Come realizzare un circuito stampato

Chi è appassionato di elettronica si troverà ad aver a che fare con la realizzazione di un circuito stampato (in lingua inglese “Printed Circuit Board”, in acronimo come PCB). Questo è il supporto utilizzato per interconnettere tra di loro i vari componenti elettronici di un circuito, tramite piste conduttive incise su di un materiale non conduttivo.

Per fare questo, si devono seguire le seguenti fasi:

• Disegno del circuito e relativo PCB;
• Impressione del circuito;
• Incisione del circuito;
• Foratura;
• Realizzazione dei PCB tramite servizi online.

Analizziamo di seguito le fasi per realizzare circuito stampato.
Nota: il circuito stampato mostrato in questo articolo è stato utilizzato nel progetto di Voltmetro/Amperometro con Arduino.

Disegno del circuito stampato e relativo PCB

La prima fase per realizzare un circuito stampato è  la realizzazione pratica di uno schema elettrico, occorrerà inanzi tutto disegnarlo o possiamo utilizzare uno dei tanti disponibili.
Di solito, per un utilizzo amatoriale, sono di tipo Free, per cui non costano ma è richiesta solamente una registrazione.
Alcuni devono essere installati su un PC, mentre altri sono utilizzabili online.
Un programma free che con necessita di istallazione in quanto è online è EasyEDA, altro programma facile da utilizzare e molto utilizzato è EAGLE.
Altri programmi sono: KiCad EDA, Altium, Proteus.
Dopo la realizzazione dello schema elettrico, si passa alla fase di sbrogliatura che porterà al disegno del circuito stampato.

Impressione del circuito stampato

Il passo successivo alla preparazione del disegno del PCB è quello della  stampa del circuito che andremo a realizzare. In rete si possono trovare varie guide che descrivono questo processo e utilizzano varie tipologie di supporto di stampa.
Solitamente utilizzo il trasferimento termico con i cosiddetti fogli blu (PRESS-n-PELL).
Questi speciali fogli di carta permettono di realizzare circuiti stampati senza l’utilizzo del bromografo.
Si utilizza una pellicola trasparente rivestita di una sostanza blu, la quale permette di trasferire sulla superficie ramata di una piastra, le piste del circuito stampato precedentemente impresse sul lato sensibile della pellicola mediante una fotocopiatrice o una stampante laser.
Senza altri passaggi, potrete passare subito all’incisione. In pratica, basta fare una fotocopia del master sulla superficie sensibile di questa pellicola, oppure stamparvi la traccia del c.s. con una stampante laser; occorre poi appoggiare la parte stampata sul rame della basetta e passare per qualche minuto un ferro da stiro sulla superficie lucida. I fogli singolo hanno un formato di 21,6 x 28,4 cm. I fogli si possono reperire sul sito della Futura Elettronica.

Dove trovare i fogli blu

I fogli blu potranno essere acquistati presso il sito FUTURA ELETTRONICA, il codice prodotto è 6930-PNP5

Passaggi

1. Stampare l’immagine speculare del Master su carta e fotocopiare (o stampare direttamente con una stampante laser) sulla parte ruvida della carta PnP.
2. Ritagliare il foglio così da poter riutilizzare il resto della carta per altri circuiti; è bene lasciare circa un paio di centimetri di margine rispetto al c.s.
3. Pulire accuratamente la basetta ramata con dell’alcool.
4. Appoggiare la carta PnP in modo che il toner sia a contatto del rame.
5. Passare il ferro da stiro (170°-190°) sulla carta in modo da scaldarla uniformemente.
6. Lasciare raffreddare e staccare la carta PnP dalla basetta ramata.

A fine lavoro si controllerà che non vi siano delle tracce interrotte che potranno essere corrette tramite un pennarello con inchiostro indelebile a punta fine.

Basetta ramata e foglio Prees n Peel con circuito stampato

Accoppiamento del foglio Press n Peel sulla basetta ramata

Riscaldamento del foglio per il trasferimento del toner sulla basetta ramata

Distacco del foglio dalla basetta ramata

Visione delle tracce sulla basetta ramata, sono visibili alcune imperfezioni

Correzione delle imperfezioni con un pennarello indelebile a punta fine

Incisione del circuito

Dopo l’impressione del circuito occorre passare alla fase della corrosione del rame, per la quale si userà del percloruro ferrico .  Spesso viene venduto in granuli quindi va diluito in acqua: possiamo diluire 250 grammi in 1 litro d’acqua. Oppure più semplicemente possiamo utilizzare la soluzione già pronta.
Riempita una vaschetta con l’acido si appoggerà la piastra con il lato ramato a contatto col l’acido e si attenderà che il rame non ricoperto sia asportato.
Un leggero riscaldamento dell’acido e la movimentazione della piastra velocizzeranno il processo.
Quando si vedranno le tracce del circuito si potrà prelevare il circuito che andrà abbondantemente risciacquato sotto acqua corrente.
Si asporterà poi il toner rimasto sulle piste, il mio consiglio è di utilizzare una spugna per piatti e povere VIM .

NOTA: l’acido è pericoloso a contatto con la pelle per cui consiglio vivamente l’utilizzo di guanti di protezione, fate poi attenzione che l’acido macchia sia gli abiti che le superfici. Lo smaltimento va concordato con la società che si occupa della raccolta rifiuti  perché è altamente inquinante.

Dove trovare il percloruro ferrico

Anche il percloruro ferrico potrà essere acquistato presso il sito FUTURA ELETTRONICA, il codice prodotto è 6930-PF1

Immersione del circuito in una soluzione di cloruro ferrico

Processo di erosione completato

Circuito dopo il risciacquo con acqua

Rimozione del toner

Foratura

Una volta inciso il rame, per terminare la realizzare del circuito stampato, si passerà alla foratura della basetta, utilizzando principalmente una punta da 0,8 mm, mentre una punta da 1 ÷1,2 mm sarà utilizzata per i fori per i pin-strip. Per la foratura è preferibile utilizzare un trapano a colonna che fora perfettamente a 90° la basetta.
Occorrerà anche procedere a rifilare la basetta portandola alla misura richiesta, utilizzando un seghetto e livellando con una lima da ferro.

Circuito dopo la foratura e il rifilo

Dettaglio delle piste zona sensore SMD

Circuito montato – Vedere articolo Scheda Voltmetro/amperometro con Arduino per maggiori informazioni

Realizzazione dei PCB tramite servizi online

Abbiamo visto come realizzare un circuito stampato in modo artigianale, che può dare ottimi risultati, ma ultimamente sono aumentati i siti, sopratutto cinesi che possono realizzare PCB di ottima fattura con prezzi molto bassi.
La procedura iniziale è la stessa, per cui occorrerà sempre disegnarsi il circuito e il PCB, ma a questo punto basterà inviare il file alla ditta che provvederà a realizzare i PCB che vi saranno recapitati a casa.
Questi circuiti potranno essere di tipo a doppia faccia, con fori metallizzati e con serigrafia dei componenti.
Per maggiori informazioni vedere l’articolo Come realizzare i vostri PCB tramite il sito JLCPCB

Immagine del Gerber TOP SIDE

Immagine reale del PCB prodotto