PCB



 

 

PCB

 PCB acronimo di (Printed Circuit Board) che in italiano significa circuito stampato, è la base di ogni circuito elettronico che si rispetti. È insomma il pane dell'elettronica di tutti i tempi. Un PCB è formato da una piastra di solito costituita da vetroresina (ma può anche essere di materiali diversi come ad esempio la bachelite), e uno strato di materiale conduttore in rame (Cu).

Invece di fare collegamenti con fili "volanti", come nel caso della breadboard o della basetta millefori e preferbile utilizzare piste di rame stampate su una basetta in vetroresina. Questo diverso metodo di cablaggio permette una maggiore solidità dei collegamenti e introduce sostanziali migliorie dal punto di vista tecnologico. Infatti vengono ridotte drasticamente le capacità parassite presenti (nel caso della breadboard esse possono aggirarsi sulle decine di picofarad). Come detto in precedenza un PCB è costituito da vetroresina, che è in sostanza un miscuglio formato da fibra di vetro e una resina che fissa le varie fibre tra loro. Questa miscela ha caratteristiche meccaniche sorprendenti, resiste alle torsioni, è molto dura ma allo stesso tempo flessibile, infatti proprio di essa gli ingegneri vogliono costruire i ponti del futuro, ad esempio quello dello stretto di Bering. Sopra questa piastra sono poi depositare piste di rame che creano i collegamenti necessari tra in vari reofori (terminali) dei componenti che formano il circuito. Lo spessore del rame depositato è dell'ordine delle decine di µm (milionesimi di metro). Ogni terminale di ciascun componente viene infilato in un foro praticato sullo stampato in modo da poterlo fissare con delle saldature.

Ci sono vari modi per ottenere uno stampato, ma in sostanza la procedura rimane sempre la stessa, essa consiste nell'asportare il rame in eccesso e di conseguenza non asportare quello che serve per le piste. L'operazione è piuttosto semplice e si può eseguire in due semplici passi: il primo è proteggere le piste di rame e il secondo asportarle immergendo la basetta ramata in una soluzione di Cloruro ferrico (chiamato comunemente percloruro ferrico), affinché avrà intaccato il rame scoperto fino a quando non sarà asportato del tutto.

Metodo del pennarello per PCB

Una delle tecniche più usate è quello del pennarello per circuiti stampati, si compra nei negozi di elettronica, ed è pennarello con il quale è possibile disegnare le varie piste di uno speciale inchiostro nero, è proprio questo inchiostro proteggerà il rame dal successivo processo chimico per asportare il rame.

           

Pennarello                                    Piste protette dall'inchiostro

 

    Piastra ramata

 

Con questo processo si possono ottenere circuiti stampati accettabili, ovviamente non si possono avere piste di piccoli spessori e la qualità è scarsa. Una volta aver disegnato le piste, avendo cura di coprirle con molto inchiostro e disegnandole facendo attenzione al loro posizionamento in quanto i componenti vengono messi all'altro lato della piastra, si procede alla fase di corrosione del rame da parte del cloruro ferrico.

Metodo della fotoincisione (FASE I - Photoresist)

Questo metodo è quello più collaudato e preciso i quanto permette di fare piste sottili di dimensioni prossime come un capello. Attualmente uso questo metodo, proprio per le sue peculiarità. Esso viene effettuato mediante una sostanza detta photoresist, che polimerizza quando viene esposta a raggi UV. Caratteristica che  permette di indebolire il photoresist esposto a questa particolare lunghezza d'onda, i raggi UV sono invisibili all'occhio umano e dannosi, ed è meglio non guardare le lampade che li producono. Esistono due tipologie di photoresist, il tipo negativo e il tipo positivo. Quest'ultimo è quello spiegato precedentemente, invece il primo si comporta in modo opposto a quello di tipo negativo (rimane debole se non esposto a UV). In vendita esistono bombolette di photoresist da spruzzare al momento (POSITIV 20 - di tipo positivo), oppure piastre o basette presensibilizzate (con photoresist già spruzzato). In genere, viene più comunemente usato photoresist positivo.

                                       

                  Piastra presensibilizzata                         Photoresist in spray

Di solito uso la piastra presensibilizzata per comodità, siccome la bomboletta di photoresist scade dopo circa 12 mesi dalla data di produzione. È infatti consigliabile usare la bomboletta solo quando si ha necessità di produrre un buon numero di C.S. (Circuiti Stampati).

Quando viene utilizzato il photoresist spray bisogna prima di tutto pulire bene la piastra strofinandola con un panno imbevuto d'acetone, poi sciacquarla con acqua corrente per poter eliminare qualsiasi traccia di acetone e successivamente asciugarla bene per eliminare le tracce d'acqua. Ora bisogna premere con forza l'erogatore dello spray e porre quest'ultimo ad una distanza di circa 25 cm, stendendo uno strato omogeneo di sostanza senza lasciare goccioline visibili sul rame. È inoltre consigliato leggere le istruzioni presenti nella confezione (di solito in inglese). Una volta aver fatto la prima mano di photoresist, si passa alla fase successiva: L'asciugatura. Essa può essere effettuata con un forno alla temperatura di circa 50-60 gradi per 20 minuti oppure a temperatura ambiente per circa 1 giorno. La cosa importante è che la piastra deve stare all'buio per non far polimerizzare il photoresist.

