Realizzazione di circuiti stampati a casa: camera di esposizione UV fai da te

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Per chiunque ami l'elettronica, passare da breadboard disordinate a circuiti stampati puliti e permanenti è un passo enorme. Creare i propri circuiti stampati (PCB) a casa è come avere un superpotere. Ti permette di realizzare progetti più piccoli, più affidabili e dall'aspetto incredibilmente professionale. Sebbene esistano molti modi per realizzare un PCB fatto in casa, il metodo fotografico che utilizza la luce UV e il materiale fotoresistente offre i risultati più nitidi e precisi. Questo metodo è il segreto per creare schede che sembrano uscite da una fabbrica.

Per farlo, è necessario uno strumento speciale: una scatola di esposizione ai raggi UV. Questo dispositivo utilizza la luce ultravioletta per trasferire il disegno del circuito da una pellicola trasparente su una scheda di rame fotosensibile. È possibile acquistare unità professionali, ma possono essere costose. La buona notizia è che costruirne una da soli è un progetto divertente e gratificante, molto più facile di quanto si possa pensare. Un'unità fatta in casa può funzionare altrettanto bene di una commerciale.

Questa guida ti accompagnerà passo dopo passo nella realizzazione del tuo dispositivo di esposizione. Useremo parole semplici e spiegheremo tutto in modo chiaro. Imparerai quali parti ti servono, come assemblarle e come usare il tuo nuovo strumento per realizzare fantastici circuiti stampati. Alla fine, avrai a disposizione un nuovo potente strumento per la tua officina elettronica.

Comprendere il processo di esposizione dei PCB

Perché è necessario il fotoresist

Prima di iniziare a costruire, è molto utile sapere perché abbiamo bisogno di questa scatola. L'intero processo funziona grazie a un materiale speciale chiamato fotoresist. Si tratta di una sostanza chimica sensibile alla luce che cambia quando viene colpita dalla luce ultravioletta (UV).

Una semplice analogia per comprendere

Immagina di dipingere una parete, ma di voler lasciare una forma specifica non verniciata. Useresti del nastro adesivo per coprire la forma che desideri proteggere. Una volta terminata la verniciatura, rimuovi il nastro e rimane la forma pulita. Il processo fotoresistente è molto simile a questo, ma utilizza la luce al posto della vernice e uno speciale sviluppatore al posto del nastro adesivo.

Preparazione della scheda rivestita in rame

Si inizia con una scheda rivestita in rame, ovvero un foglio di fibra di vetro completamente ricoperto da un sottile strato di rame. Questo rame diventerà i tracciati metallici del circuito. Per prima cosa, si ricopre l'intera superficie in rame con un sottile strato di fotoresist. Si tratta solitamente di una pellicola sottile e scura che va applicata con cura sulla scheda.

Stampa e posizionamento del progetto del circuito

Successivamente, stampate il vostro progetto del circuito su un foglio di plastica trasparente, come una lucida. Il vostro progetto dovrebbe essere in inchiostro nero. Le parti nere sono dove volete che siano le tracce di rame, mentre le parti trasparenti sono dove volete che il rame venga rimosso. Quindi, posizionate questa lucida sopra la scheda ricoperta di fotoresist.

Esposizione alla luce UV

Metti entrambi nella tua scatola di esposizione ai raggi UV. Quando accendi le luci UV, i raggi ultravioletti illuminano il contenuto. La luce può attraversare le parti trasparenti della pellicola, ma viene bloccata dall'inchiostro nero del tuo progetto di circuito.

Sviluppo del Consiglio

La luce UV che colpisce il fotoresist provoca una reazione chimica e lo indurisce. Il fotoresist protetto dall'inchiostro nero non viene toccato dalla luce, quindi rimane morbido. Dopo alcuni minuti, si spegne la luce e si estrae la scheda. Quindi si immerge la scheda in un liquido speciale chiamato sviluppatore. Questa soluzione sviluppatrice lava via solo il fotoresist morbido e non esposto. La parte dura che è stata colpita dalla luce rimane sulla scheda.

