2. Qualche nota sulla fotoincisione

La tecnica illustrata in questo documento è quella della fotoincisione. Essa è una procedura non molto diversa da quelle usate per sviluppare le foto: una basetta ramata viene ricoperta da un sottile strato di materiale sensibile ai raggi ultravioletti (il photoresist). Appoggiando sulla basetta un "negativo" opportunamente opacizzato nei punti giusti (il master) ed esponendo il tutto ai raggi ultravioletti, lo strato fotosensibile si "impressionerà" nei punti non coperti dalle parti opache del master. Immergendo poi la basetta così ottenuta in una particolare soluzione di sviluppo, le parti impressionate verranno rimosse e rimarrà impressa soltanto la traccia del circuito stampato. Dopodiché si potrà asportare il rame residuo (non coperto dal photoresist) con il cloruro ferrico.

3. La produzione passo per passo

Il punto di partenza è il possesso del master su carta bianca del circuito stampato che volete produrre, cioè il "disegno" delle piste (possibilmente ad alto contrasto, ossia con le piste di colore molto scuro).

Una volta che avete il/i master su carta potete applicare in sequenza i punti esposti qui sotto.

•  Acquisto o produzione della "basetta sensibilizzata"

  Come già spiegato nel capitolo 2, per eseguire la fotoincisione è necessaria   una basetta ramata su cui sia depositata una sottile pellicola di photoresist. 

  In commercio si trovano abbastanza facilmente le basette già pronte   (presensibilizzate),

Lo strato fotosensibile è generalmente protetto da un’etichetta opaca nera come da foto che dovete togliere appena prima di effettuare l’incisione della basetta.

  Lo strato di photoresist è trasparente è molto sensibile alla luce del sole e moderatamente sensibile alla luce sintetica gialla o bianca (soprattutto quella dei neon). Non esponetela a tali fonti luminose per periodi prolungati;

•   Preparazione del master

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  Con "master" intendo il disegno della traccia rame del circuito, che userete a mo' di "pellicola" per impressionare la basetta. Esistono diversi modi per  produrre il master:  la produzione del master è probabilmente la fase che introduce piú imprecisioni.

  Si devono fare due copie identiche come detto all’inizio master e sovrapponendole con la massima precisione, fermandole con qualche     colpo di graffettatrice o attak. Facendo in questo modo si ottiene ovviamente una definizione un po’ peggiore (scordatevi di fare le schede madri), ma un ottimo contrasto.

    (metodo consigliato) Al giorno d'oggi sia le stampanti laser che quelle  inkjet sono capaci di stampare dei master discreti direttamente su acetato   (attenzione: per le inkjet sono necessari dei fogli particolari, col lato di stampa più ruvido!). In ogni caso, se avete una stampante laser o inkjet vale almeno la pena di provare. Vi consiglio di stampare la traccia rame "invertita", come se la guardaste dal lato componenti; questo vi permette di appoggiare il lato di stampa dell'acetato direttamente sulla basetta e di minimizzare l'effetto ombra (di cui parlerò anche più avanti).

 

• Esposizione della basetta fotosensibile

  Una volta che avete la basetta sensibilizzata e il master, potete   impressionare la prima tramite un metodo simil-fotografico usando il secondo come "pellicola".

  Se aveste un sacco di soldi e molta fretta potreste anche comprarvi un bel   bromografo, un aggeggio fatto apposta per questi scopi. Il metodo che vi   espongo ora è nettamente più economico e qualitativamente identico; l’unico inconveniente è che il tempo di esposizione si allunga di un ordine di grandezza (da qualche centinaio di secondi col bromografo a qualche decina di minuti con questo).

  Innanzi tutto dovete comprare una lampadina solare con potenza attorno ai 60W.