Se si utilizza una basetta presensibilizzata basta rimuovere la pellicola protettiva.

Metodo della fotoincisione (FASE II - Master)

Per poter indebolire il photoresist depositato sul rame d'asportare, si deve far passare la luce UV su queste zone. Per ottenere questo vengono utilizzati i cosiddetti master. Che sono in pratica dei fogli di carta acetata per stampanti a getto d'inchiostro, stampati con un disegno delle piste in color nero. La funzione di filtro è efficace affinchè venga usata una stampante con una buona risoluzione e vengano sovrapposti perfettamente almeno due copie del master incollate con un pò di nastro trasparente. Per verificare se il master è buono basta una lampada per vederlo controluce, e vedere se ha un colore omogeneo (senza righe o sfumature). I fogli di carta acetata per stampanti ink-jet si possono reperire nelle cartolerie a meno di 50 centesimi o in pacchi da 50 fogli.

Metodo della fotoincisione (FASE III - Esposizione)

Dopo aver sovrapposto il master alla piastra con il photoresist già presente su di essa (presensibilizzata o photoresist steso manualmente), si mette tutto sul bromografo e si procede all'esposizione con raggi UV. Il bromografo è semplicemente un apparecchio dotato di lampade UV, un vetro sul quale poggiare la piastra col master posizionato sulla stessa e un coperchio poggiato sulla piastra affinché essa possa aderire al master. Esistono bromografi con timer e pompe a vuoto per facilitare l'adesione del master, ma sostanzialmente hanno un paio lampade UV da 15 W ciascuna acquistabili su http://www.futurashop.it/.

I tempi di esposizione sono elencati nella tabella sottostante.

Lampada solare da 100W a 25 cm 120-150 minuti
Lampada solare da 150W a 25 cm 40-60 minuti
Neon UV 2x15W 25 cm 2 minuti

Metodo della fotoincisione (FASE IV - Sviluppo)

L'ultima fase prevede l'immersione della piastra dopo l'esposizione in una soluzione di idrossido di sodio NaOH (Soda caustica), che rimuove il photoresist indebolito dai raggi UV. Per preparare il bagno di sviluppo occorre sciogliere 10 grammi di soda caustica in scaglie in un litro d'acqua. Quest'ultima e reperibile in una qualsiasi ferramenta o drogheria a poco prezzo (L'ho rimediata in una ferramenta a 3 euro/Kg). È IMPORTANTE FARE MOLTA ATTENZIONE poichè è una soltanza fortemente basica, una sola goccia in un occhio può causare cecità. Una volta ottenuta una soluzione senza grani o residui di soda caustica, si procede immergendo la piastra nella soluzione è controllare a occhio quando è stato rimosso tutto il photoresist in eccesso. Questo è riscontrabile quando tutte le piste sono in color nero e il restante è di color rame (scoperto dal photoresist). La rimozione del photoresist permette alla soluzione di cloruro ferrico di intaccare e corrodere il rame da asportare.

Cloruro ferrico

Il cloruro ferrico (FeCl3) è un composto nocivo che in soluzione acquosa e capace di corrodere svariati metalli tra cui il rame. Può essere comprato in cristalli da macinare per poi poterli sciogliere in acqua oppure in soluzione acquosa venduta in falconi da vari litri.

       

Soluzione di FeCl3                            FeCl3 granulato

Per ottenere la soluzione di cloruro ferrico basta sciogliere circa 10 grammi di FeCl3 in un litro d'acqua, a volte sulle confezioni del prodotto c'è indicato il dosaggio per litro d'acqua. Quindi in tal caso bisogna seguire i dosaggi di tale prodotto. Oppure utilizzate del cloruro ferrico già in soluzione, io uso quello della delta elettronica.

Questo simbolo ci indica che la soluzione è irritante e nociva.

Invece quest'altro ci indica che è corrosiva, infatti il FeCl3 ha un PH inferiore ad 1, l'equivalente dell'acido cloridrico.

Per prevenire schizzi è consigliabile autocostruirsi con 5 pezzi di vetro questa pratica vaschetta per l'incisione chimica, incollando quest'ultimi con silicone trasparente. Per velocizzare il processo si consiglia una resistenza ceramica per riscaldare il liquido, e una pompa da acquari per far gorgogliare il cloruro ferrico, in questo modo si facilita la rimozione del rame, in quanto il flusso del liquido trascina con se gli eventuali residui di rame (Cu).

 

Il processo di corrosione può durare decine di minuti, questo dipende dalla temperatura del liquido e dalla "vecchiaia" del liquido stesso. Infatti il cloruro ferrico può essere usato più volte. E può durare per anni.

Piastra immersa nello sviluppo

Piastra già sviluppata

Piastra già incisa e forata

     

 

 

 

 

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