quinta-feira, 29 de maio de 2008

Fazendo Círcuito Impresso (PCI) - Método Térmico

Uma das grandes dificuldades na hora de criar o seu projeto de eletrônica está no momento da confecção de sua placa de circuito impresso (PCI), seja ela um protótipo ou seja a placa final, existem várias métodos de confecção como por exemplo: Silk Scren, Fresagem CNC, Erosão, Metalização, Método Fotográfico, Método Manual (caneta e decalques) e o Método Térmico que é qual irei abordar.

Primeiramente recorte uma placa de circuito impresso virgem do tamanho que você irá utilizar no projeto (muitos dizem para cortar um pouco maior, já que nas laterais a transferência tende a falhar, resolvo esse problema lixando os quatro lados da placa e deixando-a meio arredondada), limpe bem a superfície do cobre onde iremos fazer a transferência como uma Palha de Aço Nº 0 (bem mais grossa que a tradicional esponja de aço, bombril, assolan, etc...) muitas pessoas substituem a palha de aço por uma lixa ou uma escova de aço, os três métodos funcionam muito bem, uso a palha por seu baixo preço, após a placa estar totalmente limpa lave-a com água e sabão ou passe um algodão com álcool isopropílico e depois disso não toque mais com os dedos na parte cobreado.
Na figura acima temos a imagem da placa e da palha de aço

O próximo passo consiste em desenhar o lay-out do seu circuito impresso, para isso utilize seu software de preferência para desenhar seu esquema (Eagle, Isis/Ares, Circuit Maker, PCBExpress, PaintBrush, etc...) feito isso imprimir o esquema elétrico de seu PCI espelhado (mirrozido, ou seja ao contrário, como se tivesse olhando pelo espelho) para isso utilizar uma impressora laser, caso você não tenha um impressora laser, relaxe, imprima em sua impressora jato de tinta e depois vá a papelaria mais perto e tire uma fotocópia (xerox) com máquina de toner (pó preto), a impressão deverá ser em preto e branco e alta resolução e utilizando alto contraste (maior quantidade de pó), agora vem a hora da festa, qual papel utilizar? depende!!! depende de quanto você quer gastar e do resultado que espera obter, por exemplo utilizando papel fotográfico (Glossy) a transferência do toner do papel para a placa de circuito impresso é perfeita e fácil, porém temos como problema desse papel o seu alto custo, além de serem feitos para impressora jato de tinta (não suportam muito calor) apesar de ter algumas marcas de boa qualidade que até aguentam uma impressora laser, porém tem algumas complicações como por exemplo uma marca boa aguentar a laser e em determinado momento esse papel gruda tudo mandando sua impressora para o espaço uma vez que hoje em dia não vale mais a pena seu conserto, por que aconteceu isso?? simples, o fusor peça responsável por fazer o toner grudar no papel por calor, após várias impressões seguidas tendem a elevar muito sua temperatura, outra coisa o mesmo papel que não derrete numa impressora laser, pode derreter facilmente em uma outra impressora.

Agora vamos as alternativas para o Papel Glossy, de cara podemos utilizar transparências para impressora laser, que é um plástico que resiste a altas temperaturas e por ser bem liso transferem bem o toner para a placa de PCI, podemos utilizar também o Papel de Poliéster ou o Papel Vegetal (sempre imprimindo no lado mais liso e escolhendo papeis de suportem alta temperatura, ou seja quase todos) um outro papel que eu recomendo é o Couchê, aqueles papeis utilizado na fabricação de revistas como Veja, Info, etc..., inclusive você pode utilizar folhas dessas revistas e imprimir sua placa de PCI nela que irá transferir numa boa, porém aconselho comprar papel novo em uma papelaria, primeiro que é muito barato, segundo que alguma letra ou impressão pode soltar ferrando sua plaquinha, outro quando for comprar o papel compre de uma gramatura mais pesada, pois as mais fininhas tendem a enroscar nas impressoras, um outro tipo de papel que na minha opinião dá os melhores resultados é aquele papel que sobra das etiquetas auto-adesivas, um papel encerado e bem liso e quando imprimimos neste lado o toner transfere totalmente para a placa virgem, inclusive é possível fazer trilhas que passem entre os pinos dos integrados e podemos utilizar também com excelentes resultados Papel Transfer ideal para esse tipo de serviço, o ultimo tipo de papel que eu já utilizei é o sulfite mesmo, repare que mesmo o papel comum ele tem um lado mais liso que o outro, imprima sempre do lado mais liso, esse tipo de papel que eu estarei utilizando nesse artigo.

