TUTORIAL CONFECÇÃO DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO

PELO PROCESSO DE FOTOTRANSFERÊNCIA

Desenvolvido por Guilherme Morgado Bassan e Luís Paulo Custódio – out/2014 – V1.0 Curso de Engenharia Elétrica – UTFPR-Curitiba

INTRODUÇÃO

Este tutorial foi elaborado com o intuito de ajudar e promover a utilização de placas de circuito impresso (PCI) para laboratórios, projetos e protótipos de circuitos eletrônicos. Existem outros métodos de fabricação de PCI, tais como: termotransferência, serigrafia, impressão direta na placa, adesivos, etc. Porém este método, mesmo sendo um pouco trabalhoso, mostrou melhores resultados, sendo um processo caseiro, e por esta razão este tutorial foi criado, para mostrar passo a passo e com o máximo de detalhes de como fabricar sua própria placa de circuito impresso com boa qualidade.

Os termos utilizados devem ser familiares e alguns técnicos, porém nada que impeça o entendimento dos passos.

Algumas marcas serão citadas, porém elas se referem aos materiais utilizados. Não sendo obrigatória a utilização das mesmas marcas.

A placa sugerida para o tutorial e os componentes utilizados tal como a disposição deles é somente uma sugestão do circuito de PWM para a disciplina de Eletrônica de Potência da Universidade Tecnológica Federal do Paraná dos cursos de Engenharia Elétrica e Engenharia de Controle e Automação.

OBSERVAÇÕES IMPORTANTES: Primeiramente, é preciso ter em mente alguns pontos importantes:

- É um processo que exige atenção e cuidado por lidar com produtos químicos, portanto, a utilização de EPI’s (Equipamentos de Proteção Individual) é necessária. - A exposição da luz ultravioleta diretamente aos olhos é prejudicial. - Todo o processo deve ser feito em um lugar arejado, tanto na utilização dos produtos químicos, quanto para a corrosão e soldagem dos componentes.

- O contato com elementos químicos pode causar sérios ferimentos, fique atento a coceiras e ardências, e caso entre em contato com a pele, lave imediatamente com água. Caso o ferimento seja grave ligue para a emergência local.

MATERIAL NECESSÁRIO: Para segurança:

Óculos de proteção: evitar que alguma substância entre em contato com o olho. Não é necessário óculos para proteção ultravioleta, somente evitar olhar para a lâmpada.

Luvas: para não entrar em contato com a pele as substâncias químicas e manchar as mãos com o percloreto e com a tinta. Caso seja necessário, use um jaleco para proteger as roupas.

Máscara: evitar o pó produzido pelo bicabornato de sódio e com o cheiro forte das tintas, evidenciando novamente para trabalhar em locais arejados.

Para impressão:

Folha transparente: para impressão do circuito. Existem dois modelos: impressora a laser (tira indicativa de lado) e cartucho de tinta (tira indicativa de cima). Preferência pela impressão 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 aplicação, por exemplo, para circuito de alta frequência, é preferível utilizar placas de fibra de vidro.

Esponja de aço: limpar a oxidação da placa.

Detergente: eliminar a gordura e resíduos da placa.

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

Para fototransferência:

Tinta Fotosenssível: é uma tinta que é sensível à luz ultravioleta, ou seja, nos espaços onde a impressão do circuito é transparente a tinta se fixa, cobrindo o cobre; e na parte preta da impressão, a tinta sai com o banho em bicabornato de sódio. 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 lâmpada de 26W, um conjunto de lâmpadas fluorescente, até mesmo a luz solar, porém, o tempo necessário para transferir o circuito para a placa demora muito mais.

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

Presilhas: para fixar as placas de vidro e prensar a placa e o circuito para não se mexerem.

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

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

Secador: secar a tinta da placa. Utilizar na temperatura quente, mas não deixar esquentar muito a placa para não estragar a tinta. Caso esteja disponível, é favorável 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, é possível utilizar esta caneta para preencher as falhas.

Para revelação, corrosão e limpeza da tinta:

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

Cloreto de Ferro III, Percloreto de Ferro (líquido ou em pó): substância química para corroer o cobre da placa. Cuidado para não respingar nas roupas, e quando encostar-se à pele lave-a o quanto antes com água. Sempre misture o percloreto na água e não ao contrário, pois poderá ocasionar, dependendo da concentração dos elementos, uma reação exotérmica que poderá liberar vapores prejudiciais a saúde.

Hidróxido de Sódio (Soda Cáustica): CUIDADO!!! Substância altamente corrosiva dependendo da concentração, atenção ao manuseá-la. Encontrado em lojas de limpeza de piscinas.

Potes para revelação, corrosão e limpeza da tinta: podem ser potes de plástico onde caiba a placa. Não usar recipientes de metal.

