Confecção de placa PCB pelo método da Tinta Fotossensível

Em construção...

O Método da Tinta Fotossensível: Um Guia Prático

O método da tinta fotossensível para criar placas de circuito impresso (PCIs) é um processo preciso e eficiente. Ele começa com a impressão do layout da placa em uma folha transparente. Neste desenho, as trilhas e áreas que você deseja proteger no cobre devem ser transparentes, enquanto as áreas que serão removidas devem ser pretas.

Como Funciona o Processo

Exposição à Luz Ultravioleta (UV): A placa virgem, que já deve estar pintada com a tinta fotossensível, é alinhada com a folha transparente. Um vidro é colocado sobre a folha para pressioná-la contra a placa, garantindo que ela fique estável durante a exposição. Quando a placa é exposta a uma luz UV, a tinta sob as áreas transparentes do desenho endurece, ou "cura".
Revelação: As áreas que foram expostas à luz UV se tornam resistentes ao revelador. Durante o processo de revelação, que geralmente utiliza um produto como a Barrilha Leve, a tinta nas áreas pretas (que não foram expostas à luz) é removida. Isso expõe o cobre que será corroído.
Corrosão: A tinta curada age como uma máscara protetora. Ao mergulhar a placa em um ácido, apenas o cobre exposto é corroído. As áreas protegidas pela tinta permanecem intactas, formando as trilhas e os pads do circuito.
O resultado final é uma placa com o circuito perfeitamente definido, pronto para receber os componentes.

O Desafio da Produção Caseira de Placas de Circuito Impresso

Produzir placas de circuito impresso (PCIs) em casa é um desafio. Quem já viu o processo comercial sabe que ele é complexo, com diversas etapas que são quase impossíveis de replicar de forma artesanal. É por isso que a internet está cheia de tutoriais, mas muitos deles, infelizmente, não funcionam como prometem. Às vezes, o instrutor não consegue transmitir o conhecimento de forma clara; outras vezes, as técnicas apresentadas não são sólidas o suficiente para serem replicadas com sucesso.

Minha Jornada: Do Método da Caneta ao Fotossensível

Minha própria jornada com a fabricação de PCIs começou no final dos anos 90, usando o método mais simples e acessível: a caneta. Esse método funcionou bem para meus projetos mais básicos até por volta de 2009.

Nessa época (2009), comecei a projetar circuitos PLL (Phase-Locked Loop) mais complexos. Eles exigiam mais componentes e, consequentemente, mais trilhas. O método da caneta, que antes era suficiente, começou a me induzir a erros. Eu frequentemente esquecia de desenhar trilhas ou as unia por engano. Ficou claro que eu precisava de um método mais eficaz.

Já desenhava minhas placas usando o software Cadsoft Eagle, então a próxima etapa era encontrar uma maneira de transferir o desenho para a placa virgem. Minha pesquisa me levou a três métodos caseiros:

• Transferência térmica
• Tinta fotossensível
• Serigrafia

Avaliando as Opções

Naturalmente, fui procurar tutoriais online. Descartei a serigrafia de cara. O processo me pareceu sujo e bagunçado, com excesso de tinta e a necessidade de um local dedicado somente para isso. Além disso, ele exigia uma matriz que só faria sentido se eu fosse produzir placas idênticas em série, o que não era meu caso, já que raramente faço duas placas idênticas.

Minha segunda tentativa foi com a transferência térmica. Esse método usa papel fotográfico para imprimir o desenho, que depois é transferido para a placa com um ferro de passar (transferência térmica). O problema é que, além da tinta, o papel também adere à placa, e removê-lo é um processo demorado e deficiente. É preciso deixar a placa de molho na água para que o papel amoleça e possa ser retirado com a ajuda dos dedos. O maior problema, porém, era que o papel nem sempre saía por completo, levando junto partes das trilhas, especialmente as mais finas. Depois de alguns testes frustrantes, desisti desse método.

