Fabricación de PCB SMD en casa (método fotorresistente): 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Hacer PCB en casa es probablemente un arte moribundo, ya que cada vez más empresas de fabricación de PCB imprimirán su placa de circuito y se las enviarán a su hogar por un precio razonable. Sin embargo, saber cómo fabricar PCB seguirá resultando útil a la hora de hacer prototipos o sustituir ese circuito dañado que tardará semanas en enviarse. Además, las habilidades necesarias para grabar una PCB pueden ser útiles para grabar muchos otros materiales con diseños creativos.

En este instructivo, le mostraré cómo grabar una placa de una cara, aplicar una máscara de soldadura y soldar algunos componentes SMD para hacer una placa de prueba para algunos LED RGB WS2812B.

Paso 1: Materiales:

Aquí hay una lista de todos los materiales que necesitará para grabar y rellenar su placa de circuito.

• Tablero revestido de cobre *
• Alcohol
• Acetona
• Bandeja de plástico
• Grabador **
• Componentes de la placa
• Hojas de transparencias Inkjet o Laserjet
• Juego de pinzas
• Estación de soldadura con pistola de aire caliente (para SMD)
• Fotorresistencia
• Flujo
• Trenza desoldadora
• Pasta de soldadura
• Máscara para soldar

* Se desaconsejan los tableros revestidos de fibra de vidrio y cobre, ya que pueden ser un poco difíciles de cortar.

** Usé una solución de peróxido de hidrógeno y HCl 2: 1, al 3% y al 30% respectivamente.

Paso 2: diseñe su circuito

Hay muchos programas disponibles para diseñar su circuito. El que más utilizo es Eagle, que puede que no sea tan avanzado como otros programas de PCB disponibles, pero es gratuito y fácil de usar. Te permite crear tableros de hasta dos capas. Eagle ha sido comprado recientemente por Autodesk, por lo que podría ganar más relevancia en el campo profesional en el futuro.

Si no está familiarizado con el diseño de PCB, le sugiero que eche un vistazo a otros instructivos, también hay excelentes tutoriales en YouTube, como el de Jeremy Blum.

En la imagen puedes ver cómo se ve un circuito una vez terminado. En este caso, este circuito se utilizará para probar algunos LED WS2812B.

He adjuntado los archivos de Eagle en caso de que desee guardar o modificar el circuito.

Paso 3: Exportar un negativo de PCB reflejado

Lamentablemente, Eagle no tiene la opción de invertir los colores del circuito antes de imprimir, por lo que se requieren algunos pasos adicionales.

Una vez que haya terminado su circuito, seleccione los trazos, almohadillas y otras cosas que desea grabar, luego expórtelo en un archivo PDF. Haga lo mismo solo para las almohadillas, esto se usará para exponer la máscara de soldadura.

Eagle genera el PDF a una resolución de 600 ppp, que suele ser la misma resolución de su impresora, por lo que no se requieren ajustes de tamaño.

Para invertir los colores del archivo PDF utilicé Gimp. Abrí el archivo con una resolución de 600 ppp * y procedí a invertir los colores seleccionando el circuito y usando la herramienta de inversión. También pegué las almohadillas al costado para imprimirlas todas a la vez.

He adjuntado el archivo PDF en caso de que desee imprimir este circuito, no debería ser necesario cambiar el tamaño.

* Advertencia: Configurar cualquier resolución en el software de edición que no sea 600 ppp resultará en cambios de tamaño al imprimir que serán difíciles de corregir. Además, asegúrese de que su circuito esté reflejado para que pueda voltearse, con el tóner o la tinta presionando contra la placa.

Paso 4: Prepare las transparencias

Después de asegurarse de que todos los componentes encajan bien en el circuito en papel, el circuito y las almohadillas se imprimen en una transparencia.

Muy a menudo, una sola transparencia no es suficiente, pueden aparecer algunos agujeros que dejan pasar la luz, dejando zonas expuestas donde no las queremos. Puede ser un problema importante que se soluciona fácilmente colocando otra transparencia en la parte superior.

Las transparencias se pegan con epoxi y se alinean y el epoxi se deja curar. Colocar la transparencia debajo de una superficie plana es una buena idea, para que la transparencia quede totalmente plana una vez que el epoxi se haya curado. El exceso se recorta antes de continuar con el siguiente paso.

Paso 5: preparar la pizarra

La placa revestida de cobre tiene marcas en ambos lados y se rompe a medida. También se limpia con una almohadilla de puntuación y un poco de jabón para dejar una superficie brillante y limpia. También se puede utilizar alcohol para limpiar cualquier residuo que quede.