  Sono quelle col vetro blu/azzurrato, si usano spesso come lampade da lettura   (forse hanno anche un lieve potere abbronzante). Si trovano comunemente anche   nei supermercati. Non stressate i commessi   parlandogli di fotoincisione o raggi UV, limitatevi a chiedere semplicemente   una "lampadina solare". In passato ho dovuto convincere più di una persona del fatto che le lampadine solari siano perfettamente idonee per la fotoincisione;   ciò non è molto sbandierato dai venditori di materiale elettronico per un  motivo molto semplice: le lampadine solari costano pochissimo, quindi è molto più redditizio vendere i bromografi o i tubi al neon UV/Wood...

  Oltre alla lampadina solare, vi serve una lampada da tavolo snodabile dotata di riflettore. È probabile che ne abbiate già una in casa, ma nel caso che non   la aveste vi consiglio di comprarla: è molto comoda e inoltre è importante che  la lampada che usate abbia il riflettore, per concentrare meglio i raggi luminosi sulla basetta.

  Appoggiate il master sulla parte fotosensibile della basetta; se avete   stampato il master "al contrario" esso va posto al contrario anche sulla   basetta, con la faccia stampata appoggiata a contatto col photoresist.

  Una volta che avete disposto il master, fate in modo che esso aderisca  perfettamente alla basetta appoggiandovi sopra una lastra di vetro (magari appesantita da alcuni libri posti alle sue estremità). Potete usare un ritaglio di vetro preso direttamente in una vetreria. Il vetro è molto importante, perché se fra il master e la basetta resta un interstizio troppo grosso potreste avere un problema di "ombra" durante l’esposizione: le piste risulteranno sfocate, quando ve ne  accorgerete sarà già troppo tardi e dovrete rifare tutto da capo. Questo è un  problema di particolare rilevanza. Comunque è meglio mettere il vetro   anche nel caso "migliore", ossia quello che abbiate stampato il master   invertito per ridurre al minimo le ombre.

  Sistemato il vetro, arriviamo al fulcro di tutto il procedimento:

  l’esposizione ai raggi UV. Ponete la lampada con lampadina solare sopra al sistema basetta-master-vetro in modo che la luce sia incidente, ossia  perpendicolarmente a esso. La lampada deve essere posta "a una certa distanza"   dalla basetta e deve essere accesa "per un certo numero di minuti"; come prima   volta potete provare una distanza di 15 cm e un tempo di 20 minuti (per i master su acetato) .

   In generale questi dati sono piuttosto variabili e dipendono da tutti i fattori in ballo; dopo un  po’ di prove ci si riesce a stabilizzare su valori precisi, ma in ogni caso nel prossimo capitolo propongo un metodo più o meno "scientifico" per trovare i tempi e le distanze di esposizione.

• Sviluppo della basetta impressionata

  Auspicabilmente, a questo punto dovreste avere una basetta impressionata correttamente, pronta per lo sviluppo. Se è andato tutto bene dovreste riuscire già a scorgere il disegno delle piste del CS in un colore lievemente diverso dal resto (in realtà è l’esatto contrario, sono le zone scoperte che hanno cambiato colore).

  Per produrre la soluzione di sviluppo dovete comprare della soda caustica (NaOH, idrossido di sodio), una sostanza che si trova comunemente nelle drogherie e nei negozi di casalinghi. Di solito la vendono a scaglie un tanto al Kg e non costa praticamente nulla.

   La soluzione di sviluppo deve essere prodotta sciogliendo esattamente 7  grammi di NaOH per ogni litro d’acqua. In realtà potete essere molto più  elastici: non pensate nemmeno di mettervi a pesare le scaglie che buttate nell’acqua! Indicativamente un cucchiaio di scaglie per 1.5-2 litri d’acqua dovrebbe andare; in ogni caso queste sono tutte incognite che scoprirete con  la pratica, avvalendovi anche del metodo sperimentale riportato nel prossimo capitolo.

  Il particolare davvero fondamentale è un altro: usate dell’acqua distillata.   L’acqua potabile cittadina contiene sostanze (probabilmente il cloro) che inibiscono l’idrossido e ne rendono molto critico il dosaggio.

