TUTORIAL CONFECO DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO

PELO PROCESSO DE FOTOTRANSFERNCIA

Desenvolvido por Guilherme Morgado Bassan e Lus Paulo Custdio out/2014 V1.0 Curso de Engenharia Eltrica UTFPR-Curitiba

INTRODUO

Este tutorial foi elaborado com o intuito de ajudar e promover a utilizao de placas de circuito impresso (PCI) para laboratrios, projetos e prottipos de circuitos eletrnicos. Existem outros mtodos de fabricao de PCI, tais como: termotransferncia, serigrafia, impresso direta na placa, adesivos, etc. Porm este mtodo, mesmo sendo um pouco trabalhoso, mostrou melhores resultados, sendo um processo caseiro, e por esta razo este tutorial foi criado, para mostrar passo a passo e com o mximo de detalhes de como fabricar sua prpria placa de circuito impresso com boa qualidade.

Os termos utilizados devem ser familiares e alguns tcnicos, porm nada que impea o entendimento dos passos.

Algumas marcas sero citadas, porm elas se referem aos materiais utilizados. No sendo obrigatria a utilizao das mesmas marcas.

A placa sugerida para o tutorial e os componentes utilizados tal como a disposio deles somente uma sugesto do circuito de PWM para a disciplina de Eletrnica de Potncia da Universidade Tecnolgica Federal do Paran dos cursos de Engenharia Eltrica e Engenharia de Controle e Automao.

OBSERVAES IMPORTANTES: Primeiramente, preciso ter em mente alguns pontos importantes:

- um processo que exige ateno e cuidado por lidar com produtos qumicos, portanto, a utilizao de EPIs (Equipamentos de Proteo Individual) necessria. - A exposio da luz ultravioleta diretamente aos olhos prejudicial. - Todo o processo deve ser feito em um lugar arejado, tanto na utilizao dos produtos qumicos, quanto para a corroso e soldagem dos componentes.

- O contato com elementos qumicos pode causar srios ferimentos, fique atento a coceiras e ardncias, e caso entre em contato com a pele, lave imediatamente com gua. Caso o ferimento seja grave ligue para a emergncia local.

MATERIAL NECESSRIO: Para segurana:

culos de proteo: evitar que alguma substncia entre em contato com o olho. No necessrio culos para proteo ultravioleta, somente evitar olhar para a lmpada.

Luvas: para no entrar em contato com a pele as substncias qumicas e manchar as mos com o percloreto e com a tinta. Caso seja necessrio, use um jaleco para proteger as roupas.

Mscara: evitar o p produzido pelo bicabornato de sdio e com o cheiro forte das tintas, evidenciando novamente para trabalhar em locais arejados.

Para impresso:

Folha transparente: para impresso do circuito. Existem dois modelos: impressora a laser (tira indicativa de lado) e cartucho de tinta (tira indicativa de cima). Preferncia pela impresso a laser. Na impressora cartucho de tinta imprimir em alta qualidade para a cor preta ficar opaca no circuito.

Para o preparo da placa:

Placa de fenolite/fibra de vidro: dependendo da aplicao, por exemplo, para circuito de alta frequncia, prefervel utilizar placas de fibra de vidro.

Esponja de ao: limpar a oxidao da placa.

Detergente: eliminar a gordura e resduos da placa.

Cortador de placa ou uma retfica (Ex: Dremel): para ajustar o tamanho da placa de cobre conforme o circuito.

Para fototransferncia:

Tinta Fotosenssvel: uma tinta que sensvel luz ultravioleta, ou seja, nos espaos onde a impresso do circuito transparente a tinta se fixa, cobrindo o cobre; e na parte preta da impresso, a tinta sai com o banho em bicabornato de sdio. Pode ser adquirida aqui: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-591305970-tinta-fotosensivel-100gr-para-corroso-de-circuitos-imp-_JM, (somente exemplo).

Luz ultravioleta: comercialmente chamada de luz negra. Pode ser utilizada uma lmpada de 26W, um conjunto de lmpadas fluorescente, at mesmo a luz solar, porm, o tempo necessrio para transferir o circuito para a placa demora muito mais.

Duas placas de vidro: servem para prensar a impresso da folha transparente placa, formando um sanduiche (vidro-placa-circuito-vidro).

Presilhas: para fixar as placas de vidro e prensar a placa e o circuito para no se mexerem.

Micro retfica: ela serve para centrifugar a placa (detalhes adiante). Pode ser utilizado qualquer equipamento girante para fixar placa.