Na figura acima temos a placa virgem já limpa com a palha de aço, a impressão do esquema elétrico em papel sulfite e a impressão da máscara de componentes também invertida para coloca-la no lado dos componentes.

O próximo passo consistem em envolver a placa virgem com o papel com o desenho do esquema elétrico, lembrando de deixar o lado cobreado voltado para a impressão do papel e tomando cuidado para não tocar com os dedos na face cobreada, dobre as partes excedentes de papel dando a volta na placa, assim a mesma ficará presa e não se moverá no momento que for passar com o ferro do passar roupa, tome muito cuidado nessa hora para deixar a placa virgem muito bem alinhado com o desenho impresso no papel para não correr o risco de ficar algumas trilhas ou ilhas do lado de fora da placa de circuito impresso.
Na figura acima temos a placa virgem sendo posicionada no papel e o detalhe do excedente de papel sendo utilizado para prender o desenho na placa virgem.

Chegou a hora de transferir o desenho do circuito impresso para a placa virgem, para isso ou utilizar um ferro de passar roupas, esse que eu estou utilizando apesar de ele ser a vapor, ele não deve ter nenhum pingo d´água dentro, todo o processo deve ser feito a seco, o ideal mesmo é um ferro comum, ligue o ferro e espere uns 40 segundos até ele esquentar totalmente, eu sempre uso a temperatura máxima (final da escala), coloque um pano dobrado ou um pedaço de madeira a fim de evitar que venha queimar a mesa ou sua bancada.
Na figura acima temos a placa virgem envolvido com o papel com o desenho a transferir (com o lado do desenho voltado para cima) já posicionado em cima de uma flanela.

O processo de transferência é relativamente simples, basta passar o ferro de passar roupas em todas as direções sobre o papel bem lentamente, não precisa apertar muito, uma leve pressão já é o suficiente, passe também fazendo movimentos circulares e passe também nos quatro sentidos das laterais para o centro, três minutos já é o suficiente para transferir totalmente o desenho.

Na figura acima temos a placa virgem com o processo de transferência concluído.

Após terminar de passar com o auxílio de uma pinça ou de um alicate peque a placa ainda quente e coloque em baixo da água fria, pois esse choque térmico ajuda muito o papel a se soltar, faça esse processo com cuidado pois a placa fica muito quente é fácil acontecer uma queimadura :-).



Na figura acima temos a placa molhada, repare que o papel se solta quase que sozinho.

Para a remoção do papel e seus pedaços devemos faze-lo dos cantos para o centro e embaixo da água, caso algum pedacinho de papel fique grudado entre duas trilhas o que irá impedir a corrosão criando um curto circuito, você pode esfregar o dedo ou escova de dente velha e depois dar um retoque final com alguma ferramenta de ponta a fim de remover todos resíduos de papel.


Na figura acima temos a placa virgem já transferida e uma caneta para possíveis retoques caso seja necessário.

Caso alguma trilha tenha se soltado ou tenha ficado muito fraquinho, fazendo com que a mesma seja corroída junto com as partes descobertas do cobre você pode refazer essas trilhas com o auxílio de uma caneta para desenhar circuito impresso, ou de escrever em CD´s ou canetas de retroprojetor, geralmente as trilhas mais externas tendem a se soltar mais facilmente, mais com o tempo e a prática suas plaquinhas vão ficando perfeitas.


