2.10 - Técnicas de montagem
IntroduçãoNão existe melhor ou pior técnica para a montagem de circuitos eletrônicos. Todas as técnicas podem produzir resultados satisfatórios se forem bem utilizadas. A escolha da melhor técnica é pessoal, dependendo do conhecimento e da experiência de quem for realizá-la, da disponibilidade de materiais e recursos e, finalmente, da finalidade da montagem.
2.10.1 - Transformando o projeto em
desenho.
Uma vez de posse do esquema eletrônico e decidido qual o método de montagem a ser utilizado, faça um desenho em escala aproximada da montagem. Papel e lápis são a solução universal, mas existem programas de computador que ajudam muito. Alguns transformam um esquema eletrônico em um leiaute de placa de circuito impresso. Caso não disponha de um, ou não vá fazer a montagem em placa de circuito impresso, você pode usar um CAD com uma biblioteca de componentes em tamanho real.
Uma vez que os componentes em escala aproximada estão colocados no lugar, devem ser desenhadas as ligações entre os terminais. Muitas vezes fica evidente, no momento de desenhar as ligações, que o componente deve mudar de posição ou ser girado para que as conexões se acomodem com o menor número de sobreposições.
2.10.2 - Montagem aranha e montagem
do besouro morto ("dead bug").
Na montagem aranha, os componentes são montados soldando-se diretamente soldando-seus terminais ou ligando-os através de pedaços de fio. Não existe uma base para a resistência estrutural é dada pelos próprios componentes soldados.
Na montagem do besouro morto, os componentes são inicialmente colados com super-cola ou epóxi rápido em uma placa de material isolante, como fórmica, eucatex ou até papelão. Os componentes ficam com as "patinhas" para cima, daí o nome deste tipo de montagem. Com um pouco de cuidado, os componentes podem ficar em posições muito parecidas com a do esquema elétrico. Depois os terminais são individualmente soldados.
Tanto a montagem aranha como a do besouro morto se prestam bem ao encapsulamento com resina. Particularmente a montagem do besouro morto pode ser feita colando os
Figura 2.10.2 - Montagem aranha. A
B
C
Figura 2.10.1 - Transformando um esquema em um leiaute.
A
B
C led
Figura 2.10.3 - Montagem do besouro morto: colagem dos componentes.
Figura 2.10.4 - Montagem do besouro morto: soldagem dos terminais.
componentes no fundo de uma caixinha que servirá de molde. A desvantagem do encapsulamento é que os componentes não podem mais ser trocados caso venham a falhar.
2.10.3 - Barra de terminais
A barra de terminais consiste de uma série de terminais soldáveis presos a uma barra de fenolite, como mostra a figura 2.10.6. Pode ser encontrada no comércio em diversos comprimentos. Seu corte no tamanho adequado ao circuito é simples e pode ser feito com uma lâmina de serra ou mesmo um alicate de corte.
2.10.4 - Placas-padrão
São encontradas nas lojas de componentes eletrônicos. O tipo mais comum possui trilhas perfuradas que se estendem por todo o comprimento da placa (figura 2.10.7 à esquerda), devendo ser interrompidas de acordo com o projeto (figura 2.10.8). Estas interrupções são feitas raspando a trilha de cobre com uma micro-retífica ou uma ferramenta afiada.
As placas com trilhas curtas (figura 2.10.7 ao centro) dão menos trabalho na montagem de circuitos integrados, pois já vem com interrupções, e podem reproduzir diretamente montagens feitas em protoboards devido à semelhança da posição dos contatos.
No caso das placas com uma pequena ilha de cobre para cada furo (figura 2.10.7 à direita), as ligações são feitas conforme mostra a figura 2.10.9. Pode-se unir duas ilhas com solda (A) ou usar um pedaço de fio desencapado que é soldado entre as ilhas (B). Este tipo de placa permite fazer montagens com os componentes dispostos de maneria semelhante ao esquema eletrônico.
