel·lícula de plàstic que contenia la fotoresistència. La fotoresistència s’haurà endurit i quedarà enganxada al tauler.

El fotoresistent no exposat s’elimina en una solució de carbonat de sodi a l’1% *. Es necessita un pinzell per dissoldre ràpidament les zones no exposades. El tauler de coure hauria de ser visible després d’haver-ho fet.

Un cop fet això, la placa es torna a exposar a la llum UV per endurir completament la fotoresistència i preparar-la per a l'aiguafort.

* El carbonat de sodi també es coneix amb el nom de sosa rentant. Si no teniu accés al carbonat de sodi, podeu fer-ne escalfant bicarbonat de sodi (bicarbonat de sodi) al forn a 200ºC durant un parell d’hores.

Pas 9: gravar el tauler

El tauler està gravat en una solució de peròxid d’hidrogen 2: 1 i HCl (àcid muriatic), normalment triga uns 10 minuts. A continuació, s’elimina la fotoresistència submergint la placa en acetona fins que es desprengui.

Les vores del tauler són finalment retallades i esmaltades. Després de gravar la placa, es realitzen controls de continuïtat per assegurar-se que no hi hagi curtcircuits.

Pas 10: Aplicació de la màscara de soldadura

Al centre del tauler s’aplica una gran capa de màscara de soldadura. La transparència queda enganxada a la part superior i la capa de màscara de soldadura s’exprimeix uniformement. S’utilitza el mateix procés que abans per exposar el PCB. La màscara de soldadura no exposada s’elimina amb aigua de l’aixeta i un pinzell.

En alguns casos, la màscara de soldadura pot adherir-se a la transparència, de manera que hi ha una peça de pel·lícula de polipropilè intercalada. Netejar la pissarra amb alcohol i una tovallola de paper farà que sigui molt brillant.

L’aplicació d’una màscara de soldadura pot ser una mica complicada, ja que, com podeu veure, alguns punts s’han desfet, però això és acceptable.

Pas 11: Soldar els components

S’aplica una mica de pasta de soldadura a cada coixinet. Els components SMD es col·loquen als coixinets. No us preocupeu si sembla un embolic, després d’aplicar la calor, la tensió superficial de l’estany fos estirarà els components cap endavant. La màscara de soldadura evitarà que la soldadura s’enganxi en cap altre lloc que no sigui els coixinets.

Els components s’escalfen amb una pistola de calor a una temperatura de 300ºC durant un parell de segons fins que la pasta de soldadura es fon. Després es deixa refredar lentament durant diversos minuts. Es podrien utilitzar altres mètodes (reflow, hot plate …).

Algunes capçaleres de pin es solden al circuit abans de provar-les en una placa de control.

Pas 12: provar els LED

Per controlar els LED s’utilitza un senzill programa Arduino amb la biblioteca FastLED. El millor dels LED WS2812B és que no necessiten resistències, ja que hi ha un CI intern que regula el corrent. També es pot conduir tota una matriu amb una sola entrada.

Aquest petit tauler de proves s'ha completat amb èxit i és hora de continuar amb projectes més grans.

Si us ha agradat aquest projecte i voleu obtenir instruccions més detallades sobre alguns dels temes tractats aquí, us agradarà aquest tipus d’informació i penseu en votar-lo al concurs LED.

Gràcies per veure-ho!