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

Para proteção e finalização da placa:

Perfurador de Placa: realizar os furos na placa para encaixar os componentes, furadeira ou micro retíficas com broca não maior que 1 mm de diâmetro para componentes em geral (dependendo do componente eletrônico – Ex: diodo UF5004, bornes, etc – deve ser uma broca um pouco maior).

Caso queira proteger a placa da corrosão natural do cobre (oxidação) têm-se os seguintes materiais para

proteção da placa:

Verniz: em formato aerossol, aplica-se à 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 porção de solda na ponta, espalhe-a onde queira se “estanhar”. Passe, por exemplo, nas trilhas para que não oxide e também onde exija maior corrente circulante no circuito. Não se preocupe, pois a solda somente se fixará na parte cobreada.

Máscara de solda: uma tinta especial para proteção de toda a placa na parte cobreada, deixando somente os pontos de solda para que não se espalhe.

DICAS PARA O LAYOUT DE UMA PCI

Algumas dicas de como atenuar as EMI’s (Interferências Eletromagnéticas) na construção de PCI’s:

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 próximos possíveis do CI (observando a conveniência de botões, trimpots, dip switchs,etc).

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

Em projetos com microcontroladores, os cristais devem ser posicionados muito próximos dos pinos do CI. Caso contrário, ruídos poderão influenciar em mau funcionamento do projeto.

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

Evitar traçar trilhas a 90º, tente fazer curvas não acentuadas.

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

Separar as trilhas de sinal das trilhas de alta potência.

Separar circuitos analógicos e digitais.

Cuidado com trilhas paralelas, pois podem gerar capacitâncias parasitas. Se o circuito for de baixa frequência não é tão crítico, porém em alta frequência, o sinal pode ser desviado de uma trilha para outra ou causar realimentação.

Pinos de entrada de CI’s que não estão sendo usados devem ser aterrados, caso contrário haverá a possibilidade do ruído gerar sinais indesejados a essas entradas (dependendo das funções do CI, as entradas não deverão ser aterradas – ver datasheet).

Se possível utilizar componentes SMD.

CRIAÇÃO DO LAYOUT DA PLACA

IMPRESSÃO DO CIRCUITO Depois de montar o circuito e inverter a imagem (preto/branco) a impressão 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 irá reagir com a luz negra, portanto, em lugares que devem ficar o cobre (a luz deve passar para sensibilizar a tinta) deverá estar transparente, e nos lugares que deverá ser corroído, deverá ficar com tinta preta.

Atente para o lado correto caso tenha algo escrito algo no circuito. Se não for o caso, tanto faz, pois a folha é transparente, então é só inverter. Dê preferência à impressão a laser, pois a qualidade é muito melhor que a impressão à cartucho de tinta. Se for imprimir com cartucho de tinta imprima em alta definição, e se mesmo assim o circuito não ficar opaco (o preto não ficar tão preto) é 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 impressão, pois são diferentes.

PREPARAÇÃO DA PLACA A preparação da placa é uma etapa importante para que a placa fique com resultados satisfatórios. Primeiramente, limite o tamanho da placa com um lápis e régua, e então, corte-a no tamanho adequado para o circuito.

Depois disso, esfregue-a com uma esponja de aço até que ela fique brilhante sem marcas de oxidação. Para eliminar a gordura restante lave-a com detergente e não a toque mais com os dedos, segurando-a pela borda de agora em diante. Para secar poderá usar um secador de cabelo ou um papel que não seja áspero.

PREPARAÇÃO DA TINTA FOTOSENSSÍVEL À LUZ ULTRAVIOLETA NA PLACA Esta etapa e a da secagem são as mais importantes do processo. Primeiro é preciso alocar a placa em um suporte giratório para que posteriormente seja possível realizar a centrifugação da placa para deixar a tinta espalhada homogeneamente. Utilizo para tal fim, uma micro retífica e com cola quente prendo a placa ao eixo da retífica. Certifique-se que esteja bem presa para que não desloque do eixo. Depois de fixada, aplique a tinta na placa. Para tanto, pode ser aplicada com um pincel macio ou também com uma luva cirúrgica. Não é necessário ficar perfeitamente homogênea, pois com a centrifugação isso se resolverá. Também não é necessário utilizar muita tinta, sendo que o importante é cobrir toda a área da placa. Esta tinta não deve ser tóxica, porém, caso tenha algum tipo de alergia, utilize sempre luvas para evitar entrar em contato com ela, e faça isso em ambiente aberto, pois o cheiro característico dela é um tanto forte, podendo utilizar uma máscara para segurança. Para centrifugar a placa não deixe em uma rotação muito elevada para não retirar muita tinta. O processo é rápido da ordem de 5 segundos centrifugando. Outro ponto a observar é que esta tinta irá espalhar, então faça isso em um recipiente fechado, podendo ser usada uma caixa para este processo.