2.10.5 - Matriz de contatos (protoboard
ou breadboard)
Ainda que seja projetada para a montagem temporária e experimental de circuitos, a matriz de contatos pode servir de base para montagens mais duradouras. A matriz de contatos funciona como um grande soquete para componentes, com linhas eletricamente conectadas sob sua superfície (figura 2.10.11). Os terminais dos componentes são inseridos nos furinhos, cada terminal em uma linha de contatos. Para interligação de pontos distantes, são utilizados pedaços de fio rígido fino, como aqueles usados em pares telefônicos.
Figura 2.10.6 - A barra de terminais e sua utilização.
A B
C
Figura 2.10.7 - Tipos de placa-padrão.
Figura 2.10.9 Figura 2.10.8 interrupção
Figura 2.10.10 - Matriz de contatos ou protoboard.
2.10.6 - Circuitos impressos
Este é o tipo de montagem mais popular, pois seu resultado é duradouro, compacto e robusto, além de facilitar a montagem em caixas e gabinetes.
Sua fabricação se inicia com o corte da placa virgem no tamanho apropriado. Esta consiste em uma chapa de material isolante (fenolite ou fiberglass) revestida com uma camada fina de cobre em um ou nos dois lados. O corte geralmente é feito usando uma ferramenta cortante que é passada várias vezes pela linha de corte, criando um sulco profundo o suficiente para que a placa se quebre na linha quando sofre uma flexão feita com as mãos. O corte será mais preciso se o sulco for feito nos dois lados da placa, particularmente se a placa for do tipo dupla-face (com cobre dos dois lados). A ferramenta apropriada é a mesma usada para cortar fórmica. Evidentemente, nada impede que a placa seja cortada com uma serra de dentes finos, como as utilizadas para cortar metal. Após o corte, as bordas apresentam irregularidades que desaparecem com o uso de uma lixa 80 ou 100.
Em seguida a superfície cobreada é revestida por uma máscara que protege as partes da camada de cobre que devem permanecer. O restante do cobre vai ser dissolvido pelo banho de corrosão.
A máscara
Fora da indústria, existem três processos para a fabricação de máscaras: o desenho com tinta resistente ao banho de corrosão, a transferência de toner de impressões feitas a laser e o método fotográfico.
Tinta resistente
Este método onsiste em pintar sobre a placa as trilhas e ilhas que vão compor o circuito impresso. Utiliza-se canetas do tipo usado para fazer transparências para retroprojetor ou para identificar CD-ROMs e DVD-ROMs. Também podem ser usadas canetas com esmalte, vendidas em algumas lojas de produtos de beleza feminina para fazer desenhos nas unhas. O importante é que a tinta seja resistente à água, formando uma película plástica resistente sobre a placa. Quando se usa as canetas para transparências, é recomendável a aplicação de uma segunda demão após a completa secagem da primeira. Já que as canetas para transparências vêm com cores variadas, sugerimos usar uma cor mais escura na segunda demão, para identificar melhor as áreas já tratadas.
A maneira mais simples de se fazer uma placa por este método é imprimir o circuito impresso em uma folha de papel comum, prender esta impressão com fita adesiva sobre a placa já cortada e fazer todos os furos necessários, usando uma furadeira elétrica ou um furador manual para circuitos impressos (figura
Figura 2.10.11 - Raio X de uma protoboard mostrando a disposição dos contatos sob a
superfície.
Figura 2.10.12
Figura 2.10.14
Figura 2.10.13 - Furador para circuito impresso.
2.10.11) encontrado nas lojas de componentes eletrônicos. Em seguida retira-se a impressão e, usando os furos como referência, copia-se as trilhas do desenho usando a tinta resistente (figura 2.10.12).
Transferência de toner de impressora laser
A transferência de toner é feita imprimindo a imagem espelhada do circuito impresso sobre uma folha de papel não aderente e depois colocando o lado impresso sobre a placa de circuito impresso e aquecendo o verso do papel com um ferro de engomar por cerca de dois minutos. O toner derrete com o calor e fica aderido ao cobre. Após mergulhar o conjunto placa-papel na água, o papel se solta do toner, deixando a película de toner derretido sobre o cobre, formando as trilhas do circuito.
