APPENDICE A FOTOINCISIONE DI CIRCUITI STAMPATI. Materiale necessario. Appendice A

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1 APPENDICE A FOTOINCISIONE DI CIRCUITI STAMPATI In questo documento è descritto il procedimento per la produzione di circuiti stampati. Nella prima parte del documento è descritta l'attrezzatura necessaria mentre nella seconda parte viene descritto, passo per passo, il procedimento da seguire. Materiale necessario Nella Figura 1 possiamo vedere tutto il materiale necessario alla fotoincisione di circuiti stampati. Figura 1 Nel seguito vengono esaminati in dettaglio tutti gli elementi necessari al procedimento. Fabrizio Cuzzotti 127

2 Figura 2 Nella Figura 2 possiamo vedere il materiale necessario durante la prima parte del processo: La Basetta (bianca, in alto a destra nella foto) è la base su cui costruire il circuito. E' formata da una base di vetronite su cui è disposto uno strato uniforme di rame. Sopra il rame è stesa una pellicola fotosensibile sensibile ai raggi ultravioletti. Sopra a tutto è infine disposta una pellicola protettiva che (come si può vedere nella foto) in questo caso è bianca ma che in commercio si può trovare anche nera. Le basette possono essere mono-faccia o doppia-faccia a seconda che lo strato di rame sia presente su una o su entrambi le superfici della base di vetronite. Comunemente il prezzo di una basetta come quella nella foto (doppia faccia 10cm x 21cm) si aggira intorno ai 6-8 euro. Nota: Non asportate assolutamente la pellicola protettiva esponendo la pellicola fotosensibile alla luce dell'ambiente prima di effettuare la fotoincisione, o ne conseguirà il degrado della stessa rendendo inutilizzabile la basetta! Durante il processo di fotoincisione la pellicola fotosensibile della basetta verrà illuminata con luce ultravioletta. La superficie illuminata sarà poi asportata chimicamente nella fase di sviluppo, scoprendo lo strato di rame e rendendolo attaccabile all'acido corrosivo. Per poter "disegnare" nel rame le piste del circuito stampato che vogliamo realizzare dobbiamo quindi schermare la pellicola fotosensibile nelle zone di nostro interesse, proteggendola dai raggi ultravioletti. In questo modo, durante il processo di sviluppo, la pellicola non sarà asportata completamente e proteggerà il rame dall'acido nella successiva fase di incisione. Per poter schermare la pellicola dalla luce ultravioletta, vengono utilizzate delle Maschere come quelle fotografate in dettaglio nella Figura 2. Su queste maschere sono disegnate le piste, le piazzole e 128 Fabrizio Cuzzotti

3 quant altro costituisca il nostro circuito stampato. Per realizzare una maschera è necessario effettuare una stampa LASER su della comune carta da lucido (1.5 euro al blocco in cartoleria). L'utilizzo di una Stampante Laser è fondamentale sia per la precisione di stampa (con una stampante a getto d inchiostro sulla carta da lucido, l'inchiostro si espanderebbe a macchia d'olio senza asciugarsi) sia per il livello di copertura delle aree stampate, che assicura la protezione dalla luce ultravioletta. Nota: Per la stampa, selezionate "monocromatico" nelle proprietà di stampa per poter ottenere un nero più intenso e coprente. Il disegno del circuito deve essere nero pieno! Non vanno bene disegni con piste e piazzole colorate o scale di grigio! Nota: Si consiglia di non realizzare piste del diametro inferiore a 0.3 millimetri! In ogni caso, più spesse sono meglio è! Consiglio che le piazzole abbiano un foro di 0.8 mm ed un diametro non inferiore ai 2 mm. Durante l esposizione ai raggi ultravioletti la maschera deve aderire perfettamente alla superficie della basetta. Per poter garantire ciò si utilizza una Cornice senza bordo come quella mostrata a sinistra in Figura 1. In commercio ne esistono di varie dimensioni, scegliete quella adatta alla dimensione della basetta che volete produrre. Il prezzo, comunque basso, varia a seconda della dimensione della cornice. Figura 3 Gli elementi fondamentali per poter compiere il procedimento chimico sono: lo sviluppo per le basette presensibilizzate e l'acido corrosivo per Circuiti Stampati. Nella Figura 3 è mostrata la forma in cui questi elementi si trovano comunemente in commercio nei negozi di componenti elettronici: Lo sviluppo (Figura 3) si trova comunemente in forma granulare o in polvere da diluire in acqua. Il costo di una bustina di sviluppo si aggira intorno agli 1-2 euro. Fabrizio Cuzzotti 129

