Confeccionando de placas de circuito impresso com tinta fotossensível
Confeccionando PCB´s com tinta fotossensível
O método de confecção de placas de circuito impresso por tinta fotossensível consiste, de forma geral, em fixar tinta nas regiões da placa que serão trilhas do circuito. Com isso, quando a mesma for submetida ao processo de corrosão, essas regiões permanecerão com a camada de cobre. Esta técnica é uma excelente alternativa para confecção caseira de placas por ser relativamente simples e apresentar resultados finais extremamente satisfatórios. Entretanto, é necessário realizar os procedimentos com cuidado, pois, simples detalhes podem desencadear uma série de falhas no processo. Neste tutorial, nós vamos te ensinar o passo a passo para que você consiga confeccionar as suas próprias placas de circuito impresso.
O procedimento envolve uma série de produtos químicos que podem ocasionar situações perigosas. Portanto, é importante lembrar a importância da utilização de equipamentos de segurança.
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Mãos à obra - Confeccionando uma PCB
Componentes necessários
- Componentes de segurança
- Luva (necessária no preparo de todas as soluções ou contato com tinta)
- Óculos de segurança (necessário durante o preparo das soluções)
- Máscara (necessária durante o preparo das soluções, corte e furos da placa)
- Componentes para impressão
- Folha de papel transparente (ou também conhecida como transparência)
- Componentes para confecção da placa
- Micro Retífica
- Placa de fenolite
- Esponja de aço
- Detergente
- Perfurador de placa
- Lâmpada de luz ultravioleta
- Revelador (barrilha)
- Placa de vidro
- Cola quente
- Secador
- Percloreto de Ferro
- Recipiente de plástico
- Tinta fotossensível
Procedimentos para serem realizados
- Layout do circuito
O circuito pode ser montado como um protótipo ou simulado e testado em um software de sua preferência. Uma vez verificado o funcionamento correto do mesmo, podemos começar a desenvolver o layout da placa de circuito impresso.
O layout deve ser impresso em papel transparente, e o conjunto funcionará como filtro para que a luz ultravioleta fixe apenas os trechos necessários para a confecção das trilhas condutoras, de modo que, no layout, estas trilhas devem ser transparentes e as demais partes pretas. Note que não é necessário imprimir o layout de forma espelhada.
- Corte da placa
O próximo passo que devemos seguir é marcar a placa de fenolite com a dimensão da placa definida no layout, isso pode ser feito com uma caneta permanente.
Com as marcações feitas, podemos cortar as partes não utilizadas com auxílio da micro retífica e disco de corte. Essa etapa pode ser feita com outro instrumento de corte caso você julgue melhor.
- Aplicação da tinta
Com a placa corretamente dimensionada, podemos aplicar a tinta fotossensível. Antes da aplicação em si, é necessário limpar muito bem a face de cobre da placa para que não existam regiões oleosas ou pequenos sedimentos. Feito isso, pode-se aplicar uma fina e uniforme camada de tinta utilizando uma luva (apenas como dica, a aplicação pode ser feita com auxílio de um cartão).
Para deixar a distribuição de tinta completamente uniforme devemos fixar a placa na micro retífica com cola quente para que ela gire uniformemente e o excesso de tinta saia por ação centrífuga. A micro retífica pode ser substituída por outro equipamento, como uma furadeira de bancada ou algum motor. Alguns cuidados adicionais são necessários nessa etapa, são eles:
- Garantir que a placa esteja bem fixada, caso contrário ela pode cair e borrar a tinta;
- Ao girar o sistema muitas gotas de tinta serão lançadas horizontalmente, portanto isso deve ser feito dentro de uma caixa de papelão para conter a tinta;
- Se a velocidade angular for muito alta alguns riscos de tinta podem ser formados na superfície da placa, mantenha uma velocidade intermediária.
- Secagem da tinta
Retire cuidadosamente a placa da micro retífica. Em seguida, utilize um secador de cabelo durante cerca de 15 minutos para realizar a secagem, pois, é importante garantir que o secador não leve nenhum tipo de sujeira para placa. A secagem também pode ser feita em um forno, entretanto o procedimento pode gerar forte odor.
- Transferência do circuito
Com a tinta completamente seca e uniforme nós já podemos transferir o circuito para placa. O primeiro passo é posicionar a folha transparente sobre a placa e em seguida coloque a uma placa de vidro sobre os dois para evitar que a folha saia da posição correta. A face da folha transparente que contém o layout deve estar em contato com a superfície coberta de tinta.
Posteriormente, submeta a face citada a luz ultravioleta com uma distância de cerca de 10 centímetros por 3 minutos. Por motivos de segurança, evite contato direto com a luz.
- Revelação
Neste ponto o circuito já está gravado na placa, portanto, nós precisamos “revelar” o mesmo, ou seja, precisamos retirar a tinta que não foi fixada pela luz ultravioleta. Isso pode ser feito mergulhando a placa em uma solução de barrilha (também chamada de revelador). Esta solução pode ser armazenada em uma vasilha de plástico comum e deve conter aproximadamente duas colheres de chá de barrilha por litro de água. O processo pode ser catalisado esfregando-se levemente a placa.
