MANUAL DIGIPLAQ

COMO FAZER SUA PRIMEIRA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

PARTE 1 - TRAÇADO DAS PISTAS

O primeiro passo na fabricação doméstica ou artesanal de uma placa é imprimir o traçado das pistas, sobre uma placa virgem. Chamamos de "placa virgem" uma chapa de material isolante, recoberta por uma fina lâmina de cobre, firmemente colada por um processo industrial, em uma ou nas duas faces. O material isolante usado geralmente é o fenolite ou a fibra de vidro, este último tendo melhores características mecânicas e elétricas, mas também sendo mais caro e mais difícil de ser trabalhado.

As placas revestidas de cobre em uma face são chamadas de "face simples", e as de "dupla face" são revestidas dos dois lados.

A maioria das placas usadas em hobby e circuitos caseiros são de fenolite e face simples.

Na figura ao lado, vemos como é uma placa virgem, com a folha de cobre parcialmente descolada.

A placa é cortada usando-se uma régua e um riscador de ponta dura. Marca-se a dimensão certa do corte, alinha-se a régua com a marca, e em seguida a placa é riscada até produzir um rasgo profundo o suficiente para parti-la. Deve-se riscar a placa profundamente, pelos dois lados, para evitar a quebra fora do risco. Depois de cortada, a borda da placa deve ser desbastada com uma lixa ou rebolo, para eliminar as irregularidades.

A figura ao lado mostra uma régua de corte e um riscador específicos para cortar circuito impresso. Também é possível cortá-lo com uma régua de aço comum e um riscador para fórmica, fáceis de obter em lojas de ferramentas.

A impressão das trilhas pode ser feita de várias maneiras. Essencialmente, consiste em recobrir partes da placa com uma tinta resistente a um líquido corrosivo que será usado na fase de decapagem ou corrosão (que iremos ver na Parte 2 deste manual). A placa impressa é banhada em uma solução que dissolve o cobre das áreas expostas, deixando somente o cobre que foi protegido pela tinta. Assim, teremos uma cópia, gravada no cobre, do desenho que fizemos sobre a placa.

Antes de começarmos a efetuar a impressão do traçado, seja qual for o método usado, o a placa deve ser meticulosamente limpa. Como o cobre se oxida em contato com o ar, deve-se lavar a superfície cobreada para remover toda e qualquer impureza. Se a placa não estiver perfeitamente limpa, a sujeira e a oxidação irão impedir uma boa corrosão. A limpeza pode ser feita com um pedaço de palha de aço ("Bom-Bril"), água e pequena quantidade de sabonete ou detergente. Depois de limpa, deve ser lavada com bastante água para retirar totalmente os resíduos de sabão. A partir daí, a superfície não pode mais ser tocada diretamente com as mãos, para não ser contaminada pelo sal e gordura presentes na pele. Segure a placa somente pelas bordas, ou use luvas de borracha limpas. Uma vez limpa, a placa deve ser imediatamente impressa e corroída, ou o cobre irá se oxidar novamente, pondo a perder todo o trabalho.

TRAÇAGEM MANUAL

O método mais simples, menos preciso e mais trabalhoso de se fazer a gravação é a traçagem manual. Com o desenho (ou lay-out) das trilhas feito previamente em papel, colocamos um papel carbono e o desenho sobre a placa, fixamos tudo com fita adesiva. Em seguida riscamos o desenho com uma caneta esferográfica ou uma ponta seca, para o papel carbono transferir uma cópia para a superfície da placa. A seguir, traçamos o desenho sobre a placa, por cima da cópia carbono, com uma caneta apropriada, tendo ao lado a cópia impressa em papel para comparação e conferência. Terminado o traçado, o desenho deve ser reconferido, e a placa está pronta para o banho de corrosão.

Uma variação deste processo consiste em fixar a cópia do lay-out sobre a placa, sem usar o papel carbono, e em seguida marcar a posição dos furos com um punção. Em seguida, o desenho é copiado a caneta para a placa,

usando as marcas de punção como guias. Este processo é bastante prático para placas simples, ficando inviável para desenhos mais complexos.

Cópia sobre a placa PuncionandoResultado

No lugar de apenas puncionar, também é possível furar a placa, eliminar as rebarbas, e a seguir usar os furos como guias. Veremos o processo de furação na Parte 3 deste manual.