A Solução Encontrada: Tinta Fotossensível

Após testar e descartar várias opções, cheguei a uma conclusão: o método da tinta fotossensível é o melhor para a produção caseira com definição. Aprendi, após muitos testes e erros, que cada etapa desse processo exige atenção extrema aos detalhes.

O resultado que obtenho hoje é excepcional e só é limitado pelas ferramentas que tenho à disposição.

Passo-à-passo do método da tinta fotossensível

Descrevo abaixo todas as dicas que me fizeram confeccionar placas de circuito impresso pelo método da tinta fotossensível com o menor número de repetição do processo, chegando ultimamente a um número de zero vezes.

A divulgação das dicas seguirá a sequência de fabricação da placa e não pela ordem das descobertas e melhorias.

1. lixar o papel transparência

O papel transparência, ou filme transparente, usado em impressoras a laser é geralmente feito de filme de poliéster ou outros materiais, como acetato de celulose ou polipropileno.
A tinta da impressora a laser adere ao material por calor e o material cumpre o que promete para o efeito inicialmente desenvolvido sem necessidade de definição (exposição por retro-projetores).

Acontece que, quando se trata de desenhos técnicos, como trilhas de PCB, as linhas muito finas dos layouts dos desenhos, geralmente abaixo de 1,5mm de espessura, costumam sofrer falhas com muita facilidade, acarretando em interrupções onde deveria haver uma linha contínua, perdendo portanto definição e/ou resolução. Isso ocorre, principalmente, pelo motivo da folha transparência ser extremamente lisa, com aspecto de "folha encerada".

Uma regra fundamental ao pintar qualquer superfície é lixá-la previamente para aumentar sua capacidade de aderência à tinta. Então, inicialmente tentei usar folhas de transparência destinadas a impressoras jato de tinta. Essas folhas possuem uma característica peculiar: uma das faces é revestida com uma fina camada de plástico rugoso, projetada para melhorar a aderência da tinta "fria" dessas impressoras. No entanto, essa camada não resistiu ao calor da impressora a laser, derretendo durante o processo.

Para solucionar o problema, voltei a usar folhas específicas para impressoras a laser e optei por lixá-las, criando a rugosidade necessária e, consequentemente melhorando significativamente a aderência da tinta.

Tenho utilizado lixas de grão 1000 ou 800 (mais grossa), com excelentes resultados. Novos testes com lixas 600 serão realizados.

2. Exposição da tinta ao solvente

O desenho do layout não é composto apenas pelas trilhas finas, mas muitas vezes existem áreas maiores de tinta que podem chegar a, nos meus casos, até 1cm². Onde deveria ser uma área totalmente preta de tinta, ainda sim tinha algumas falhas onde é possível ver pontos sem tinta. Isso quer dizer que por motivos diversos, a tinta foi repelida naquela região, ocasionando uma falha (pontos transparentes).
Como lixar a folha ajudou muito mas não resolveu 100%, esse comportamento na verdade acontece nas trilhas também, embora, como dito antes, numa quantidade de vezes bem menor.


Para resolver este segundo problema (que é sutilmente diferente do primeiro), tive a ideia de expor a folha transparência a um solvente. A ideia é aproveitar a volatilidade do solvente e fazer com que ele atinja a tinta ocasionando a aglutinação da mesma e uma uniformização dela. Parece mágica, mas a tinta fica ainda "mais preta", como se tivesse dado uma segunda mão.


Na prática, eu uso uma espécie de recipiente do tipo tuperware com tampa e adiciono dentro desse recipiente uma pequena quantidade de thinner, algo como duas colheres de sopa cheia. Em seguida coloco dentro desse recipiente uma grade com uma antura de entre 1,5cm e 2cm da base do recipiente. Em cima dessa grade, coloco a folha transparência com a tinta voltada para baixo e cronometro um tempo de 8 minutos, no máximo 10 com o recipiente tampado. Acima de 10 minutos a tinta começa a borrar.
A ideia aqui é usar a evaporação do solvente, que subirá e tocará a tinta, para dissolve-la discretamente e uniformiza-la.