Cola quente: para fixar a placa no eixo da retfica.

Secador: secar a tinta da placa. Utilizar na temperatura quente, mas no deixar esquentar muito a placa para no estragar a tinta. Caso esteja disponvel, favorvel utilizar um forninho SOMENTE para este fim.

Caneta para retoque em circuito impresso (caneta para escrita em CD/retroprojetor): caso haja alguma falha no circuito, antes de corroer, possvel utilizar esta caneta para preencher as falhas.

Para revelao, corroso e limpeza da tinta:

Bicabornato de Sdio (barrilha leve): encontrado em lojas de limpeza de piscinas e mercados.

Cloreto de Ferro III, Percloreto de Ferro (lquido ou em p): substncia qumica para corroer o cobre da placa. Cuidado para no respingar nas roupas, e quando encostar-se pele lave-a o quanto antes com gua. Sempre misture o percloreto na gua e no ao contrrio, pois poder ocasionar, dependendo da concentrao dos elementos, uma reao exotrmica que poder liberar vapores prejudiciais a sade.

Hidrxido de Sdio (Soda Custica): CUIDADO!!! Substncia altamente corrosiva dependendo da concentrao, ateno ao manuse-la. Encontrado em lojas de limpeza de piscinas.

Potes para revelao, corroso e limpeza da tinta: podem ser potes de plstico onde caiba a placa. No usar recipientes de metal.

Esponja ou rolo macio: para auxiliar na retirada da tinta da placa.

Para proteo e finalizao da placa:

Perfurador de Placa: realizar os furos na placa para encaixar os componentes, furadeira ou micro retficas com broca no maior que 1 mm de dimetro para componentes em geral (dependendo do componente eletrnico Ex: diodo UF5004, bornes, etc deve ser uma broca um pouco maior).

Caso queira proteger a placa da corroso natural do cobre (oxidao) tm-se os seguintes materiais para

proteo da placa:

Verniz: em formato aerossol, aplica-se placa na parte cobreada e deixe secar.

Pasta para soldar: uma pasta que deve ser espalhada na parte cobreada e com o ferro de solda, aplica-se uma pequena poro de solda na ponta, espalhe-a onde queira se estanhar. Passe, por exemplo, nas trilhas para que no oxide e tambm onde exija maior corrente circulante no circuito. No se preocupe, pois a solda somente se fixar na parte cobreada.

Mscara de solda: uma tinta especial para proteo de toda a placa na parte cobreada, deixando somente os pontos de solda para que no se espalhe.

DICAS PARA O LAYOUT DE UMA PCI

Algumas dicas de como atenuar as EMIs (Interferncias Eletromagnticas) na construo de PCIs:

Fazer um plano de terra na placa de circuito impresso, ou seja, um chapado de cobre interligando todos os pontos de GND (terra) do circuito.

Projetar os componentes mais prximos possveis do CI (observando a convenincia de botes, trimpots, dip switchs,etc).

Incluir em seu projeto capacitores de 100 nF (cermico) em pontos estratgicos para minimizar instabilidade de sinal (leituras de conversores A/D, por exemplo).

Em projetos com microcontroladores, os cristais devem ser posicionados muito prximos dos pinos do CI. Caso contrrio, rudos podero influenciar em mau funcionamento do projeto.

Deixar as trilhas entre os componentes o mais curta possvel para evitar que elas funcionem como antena para o rudo.

Evitar traar trilhas a 90, tente fazer curvas no acentuadas.

Trilhas de realimentao devem ser posicionadas do lado oposto ao de realimentao, TOP/BOTTOM.

Separar as trilhas de sinal das trilhas de alta potncia.

Separar circuitos analgicos e digitais.

Cuidado com trilhas paralelas, pois podem gerar capacitncias parasitas. Se o circuito for de baixa frequncia no to crtico, porm em alta frequncia, o sinal pode ser desviado de uma trilha para outra ou causar realimentao.

Pinos de entrada de CIs que no esto sendo usados devem ser aterrados, caso contrrio haver a possibilidade do rudo gerar sinais indesejados a essas entradas (dependendo das funes do CI, as entradas no devero ser aterradas ver datasheet).

Se possvel utilizar componentes SMD.

CRIAO DO LAYOUT DA PLACA

IMPRESSO DO CIRCUITO Depois de montar o circuito e inverter a imagem (preto/branco) a impresso deve ser feita em papel transparente, como na figura abaixo. Importante lembrar que a tinta utilizada requer que inverta as cores do circuito, pois ela ir reagir com a luz negra, portanto, em lugares que devem ficar o cobre (a luz deve passar para sensibilizar a tinta) dever estar transparente, e nos lugares que dever ser corrodo, dever ficar com tinta preta.

