Incisione dei circuiti stampati (PCB)

Anche per questo argomento verrà riportata solo la mia esperienza personale e le soluzioni che ho trovato per ottimizzare lo spazio e le lavorazioni.
Per una guida completa ed esaustiva sull'argomento consiglio ancora una volta il sito di Vincenzo Villa, che riporta per filo e per segno tutte le operazioni da eseguire.

Tutto è proporzionato alle dimensioni dei circuiti da realizzare. Con la versione free di Eagle è possibile disegnare circuiti delle dimensioni massime di 80 x 100mm, sufficienti per la maggior parte dei progetti hobbystici. In commercio si trovano facilmente le basette presensibilizzate (3), a singola e doppia faccia, di dimensione cosiddetta "eurocard", che corrisponde a 100x160mm . Dividendole esattamente a metà (io uso un semplicissimo taglierino ed una squadra di metallo) si ottiene la dimensione voluta.
Le vaschette (2), rigorosamente di plastica o vetro, si trovano in qualsiasi negozio di casalinghi a poche decine di centesimi di euro. Quelle rappresentate in figura contengono mezzo litro, con 250ml sono riempite ad un livello ottimale, tutte le diluizioni sono state quindi calcolate per questo volume.
La soda caustica (1) è usata per rimuovere il fotoresist che è stato esposto ai raggi UV. La diluizione consigliata è di 7g per litro. Per 1/4 di litro servono quindi 1,75g di prodotto. Ci sono diversi metodi per ottenere questa diluizione, ad esempio preparare una soluzione concentrata da usare poi ogni volta diluendola ulteriormente. Io preferisco diluire di volta in volta la giusta quantità di prodotto solido con 1/4 di litro di acqua e gettare il tutto una volta finito, in questo modo non ho il problema della conservazione di un prodotto molto aggresivo. Con una bilancina cinese da pochi euro (5) riesco a misurare il decimo di grammo. Sono convinto che anche con una precisione molto minore non ci sarebbe grande differenza ma mi piace mettere dei punti fissi per essere sicuro della ripetibilità dei processi.

ATTENZIONE
Alcune delle sostanze usate sono corrosive, irritanti e tossiche per ingestione. Maneggiarle con cura seguendo le istruzioni riportate sulle confezioni. Quello che sulle confezioni non è riportato ma che l'esperienza suggerisce, è il fatto che il cloruro ferrico macchia in modo indelebile i vestiti!
Il cloruro ferrico (4) che ho usato deve essere diluito nella proporzione di 600g per ogni litro di acqua. Per 250ml servono 150g (è esattamente la parte che manca nella confezione da 1Kg riportata in foto).
Questo può essere usato più volte dopo la diluizione. Quando i tempi di incisione diventano molto lunghi (superiori ai 30-60 minuti in funzione della propria pazienza) la soluzione si può smaltire (non gettare nello scarico).
A proposito dei tempi di incisione, questi dipendono tantissimo dalla temperatura dei bagni. Se questa scende sotto i 20° (facilissimo d'inverno) i tempi diventano molto più lunghi.

Per trovare il giusto tempo di esposizione del materiale presensibilizzato, seguendo i consigli di Vincenzo Villa, ho realizzato un circuito di prova con piste e fori di diverse dimensioni. Le dimensioni sono 40 x 100 mm (1/4 di eurocard), TestBromo.brd è la basetta in formato Eagle, TestBromo.pdf in formato PDF. L'ho stampato esattamente in questo modo (mirrored) su carta trasparente per proiezioni con una normale stampante inkjet. Spostando un foglio di pellicola di alluminio posto tra il master e il piano di vetro, ho esposto con il bromografo le varie porzioni di circuito, per 20s ogni volta. In questo modo la prima zona è risultata esposta per 160s e l'ultima per 20s.
Il risultato è la basetta che si vede sotto, ancora ricoperta di fotoresist.

Si nota che superando i 100s il risultato cambia di pochissimo, sulla striscia dei 100s si vede ancora un po' di rame nello spazio di 10mil intorno alla pista da 32mil (32/10). Probabilmente sarebbe andato via lasciandolo ancora un po' nel cloruro ferrico. Come immaginavo il fotoresist ha una buona tolleranza all'esposizione, probabilmente anche oltre i 160s sarebbe andato bene, quindi un'eventuale piccola differenza di illuminazione tra una zona e l'altra del bromografo non può provocare grossi danni. Con tempi molto più lunghi la poca luce che comunque trasparisce attraverso l'inchiostro nero (che non è perfettamente opaco) potrebbe essere sufficiente ad impressionare il fotoresist.

Si può notare che con questo sistema casalingo si riescono tranquillamente a riprodurre piste di 5mil, piste con uno spazio di guardia di soli 10mil verso il piano di massa e fori da 0,5mm con 16mil di rame intorno.
Credo comunque che l'elemento che influisce di più sulla qualità finale sia la stampa. Con una laser su apposita carta trasparente (non quella da inkjet che si attaccherebbe al fusore) si potrebbero ottenere piste ancora più piccole ma poi... si riuscirebbe a lavorarle in casa?
Per sicurezza ho deciso di usare 16mil come dimensione minima delle piste e degli spazi di guardia, 0,7mm come diametro minimo dei fori (indispensabile un trapanino da modellista con apposito supporto a colonna), e un tempo di esposizione di 2 minuti e 30 secondi.
Nella TABELLA trovate i parametri che ho scelto e come impostarli su EAGLE.

Tanto per facilitare la ricerca, riporto alcuni dei link che ho usato:

http://www.fisertek.it/
http://www.vincenzov.net/tutorial/stampati/stampati.htm
http://www.salvitti.it/nuke60/modules.php?name=News&file=article&sid=17
http://www.users.bigpond.com/pbhandary/misc/MakePCB.html
http://alternatezone.com/electronics/files/PCBDesignTutorialRevA.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/PCB_layout_guidelines
http://pcb-designer.com/
http://olimex.com/pcb/dfm.html
http://www.pcbdesignandfab.com/guidelines.htm
http://www.airborn.com.au/method/layout.html
http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Tips.htm

aggiornato il 18 - 12 - 2006