Ora ti rimane una lastra di rame con la forma del tuo circuiti è protetto dal fotoresist indurito. Tutto il resto del rame rimane esposto. Infine, si immerge la scheda in una soluzione corrosiva, come il cloruro ferrico. Questa sostanza chimica corrode tutto il rame non protetto. Non può intaccare il rame coperto dal fotoresist indurito. Una volta terminata l'incisione, rimangono solo i tracciati in rame che formano il circuito.

Ecco perché anche una copertura leggera è così importante. La tua scatola di esposizione fatta in casa garantirà che la luce UV sia forte e uniforme, offrendoti risultati sempre nitidi e perfetti.

Raccogliere i materiali e gli strumenti necessari

Il primo passo in ogni buon progetto è preparare tutti i componenti e gli strumenti necessari. Questa realizzazione non richiede nulla di particolarmente esotico e la maggior parte dei componenti può essere trovata online o in un negozio di elettronica. Possiamo suddividere l'elenco in alcuni semplici gruppi.

Per l'elettronica:

• LED UV: Questa è la parte più importante. Avrai bisogno di una striscia di UV LED o un insieme di singoli LED. Il miglior LED UV per l'esposizione dei PCB ha solitamente una lunghezza d'onda compresa tra 395 nm e 405 nm. Questo intervallo funziona perfettamente con la maggior parte delle pellicole fotoresistenti. Ne occorrerà un numero sufficiente per creare una fitta griglia di luci che garantisca una copertura uniforme. Circa 50-100 LED singoli, o una striscia di 2 metri, sono un buon punto di partenza per una scatola di medie dimensioni.
• Alimentazione: È necessario un alimentatore in grado di fornire la tensione corretta e una corrente sufficiente per tutti i LED. La maggior parte delle strisce LED funziona a 12 V CC. Controllare le specifiche dei LED per trovare un alimentatore compatibile. Un alimentatore da 12 V, 2 A è spesso una buona scelta.
• Un timer: Sebbene sia possibile utilizzare un cronometro, un timer integrato rende la scatola molto più facile e precisa da usare. È possibile acquistare online semplici moduli timer digitali che possono essere impostati per secondi e minuti. Si tratta di un enorme miglioramento per il vostro progetto.
• Interruttore On/Off: Per accendere e spegnere l'alimentazione principale dell'unità verrà utilizzato un interruttore a bilanciere o a levetta di base.
• Cavi: Avrai bisogno di un filo sottile per collegare tutte le parti elettroniche. I fili rosso e nero sono utili per tenere traccia dei collegamenti positivi e negativi.

Per la scatola e la struttura:

• Una scatola: Hai bisogno di qualcosa in cui riporre tutto. Una semplice scatola di legno è un'ottima scelta perché è facile da lavorare. Puoi anche usare un contenitore di plastica resistente. Alcune persone hanno ottenuto ottimi risultati utilizzando la custodia di un vecchio scanner piatto rotto.
• Una lastra di vetro o acrilico trasparente: Questa sarà la piattaforma su cui posizionerai il tuo PCB. Deve essere molto pulita e piatta. Il vetro è preferibile perché non si graffia facilmente. Le dimensioni dipenderanno dalle dimensioni della tua scatola.
• Foglio di alluminio o specchio: Rivestirai l'interno della scatola con questo materiale. La superficie lucida rifletterà la luce UV, rendendo l'esposizione più uniforme ed efficiente.
• Un pezzo di schiuma: Questo verrà utilizzato sul coperchio della scatola per premere la trasparenza saldamente e in modo uniforme contro il PCB.
• Viti, dadi e bulloni: Viti, dadi, bulloni e rivetti: Per montare le parti elettroniche e tenere insieme la scatola è necessaria della minuteria, ad esempio, rivetti ciechi in vetroresina possono aiutarvi a ottenere un'installazione rapida senza danneggiare il materiale.

Strumenti necessari:

• Saldatore e stagno
• Pistola per colla a caldo
• Trapano con punte varie
• Cacciavite
• Spellafili e tronchesi
• Righello o metro a nastro

Progettare la propria scatola di esposizione UV per PCB fai da te

Prima di iniziare a tagliare e forare, è consigliabile avere un piano semplice. La cosa principale da considerare è la dimensione. La scatola deve essere abbastanza grande da contenere il PCB più grande che pensi di voler realizzare, con un po' di spazio in più ai bordi. Una dimensione comune è di circa 30 cm per 20 cm.

