| Didattica |
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Realizzare circuiti stampati non è difficile. Con un po’ di manualità e seguendo alcune regole fondamentali si possono ottenere ottimi risultati. La prima regola è, però, non scoraggiarsi davanti ai primi insuccessi. I circuiti stampati sono essenzialmente di due tipi: a faccia singola e a doppia faccia. Nel primo caso, il rame si trova su un lato della basetta (di solito di fibra di vetro) ed i componenti sull’altro. I collegamenti sono fatti passando i terminali dei componenti attraverso appositi fori della basetta.
Nel secondo caso, il rame si trova su ambo le facce della basetta. Vi sono diversi modi per collegare le piste in rame inferiori a quelle superiori: il primo consiste nell’usare come collegamento o gli stessi terminali dei componenti o degli spezzoni di filo di rame che vengono saldati sulle due facce. Una tecnica più evoluta, ma realizzabile solo industrialmente è depositare del metallo all’interno degli stessi fori (circuito stampato a fori metallizzati). Esiste una tecnica più recente, ma ancora poco diffusa nell’hobbistica: il montaggio superficiale. Con tale tecnica, i componenti sono saldati direttamente sulle piste in rame. Ovviamente, anche i componenti devono essere di tipo particolare (componenti SMD)
La tecnica più valida per realizzare dei circuiti stampati è la fotoincisione, la quale permette di realizzare le basette anche in piccole serie. La fotoincisione passa attraverso una sequenza di lavorazioni:
La prima operazione, che si effettua una volta sola se ben eseguita, è la realizzazione del master. Cos’è un master? È un disegno dei collegamenti circuitali (piste) che devono essere realizzati sul rame del circuito stampato per collegare correttamente i componenti.
master Questo disegno va realizzato su un supporto trasparente o semitrasparente. Esistono numerose tecniche per realizzare un master, ma oggigiorno, la diffusione di programmi (detti PCB–CAD) dedicati a questo scopo fa sì che la generazione tramite computer del master sia la più diffusa. In rete è possibile trovare software hobbistico a basso costo o freeware, mentre produzioni di stampati più ad alto livello impiegano software industriali completi di simulazione del funzionamento del circuito finito. Generalmente il foglio su cui viene tracciato il master è in acetato trasparente, quello usato per le lavagne luminose. Se la stampante è in grado di imprimere il disegno sul foglio di acetato, ogni problema è risolto. Altrimenti conviene farsi fare una fotocopia su acetato del disegno stampato su carta. Alcuni hobbisti usano stampare su della comune carta da lucido due copie del disegno, che per l’esposizione vengono sovrapposte, così da ottenere un’adeguata opacità del disegno. Molto spesso, per operare in maggiore sicurezza, ed avere un tracciato più preciso sul rame, il master viene realizzato come un disegno speculare a quello reale, così da porre il lato stampato a diretto contatto con la parte sensibile della basetta vergine ed evitare la diffusione dei raggi ultravioletti attraverso lo spessore dell’acetato. Con l’ormai diffuso impiego dei PCB–CAD, la scelta di come realizzare il master dipende solo dall’utente. Nell’industria, i master sono realizzati con una tecnica affine all’eliografia, ma sono pochi i laboratori grafici in grado di realizzarla per gli hobbisti (e di solito è costosa). Se vi devono essere collegamenti in rame anche sul lato componenti della basetta, ovviamente deve essere creato un master per ciascun lato. Ovviamente, la realizzazione del master può non essere contestuale a quella delle basette.
Una volta ottenuto il master, si passa all’esposizione. Normalmente le basette per la fotoincisione di circuiti stampati sono vendute già sensibilizzate, ossia con il rame ricoperto da un materiale fotosensibile ai raggi UV (fotoresist). Il loro uso è semplice e rapido, basta togliere il o i fogli protettivi, a seconda se si tratta di mono– o doppia faccia, collocare il master sulla basetta ed esporre ai raggi UV. Per esporre ai raggi UV si può usare qualunque fonte degli stessi, da una lampada solare ai professionali bromografi. bromografo L’importante è evitare spostamenti del master rispetto alla basetta durante l’esposizione. Usando una comune lampada solare da 300 W collocata a circa 20/25 cm, che consente di limitare l’esposizione ad un minuto circa, si può realizzare un dispositivo formato da una lastra di plexiglas (il vetro attenua i raggi UV ed aumenta i tempi di esposizione) incardinata da un lato al piano base e tenuta sollevata dallo stesso ad una distanza pari allo spessore della basetta (circa 1,5 mm); lo spessore dell’acetato è trascurabile, a meno che non sia molto grosso. Naturalmente ci si può autocostruire un bromografo di aspetto più professionale, ma sono necessarie maggiori abilità. Inoltre, i tubi per i bromografi sono meno potenti e richiedono esposizioni più lunghe. bromografo hobbistico Questa fase è la più critica e si raccomanda la massima pulizia delle parti: anche un capello potrebbe schermare la luce creando una pista che non esiste!