3. Agora é a hora da revisão final - uso da caneta

Após o fim do tempo sob o efeito do solvente, removo a folha cuidadosamente, sem raspa-la em nenhum lugar (pois poderá borrar a tinta que pode estar amolecida) e deixo seca-la por 1 minuto. Após, coloco ela contra a luz e procuro por pontos sem tinta. Sim, isso ainda pode acontecer.


Lembre-se que até o momento usamos as ferramentas: uma impressora a laser, uma folha transparência, thinner e uma caneta para retroprojetor. Nenhuma dessas ferramentas foi desenvolvida especificamente para confecção de placas de circuito impresso, então temos que lidar com as falhas no processo usando conhecimento e criatividade.


Ao detectar falhas a correção é feita com a caneta para retroprojetor (eu uso da marca Pilot, sempre na cor preta) e corrijo essas falhas pintando os espaços falhados que permaneceram após os passos 1 e 2. Se as falhas forem de trilhas mais grossas, a caneta de 2mm serve, para as trilhas mais finas eu uso a de ponta de 1mm.
É muito comum aparecerem falhas em "pontos isolados" (semelhantes a pingos ou como o caractere "ponto final") que serão os furos passantes. Então eu uso ali a caneta para reforçar o ponto e garantir que a luz ultravioleta não passará pela aquela área pintada. Esse ponto será furado com a broca.


Continua...

StereoCoder com os Integrados 4066 e LM1496

Um pouco de história

Sempre montei circuitos codificadores Stereo baseados nos Integrados 4016/4066. 

O primeiro circuito que fiz funcionar foi um projeto das revistas do Newton C. Braga - isso aconteceu no começo dos anos 2000.

O circuito até que funcionou bem pela sua simplicidade. Me lembro de ver os VUs do meu receiver indicando a separação entre os canais, mas tenho uma vaga lembrança dessa separação ser baixa. Vários fatores podem prejudicar a diafonia (separação entre os canais) como a precária forma de onda senoidal do sinal de 19KHz e a qualidade de modulação do VCO. Veja no esquema acima que o oscilador sugerido sequer empregava um diodo varicap para a modulação, que era feita pelo emissor do transistor. O sinal de 19KHz, que sai do pino 13 de IC2, tem um péssimo filtro. Mas o pior mesmo era a falta de um cristal para estabilizar a frequência do Codificador. O sinal de 76KHz, era gerado em CI1 (CD4093) através de um trimpot de ajuste de 10k, o que exigia constantes retoques, pois o led indicador de estéreo no receptor apagava de tempos em tempos.
(Projeto original aqui)

O projeto seguinte que fiz funcionar foi uma evolução do projeto anterior. Ele fazia uso de um ressonador de 456KHz para gerar os sinais de 76KHZ e 19KHz, mas eu não me lembro qual o CI que esse ressonador oscilava. Encontrei a foto aqui nos meus backups.

Posteriormente, um amigo comprou uma placa Codificadora Estéreo no MercadoLivre, semelhante ao circuito anterior, pois também fazia uso do ressonador de 456KHz.

O circuito funcionou muito melhor que o anterior e em relação ao primeiro circuito montado, eu não precisava fazer reajustes no oscilador. Ele não tinham nenhum pré-amplificador na entrada mas tinha um na saída, onde fazia o mixer dos sinais de áudio com o sinal piloto, apesar desse sinal ainda não ter um bom filtro para a perfeita senoide desse sinal de 19KHz. O ressonador oscilava num transistor BF199 e era entregue ao CI CD4018.

Abaixo, a foto do meu circuito copiado, montado em um transmissor da época.

Abaixo o esquemático que eu fiz na época. O desenho é rudimentar pois eu dava meus primeiros passos no software de elaboração de layouts:

Posteriormente, tomei conhecimento do circuito integrado BA1404 e montei meu primeiro Codificador MPX com ele.