4 L'acido Corrosivo (Figura 3) si trova invece in bottiglie di varia capacità. L'acido comunemente utilizzato per questo procedimento è il CLORURO FERRICO FeCl3, utilizzato anche nei processi industriali di fotoincisione. Il prezzo al litro di Cloruro Ferrico si aggira intorno ai 7-8 euro. Nota: Entrambi gli elementi sono utilizzabili per più di una fotoincisione!. Il numero di riutilizzi dipende dalla dimensione delle basette fotoincise, dal fatto che siano mono o doppia faccia e da quanto rame deve essere corroso nel processo. Figura 4 Per preparare lo sviluppo (vedi Figura 4 e 4 ) utilizzate una comune bottiglia di plastica. Versate nella bottiglia lo sviluppo in granuli e diluite con poco più di un litro d'acqua. La quantità d'acqua dipende dal tipo di sviluppo, conviene sempre chiedere al negoziante al momento dell'acquisto le dosi esatte per quel prodotto specifico. 130 Fabrizio Cuzzotti

5 Figura 5 Altri strumenti necessari alla produzione del circuito sono: delle vaschette di plastica (Figura 5), seghetto, morsetti e carta vetrata (Figura 5). Usate solo vaschette di plastica! Non usate contenitori di metallo! L'acido li corroderebbe! I morsetti servono a bloccare la basetta durante le fasi di taglio, se disponete di una morsa da banco tanto meglio. Seghetto e carta vetrata servono a tagliare e rifinire la basetta: dopo il taglio restano sui bordi schegge di vetronite che devono essere asportate. Figura 6 Fabrizio Cuzzotti 131

6 In Figura 6 sono mostrati gli unici 2 macchinari necessari al procedimento: una comune lampada ad ultravioletti (di quelle abbronzanti) (Figura 6) e un trapano a colonna (Figura 6) con un set di punte che vanno dal millimetro ai 3 millimetri. Procedimento In questa sezione descriveremo in dettaglio la procedura di fotoincisione per la produzione del nostro circuito stampato. Figura 7 Affrontiamo ora una delle fasi più delicate del procedimento di produzione di una basetta a doppia faccia. Perché la basetta venga bene, è necessario che le facce fotoincise sui due lati della basetta siano PERFETTAMENTE allineate, pena l'inutilizzabilità della basetta! Tagliate la maschera della faccia superiore del circuito in modo che, sovrapponendo i disegni delle due facce, la maschera inferiore sbordi leggermente da quella superiore come mostrato nelle Figure 7 e Fabrizio Cuzzotti

7 Figura 8 ALLINEATE CON ESTREMA PRECISIONE LE MASCHERE delle due facce del circuito e fissatele tra di loro con un pezzo di scotch di carta come mostrato nella Figura 8. Fate aderire bene lo scotch alle maschere! Non ci devono essere grumi di colla o rigonfiamenti di nessun genere. Ripetete l'operazione di taglio della maschera superiore per uno dei lati perpendicolari al primo e fissare con lo scotch anche questo lato come mostrato in Figura 8. Figura 9 Una volta ritagliata dalle maschere la porzione di carta da lucido in eccesso, bisogna tagliare la basetta delle dimensioni che ci occorrono per realizzare il circuito (come si può vedere nella Figura 9). Misurate il disegno stampato sulle maschere e riportate la misura sulla basetta prevedendo un paio di centimetri in più per poter fissare la maschera alla basetta con dello scotch. Una volta presa la misura tracciare la linea lungo la quale si intende effettuare il taglio della basetta (Figura 9). Fabrizio Cuzzotti 133

8 Figura 10 Se non disponete di una morsa, utilizzate un morsetto per fissare la basetta durante l'operazione di taglio. Inserite uno spessore di legno tra il morsetto e la basetta, come mostrato nella figura 10, per non danneggiare la pellicola fotosensibile e la superficie di rame. Per il taglio utilizzate un comune seghetto da ferro. Un altro strumento utilizzabile per il taglio è una taglierina industriale (tipo quelle da carta ma con una lama più resistente). Rifinite poi il taglio passando il bordo con della carta vetrata, come mostrato nella Figura 10. E' importante eliminare ogni scheggia o rigonfiamento del rame formatosi sul bordo della basetta durante l'operazione di taglio per non compromettere l'aderenza tra maschera e basetta. Figura 11 Asportate da entrambe i lati della basetta la pellicola protettiva che protegge la pellicola fotosensibile, come mostrato nella Figura 11. Compiere questa operazione solo all'ultimo momento! Non lasciate esposta per lungo tempo la pellicola fotosensibile alla luce ambientale! 134 Fabrizio Cuzzotti

9 Figura 12 Inserite la basetta "a sandwich" tra le due maschere allineando i bordi della basetta con i bordi del disegno, come mostrato nella Figura 12. Una volta inserita, fissate la maschera alla basetta con un pezzo di scotch (non utilizzare lo scotch di carta perché è troppo spesso) assicurandovi che sia liscia e ben distesa sulla basetta, come mostrato nella Figura 12. Ripetete l'operazione sull'altra faccia stando sempre attenti a non sgualcire la maschera. Figura 13 Una volta verificato il perfetto allineamento delle maschere con la basetta, occorre inserire la basetta nella cornice come mostrato nelle Figure 13 e 13. Assicuratevi della perfetta aderenza della maschera alla basetta una volta chiusa la cornice! Fabrizio Cuzzotti 135