O papel utilizado deve resistir à alta temperatura da impressora laser. Se o papel derreter ou soltar resíduos, poderá danificar permanentemente a impressora. Também deve soltar o toner sobre a placa cobreada com facilidade. Algumas possibilidades:
• filme de poliéster usado em desenhos de precisão. É semelhante ao papel vegetal e pode ser comprado em papelarias;
• papel de etiquetas, impresso no lado onde as etiquetas foram retiradas;
• o papel de folhas de revistas, como "Veja" ou "Isto é";
• papel glossy para impressões de qualidade fotográfica.
Cuidado: alguns papeis glossy são incompatíveis com impressoras laser.
A placa virgem deve ser recortada no tamanho adequado e limpa com água, detergente e palha de aço ou sapólio e depois seca com papel-toalha sem encostar os dedos na parte cobreada. A impressora deve ser regulada para produzir a impressão mais escura possível (mais toner). Lembre-se que a imagem do circuito a ser impressa dever ser espelhada, pois a transferência inverte a posição das trilhas.
Após a impressão, o papel com toner é recortado no tamanho da placa. A placa virgem é pré-aquecida com o ferro de passar durante cerca de 30 segundos e depois o papel é colocado sobre a placa. O ferro é passado sobre o papel durante cerca de dois minutos para permitir a completa fusão do toner sobre o cobre. O ferro de passar deve ser do tipo seco (sem vapor) e sua regulagem ideal deve ser obtida por tentativa e erro, mas geralmente é próxima à temperatura máxima.
A placa, ainda com o papel colado, é colocada em um recipiente com água. Após alguns minutos, se inicia a cuidadosa retirada do papel.
O método fotográfico usando cola branca e bricromato
Materiais
1 - Cola PVA branca.
Deve ser colocada em uma seringa para facilitar as medidas. 2 - Bicromato de amônia
Cuidado: tóxico. Informe-se sobre este produto antes de usá-lo. Use luvas e evite qualquer contato com a pele. Algumas fontes dizem que bicromatos de potássio ou de sódio (também tóxicos) podem ser usados.
Os cristais alaranjados são dissolvidos em água até formar uma solução saturada. A solução está saturada quando não dissolve mais cristais, ficando alguns depositados no fundo do vidro. Esta solução também deve ser colocada em uma seringa para facilitar a medida.
Procedimentos
Os procedimentos a seguir devem ser feitos em ambientes com pouca luz. Pode-se usar um quarto fechado com uma lâmpada incandescente de 3W ou 5W, preferencialmente vermelha, mantida a pelo menos 2 metros do trabalho .
Misture 4 ml de cola com 1 ml de solução saturada de bicromato. O resultado é uma mistura amarela. Opcionalmente, pode-se pingar algumas gotas de corante a base de água para visualizar melhor o trabalho, mas é preciso certificar-se que o corante não interfere nas reações químicas.
A placa de circuito impresso é pintada cuidadosamente com um pincel chato e macio, de modo a se obter uma camada homogênea e relativamente fina de emulsão. Seca-se imediatamente com um secador de cabelo. É muito importante que a emulsão fique bem seca. Qualquer umidade residual causará problemas.
Imprima o leiaute (face cobreada) em uma transparência em IMPRESSORA LASER, com dois desenhos da placa em negativo. Sobrepõe-se os dois desenhos para obter um fotolito com um preto bem opaco e um “branco” transparente. A impressora tem que ser laser e de boa qualidade, pois impressões a jato de tinta não produzem um preto suficientemente opaco. Algumas fontes dizem que fotocópias em transparência também dão bons resultados.
Escureça ainda mais a parte escura, usando algumas gotas de tinta nanquim em um algodão e esfregando sobre o desenho no lado do toner (onde o desenho é fosco). Em seguida, limpe com um papel-toalha seco até não aparecer mais tinta nas partes transparentes. A tinta nanquim se deposita no toner pois este é fosco, mas é facilmente removida das partes claras por serem
Figura 2.10.16
lisas. Este truque não funciona em impressões feitas em impressoras laser coloridas.