A caneta mais usada neste método de traçado é o marcador permanente, ou caneta de retro-projetor, do tipo usado para escrever em CDs, à venda em qualquer papelaria bem sortida.

Na figura ao lado vemos alguns tipos. Da esquerda para a direita, uma Faber Castell, uma Sharpie, e duas Pilot, de ponta normal e ponta fina (1mm). Esta última é muito útil para detalhes pequenos, como trilhas e ilhas extrafinas.

A principal desvantagem da caneta de retro-projetor é que sua tinta não é muito resistente ao banho corrosivo, permitindo que as áreas protegidas sejam parcialmente atacadas. Em algumas situações, principalmente quando a placa fica no banho por tempo demais, podem se formar grandes áreas defeituosas sob a impressão, inutilizando a placa. Mesmo tendo esta e outras desvantagens, este processo é usado por vários hobbystas, devido à sua simplicidade.

FOLHAS DE SÍMBOLOS DECALCÁVEIS

Existem algumas folhas decalcáveis, de marcas como Decadry e Alfac, com símbolos (trilhas e ilhas) para circuitos impressos. Estes decalques se destinam à preparação em papel vegetal de artes finais, usadas na geração de fotolitos, usados no processo fotográfico (que descreveremos mais adiante). Alguns hobbystas usam os decalques para a aplicação direta sobre

a placa, embora eles não tendo sido fabricados com este objetivo. Os símbolos decalcáveis são transferidos para a placa com uma caneta esferográfica comum, e podem ser usados juntamente com a caneta de retro-projetor. O processo é similar à traçagem manual, marcando-se o desenho na placa com papel carbono ou punção, e a seguir aplicando-se os decalques.

Decalcando ilhas Decalcando trilhas Resultado

DECALQUE INTEGRAL

É possível imprimir o traçado em uma folha de papel e transferir o desenho inteiro para o cobre. Empresas estrangeiras produzem folhas especiais para decalque, especiais para hobbystas, mas não é fácil obter tais produtos no mercado brasileiro. No entanto, é possível usar uma impressora a laser para imprimir um decalque em papel comum, e em seguida tranferi-lo para o circuito impresso. Para saber mais, consulte o artigo Processo doméstico de decalque feito na impressora laser, que descreve um resumo deste método.

SERIGRAFIA OU SILK SCREEN

O processo de impressão mais econômico e prático para produção em série é o método de serigrafia, também chamado de silk-sreen. Este processo é muito usado para impressão em tecidos e objetos diversos. Deixaremos de descrever a serigrafia em detalhes, visto que é um processo bastante conhecido, sendo fácil conseguir material de estudo sobre o mesmo, além de ser algo que foge ao escopo deste manual.

Para usar o processo de serigrafia em circuitos impressos, o processo tradicional pode ser usado, tendo-se atenção aos seguintes pontos:

• É importante usar uma tela de malha bastante fina, que permita produzir um desenho nítido, mesmo dos detalhes mais finos do circuito desejado.

• A tinta utilizada deve ser preferencialmente do tipo à base de epoxy. Caso não a consiga, assegure-se de que a tinta disponível não se solta depois de seca, e permite uma impressão limpa e livre de falhas.

• A superfície da placa virgem deve ser lixada levemente, com lixa d'água, para aumentar a rugosidade superficial (aspereza), e permitir que a tinta se fixe ao cobre. A placa deve ser manuseada com cuidado, pois a tinta pode descolar se for submetida a esforço mecânico excessivo, arruinando o trabalho.

É recomendado testar a impressão em alguns retalhos de placa para confirmar a qualidade da tinta e tela usadas.

PROCESSO FOTOGRÁFICO

Por fim, o processo de impressão que dá melhores resultados: o processo fotográfico. Neste, a placa de circuito impresso é sensibilizada, ou seja, coberta com uma fina camada de verniz fotossensível. Tal verniz é um material que se endurece quando exposto à luz. No exterior, existem companhias que vendem placas virgens pré-sensibilizadas, especiais para hobbyistas, mas estas não são fáceis de se obter no mercado brasileiro. Mesmo assim, é possível produzir e aplicar verniz sensibilizante em placas comuns. A seguir, daremos apenas um breve resumo do método, visto que se trata de tema complexo e também foge ao escopo deste manual. Estamos preparando para breve um manual complementar, explicando em detalhes o processo fotográfico.

