COSTRUZIONE DI UN CIRCUITO STAMPATO / PRINTED CIRCUIT BOARD (PCB)

Il seguente articolo spiega come costruire una scheda elettronica a puro scopo didattico; colui che decidesse di effettuare le operazioni descritte è conscio del pericolo in cui incorre ed è al corrente che l'autore non avrà alcuna responsabilità nè in merito alla buona riuscita delle operazioni; nè tanto meno di eventuali danni a cose o persone che ne potrebbe scatturire.

Prima di cominciare dovrete procurarvi il master del circuito ossia un foglio trasparente in cui è stato stampato il circuito da ottenere. Se non l'avete dovrete progettarlo e stamparlo (generalmente si usano appositi software quali ORCAD). Che usiate stampanti laser o a getto, fogli lucidi di vario tipo o altro le regole sono molto semplici; il disegno del circuito dovrà essere più scuro possibile in modo da non far passare la luce (a volte vengono sovrapposte 2 stampe per ottenere un risultato migliore) mentre il resto dovrà essere più trasparente possibile (in genere si usano fogli lucidi o di acetato) per il resto si può giocare con i tempi di esposizione. Attenzione dovrà essere posta al lato di stampa in quanto dovrà aderire il più possibile alla scheda e dovrà quindi essere quello dove verrà appoggiata la basetta in quanto con larghezze molto ridotte delle piste il risultato potrebbe non essere sodisfacente.

Il photoresist è un prodotto che viene depositato sulla superfice ramata della scheda; il photoresist una volta esposto ai raggi utravioletti ha l'interessante proprietà di disciogliersi in soda caustica e di essere invece resistente al cloruro ferrico o altre soluzioni solitamente utilizzate per l'incisione di circuiti stampati. Le schede presensibilizzate (schede con applicato il photoresist) sono protette con una pellicola che non permette alla luce di passare e che va asportata prima dell' esposizione ai raggi ultravioletti; in questa fase è da tenere presente che schede vecchie hanno con tutta probabilità un photoresist che non è più in grado di garantire un risultato ottimale; i raggi solari contengono una percentuale di raggi utravioletti pertanto la pellicola protettiva dovrà essere asportata solamente poco prima dell' impressionamento e per quanto possibile le operazioni dovranno essere eseguite in luogo con luce soffusa (i perfezionisti reclameranno la camera oscura). In commercio è possibile reperire basette presensibilizzate di due tipi: negative quando una volta immerse in soluzione di soda caustica viene asportata la parte non esposta ai raggi UV e positive (solitamente le più comuni e utilizzate) quando una volta immerse in soluzione di soda caustica viene asportata la parte esposta ai raggi UV.
Per l'esposizione delle basette ai raggi UV generalmente si utilizzano i bromografi (alcuni utilizzano altre fonti come per esempio la luce solare ecc. ma non sono sicuramente le soluzioni ottimali); il bromografo è un apparecchio semplicissimo contenente delle lampade ultraviolette, acquistarlo non ha senso ed autocostruirlo è relativamente semplice visto anche le numerose informazioni che è possibile reperire con una semplice ricerca in internet (in genere gli autocostruttori utilizzano il case di uno scanner guasto a tale scopo) per tale motivo non mi dilungo ulteriormente sulla sua costruzione. Il bromografo che ho costruito utilizza 3 neon PHILIPS ACTINIC BL TL 8W; esponendo la scheda per 3 minuti ho ottenuto dei buoni risultati. Consiglio di porre dei pesi sul coperchio del bromografo per garantire un contatto ottimale con il master. Una volta terminata l'esposizione riuscirete ad intravvedere il circuito in quanto il photoresist impressionato risulta di colore più sbiadito.