La prossima cosa da pianificare è la distanza tra i LED UV e la lastra di vetro. Questo è molto importante per ottenere una luce uniforme. Se i LED sono troppo vicini al vetro, si otterranno dei “punti caldi” luminosi proprio sopra ogni LED e delle aree più scure tra di essi. Se sono troppo lontani, la luce sarà uniforme, ma potrebbe essere troppo debole, portando a tempi di esposizione molto lunghi. Una buona distanza iniziale è compresa tra 5 cm e 8 cm.

Dovresti anche pianificare la disposizione dei LED. Disponili in modo regolare, lasciando uno spazio uniforme tra loro. Questo ti aiuterà ad assicurarti che ogni parte del tuo PCB riceva la stessa quantità di luce UV. Una volta che avrai un semplice schema su carta, sarai pronto per iniziare a costruire.

Costruzione del telaio e della struttura della scatola

È qui che il progetto inizia a prendere forma. Supponiamo che tu stia usando una scatola di legno.

Taglia i pezzi di legno delle dimensioni necessarie per la tua scatola. Ti serviranno un fondo e quattro lati. Non è necessario un coperchio in legno, perché il coperchio avrà la schiuma a pressione. Unisci i quattro lati e fissali al fondo con colla per legno e viti. Otterrai così una scatola resistente che blocca la luce.

Quindi prepara l'interno. Questo passaggio è molto importante se vuoi ottenere buoni risultati. Prendi un foglio di alluminio e usa della colla spray o della colla normale per ricoprire l'intero interno della scatola. Copri il fondo e tutte e quattro le pareti. Rendi la superficie il più liscia possibile e cerca di non lasciare molte pieghe. Questo strato lucido rifletterà la luce UV all'interno, quindi eliminerà le ombre e assicurerà che la scheda riceva una luce uniforme da tutti i lati.

Una volta preparato l'interno, crea una piccola sporgenza per la lastra di vetro. Incolla quattro sottili strisce di legno sulle pareti interne. Assicurati che le strisce siano tutte alla stessa altezza, circa 5-8 cm dal fondo, come avevi pianificato in precedenza. Questa sporgenza sosterrà la lastra di vetro.

Alla fine, aggiungi un coperchio. È sufficiente una semplice tavola di legno con cerniere. All'interno del coperchio, incolla un pezzo di schiuma piatto. La schiuma dovrebbe essere leggermente più spessa dello spazio tra il coperchio e il vetro quando è chiuso. In questo modo, quando chiudi il coperchio, la schiuma spinge con forza sul PCB e il filmato, in modo che rimangano perfettamente allineati. Se c'è uno scarto, le tracce possono apparire sfocate e di scarsa qualità.

Creazione dell'array LED UV e di un semplice schema circuitale

Ora lavoreremo sul cuore della macchina: le luci. È qui che il tuo saldatura Le tue abilità ti torneranno utili. L'obiettivo è creare un pannello di LED disposti a intervalli regolari.

Un buon modo per farlo è usare un pezzo di cartoncino perforato o un foglio di plastica sottile come base per la matrice di LED. Segna il motivo a griglia sulla scheda con una matita. Quindi, pratica dei piccoli fori per i piedini di ciascun LED. Inserisci tutti i LED nei fori, assicurandoti che tutti i piedini positivi (anodi) e negativi (catodi) siano rivolti nella stessa direzione.

Per quanto riguarda lo schema elettrico della scatola di esposizione PCB, l'approccio più semplice consiste nel collegare i LED in parallelo. Ciò significa che tutti i terminali positivi sono collegati tra loro e tutti i terminali negativi sono collegati tra loro. È possibile farlo piegando con cura i terminali dei LED e saldandoli tra loro oppure utilizzando dei fili per collegarli. Il collegamento in parallelo è vantaggioso perché se un LED si brucia, gli altri rimangono accesi.