Dentre vários vernizes fotossensíveis que podem ser usados, um tipo relativamente fácil de ser encontrado é o verniz à base de cola plástica comum e dicromato de potássio, muito usado na produção de telas de serigrafia. O dicromato é misturado à cola, e em seguida aplicado e "esticado" em uma fina camada sobre a placa. Depois de aplicado o verniz, a placa deve ser protegida da luz, e de preferência deve ser submetida à exposição imediatamente.

CUIDADO!

ATENÇÃO! O dicromato de potássio é um produto cancerígeno e altamente tóxico, devendo ser manuseado com EXTREMO cuidado! Somente deve ser usado por pessoas capacitadas para o manuseio de produtos perigosos. Leia atentamente as precauções na embalagem, não deixe de usar EPI (equipamento de proteção individual) e siga todas as regras de segurança.

Uma vez sensibilizada, a placa deve ser posta em contato com um fotolito, com o desenho do circuito em negativo, e exposta à luz. A potência da fonte

luminosa, bem como o tempo de exposição, depende do verniz utilizado. Nas áreas que recebem luz, o verniz "endurece", permanecendo "mole" nas áreas não expostas. A seguir, a placa recebe um banho de revelador, que dissolve e lava as partes moles do verniz, deixando somente as partes endurecidas, com o desenho do circuito.

O fotolito consiste de uma impressão em negativo feita com toner sólido, como o das impressoras a laser, sobre uma folha transparente de poliéster ou papel vegetal. Impressoras a jato de tinta não produzem fotolitos satisfatórios, porque a tinta não é opaca o suficiente. Há várias gráficas que produzem fotolitos de excelente qualidade, mas os preços são relativamente altos.

O esquema abaixo exibe a exposição de uma chapa virgem. O fotolito, que deve ter a área de impressão voltada para baixo (em contato com a placa), é exposto como numa cópia fotográfica de contato.

Lembramos que uma vez revelada, a placa deve ser corroída imediatamente.

PARTE 2- MÉTODOS DE CORROSÃO

Uma vez concluída a impressão, a placa deve ir ao banho de decapagem ou corrosão. O banho de corrosão dissolve o cobre nas regiões expostas, ou

seja, que não estão protegidas pela tinta. Depois da corrosão concluída, só restará na placa o cobre sob as áreas protegidas. Uma cópia exata do desenho terá sido gravada no cobre.

A corrosão de placas artesanais geralmente é feita com o percloreto de ferro, nome popular do cloreto férrico (III), um sal de ferro derivado do ácido clorídrico, de fórmula FeCl3. É um produto químico relativamente barato, de fácil acesso, e bem menos perigoso do que outros produtos usados na fabricação industrial de placas. O FeCl3 é vendido na forma de pó, ou como líquido concentrado, devendo ser diluído em água nas proporções indicadas na embalagem. Ao ser diluído, o FeCl3 provoca uma reação exotérmica, ou seja, se aquece. Portanto, devemos usar um recipiente de vidro ou plástico resistente, que não seja danificado facilmente pelo calor. Para aumentar a segurança ao diluir o produto, podemos usar um "banho-maria" de água fria, para absorver o calor da reação. Depois de dissolvido e esfriado, transferimos a solução pronta para uma garrafa plástica com tampa que vede o ar.

Apresentação do FeCl3: em pó ou líquido

Aspecto da embalagem de FeCl3 em pó

Representação esquemática de uma

molécula de FeCl3

Como dita uma regra conhecida por todo estudante de química, devemos acrescentar lentamente o FeCl3 à água, e jamais o inverso: se acrescentarmos água ao FeCl3 em pó, ele irá "ferver" instantaneamente, liberando gases tóxicos e eventualmente respingando do recipiente. O FeCl3 reage com a maioria dos metais, porisso todos os recipientes e utensílios (vasilhas, garrafas e tampas, banheira para corrosão, funil, etc.) devem ser de plástico ou vidro. Estes utensílios não podem ser empregados para outros fins, e devem ser marcados com clareza, para evitar que sejam acidentalmente usados com alimentos. Ao abrir a embalagem, não esqueça de usar uma lâmina que seja descartável, pois ela será corroída. O FeCl3 é higroscópico, ou seja, tem elevada afinidade com a água, e absorve a umidade do ar, ficando logo "melado". Por isso, só devemos abrir a embalagem no momento de dissolvê-lo.

CUIDADO!

O FeCl3 é perigoso se ingerido, devendo por isso ser guardado numa garrafa rotulada com clareza, bem tampada e mantida fora do alcance de crianças.