O circuito funcionou bem e é extremamente simples. Tem uma ótima diafonia (separação entre canais), de 45dB, segundo o fabricante, e os componentes são fáceis de achar até hoje, mas eu nunca consegui faze-lo funcionar a contento. Algumas vezes ele parece ter uma impedância de entrada muito alta, induzindo zumbidos na modulação. Outras vezes, o som "embaralha" ligeiramente, parecendo problemas de troca de fase do sinal. Preciso voltar a mexer nele.

O próximo circuito que eu fiz funcionar e que, esse sim funcionou muito bem, foi o Stereo Coder Veronica. Mesmo ele usando o velho de guerra 4016 (ou 4066), o circuito funciona perfeitamente bem e tem uma ótima separação entre canais. E aqui está o esquema original: Stereo Coder Veronica.

Ele usa como oscilador um circuito integrado CD4060 e um cristal de 4.864MHz. Os divisores internos do 4060 já dispõe nas suas saídas um sinal de 76KHz e 19KHz, tendo este último, uma conversão do sinal piloto de onda quadrada para uma boa senóide. Faço testes com ele em meus circuitos PLL e osciladores livres e, ao injetar apenas um canal no circuito, o ponteiro do VU meter oposto - no meu Receiver, fica imóvel.

Circuito dele montado e funcionando

LM1496

Já há algum tempo eu venho tropeçando e venho colecionando circuitos MPX com o integrado LM1496 (ou MC1496). Sempre me pareceu serem circuitos mais elaborados e estou disposto a montar um desses circuitos. 
Navegando em um fórum espanhol, ele foi indicado por um dos membros com bastante entusiasmo, e eu me refiro ao seguinte circuito:

Com um esquemático que não falta informação, ele ainda tem componentes de fácil obtenção, mas de cara vou fazer uma modificação.
Ele usa o ressonador de 456KHz como fonte dos sinais de 38KHz e 19KHz, mas para isso ele emprega um transistor MPF102, além dos integrados CD4018 e CD4040. Ora, eu pergunto, por que não usar apenas um integrado CD4060 e um cristal de 4.864MHz? Com apenas esses dois componentes já teremos os dois sinais necessários para colocar o MPX para funcionar. Consultando um técnico, amigo meu e MUITO mais entendido, ele também concordou com a mudança e assim eu comecei a desenhar o esquemático no software e ele ficou assim: 

Os filtros para os sinais de 19 e 38KHz eu mantive os mesmos. Agora era desenhar o layout, coisa que me deu um enorme trabalho.
Eu sempre gosto de redesenhar o layouts de circuitos que eu acho na internet e que me disponho a montar por basicamente dois motivos: o primeiro é que fazendo assim, isso me ajuda a encontrar erros ou incongruências no circuito; o segundo motivo é a familiarização com o circuito.

No começo, ao esparramar os componentes pela tela, a placa tinha ficado com um comprimento de uns 20cm, mas no final ficou com 10cm e a altura é de 8cm.

A evolução do desenho da placa pode ser vista nesta animação gif:

- CONTINUA - 

Transmissor de FM PLL Estéreo

 

Transmissor de FM PLL Estéreo

Compartilho nesse post a construção de meu mais recente projeto: uma placa transmissor de FM Estéreo

Desde que comecei a vender as meus transmissores, muitas pessoas me consultaram perguntando se eu poderia confeccionar esses transmissores com um circuíto estéreo em uma única placa. Topei o desafio e, minhas placas que antes tinham um tamanho de 10x10cm, passaram para o tamanho de 10x15cm com a unidade de stereo coder anexada, mas mantendo uma entrada mono.

Até o momento em que escrevo esse texto, o layout está sendo revisado e por hora o desenho é este:

Notem na imagem acima mais uma inovação em relação aos meus circuitos anteriores. O círculo demarcado significa uma blindagem do VCO utilizando latas metálicas que podem ser encontradas comercialmente em lojas de artigos para arte (pintura, costura...) e em lojas de embalagens em geral. O metal da lata não é alumínio e portanto aceita solda facilmente.