Quando si è esposta la basetta alla luce ultravioletta, non si nota nulla sulla superficie sensibile. Osservando da alcune inclinazioni, si può intravedere forse il disegno: dipende dal tipo di fotoresist. Per lasciare sul rame solo la vernice impressionata si deve sviluppare la basetta. Allo scopo si utilizza una soluzione al 7 per mille (0,7%) di idrossido di sodio (soda caustica). Data la reattività della sostanza, è preferibile creare la soluzione in acqua distillata. Con una simile concentrazione, la soluzione di sviluppo non è particolarmente pericolosa ma è consigliabile ugualmente non toccarla con le mani! Per immergere ed estrarre la basetta dalla soluzione conviene usare delle pinze, preferibilmente di plastica (si puliscono meglio). Lo sviluppo può essere seguito a vista ed appena il fotoresist impressionato si è sciolto bisogna estrarre la basetta dalla soluzione e lavarla, o si scioglie anche il resto. basetta esposta Per usi hobbistici esistono due soluzioni per incisione (impropriamente chiamate «acidi», ma acidi non sono): il cloruro ferrico ed il persolfato di sodio. Il primo è ancora il più diffuso perché più economico e facilmente reperibile, ma il secondo ha alcuni vantaggi: non sporca, è trasparente e permette di seguire l’incisione «a vista», tende a diventare azzurro quando si esaurisce, non sviluppa vapori tossici se riscaldato. In ambo i casi, è preferibile ottenere la soluzione con acqua distillata. Esistono molti metodi per realizzare l’incisione del circuito. Il più semplice ed economico consiste nell’ adagiare la basetta nella soluzione ed agitare manualmente il contenitore della soluzione. Se questa è di persolfato, bisogna portarla a circa 40 °C (optando per questo prodotto, conviene usare una bacinella in vetro pyrex collocandola su un piccolo fornello elettrico). Un risultato migliore si può ottenere sospendendo in qualche modo (con sostegni non metallici o con cordini) la basetta nella soluzione e facendo circolare la soluzione stessa facendovi gorgogliare aria all’interno con una pompetta da acquari. L’operazione è un po’ critica; se si deve realizzare un solo circuito alla volta, conviene limitarsi ad una agitazione intermittente con una bacchetta di plastica o facendo oscillare la bacinella.
Si passa poi, alle macchine. Qui l’offerta è enorme. A seconda della propria disponibilità economica e del grado di accuratezzza che si vuol raggiungere nella incisione si può optare per una semplice vaschetta con riscaldatore termostatato vaschetta incorporato dal costo di poche decine di euro, e si può arrivare alle macchine per incisione industriali del costo di migliaia di euro. etching machine Ad incisione completata, si estrae (sempre con le pinze!) dalla soluzione la basetta incisa, la si lava e la si controlla. Se l’incisione è riuscita correttamente, si passa alla foratura. basetta incisa non forata
Per forare i circuiti stampati, si possono usare ancora le normali punte HSS, ma migliori risultati si ottengono con le punte cosiddette «al cobalto» (usate per la foratura degli acciai inossidabili), solo di poco più costose. Hanno lo svantaggio di perdere efficienza dopo qualche centinaio di fori: conviene pertanto tenerne sempre più d’una a disposizione. Le punte migliori sono quelle specifiche per circuiti stampati, in genere in carburo di tungsteno (Widia) o di silicio (carborundum), dure quasi come il diamante ma anche notevolmente più costose. Il loro uso è giustificato solo nel caso di produzioni in piccola serie. Anche qui l’apparecchiatura da utilizzare dipende dal livello di accurratezza che si desidera, e, ovviamente, dalla disponibiltà economica. Un buon risultato, a costi non eccessivi, lo si ottiene utilizzando un trapano a colonna. trapano a colonna Aumentando il proprio budget si possono utilizzare macchine in cui la foratura rimane manuale come nel trapano a colonna, ma dotate di molti comfort che rendono la operazione di foratura, abbastanza lunga e ripetitiva, più agevole. Dopo la foratura, si può rimuovere il fotoresist che aveva protetto le piste durante l’incisione, usando una carta vetrata finissima (600 o 800) o dell’acetone. Se si desidera un lavoro ben fatto, conviene a questo punto spruzzare sul lato rame una vernice protettiva che impedisca al rame di ossidarsi ma permetta di effettuare le saldature. basetta incisa forata |
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