Na figura acima temos a preparação para a corrosão do circuito impresso.

Chegou a hora de "derreter" sua plaquinha, isso pode ser feito de duas maneiras, com 75% de água com 25% percloreto de ferro ou com 70% de água com 25% de HCL (ácido de limpar pedras) com 5% de H2O2 (água oxigenada, quanto mais volumes melhor), nesse projeto vou utilizar água + percloreto pelo simples fato de ser mais barato, menos perigoso e não precisa se preocupar com o descarte do resíduo, independente da maneira que vá corroer comece sempre com a água e depois coloque os outros componentes, nunca coloque água nos componentes ativos pois eles podem ferver e você se queimar seriamente, utilize sempre uma vasilha de plástico ou de vidro (nunca metal), a vasilha deve ser suficiente para caber sua placa virgem e cobrir sua placa com o líquido de corrosão com pelo menos um centímetro, agora vou dar umas dicas para uma boa rápida corrosão, no caso do percloreto um leve aquecimento ajuda a corroer mais rápido, portanto um temperatura de 45 ~ 50º ajuda a corroer mais rápido, segundo se possível corroer sua placa em uma vasilha que a mesma fique em pé, pois o pó que é liberado da corrosão quando permanece em cima da placa atrapalha a corrosão de novas partes podendo deixar a placa falhada, caso na seja possível corroer de pé, fique movimentando a vasilha a fim de criar pequenas ondas no líquido evitando que o pó gerado permaneça em cima da placa.

De tempos em tempos remova a placa do líquido e verifique o processo de corrosão para evitar que a mesma fique demasiadamente no produto a vá corroer onde não deve, inclusive você pode tira-la com a ajuda de um plástico ou madeira, ou até mesmo se você amarrou uma linha na placa para facilitar o seu manuseio, remova-a do líquido lave-a em água corrente, caso esteja ainda imperfeita volte para dentro do líquido, inclusive isso ajuda a remover o pó que insiste em ficar em cima da placa atrapalhando, caso queira fazer corrosões com o resultado perfeito, você pode criar um tanque de corrosão e ter placas corroídas rapidamente e com qualidade excepcional, para isso vá em casas de aquários e pessa para fazer um aquário com a largura e a altura da maior placa que deseja fazer e sua espessura será bem pequena, no máximo 5Cm já que irá corroer as placas em pé e pendurada por linhas ou presa com pinças ou prendedores de plásticos, compre também uma bombinha de oxigênio para aquário (+/- R$ 10,00) e uma pedra de borbulhar (+/- R$ 10,00) para colocar no fundo do seu "aquário", desta forma não haverá depósito de pó sobre a placa além de uma corrosão perfeita e uniforme graças as bolhas criadas pela bomba de oxigênio, esse tanque de corrosão pode ser utilizado tanto com percloreto de ferro como com ácido, para montar um tanque desses você irá gastar uns R$ 30,00 porém vale cada centavo do investimento, pena que o meu se "jogou" de cima da mesa :-( preciso fazer outro.....

Na figura acima temos a placa já corroída e do lado temos o papel com a máscara dos componentes.

Agora iremos transferir a máscara dos componentes para placa, lembre-se de imprimir a máscara espelhada (mirror) para que depois da transferência a mesma fique correta, o processo é o mesmo limpe a parte de cima da placa com palha de aço para tirar toda sugeira e gordura além de deixar a mesma aspera a fim de permitir uma melhor fixação do desenho, no caso eu esqueci de limpar a parte de cima e a transferência ficou muito fraquinha, posicione o papel com o lado do desenho voltada para a face superior da placa, lembre-se de alinhar com a mesma posição dos componentes que irão ser soldados e passe o ferro de passar roupas seguindo os mesmos passos da transferência anterior.


Na figura acima temos a placa já com a máscara aplicada e os dois tipos de ferramentas utilizadas para fazer as furações.