Atente para o lado correto caso tenha algo escrito algo no circuito. Se no for o caso, tanto faz, pois a folha transparente, ento s inverter. D preferncia impresso a laser, pois a qualidade muito melhor que a impresso cartucho de tinta. Se for imprimir com cartucho de tinta imprima em alta definio, e se mesmo assim o circuito no ficar opaco (o preto no ficar to preto) bom imprimir mais uma ou duas vezes o mesmo circuito e sobrepor para que o preto fique realmente preto. Atente na hora de adquirir a folha correta para cada tipo de impresso, pois so diferentes.

PREPARAO DA PLACA A preparao da placa uma etapa importante para que a placa fique com resultados satisfatrios. Primeiramente, limite o tamanho da placa com um lpis e rgua, e ento, corte-a no tamanho adequado para o circuito.

Depois disso, esfregue-a com uma esponja de ao at que ela fique brilhante sem marcas de oxidao. Para eliminar a gordura restante lave-a com detergente e no a toque mais com os dedos, segurando-a pela borda de agora em diante. Para secar poder usar um secador de cabelo ou um papel que no seja spero.

PREPARAO DA TINTA FOTOSENSSVEL LUZ ULTRAVIOLETA NA PLACA Esta etapa e a da secagem so as mais importantes do processo. Primeiro preciso alocar a placa em um suporte giratrio para que posteriormente seja possvel realizar a centrifugao da placa para deixar a tinta espalhada homogeneamente. Utilizo para tal fim, uma micro retfica e com cola quente prendo a placa ao eixo da retfica. Certifique-se que esteja bem presa para que no desloque do eixo. Depois de fixada, aplique a tinta na placa. Para tanto, pode ser aplicada com um pincel macio ou tambm com uma luva cirrgica. No necessrio ficar perfeitamente homognea, pois com a centrifugao isso se resolver. Tambm no necessrio utilizar muita tinta, sendo que o importante cobrir toda a rea da placa. Esta tinta no deve ser txica, porm, caso tenha algum tipo de alergia, utilize sempre luvas para evitar entrar em contato com ela, e faa isso em ambiente aberto, pois o cheiro caracterstico dela um tanto forte, podendo utilizar uma mscara para segurana. Para centrifugar a placa no deixe em uma rotao muito elevada para no retirar muita tinta. O processo rpido da ordem de 5 segundos centrifugando. Outro ponto a observar que esta tinta ir espalhar, ento faa isso em um recipiente fechado, podendo ser usada uma caixa para este processo.

A aparncia da placa ps-centrifugao dever ser a seguinte:

SECAGEM DA TINTA Depois de centrifugar a placa necessrio secar a tinta. Poder secar a tinta com um secador de cabelo ou se tiver disponvel, um forno para este fim especfico. Quando for utilizar o secador de cabelo atente para que o mesmo no tenha sujeiras, pois isto poder prejudicar toda a fixao da tinta e a transferncia do circuito. Nos testes, o tempo de secagem com um secador de cabelo foi de 15~20 minutos. Ela estar pronta para a prxima etapa quando ela estiver totalmente seca e lisa (sem grudar ou deixar marcas).

TRANSFERNCIA DO CIRCUITO PARA A PLACA Nesta etapa a folha do circuito dever ser posicionada na placa. Para que o desenho fique posicionado corretamente na placa, foram utilizadas duas placas de vidro (verifique se a placa que est em contato com a luz esteja limpa e sem poeiras, pois isso ir prejudicar a transferncia do circuito) e presas com presilhas como na figura abaixo. Atente novamente para o lado correto, caso contrrio o circuito ficar invertido.

Com a luz negra posicione-a para iluminar toda a placa com uma distncia de mais ou menos de 10 cm. No necessrio realizar esta etapa no escuro.

necessrio realizar alguns testes para saber quando est pronto o circuito, pois depende do tamanho da placa e da potncia da lmpada. Nos meus testes um tempo de aproximadamente 3 minutos com a lmpada prxima de 10 cm da placa. Caso a placa seja muito grande, preciso fazer um conjunto de lmpadas ultravioleta para que a luz preencha toda a placa.