Embora a solução de FeCl3 não seja muito perigosa em caso de contato externo com o corpo, devemos ter cuidado com respingos, porque ela deixa uma mancha amarela na pele que custa a sumir. Nas roupas, bancadas de madeira ou mármore, e vários outros materiais, deixa uma mancha cor de ferrugem que não sai mais. Na maioria dos metais, provoca uma mancha escura e -- se a quantidade for suficiente -- irá destruir material, deixando uma marca em relevo. Além disso, deve-se usar óculos de proteção, pois um respingo no olho pode causar graves danos.

A corrosão deve ser feita em um tanque de corrosão, um recipiente largo e baixo, grande o bastante para acomodar a placa com folga. Há tanques plásticos específicos para corrosão de circuito impresso, no comércio especializado. Também pode-se usar tanques para revelação fotográfica de ampliações, ou mesmo qualquer recipiente plástico de baixo preço, como potes rasos para alimentos (lembre-se, os utensílios que entram em contato com o FeCl3 não podem mais ser usados para outros fins).

Um excelente tanque de corrosão caseiro pode ser feito cortando-se a base quadrada (7 a 10 cm de altura) de uma garrafa de água mineral de 5 litros, do tipo fabricado em PVC azul-claro. Obtemos um tanque grande, robusto, durável, fácil de lavar e inquebrável, melhor até do que os encontrados no comércio especializado.

Nesta foto, vemos uma placa mergulhada na solução de FeCl3, fotografada sob luz intensa. O tanque de corrosão usado foi um pote plástico comum. Vê-se nitidamente que a corrosão das áreas descobertas está quase concluída. A cor verdadeira da solução é mais escura do que se vê na foto.

A placa deve ser preferencialmente mergulhada no banho com a face cobreada para baixo, para que entre em contato com mais solução, e os resíduos gerados desçam para o fundo por ação da gravidade (caso os resíduos se acumulassem junto ao cobre, iriam atrapalhar a corrosão). Com

um pouco de cuidado, podemos "pousar" a placa sobre a superfície da solução, deixando-a flutuando. No entanto, a placa deve ser pousada cuidadosamente, a partir da borda, para assegurar que não fique retida nenhuma bolha de ar, o que provocaria falhas na corrosão. Se agitarmos a solução, a corrosão será ligeiramente mais rápida.

Usando-se solução nova, a corrosão é completada em cerca de 12...15 minutos. À medida que a solução vai envelhecendo, o tempo de corrosão aumenta. Recomenda-se retirar e verificar a placa após 10 minutos de banho, e novamente a cada 2 minutos. Ao devolver a placa para o banho após a verificação, novamente tome cuidado para não reter bolhas de ar. A corrosão estará concluída quando o cobre de todas as áreas expostas tiver sido removido. Então, a placa deve ser lavada com bastante água, para eliminar os resíduos de solução, e posta para secar. Aproveita-se a lavagem para retirar a tinta, esfregando-se um pedaço de palha de aço ("Bom Bril") até o cobre ficar brilhante.

Tão logo se acabe a corrosão, a solução do tanque deve ser guardada numa garrafa ou outro recipiente adequado, com tampa que vede o ar, e o tanque deve ser bem lavado com água e posto para secar.

PARTE 3- FURAÇÃO E ACABAMENTO

A furação pode ser feita basicamente por dois tipos de ferramenta: o furador manual a punção, ou uma furadeira elétrica. Os furos são feitos utilizando os centros das ilhas de cobre como referência. Além dos furos destinados a receber os terminais dos componentes, são feitos também os furos destinados a parafusos, pinos, ou outros componentes de montagem mecânica. Para a maioria dos terminais de componentes, um furo de 1mm de diâmetro é apropriado. Para componentes grandes, furos de 1,5 a 2mm são típicos. Furos para parafusos geralmente medem entre 2 e 3,5mm.

FURADOR MANUAL

O furador manual, apelidado de "grampeador de papel", é o método mais prático para furar pequenas placas. Realiza furos de 1mm de diâmetro, rápidos e limpos. O furador tem um punção de aço endurecido, que aplica esforço cortante contra uma base ou matriz. A força aplicada rompe o fenolite, furando por estampagem.