Chegou a hora de furar sua plaquinha, para isso você pode utilizar um furador manual (que parece um grampeador) que apesar de ser bem prático tem alguns inconvenientes como tamanho máximo da placa e pode ser utilizada apenas com placas de fenolite (mais amarelinhas) pois se utiliza-la em placas de fibra de vidro (mais transparentes ou esverdeadas) irá danifica-la no primeiro ou segundo furo devido ser muito dura, sendo assim eu aconselho a utilização de um mini drill (micro furadeira), micro retífica (essa da foto com maleta e 60 peças a bateria com carregador saiu por R$ 69,00) ou furadeira normal, para realizar os furos utilizo três expessuras de brocas 0,8m/m para os componentes com "perninhas" mais finas 1,0m/m para os componentes com "perninhas" mais grossa 3,5m/m para os furos de fixação da placa, uma boa dica para essas brocas é conseguir brocas de dentista (mesmo as já usadas) são excelentes em precisão e durabilidade.

Na figura acima temos a plaquinnha pronta e furada vista do lado dos componentes.

Na figura acima temos a plaquinha pronta e furada vista do lado das trilhas e ilhas já polidas para melhor adesão da solda.

Na figura acima temos a plaquinha já com os componentes soldados.
Na figura acima temos a plaquinha do lado das trilhas e ilhas com as soldas feitas.

Após terminado sua placa uma dica interessante é inverniza-la que além de dar uma melhor aparência irá protege-la de oxidação que em alguns casos chega a cortar as trilhas de cobre do circuito impresso, esse ato de aplica verniz pode ser feito de várias maneiras e com vários produtos, existe por exemplo um verniz em spray específico para placas de PCI que já deixa a placa verde bonitinha, porém seu preço é bastante salgado é claro que existem opções bem mais acessíveis que também dão um excelente resultado, vamos para uma solução com custo muito baixo e com ótimos resultados que seria a utilização de Breu (também conhecido como resina de pinheiro ou seiva de pinho, PS: velho é a vovozinha :-)) disolvido em álcool ou thinner, depois de disolvido aplique com um pincel em sua placa podendo ser aplicada antes ou depois das soldas, pois esse produto não atrapalha o ato de soldar, o verniz de madeira também serve, o maior problema é a quantidade que vem em uma lata, que iria acabar estragando por ficar quardado tanto tempo ou por abrir e fechar a lata fazendo com que o mesmo acabe coalhando e perdendo suas característica, uma solução que eu achei boa e barata foi a utilização de verniz de uso geral, desses encontrados em papelaria e supermercados, que além de terem um excelente resultado tem um custo muito baixo, por exemplo na imagem abaixo temos um Verniz de 100ml, uma Aguarás de 100ml e um pincel pequeno e tudo saiu menos que R$ 10,00, PS: não estou fazendo propagandas, esse foi o mais barato que eu achei.
Na figura temos o Verniz de uso geral o pincel pequeno e a Aguarás para limpeza do pincel ou da mesa caso pingue ;-).

Na figura acima temos a placa já invernizada, ficou tão brilhante e protegida que até para tirar a foto foi ruim :-).

Observação: Todos os créditos vão ao site http://www.roboticasimples.com!




