  Quando avrete lasciato sciogliere completamente la soda nell’acqua e il tutto  sarà diventato una soluzione limpida e omogenea, attenzione consiglio di usare guanti in lattice monouso, o pinzette se toccate inavvertitamente a mani nude la soluzione anche se a bassa concentrazione la sentirete come una sostanza oliosa, di fatto sta sciolgiendo la parte superficiale della pelle quindi sciaquatevi subito con l’acqua,  quindi potete iniziare a sviluppare la basetta. Questa è una fase in cui la manualità gioca un ruolo fondamentale.

  Innanzi tutto non è necessario che eseguiate lo sviluppo al buio, è una fase   talmente breve che potete farlo tranquillamente con la luce artificiale.

  Immergete la basetta sensibilizzata e muovetela continuamente con una molletta, una pinza o ciò che volete. Se tutto va bene, dopo 15-30 secondi il disegno comincerà ad essere visibile. Ricordatevi che a volte il processo  inganna: il film fotosensibile tende a rimanere "in loco" anche se è già stato aggredito con successo dalla soda e dovrebbe dissolversi nella soluzione. Io  durante lo sviluppo estraggo periodicamente la basetta, la sciacquo e la pulisco con una salvietta di carta per sincerarmi dei reali risultati: una  piccola abrasione può aiutarle il photoresist aggredito a venire via del  tutto. Se non fate questa operazione vi può capitare di estrarre la basetta e  vedere il disegno del master che scompare mentre la asciugate...

  Alla fine del processo sciacquate bene la basetta con acqua corrente.

  Una nota:  le soluzioni di soda caustica molto concentrate hanno l’interessante  proprietà di sciogliere la carne umana.

• Incisione della basetta

  Arrivati a questo punto, ciò che avete è una basetta completamente ramata in cui la traccia del circuito è protetta da un sottile film di photoresist. Bene o male tutte le tecniche di produzione di circuiti stampati si riuniscono in questo punto: ora non resta che rimuovere il rame "scoperto" e il gioco è  fatto.

  Questa operazione è già nota a molti.

• Rifiniture

  Le rifiniture a cui sottoporre la basetta per renderla idonea al vostro scopo possono potenzialmente essere tante e complesse. In generale questo è il set  minimo di cose da fare sempre:

•     Pulizia. Dopo la corrosione del rame ovviamente dovete sciacquare     abbondantemente la basetta con acqua corrente (ricordate che il cloruro  ferrico macchia terribilmente qualsiasi superficie, anche in piccole dosi;  quindi non usate il vostro prezioso lavandino antico in porcellana). Poi è  necessario rimuovere il photoresist rimanente con l’acetone; 

•     Taglio e sbavatura. Dovete tagliare via ciò che non vi serve.

•     Dopo avere tagliato la basetta è opportuno sbavarne i bordi con carta vetrata grossa o una lima;

•     Foratura. I buchi devono essere fatti con l’apposito trapanino ad alta  velocità (è sconsigliato l’uso di un trapano "grosso", a meno che non sia a colonna e impostato alla velocità di rotazione maggiore possibile). Il diametro delle punte va da 0.8 a 1 mm per i fori piccoli e da 1.2 a 1.5 per quelli più grossi.

•     Lucidatura e protezione. I perfezionisti possono anche lucidare la traccia in rame con della carta vetrata finissima (1000 o giù di lì) e/o spruzzare  la basetta con uno spray antiossidante. Personalmente considero inutili o al limite dannose queste operazioni.

 

4. Ricerca dei parametri

Trovare il tempo di esposizione della basetta, la concentrazione di soda caustica e in generale tutte le variabili "aleatorie" del processo può diventare un’operazione molto lunga e incerta se dovete ricavarle ogni volta che producete una nuova basetta. Qui è proposto un metodo che attacca il problema alla radice, ricavando questi dati una volta per tutte.