E' ora il momento di sviluppare la scheda; da ora in poi è indispensabile prestare parecchia attenzione visto che sarà necessario maneggiare prodotti chimici che possono essere particolarmente pericolosi. Per sviluppare la scheda occorre preparare una soluzione composta da soda caustica pura disciolta in acqua. (La soda caustica è particolarmente corrosiva pertanto occhiali e guanti sono indispensabili !!! La soluzione non svilupperà particolari esalazioni si consiglia comunque anche la maschera. Il contenitore ed il cucchiaio meglio se in plastica o al limite in acciaio; mai utilizzare allumino o materiali zincati, cromati). Con un cucchiaio in un litro d'acqua ho sviluppato la scheda in tempi che ritengo ottimi (circa 10 secondi; i tempi potrebbero essere differenti); si nota comunque facilmente subito dopo l'immersione che il photoresist impressionato dalle lampade ultraviolette si scoglie nella soluzione pertanto sarà sufficiente prelevare la scheda al momento più opportuno; nel caso in cui ci fossero dei dubbi con i tempi di sviluppo, consiglio di prelevarla in anticipo e sciaccquare la basetta per verificare lo stato del photoresist in quanto nel caso in cui non fosse ancora sviluppata è possibile immergerla nuovamente. Una volta tolta la scheda dalla soluzione lavatela abbondantemente con acqua; dovreste ora vedere chiaramente le piste ricoperte con il photoresist mentre nel resto della scheda è presente la superficie ramata. Al termine dello sviluppo potete conservare la soluzione in un recipiente per riutilizzarlo successivamente; nel caso in cui vorrete gettare la soluzione negli scarichi non ci sono particolari controindicazioni se non quella di diluire maggiormente con acqua. (Per far comprendere maggiormente le proprietà della soluzione riporto alcuni esempi indicativi di come viene utilizzata solitamente la soda caustica: 2 cucchiai in un litro d'acqua possono essere utilizzati per disgorgare una tubazione di un lavabo; 1 cucchiaino da caffè in 3 litri d'acqua per sgrassare i pavimenti, piastrelle ecc..).

Ora è il momento di asportare lo spessore di rame non ricoperto da photoresist tramite incisione chimica; a tale scopo si usano tecniche differenti, molti utilizzano il cloruro ferrico io in ogni caso ho sempre utilizzato una soluzione di acqua ossigienata a 130 volumi (al 35%) e acido cloridrico (al 13%) visto che i tempi di cui sento spesso parlare (10-15 minuti) per l'incisione li trovo inacettabili; ne sconsiglio vivamente l'utilizzo agli inesperti tuttavia se proprio vi incuriosisce al limite utilizzate acqua ossigenata con percentuali inferiori (minor numero di volumi). L'utilizzo di occhiali guanti e maschera è vivamente consigliata, in particolare la maschera visto che la soluzione emana esalazioni tossiche, ricordo inoltre che la reazione sviluppa calore scaldando il liquido a volte anche più di quanto si potrebbe pensare (spero bene che qualcuno non si sogni di utilizzare una vaschetta per le fragole come contenitore). In gener e personalmente utilizzo una proprozione 75% acido cloridrico 25% acqua ossigenata ma la potenza della soluzione è tale che anche sbagliando le proporzioni otterreste un buon risultato inoltre l'efficacia è tale da escludere categoricamente il riscaldamento della soluzione come fanno alcuni; molti non sanno però che l'acqua ossigenata perde le proprie proprietà se lasciata inutilizzata per parecchio tempo; ciò è dovuto al fatto che tende a liberare molecole d'ossigeno (contenitori chiusi ermeticamente potrebbero anche esplodere !!), con dell' acqua ossigenata scaduta potreste lasciare il circuito immerso anche 2 giorni e ancora non riuscireste a sciolgiere la superficie ramata pertanto prestate attenzione a tale aspetto. Non sono d'accordo che per ottenre un buon risultato l'incisione debba essere lenta; l'unico rischio è che la soluzione sia così potente da rovinare persino le piste ricoperte. Una volta con dell' acqua a 130 volumi appena acquistata il rame si è levato in tempi record (5 secondi) sviluppando anche parecchia schiuma che impedisce di controllare lo stato dell' incisione; quando la soluzione risulta troppo forte come in questo caso è sufficiente aggiungere un pò di acqua di rubinetto per avere un controllo migliore sul processo; in ogni caso per incidere impiego circa 30-40 secondi ed i risultati sono ottimi.

Ora è il momento di forare la basetta; un trapanino con supporto a colonna è l'ideale; quello della proxxon non è sicuramente la scelta più economica per contro mi trovo benissimo e ritengo che la sua qualità ne giustifichi il costo; in linea generale una punta da 0,8 è sufficiente per la maggior parte dei componenti standard (resistenze, piccoli diodi, led, condensatori ecc..) per componenti più grandi è sufficiente ripassare al termine con una punta di diametro maggiore; unica raccomandazione è prestare attenzione a non strappare le piazzole quando il loro diametro è di poco superiore a quello della punta. Anche in questa fase è utile utilizzare occhiali protettivi in quanto le punte per la foratura potrebbero rompersi. E' possibile passare ora alla saldatura dei componenti ed il circuito è pronto per l'utilizzo.