- Corrosão
Com o circuito completamente revelado, nós devemos corroer o cobre das regiões expostas. Para isso, utiliza-se o percloreto de ferro, que pode ser encontrado em líquido ou pó. Caso você tenha acesso à versão em pó, basta misturar o pó com água da seguinte maneira: primeiro acrescente água em seguida o pó pois a reação é exotérmica e muito calor pode ser liberado caso você tenha feito o contrário.
Coloque a solução em uma vasilha de plástico com a placa totalmente submersa (é interessante prender a placa por uma fita adesiva na parte externa da vasilha ou utilizar luvas para evitar contato direto com o percloreto de ferro durante a retirada da placa no fim da corrosão). Como dica, balance levemente a vasilha durante o processo para diminuir o tempo necessário para completa corrosão.
Verifique se todas as partes sem tinta foram completamente corroídas, em seguida retire e limpe a placa com água corrente. A solução de percloreto de ferro pode ser armazenada para uso posterior, mas com o uso sua intensidade é reduzida e será necessário renovar a solução com mais percloreto.
- Retirada da tinta restante
A tinta sobre as trilhas pode ser retirada submetendo a placa a uma solução de soda cáustica, que pode ser extremamente corrosiva de acordo com a concentração. Uma outra alternativa é retirar a tinta apenas esfregando com palha de aço.
- Adição de componentes
Com a placa completamente pronta resta apenas furar e soldar os componentes. Os furos podem ser feitos com um furador de placa ou furadeira de bancada e a solda pode ser feita de forma tradicional, com estanho e ferro de solda.
Considerações finais
Este foi mais um conteúdo feito especialmente para te auxiliar em seus projetos de eletrônica. Esperamos que você tenha aprendido um pouco sobre o processo de confecção de placas de circuito impresso. Qualquer dúvida ou sugestão, deixe nos comentários abaixo.
LTSpice: Primeiros passos
O software LTSpice
O LTSpice é um software produzido pela Linear Tehcnology e que agora é parte da Analog Devices cuja finalidade é a simulação e análise do comportamento de circuitos elétricos contendo os mais variados componentes: resistores, capacitores, diodos, amplificadores operacionais e outros. Neste tutorial iremos aprender como montar e simular circuitos práticos utilizando esta ferramenta. Com isso, podemos estimar os valores de tensão e corrente, bem como de resposta em frequência de nossos circuitos antes mesmo de executá-los na prática.
Para se realizar uma simulação no LTSpice, podemos inserir as informações de entrada de duas formas: através de uma sequência de linhas de descrição, ou através de sua interface gráfica que nos possibilita desenhar o circuito e selecionar a representação desejada dos resultados. Aqui, iremos focar na segunda maneira, ou seja, selecionando os componentes desejados e criando o desenho.
Neste tutorial usaremos o LTSpice XVII em sua versão mais atual.
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Mãos à obra - Como utilizar o LTSpice
Instalação
A primeira coisa que faremos será a instalação do software. Para isso, basta entrarmos no site da Analog Devices ->Design Center -> LTSpice e clicar na opção de download que corresponde ao seu sistema operacional. O link para o download é o seguinte:
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Para instalarmos o LTSpice, basta clicarmos no arquivo de extensão .exe que foi baixado. Com isso a janela abaixo será aberta e se você concordar com os termos de instalação, basta clicar em ACCEPT:
Com isso, o botão INSTALL NOW será liberado e a instalação poderá ser iniciada clicando nele.
Depois de alguns minutos a instalação será concluída, clique em OK e depois de alguns segundos o software estará pronto para uso.
Criando o primeiro esquemático
Depois que o programa for aberto nosso primeiro passo será criar um novo esquemático a partir do qual poderemos desenhar o nosso circuito, para isso, basta apertar Ctrl+N ou clicar no local indicado de acordo com a figura abaixo:
Primeiramente, desenharemos um circuito RLC, selecionando um resistor, um capacitor e um indutor, como indicado abaixo através da barra de ferramentas ou apertando R para resistor, C para capacitor e L para indutor. Uma vez selecionado um tipo de componente, você poderá inserir quantos desejar e se quiser trocar de componente basta apertar ESC e selecionar o próximo.
Usando MOVE, podemos selecionar e mover os componentes que já escolhemos e com ROTATE e MIRROR podemos rotacioná-los e espelhá-los para que assim possamos representar-los de uma melhor maneira em nosso circuito. O botão WIRE serve para desenharmos as conexões entre nossos componentes.
Clicando com o botão direito do mouse nos componentes selecionados, podemos inserir seus valores de resistência, capacitância ou indutância, lembrando que podemos inserir diretamente as letras k para multiplicar o valor por 1000, m para multiplicar por 0,001, u para multiplicar por 0,000001 e assim por diante. De forma semelhante, se você clicar com o botão direito em cima do nome do componente é possível alterá-lo, no entanto, basta tomar cuidado para não atribuir o mesmo nome a dois componentes diferentes.
O próximo passo será inserirmos nossa fonte de sinal de entrada. Para isso clicamos em COMPONENT , escrevemos VOLTAGE e depois clicamos no botão OK.