Ricordate di scrivere e conservare gelosamente ogni dato che risulti "vincente" (tempi di esposizione, quantità di soda, ecc..). Dopo decine di tentativi sarete convinti di non dimenticarveli più per il resto della vostra vita, ma dopo un mese avrete già dimenticato tutto…

Il metodo si basa sulla costruzione di un "provino" impressionato con diversi tempi di esposizione. Questa è la sequenza passo-passo delle operazioni (nota: se usate i master su carta comune vi conviene "espandere" tutti i tempi riportati, almeno raddoppiarli):

  Procuratevi una basetta presensibilizzata lunga e stretta (diciamo, così per  fare un esempio pratico, 150x40 mm);

  Suddividete con delle linee la basetta in una decina di "rettangoli" uguali  (nel nostro esempio i rettangoli sarebbero di 15x40 mm). Le linee si possono   tracciare facilmente con un righello e un coltellino o una penna;

  Appoggiate la basetta su un piano e ponetegli sopra la lampada+lampadina  solare scegliendo la distanza che più vi fa comodo, meglio se fra 10 e 30 cm   (segnatevela, una volta che l’avrete scelta: userete sempre quella);

  Coprite la basetta con un foglio di materiale opaco (plastica, cartone, ecc.)  completamente eccetto un "rettangolino" più esterno, lasciato scoperto;

  Accendete la lampada poi, a intervalli regolari, scoprite in sequenza sempre  più rettangoli e alla fine lasciate impressionare la basetta completamente   scoperta per 10-15 minuti. Se ad esempio scoprite un rettangolino ogni 3 minuti, al termine del processo disporrete di una basetta che contiene zone più e meno impressionate, secondo questo schema:

  -rettangolo 1: 37 minuti;

  -rettangolo 2: 34 minuti;

  -rettangolo 3: 31 minuti;

  -...

  -rettangolo 10: 10 minuti.

  Avete costruito un "provino" di esposizione. A questo punto immergetelo in una  soluzione di soda caustica (segnatevi la concentrazione che avete usato grosso  modo) e guardate. Con i tempi di esempio esposti sopra, dovreste notare dei rettangoli in cui il film viene rimosso immediatamente, dei rettangoli in cui ci mette un po’ di tempo e dei rettangoli in cui non viene via per nulla.

  L’esposizione migliore è quella per la quale il photoresist viene via dopo 30-60 secondi, ma anche le esposizioni lievemente più prolungate possono andare bene. Evitate comunque le esposizioni per cui il photoresist viene via quasi subito.

5. Conclusioni

Con questo è veramente tutto. Spero di aver dato una mano a tutti quelli che vogliono fare CS con la fotoincisione ma hanno sempre creduto che fosse un’operazione difficile e costosa.

ATTENZIONE SE TUTTO QUESTO VI SEMBRA COMPLICATO POTETE SEMPRE USARE LE BASETTE PREFORATE E COSTRUIRVI LE PISTE CON DEI PONTICELLI

IN ALTERNATIVA A QUESTA SECONDA SOLUZIONE POTETE ACQUISTARE UNA BASETTA DI RAME PER CIRCUITI STAMPATI E DISEGNARVI LE PISTE CON UN PENNARELLO INDELEBILE TIPO PENTEL PEN DI COLORE NERO, COSI’ SI EVITA IL PROCESSO DI FOTOINCISIONE E SVILUPPO MA IL LAVORO DIVERRA’ GROSSOLANO E PROBLEMATICO.

OTTENUTO IL CIRCUITO SULLA BASETTA NON VI RESTA CHE EFFETTUARE I FORI E QUINDI INCOMINCIARE A SALDARE I COMPONENTI.

Incominciando dai ponticelli riconoscibili dal colore rosso nello schema sottostante, li potete recuperare da frammenti di filo dei componenti resistenze e diodi, proseguire a saldare i diodi rispettando il segno stampato sull’estremità di essi, poi le resistenze, allego anche la tabella per il calcolo del valore in base agli anelli di colore stampati su di esse, poi via via gli altri componenti, per i condensatori C1 e C2 rispettare le polarita’ + e -.

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 Al cavetto nero dopo aver tagliato la lunghezza che serve bisogna collegare i rispettivi cavetti colorati alle rispettive sonde in inox nella vasca, il circuito puo’ essere benissimo posizionato in una scatola stagna per elettricisti.