A aparência da placa pós-centrifugação deverá ser a seguinte:

SECAGEM DA TINTA Depois de centrifugar a placa é necessário secar a tinta. Poderá secar a tinta com um secador de cabelo ou se tiver disponível, um forno para este fim específico. Quando for utilizar o secador de cabelo atente para que o mesmo não tenha sujeiras, pois isto poderá prejudicar toda a fixação da tinta e a transferência do circuito. Nos testes, o tempo de secagem com um secador de cabelo foi de 15~20 minutos. Ela estará pronta para a próxima etapa quando ela estiver totalmente seca e lisa (sem grudar ou deixar marcas).

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

Com a luz negra posicione-a para iluminar toda a placa com uma distância de mais ou menos de 10 cm. Não é necessário realizar esta etapa no escuro.

É necessário realizar alguns testes para saber quando está pronto o circuito, pois depende do tamanho da placa e da potência da lâmpada. Nos meus testes um tempo de aproximadamente 3 minutos com a lâmpada próxima de 10 cm da placa. Caso a placa seja muito grande, é preciso fazer um conjunto de lâmpadas ultravioleta para que a luz preencha toda a placa.

REVELAÇÃO DO CIRCUITO Esta é 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 não irá grudar. Para que possamos “revelar o circuito” é necessário mergulhar a placa em uma solução de bicabornato de sódio de água. Em um recipiente com água misture com uma colher cheia do sal e então mergulhe a placa na solução. Não demore muito tempo para revelar após ter transferido o circuito para a placa, pois dependendo da iluminação local poderá comprometer a revelação.

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”. Não deixe vestígios de tinta nas partes que não deveriam ter, pois no momento de corroer estes restos de tinta poderão causar curtos nas trilhas e o processo será inutilizado. O resultado deverá ser o da figura abaixo.

Caso o circuito tenha algumas trilhas falhadas poderá utilizar a caneta para repará-las (dependendo do tamanho da falha deverá realizar novamente os procedimentos adotados até então, e para retirar a tinta da placa deverá usar a soda cáustica ou esfregar com a esponja de aço).

CORROSÃO DA PLACA Após ter limpado completamente qualquer vestígio de tinta da placa está na hora de corroer o cobre que está descoberto pela tinta. No comércio, o percloreto de ferro é vendido em pó ou líquido, a escolha não afeta o resultado final. No caso de ser em pó, primeiro coloque a água e depois o pó, pois esta reação é exotérmica e gera calor e vapores, portanto, faça este passo em um local com ventilação. Deposite o ácido em recipientes que não sejam metais, por exemplo, em garrafas de vidro ou embalagens de plástico. Cuidado para não derramar em roupas ou na pele, pois poderá manchar a roupa. Sempre use equipamentos de proteção como luvas e óculos para não respingar aos olhos. Próximo passo é mergulhar a placa no percloreto e deixar a reação acontecer. É interessante prender um pedaço de fio para mexer a placa no percloreto e poder retira-la sem entrar em contato com o ácido.

A primeira vez que for usar o percloreto a corrosão será mais rápida. Para que a corrosão continue rápida, o ácido deverá estar quente (não fervendo). Para isso, coloque o ácido em um recipiente de vidro e com a tampa aberta deixe-o em banho-maria. Depois de um tempo de uso, o percloreto irá demorar muito para corroer, então, deverá ser substituído. Dilua com água e descarte em local apropriado.

RETIRADA DA TINTA RESTANTE Após retirar todo o cobre, lave a placa com água e prepare a solução, em uma vasilha ou pote, de água (primeiro) e soda cáustica. Uma colher cheia deve ser o suficiente. Esta concentração não deve ser perigosa, porém a utilização de luvas e óculos apropriados deve existir. A tinta deverá soltar-se por completo e então, lave a placa com água e retire possíveis vestígios da tinta.

VERIFICAÇÃO DAS TRILHAS Depois de todos estes passos a placa deverá ficar com seguinte aparência:

Antes de soldar os componentes à placa, é preciso verificar se existem curtos indesejáveis entre trilhas assim como se as trilhas estão perfeitas. Esta verificação poderá ser visual e dependendo do circuito, o uso de um multímetro na posição de teste de continuidade pode ser necessário.

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

PROTEÇÃO PARA EVITAR A OXIDAÇÃO DA PLACA Para proteger a placa poderá ser utilizado verniz para tal finalidade, facilmente encontrado em lojas de componentes eletrônicos. 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 há cobre. Outra forma, mais eficaz de proteção, onde a placa inteira é protegida, se utiliza de uma tinta chamada “máscara de solda” (solder mask) e existe de várias cores sendo a mais comum a verde (vista em placas de computador, televisores, etc). Este processo é mais oneroso comparado aos outros métodos ditos neste tutorial, porém dá uma finalização muito superior à placa.

RESULTADO FINAL Após soldar os componentes, a placa deverá estar com esta aparência (lembrando que é somente uma sugestão do layout e dos componentes):

Caso existam dúvidas quanto ao processo ou sugestões/reclamações entre em contato por e-mail: luys_13@hotmail.com ou guilherme_hot-mail@hotmail.com.