Dopo aver collegato tutti i LED, avrai due punti di connessione principali per l'intero array: uno positivo e uno negativo. Salda un filo rosso al lato positivo e un filo nero al lato negativo. Questi fili si collegheranno all'alimentatore tramite il timer e l'interruttore.

Il circuito completo è semplice. Il cavo positivo dell'alimentatore da 12 V va all'interruttore principale On/Off. Dall'interruttore, va all'ingresso del modulo timer. Successivamente, l'uscita del modulo timer va al cavo rosso positivo della matrice LED. Dopodiché, il cavo nero negativo della matrice LED torna direttamente al terminale negativo dell'alimentatore. Quindi l'interruttore accende tutto e il timer imposta per quanto tempo i LED rimangono accesi.

Assemblare tutto insieme

Una volta costruita la scatola e preparato l'array LED, è il momento di assemblare il tutto.

Per prima cosa, posiziona la matrice LED sul fondo della scatola. Puoi usare della colla a caldo o delle piccole viti per fissarla. Assicurati che sia ben salda e centrata.

Quindi, trova un punto adatto all'esterno della scatola per montare l'interruttore On/Off e il modulo timer. Pratica i fori necessari. È preferibile posizionarli sulla parte anteriore o laterale della scatola per facilitarne l'accesso. Fissa saldamente l'interruttore e il timer.

Quindi, monta l'alimentatore da 12 V. Spesso è più sicuro montarlo all'esterno della scatola per tenere le parti ad alta tensione lontane dall'interno e aiutarlo a rimanere fresco. Pratica un piccolo foro per far passare i cavi da 12 V nella scatola.

Ora puoi completare tutto il cablaggio come descritto nello schema del circuito. Mantieni il cablaggio pulito e ordinato. Usa della colla a caldo per fissare i fili in modo che non si muovano. Dopo aver effettuato tutti i collegamenti, posiziona con cura il foglio di vetro sulle sporgenze di supporto che hai realizzato all'interno della scatola. Il tuo Esposizione PCB fai da te La scatola è ora completamente assemblata!

Calibrazione del tempo di esposizione del PCB

Hai costruito uno strumento straordinario, ma prima di poterlo utilizzare devi compiere un altro passo molto importante. Devi calcolare il tempo di esposizione ideale. Questo tempo può variare da una scatola all'altra a causa del tipo di LED, della loro distanza dal vetro e del tipo di fotoresist utilizzato.

Per trovare il tempo di esposizione perfetto per il tuo PCB è necessario eseguire un semplice test. A tal fine, avrai bisogno di un piccolo pezzo di pannello di rame con fotoresist e uno speciale modello di prova stampato su una trasparenza. Il modello di prova dovrebbe avere forme diverse, come linee sottili di diverso spessore e alcune aree piene.

Metti la scheda di prova e la trasparenza nella scatola. Ora prendi un oggetto opaco, come un pezzo di cartoncino nero spesso. L'idea è quella di esporre diverse sezioni della scheda per periodi di tempo diversi.

• Copri l'intera tavola con il cartone, tranne una piccola striscia a un'estremità.
• Accendi il timer per 30 secondi e lascia che la prima striscia venga esposta.
• Quando il timer è scaduto, fai scorrere il cartoncino per scoprire una seconda striscia, proprio accanto alla prima.

Ora, imposta il timer per altri 30 secondi. Durante questo tempo, la prima striscia riceverà altri 30 secondi di luce (per un totale di 60 secondi), mentre la seconda striscia riceverà i suoi primi 30 secondi.

Ripeti questo processo. Fai scorrere la scheda verso il basso, esponila per 30 secondi e ripeti l'operazione. Se lo fai 5 volte, avrai cinque strisce esposte per tempi che vanno da Da 30 secondi a 2,5 minuti.

Una volta completato il test, sviluppa la scheda come faresti normalmente. Osservando la scheda, noterai una chiara differenza tra le strisce. Le strisce con un tempo di esposizione insufficiente saranno sbiadite e le linee saranno interrotte. Le strisce con un tempo di esposizione eccessivo potrebbero apparire sfocate o sovraesposte. Cerca la striscia con le linee più nitide e definite. Il tempo di esposizione della striscia è il tempo di esposizione ideale.