Obs: a cor vermelha representa a face inferior e a cor azul a face superior

Uma outra inovação é que, dentro do círculo nota-se que os componentes serão soldados somente na superfície servindo a parte de baixo da placa como uma blindagem inferior e, naturalmente, a parte de cima será blindada pela lata circular.

O transistor oscilador que usarei nesse projeto é o BFR91, no lugar do costumeiro MPF102.
Estou experimentando esse transistor agora por ele ter uma frequência de corte la pelos 6 Gigahertz, que em muito reduz o ruído brando do oscilador. Ele também não tem uma entrada de alta impedância como nos transistores FETs, o que nesse caso pode ser interessando pois pode reduzir  muito a captação de ruídos e interferências.

Esquema do VCO

VCO com o integrado MC1648

VCO MC1648

Compartilho com vocês esse excelente VCO com o circuito integrado MC1648, integrado esse que tem uma excelente pureza espectral.

Eu conheci esse integrado quando montei meu primeiro PLL que fazia uso dele como oscilador. Na época, inicio dos anos 2000, ele fazia parte de um projeto chamado de FM 5000, num site do Fabio Maurício Timi.

O esquema original é este:

Abaixo, o layout da placa de circuito desenhado por mim.
Além dos VCO com o MC1648, o transmissor é formado por um circuito Buffer composto por dois transistores e um  terceiro transistor com amplificador de RF.

O esquemático que eu elaborei é o que se segue:

Bobina L1
Espiras:        5 espiras
Fio:              0.4mm
Diâmetro:    3~4mm de diâmetro.

PCB espelhada (300 DPI)

Sintonizador Maxsom STM-300

 SINTONIZADOR

MAXSOM STM-300

(Veja também o Receiver Maxsom SM-503)

Ano passado eu procurava por algum rádio usado para deixar na garagem de casa. Pesquisando no Mercadolivre, encontrei o anúncio de um Receptor, o Maxsom STM-300. O preço era bom, 150 reais com o frete. 

O anúncio dizia que ele não funcionava o FM e fazendo uma pesquisa na internet vi que ele tinha uma eletrônica bem simples e isso era bom para mim, que sou apenas um hobbysta e não um técnico formado.

De cara o aparelho nem ligou e ao abri-lo vi que ele estava bem sujo de poeira. O problema de não ligar foi fácil, era apenas o cabo de energia interno que estava arrebentado.

A limpeza deixei para depois e comecei a procurar o defeito do FM não funcionar.

O FM apenas chiava, uma espécie de ruido branco alto e abafado.

Seguindo a linha de sinal, o primeiro transistor é um Mosfet Dua Gate 3N201, que eu não sei como testar, então eu parti para o segundo transistor, um PE210. 

Removi ele e testei com o multímetro. O multímetro não acusou estar em curto e nem aberto. Voltei ele para a placa e resolvi então substituir o integrado CA3089.

Mesmo com o integrado novo o problema continuou. Decidi então voltar ao transistor anterior, PE210. Peguei o datasheet dele, identifiquei os terminais e o substituí por um BF199, e pronto! Problema resolvido.

Posteriormente, substituí esse BF199 por um BF495 e o ganho do sinal melhorou. Fazendo mais testes, experimentei o transistor BF254 e melhorou ainda mais, inclusive com um a indicação visual no medidor de intensidade de sinal.

Agora que o Sintonizador estava funcionando, comecei a limpar a placa usando apenas um pincel, mas a sujeira estava difícil de sair. O aparelho devia ter ficado sob efeito da umidade pois a sujeira estava um pouco fixada na placa.

Tive então a ideia de lavar a placa com detergente, e não se assustem, já fiz isso centenas de vezes. O importante é secar bem, principalmente os indutores para não terem seus valores alterados.

Com a placa bem limpa, decidi fazer uma revisão no capacitor variável. Ele estava raspando no começo do dial, matando a oscilação. Suspeitei das aletas das placas encostando umas nas outras.