10 Figura 14 Accendete la lampada e ponetela sopra la cornice come mostrato nelle Figure 14 e 14. Il tempo di esposizione è leggermente variabile a seconda della marca della basetta e della potenza della lampada. Tipicamente questo tempo si aggira intorno ad 1 minuto, 1 minuto e mezzo. Occorre fare delle prove per determinare il tempo esatto di esposizione. Nota: Una esposizione troppo breve non permetterebbe un buono sviluppo della basetta nella fase successiva della lavorazione, mentre una esposizione troppo lunga causerebbe la cancellazione del disegno del circuito durante quella stessa fase. Una volta terminata l'esposizione di una faccia della basetta, smontate la cornice, girate la basetta e ripetete l'esposizione per l'altra faccia. Figura Fabrizio Cuzzotti

11 Terminata l'esposizione di entrambe le facce staccate la maschera dalla basetta, come mostrato in Figura 15, stando attenti a non graffiare o danneggiare la superficie della basetta. Immergete poi la basetta nella bacinella con lo sviluppo come mostrato nella Figura 15. Una volta immersa, agitate la basetta per facilitare il processo di sviluppo della pellicola fotosensibile. Lo sviluppo dura pochi secondi. Durante questo tempo si vedrà comparire sulla superficie della basetta il disegno del circuito stampato. Figura 16 Estraete la basetta dallo sviluppo una volta che il disegno è apparso completamente e il rame è completamente scoperto e privo di aloni scuri come mostrato in Figura 16. Notate come il contenuto della bacinella è passato da un colore limpido e trasparente ad un verde scuro. Lo sviluppo diventa inutilizzabile nel momento in cui il colore diventa troppo scuro. Figura 17 Fabrizio Cuzzotti 137

12 Versate l'acido corrosivo in un'altra bacinella e immergetevi subito la basetta come mostrato nella Figura 17. Nota Bene: in questa fase della lavorazione e' preferibile indossare dei guanti di gomma a causa dell'aggressività dell'acido utilizzato! E' consigliabile anche utilizzare un camice. I vestiti macchiati con questo acido saranno irrimediabilmente danneggiati! Figura 18 Come si può notare nella Figura 18 l'acido intacca immediatamente il rame lasciato esposto sulla superficie della basetta. Agitate piano la bacinella per accelerare il processo di corrosione (Figura 18). Figura 19 Nella Figura 19 si può notare come l'acido corrode il rame della basetta. Ai lati il rame è stato completamente asportato mentre non è così nel centro della basetta dove c'è ancora del rame da asportare. Nella Figura 19 si può vedere la basetta al termine del processo di corrosione. 138 Fabrizio Cuzzotti

13 Notate che il rame è stato asportato ovunque tranne dove era presente il disegno delle piste del circuito stampato. La durata di questa fase varia dai 20 ai 30 minuti e più, dipende da quanto è stato utilizzato l'acido. L'acido è da considerarsi esausto quando il tempo per questa lavorazione si allunga eccessivamente. Figura 20 Terminato il processo di corrosione risciacquate abbondantemente la basetta come mostrato nella Figura 20. Prestate attenzione agli schizzi che potrebbero contenere piccole quantità di acido. Figura 21 Occorre quindi ritagliare la basetta lungo i bordi del circuito e rifinire questi bordi con la carta vetrata per liberarli dalle schegge di vetronite (vedi Figure 21 e 21). Fabrizio Cuzzotti 139

14 Figura 22 Nella Figura 22 è mostrata l'operazione di foratura della basetta con l'utilizzo del trapano a colonna. Questo è il "momento della verità" dell'intero processo di lavorazione. Effettuando un foro in una piazzola, il foro deve risultare perfettamente centrato anche nella faccia inferiore della basetta. Se così non fosse, c'è stato un errore nell'operazione di allineamento delle due maschere o nell'inserimento della basetta tra di esse, ed in questo caso la basetta sarebbe da buttare! Utilizzate punte da 1 mm o da 0.8 mm per le piazzole dei componenti discreti e degli integrati. Per i fori delle viti di fissaggio vi consiglio di utilizzare una punta da 3 millimetri. Il diametro di questi fori dipende dai componenti: alcuni componenti di potenza possono richiedere fori da 1.5 mm, naturalmente è necessario prevedere piazzole di un diametro adeguato. Figura 23 L'ultima operazione da compiere è l'asportazione della pellicola fotosensibile rimasta sul circuito (Figura 23). Se questa non venisse asportata sarebbe impossibile saldare i componenti sul circuito. 140 Fabrizio Cuzzotti

15 Per rimuoverla utilizzate uno straccio imbevuto con dei solventi come il solvente nitro, l'acetone, l'acquaragia o l'alcool (con l'alcool è un po' più difficile). Nota: Si consiglia di effettuare questa operazione immediatamente prima del montaggio dei componenti sul circuito. La pellicola, infatti, protegge il circuito dall'ossidazione che potrebbe rendere più difficile la saldatura dei componenti. Nella Figura 24 che segue è mostrato il circuito completo al termine del montaggio dei componenti. Figura 24 Fabrizio Cuzzotti 141