REVELAO DO CIRCUITO Esta a etapa de que traduz o nome do processo. Depois de transferir o circuito para a placa, retire a folha da placa. Se a tinta secou adequadamente, a folha no ir grudar. Para que possamos revelar o circuito necessrio mergulhar a placa em uma soluo de bicabornato de sdio de gua. Em um recipiente com gua misture com uma colher cheia do sal e ento mergulhe a placa na soluo. No demore muito tempo para revelar aps ter transferido o circuito para a placa, pois dependendo da iluminao local poder comprometer a revelao.

Para agilizar o processo, pode utilizar um rolo de tinta ou uma esponja (com a parte amarela, menos abrasiva) e esfregue levemente para que o circuito comece a se revelar. No deixe vestgios de tinta nas partes que no deveriam ter, pois no momento de corroer estes restos de tinta podero causar curtos nas trilhas e o processo ser inutilizado. O resultado dever ser o da figura abaixo.

Caso o circuito tenha algumas trilhas falhadas poder utilizar a caneta para repar-las (dependendo do tamanho da falha dever realizar novamente os procedimentos adotados at ento, e para retirar a tinta da placa dever usar a soda custica ou esfregar com a esponja de ao).

CORROSO DA PLACA Aps ter limpado completamente qualquer vestgio de tinta da placa est na hora de corroer o cobre que est descoberto pela tinta. No comrcio, o percloreto de ferro vendido em p ou lquido, a escolha no afeta o resultado final. No caso de ser em p, primeiro coloque a gua e depois o p, pois esta reao exotrmica e gera calor e vapores, portanto, faa este passo em um local com ventilao. Deposite o cido em recipientes que no sejam metais, por exemplo, em garrafas de vidro ou embalagens de plstico. Cuidado para no derramar em roupas ou na pele, pois poder manchar a roupa. Sempre use equipamentos de proteo como luvas e culos para no respingar aos olhos. Prximo passo mergulhar a placa no percloreto e deixar a reao acontecer. interessante prender um pedao de fio para mexer a placa no percloreto e poder retira-la sem entrar em contato com o cido.

A primeira vez que for usar o percloreto a corroso ser mais rpida. Para que a corroso continue rpida, o cido dever estar quente (no fervendo). Para isso, coloque o cido em um recipiente de vidro e com a tampa aberta deixe-o em banho-maria. Depois de um tempo de uso, o percloreto ir demorar muito para corroer, ento, dever ser substitudo. Dilua com gua e descarte em local apropriado.

RETIRADA DA TINTA RESTANTE Aps retirar todo o cobre, lave a placa com gua e prepare a soluo, em uma vasilha ou pote, de gua (primeiro) e soda custica. Uma colher cheia deve ser o suficiente. Esta concentrao no deve ser perigosa, porm a utilizao de luvas e culos apropriados deve existir. A tinta dever soltar-se por completo e ento, lave a placa com gua e retire possveis vestgios da tinta.

VERIFICAO DAS TRILHAS Depois de todos estes passos a placa dever ficar com seguinte aparncia:

Antes de soldar os componentes placa, preciso verificar se existem curtos indesejveis entre trilhas assim como se as trilhas esto perfeitas. Esta verificao poder ser visual e dependendo do circuito, o uso de um multmetro na posio de teste de continuidade pode ser necessrio.

PERFURAO DA PLACA Depois de verificada, a placa pode ser finalmente perfurada para a colocao dos componentes. Existem perfuradores parecidos com um grampeador, para este fim ou tambm pode ser usada uma furadeira com brocas de tamanho apropriado. Uma dica furar a placa do lado cobreado para evitar furar errado e tambm estragar o furo.

PROTEO PARA EVITAR A OXIDAO DA PLACA Para proteger a placa poder ser utilizado verniz para tal finalidade, facilmente encontrado em lojas de componentes eletrnicos. Outra forma de proteger o cobre seria estanhar as trilhas, ou seja, aplicar a solda com o ferro de solda nas trilhas. Para isso utiliza-se a pasta de solda para que a solda fique somente nas trilhas onde h cobre. Outra forma, mais eficaz de proteo, onde a placa inteira protegida, se utiliza de uma tinta chamada mscara de solda (solder mask) e existe de vrias cores sendo a mais comum a verde (vista em placas de computador, televisores, etc). Este processo mais oneroso comparado aos outros mtodos ditos neste tutorial, porm d uma finalizao muito superior placa.

RESULTADO FINAL Aps soldar os componentes, a placa dever estar com esta aparncia (lembrando que somente uma sugesto do layout e dos componentes):

Caso existam dvidas quanto ao processo ou sugestes/reclamaes entre em contato por e-mail: luys_13@hotmail.com ou guilherme_hot-mail@hotmail.com.