Algumas dicas de como desenvolver o seu projeto

- Desenvolva o hardware e o software ao mesmo tempo. Não tente construir um robô e só então desenvolver o software. Uma tarefa influencia a outra; são peças do mesmo problema. Você vai evitar um monte de dor de cabeça se escrever o software durante o desenvolvimento do hardware, afinal, ainda haverá tempo para mudar um circuito, escolher outro tipo de sensor etc.
- Monte um sistema eficiente para evitar colisões. Todos os outros sensores eventualmente dependerão dos sensores de colisão para "agirem".Um bom sistema contra colisões não deve permitir que o robô ande em direção a algo sem percebê-lo. Além do mais, é um alívio saber que o robô não vai se arrebentar enquanto você não estiver olhando.
- Deixe o robô "dar umas voltas" pelo seu ambiente e observe como ele se recupera de uma colisão ou como desvia de um obstáculo. Basta dar uma olhada nos robôs que participam dos campeonatos para ver que muito poucos conseguem sobreviver a um encontro com uma cadeira de balanço. Belas paredes planas não são um problema. Analise as situações em que o robô fica "perdido" e veja se pode desenvolver uma solução de software / hardware que não necessite de uma "salvação" humana.
- Deixe o robô funcionar bastante tempo entre alterações. As pessoas tendem a deixar o robô funcionando por apenas 30 segundos e acharem que tudo está bem. Alguns testes só dão certo por causa das condições favoráveis.
- Teste o robô em vários ambientes diferentes (escuro, claro, grande, pequeno, com ou sem obstáculos etc.).
- Escreva, escreva, escreva. Documente tudo o que você fez, comente os seus programas, desenhe os circuitos, partes mecânicas, cores dos fios e suas funções. Em duas semanas, você não se lembrará de como a placa A tem que se conectar com a placa B, ou qual é a posição correta dos conectores. Suas anotações vão ajudar muito.
- Use proteção. Fusíveis, isoladores óticos etc. Cada fonte de energia deve ser protegida individualmente, com um fusível para cada uma.
- Seja metódico em seus testes. Verifique as coisas mais simples primeiro. Os problemas aparecem mais em conectores, soquetes e protocolos seriais. Use um voltímetro para verificar as conexões, mesmo depois de encaixadas. Você não quer perder oito horas até descobrir que na verdade uma placa ou circuito não tinha alimentação.
- Dimensione seu sitema locomotor para o dobro do peso que você pretende carregar. Essa margem vai desaparecer rapidamente com "pequenas", aparentemente insignificantes mudanças e acréscimos.
- Use as técnicas que outros já desenvolveram.
- Não perca tempo "reinventando a roda". Ponha questões nas listas de discussão.
- Tenha cuidado ao usar um programa desenvolvido para outro projeto. Examine cuidadosamente como ele funciona, e certifique-se de que funcionará como prometido. Todos podem cometer erros, e você pode ter muito mais trabalho depois.
- Se for usar um osciloscópio, lembre-se de colocar pinos para terra em pontos acessíveis. Se você não tem osciloscópio, compre ou arrume um emprestado (custam caro). Ele vai economizar o seu tempo e dinheiro a longo prazo.
- Use montes de indicadores. LEDs, buzzers etc. São muito úteis para saber o que está (ou não) acontecendo em cada parte do robô.
- Comece com algo simples, depois vá adicionando partes mais complexas. Certifique-se de que as partes mais simples funcionam perfeitamente antes de partir para as mais complicadas. Comece com sensores de colisão, passe para infravermelhos, de som etc.
- A menos que você tenha muito dinheiro e muito tempo, construa o seu robô modularmente. Se você tiver módulos separados para controladores de motor, sensores etc será mais fácil testar individualmente cada um deles. Use placas separadas, interligadas com conectores de encaixe. Também será muito mais fácil transferir tecnologia para o seu próximo projeto.
- Não hesite em procurar peças em sucatas. Às vezes, um componente caro está lá por um preço bastante acessível.
A menos que você more ao lado de uma loja de peças para robô, as peças são difíceis de conseguir e demoram para chegar. Compre-as assim que as vir. Adote um padrão de construção.
- Use codificações de cores para os fios (preto é terra, vermelho é alimentação etc). Isso facilitará muito a montagem e a manutenção. Um outro padrão interessante é usar o código de cores usado em resistores (preto=0, marrom=1 etc).
- Não tenha medo de testar. Afinal, para que servem os fusíveis? (Tenha sempre muitos deles).
- Consiga datasheets para aquilo que você não entender.
- Leia e releia até que possa explicar isso a outra pessoa.
- Dê um nome ao seu robô. Faça dele algo pessoal. Tenha orgulho do que você está construindo.
- Alguns constroem, outros falam. Mas fazer os dois é mais gratificante.