Asegúrese de que no haya polvo ni huellas dactilares en la pizarra, ya que cualquier residuo determinará el éxito del siguiente paso.

Paso 6: pegue la película fotorresistente

Corta un pequeño trozo de película fotorresistente. La película se compone de tres capas, un plástico en la parte superior e inferior y el químico fotorresistente intercalado en el medio. Para separar la película, coloco dos pedazos de cinta adhesiva en un borde y luego lo separo, se desprenderá una película transparente y se desechará, el lado adhesivo (el que tiene el fotorresistente expuesto) se adhiere al tablero fácilmente sin burbujas de aire.

Para pegar completamente la película a la placa, es necesario aplicar algo de calor. Un laminador modificado es a menudo el método preferido, pero una plancha o una estufa eléctrica también pueden funcionar. En mi caso, estoy usando la estufa eléctrica en mi cocina. Se utiliza un trozo de papel en el medio para evitar que la película de plástico se caliente demasiado.

Paso 7: exponga la fotorresistencia

La transparencia se adhiere al fotorresistente con la ayuda de una gota de agua. Luego se expone a la luz ultravioleta.

Es importante que la tinta o el tóner de la transparencia esté en contacto con el tablero, de lo contrario, la luz podría filtrarse entre la película y el tablero y causar algunos defectos.

El tiempo de exposición dependerá de la fuerza de su fuente de rayos ultravioleta. En mi caso, 30 segundos en mi expositor de PCB casero son suficientes. Bajo una bombilla CFL normal, pueden ser necesarios varios minutos.

Paso 8: Retire el fotorresistente no expuesto

Una vez que el PCB ha sido expuesto, se quita la transparencia y se despega la película plástica que contenía el fotorresistente. El fotorresistente se habrá endurecido y quedará pegado al tablero.

El fotorresistente no expuesto se elimina en una solución de carbonato de sodio al 1% *. Se requiere un cepillo para disolver rápidamente las áreas no expuestas. La placa de cobre debe estar visible después de que se haya hecho esto.

Una vez hecho esto, el tablero se expone nuevamente a la luz ultravioleta para endurecer completamente el fotorresistente y prepararlo para el grabado.

* El carbonato de sodio también se conoce como soda de lavado. Si no tiene acceso al carbonato de sodio, puede prepararlo calentando bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) en un horno a 200ºC durante un par de horas.

Paso 9: Grabado del tablero

El tablero se graba en una solución de peróxido de hidrógeno 2: 1 y HCl (ácido muriático), por lo general toma alrededor de 10 minutos. Luego, el fotorresistente se quita sumergiendo el tablero en acetona hasta que se despegue.

Los bordes del tablero finalmente se recortan y lijan. Una vez grabada la placa, se realizan comprobaciones de continuidad para garantizar que no haya cortocircuitos.

Paso 10: aplicación de la máscara de soldadura

Se aplica una gran gota de máscara de soldadura en el centro del tablero. La transparencia se pega en la parte superior y la mancha de la máscara de soldadura se aprieta uniformemente. Se utiliza el mismo proceso que antes para exponer la PCB. La máscara de soldadura no expuesta se quita con agua del grifo y un cepillo.

En algunos casos, la máscara de soldadura puede adherirse a la transparencia, por lo que un trozo de película de polipropileno se intercala entre ellos. Limpiar la tabla con alcohol y una toalla de papel la dejará bastante brillante.

Aplicar una máscara de soldadura puede ser un poco complicado, como puede ver, algunas manchas se han despegado, pero eso es aceptable.

Paso 11: Soldar los componentes

Se aplica un poco de pasta de soldadura a cada almohadilla. Los componentes SMD se colocan en las almohadillas. No se preocupe si parece un desastre, después de aplicar el calor, la tensión superficial del estaño fundido tirará de los componentes en línea recta. La máscara de soldadura evitará que la soldadura se pegue en cualquier otro lugar que no sean las almohadillas.

Los componentes se calientan con una pistola de calor a una temperatura de 300ºC durante un par de segundos hasta que la pasta de soldadura se derrita. Luego se deja enfriar lentamente durante varios minutos. Se pueden utilizar otros métodos (reflujo, placa caliente …).

Algunos encabezados de clavijas se sueldan al circuito antes de probarlo en una placa de pruebas.

Paso 12: Prueba de los LED

Se utiliza un programa Arduino simple con la biblioteca FastLED para controlar los LED. Lo bueno de los LED WS2812B es que no necesitan resistencias, ya que hay un IC interno que regula la corriente. También se puede manejar una matriz completa con una sola entrada.

Esta pequeña placa de prueba se ha completado con éxito y es hora de seguir adelante con proyectos más grandes.

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¡Gracias por ver!