O furador manual só pode ser usado em placas de fenolite. Se for usado em placas de fibra de vidro, o furador é danificado, devido à dureza destas placas. Para fibra de vidro, é necessário usar furadeira elétrica. Outra desvantagem é que, como o tamanho do punção e da matriz são fixos, ele só faz furos de 1mm, e em algumas placas são necessárias medidas um pouco menores ou maiores.

É possível fazer furos oblongos com o furador manual, formados por dois ou três furos alinhados, mas o processo exige certa prática e a qualidade do acabamento resulta apenas razoável. Furos oblongos são necessários para terminais achatados e largos de componentes como potenciômetros.

Furador manual Ceteisa.

FURADEIRAS ELÉTRICAS

Existem vários tipos de furadeiras elétricas que podem ser usadas. As mais práticas são as mini-furadeiras próprias para circuito impresso, bastante leves. Uma mini-retífica Craftsman/Sears, Dremel, etc., equipada com a broca apropriada, também é muito prática, embora seja mais cara.

Mini-furadeira Superkit, especial para placas de circuito impresso.

Ferramenta elétrica multi-uso Dremel.

Nada impede que seja usada uma furadeira de coluna ou de pedestal, caso você já possua uma, apesar de ser uma ferramenta bastante exagerada para trabalhar com circuitos impressos. A foto ao lado mostra uma furadeira de coluna típica.

Quanto a furadeiras comuns de mão, embora elas teoricamente possam ser usadas, seu peso excessivo torna o uso cansativo e aumenta o risco de quebrar a broca ao menor descuido. Uma furadeira de mão só deve ser usada em um suporte vertical, um mecanismo que a torna similar à furadeira de coluna da foto ao lado.

As mini-furadeiras específicas para circuito impresso, geralmente vêm acompanhadas de uma pequena fresa, como a vista na figura ao lado. Tecnicamente, essas ferramentas deveriam ser classificadas como fresas, mas no comércio são conhecidas como brocas.

São adequadas para furos de montagem da maioria dos componentes, servindo também para abrir oblongos (furos alongados) e rasgos. Na imagem ao lado, vemos o mandril e broca/fresa da mini-furadeira Superkit.As brocas propriamente ditas, de sulcos helicoidais, são encontradas em diversas medidas, desde 0,8mm para os componentes menores, até vários milímetros para furos destinados a parafusos de fixação e afins. Nas medidas inferiores a 2mm, são mais caras que as mini-fresas, além de mais frágeis, e não se encaixam no mandril da maioria das mini-furadeiras. Têm a vantagem de ser mais rápidas na furação da fibra de vidro e fazer uma furação mais limpa, sem estufamento dos rebordos. Na imagem ao lado, vemos algumas brocas helicoidais.Brocas de aço rápido geralmente vêm de fábrica afiadas num ângulo obtuso (cerca de 135 graus), apropriado para furar aço. Mas em diâmetros maiores que 2 ou 3 milímetros, elas podem rachar ou descamar o fenolite, que necessita de brocas afiadas num ângulo menor ou igual a 90 graus. O diagrama ao lado mostra o ângulo de afiação de uma broca helicoidal.

A furação com broca deixa rebarbas nos furos. Estas rebarbas precisam ser eliminadas, pois dificultam a aplicação de verniz, e em casos extremos podem causar curto-circuito entre pistas adjacentes. As rebarbas são facilmente eliminadas, lixando-se a placa com uma lixa d'água. Recomenda-se posicionar a lixa umedecida sobre uma superfície plana, como uma bancada de mármore, e deslizar a placa contra a lixa em movimentos circulares. A superfície irá funcionar como um desempeno, resultando numa lixagem homogênea.

Lixando a superfície da placa.

Feita a remoção das rebarbas, a placa está pronta para ser usada. No entanto, como o cobre se oxida facilmente em contato com o ar, é aconselhável aplicar um tratamento adicional, consistindo de uma aplicação

de verniz à base de breu (uma resina mineral, de baixo custo, vendida em lojas de tintas) dissolvido em álcool isopropílico. O verniz é feito dissolvendo-se um pouco de breu triturado no álcool, o que forma um esmalte viscoso de cor castanho-claro. Depois de limpar bem a placa com palha de aço ("Bom-Bril"), aplica-se uma camada espessa do verniz e deixa-se secar. Quando a placa for montada, o breu irá facilitar a soldagem, pois ele dissolve as impurezas e facilita o fluxo da solda.

Aspecto do breu. O material deve ser triturado, e a seguir dissolvido em álcool isopropílico.