Comecei removendo o Variável da placa

Veja no detalhe como as placas se encostavam

Finos ajustes nas placas foram feitos usando uma lâmina.

Após ajustar as aletas, procedi com a limpeza com água, detergente e palha de aço. Sim, palha de aço, desde que o variável seja bem lavado, não vejo problemas.

Abaixo, o variável lavado, seco e envernizado nas partes ferrosas.

O rolamento e a bucha foram lubrificados

Abaixo a placa limpa com o Variável reinstalado

O aparelho estava sem a ponteira indicadora da estação. Eu fiz uma nova ponteira assim que troquei o cordão do Dial

As lâmpadas piloto praticamente se desmancharam na minha mão ao remove-las para inspeção. Das três lâmpadas, apenas uma funcionava, e como de praxe, foram substituídas por Leds.

Para alimentar os Leds, retifique a saída de 6V do transformador

Com o Sintonizador em funcionamento, percebi que o sinal de saída do Sintonizador tinha um volume um baixo, exigindo que minhas pequenas caixas amplificadas ficassem sempre a 3/5 do volume para um som normal. Decidi então fazer uma pequena placa pré amplificadora com transistores BC548

Eu não queria fixar a placa com parafusos, então soldei 4 terminais à placa e os terminais ao chassis

O esquema do pré amplificador retirei de um diagrama de uma versão ligeiramente meu Sintonizador. Meu aparelho tem a saída de áudio retirada diretamente do integrado 1310 (UPC1310).

Eu também reduzi pela metade o resistor de emissor do novo transistor BF199, com a intenção de aumentar a sensibilidade de recepção para as emissoras de FM mais distantes - e deu certo.

Sobre o exterior do aparelho, eu troquei as placas laterais de madeira que estavam bem ruins

Elas eram feitas de aglomerado que não aceita umidade. Eu as troquei por chapas de madeira freijó, que tenho aqui de meu outro hobby, aeromodelismo.

Até pouco tempo atrás, o receptor apresentava um defeito intermitente de ir diminuir sua sensibilidade de recepção durante seu funcionamento. As vezes ele sintonizava fraco as emissoras locais, e não era problema de antena. Meses atrás me debrucei sobre esse defeito e achei um capacitor de acoplamento, no valor de 1.8pF, com mal contato.

Hoje o aparelho está funcionando perfeitamente bem e tem uma ótima sensibilidade de recepção. Eu montei um simples hack para ele, abrigando também duas ótimas caixas de som, com tweeter, do tipo para computadores.

 Receiver Maxsom SM-503

(Veja também o Sintonizador Maxsom STM-300)

A Maxsom foi uma empresa brasileira, localizada em Campinas, que fabricava Receptores e amplificadores. Ela produzia seus equipamentos usando os Blocos Sintonizadores da Unitac e os kits de Amplificadores da Ibrape.

O aparelho Maxsom SM-503 é um Receiver AM/FM Stereo com um amplificador interno de 10+10 watts. Ele tem entradas auxiliares para tape-decks e toca-discos, e também tem saídas para tape-deck e fones de ouvido. O SM-503 usa no circuito amplificador a placa modelo M-320.

PLL Veronica: Parte 3 - Montando o Circuito

PLL Veronica

Parte 3 - Montando o Circuito 

Nota: Primeiramente, informo aos colegas que neste blog, não tenho qualquer pretensão de ensinar eletrônica ou radiofrequência ou de ser um escritor, mas apenas compartilhar com os colegas minhas experiências neste hobby e contribuir para a troca de conhecimento.

Nesta terceira parte, registro a construção do circuito PLL Veronica, passo-à-passo, começando com a verificação dos componentes recém chegados.

Cicuito integrado 74F74 original Motorola, fabricado na Coreia

Para montar este circuito, não usei nenhum equipamento além de um multímetro, um frequencímetro portátil e meu detector de RF.