O botão COMPONENT nos permite selecionar uma grande variedade de componentes eletrônicos mais específicos para aplicações mais avançadas.
Selecionada a fonte de sinal, basta clicarmos com o botão direito para atribuirmos um valor de tensão a ela. Entretanto, se você deseja que o sinal de sua fonte seja alternado ou que simplesmente varie com o tempo, temos que selecionar a opção ADVANCED, a partir da qual poderemos selecionar um sinal de tensão em forma de pulso, senoidal, exponencial e outros. Uma vez escolhido o tipo de sinal de entrada, basta preencher os campos correspondentes aos parâmetros do sinal, como amplitude, frequência, etc. Para o nosso exemplo usaremos um fonte senoidal com uma tensão de offset de 0V, uma amplitude de 2V e uma frequência de 100Hz.
Com isso, ligamos nossa fonte ao circuito e selecionamos GROUND para indicar onde será a referência de nosso circuito, que neste caso será na ligação inferior entre todos os componentes. Com isso, estaremos prontos para avaliarmos os valores de tensão e corrente em todos os pontos que desejarmos.
- Análise do circuito
Para analisarmos o circuito precisamos clicar em RUN, de modo que será aberta uma janela onde nós devemos inserir o intervalo de tempo em segundos no qual o programa analisará nossa montagem. No nosso exemplo colocamos 0.1s.
Sendo assim, quando clicamos em cima de um dos componentes do circuito, o programa irá plotar o gráfico da corrente que passa por esse dispositivo durante o intervalo de tempo determinado. Se clicarmos em cima de uma das ligações ou nós o programa nos dará o gráfico da tensão correspondente àquele ponto em relação ao Ground. Vale lembrar que para o nosso exemplo, o gráfico da tensão em cada componente será igual ao da fonte, visto que eles se encontram em paralelo com ela.
- Imprimindo ou salvando o projeto
Podemos ainda imprimir ou salvar o nosso projeto através do menu FILE, selecionando a opção PRINT para imprimir ou SAVE AS para salvar em algum lugar desejado. Uma vez salvo, você pode abrir o arquivo sempre que desejar clicando nele ou escolhendo a opção OPEN do menu FILE.
Simulação e análise de um circuito mais complexo
- Utilizando um amplificador operacional
Um componente bastante usado em circuitos práticos é o amplificador operacional. Para usá-lo em um circuito é preciso selecioná-lo da mesma forma que a fonte de tensão. Clicando em COMPONENT e depois em OPAMPS. Será aberta uma janela com vários modelos de amplificadores, alguns baseados em CIs reais de mercado e outros que simulam o funcionamento ideal do dispositivo.
Para o próximo exemplo selecionamos o UniversalOpAmp2.
Uma maneira prática de ligar a alimentação do amplificador é usando a opção NET NAME (F4), pois com ela, podemos igualar a tensão em um ponto com a tensão de outro sem necessitar de escrever ligações. Para isso, basta apertar F4 e escrever o nome da tensão de ponto e colocar o símbolo que surgir nos locais em que se deseja igualar as tensões, como está exemplificado na figura abaixo.
Agora estamos prontos para simular um circuito mais avançado. O circuito que analisaremos é o Filtro Notch, um circuito famoso em projetos eletrônicos de baixíssima tensão cujo objetivo na maioria das vezes é eliminar o ruído de 60Hz da rede elétrica. Para isso, é necessário que você faça no seu LTSpice o seguinte desenho:
O circuito acima é chamado de Rejeita Faixa e seus valores de capacitores e resistores fazem com que essa rejeição seja de 60Hz (Fc = 1/2piRC). A análise desse circuito pode ser feita de forma mais apropriada através de sua resposta em frequência. Para isso, nas configurações da fonte, selecione apenas a amplitude AC, que pode ser de 1V:
Depois disso, no menu SIMULATE selecione a opção EDIT SIMULATION CMD e vá para a aba AC ANALYSIS. Nesta janela você poderá escolher a opção de representação do eixo das frequências, além da frequência de início e a de fim, bem como do número de pontos para análise no intervalo. Depois de preencher as opções com os dados adequados, clicamos em OK e colocamos a linha de comando em algum lugar perto do circuito.
Feito isso, colocamos para executar mais uma vez (RUN) e clicamos no ponto de tensão referente a saída, o gráfico gerado está na imagem abaixo:
Neste gráfico, podemos ver o que acontece com a amplitude do sinal para diferentes frequências de entrada e também o que acontece com a fase. É fácil ver que o sinal é bastante atenuado para uma frequência próxima de 60Hz. Os resistores de 10k e 1k controlam o quanto é atenuado o sinal para frequências próximas a frequência de corte, você pode alterá-los e verificar o que acontece com a resposta do circuito para diferentes pares de valores.
Considerações finais
Com isso, concluímos nosso estudo sobre as funções básicas do software LTSpice. O programa é uma ferramenta muito poderosa e muito usada em disciplinas dos cursos de engenharia elétrica e eletrônica. Além disso, pode lhe poupar muito tempo no projeto de circuitos práticos que você se propor a fazer.