Monte com fita adesiva as duas impressões (fotolito 1 e fotolito 2, já tratadas com nanquim) sobrepostas e faça uma marca com caneta de retroprojetor na borda do "fotolito" de modo a reconhecer facilmente a "face de cima". Um erro muito comum é expor o fotolito do lado errado, obtendo uma imagem invertida na chapa.
Monte um “iluminador” Algumas fontes citam a luz solar como uma boa maneira de sensibilizar a emulsão, mas a construção de um “iluminador” garantirá resultados mais confiáveis e homogêneos, de dia ou de noite. Sugerimos a montagem de 2 lâmpadas fluorescentes de 20W e uma placa refletora revestida de papel alumínio. As lâmpadas devem obrigatoriamente ser fluorescentes, pois as incandescentes não produzem os raios ultravioleta que fazem o crosslink (semelhante a uma polimerização) da cola.
O tempo certo de exposição deve ser achado por tentativa e erro. Com o "iluminador" descrito acima, foram obtidos bons resultados com exposições de 5 a 7 minutos. Coloque o "fotolito" (impressão) entre a placa de CI e uma chapa de vidro de cerca de 2mm de espessura. Confira se o fotolito está na posição correta verificando a marca de caneta.
Lave a placa em água corrente logo após a exposição. As zonas não expostas à luz rapidamente ficam esbranquiçadas e devem ser delicadamente esfregadas com um pincel macio para que se dissolvam mais rapidamente. Também pode ser usado um rolinho de espuma, do tipo usado em pintura, que vai sendo passado na placa sob o fluxo de água para retirar a emulsão não endurecida.
Deixe a placa secar. Se tiver pressa, use um secador de cabelos. ”Toste” a placa em um forno. É possível obter bons resultados fazendo a corrosão imediatamente após a secagem da placa, mas uma reclamação muito comum é de que a cola se solta durante o banho de corrosão. A solução mais usual é aquecer a placa em um forno ou chapa até que a cola escureça um pouco. Não use o forno onde se cozinha alimentos. Lembre que o bicromato é tóxico. Alguém nas discussões da internet já sugeriu deixar sobre um ferro de passar roupas, como se estivesse "fritanto" a placa. O lado sem cola é que deve ficar em contato com o ferro, é claro.
Verifique falhas tais como trilhas que se “tocam” ou estão falhadas.
Corrija os defeitos raspando excessos com uma ferramenta pontiaguda ou pintando as falhas com tinta impermeável.
Figura 2.10.18
Figura 2.10.19
Observações:
Outros materiais se tornam insolúveis quando misturados com bicromato e expostos à luz. Foram feitos testes com gelatina, caseína e clara de ovo. Os resultados com gelatina foram muito ruins. A caseína (solubilizada com amônia) apresentou resultados razoáveis, mas as dificuldades na sua obtenção e preservação tornam sua utilização pouco prática. A clara de ovo, entretanto, apresentou ótimos resultados. Para utilizá-la, passa-se primeiro por uma peneira fina, para obter um líquido sem gomos. Mistura-se com a solução de bicromato na mesma proporção da cola (4:1 vol) e aplica-se da mesma maneira. Sua mistura com a cola também dá bons resultados. Aparentemente a mistura de cola e clara (1:1) é mais facilmente removida das áreas não expostas à luz, facilitando o trabalho e deixando menos resíduo (véu).
A corrosão
O tanque de corrosão deve ser de plástico comum (polipropileno, polietileno ou PVC) e é muito recomendável seja o próprio recipiente de estocagem do líquido de corrosão, pois a transferência de um líquido corrosivo, tóxico e manchador de uma garrafa para o tanque e depois de volta para a garrafa é muito desagradável e perigosa. Portanto, sugerimos um pote plástico para alimentos (que não deve mais usado para alimentos) com uma tampa firme.
Um método prático para manipulação das placas para corrosão, particularmente em banhos de percloreto, envolve prendê-las a um pedaço de fita isolante, com uma ponta aderida a uma parte da placa que não deva sofrer corrosão (geralmente perto da borda) e a outra a um palito descartável. O conjunto é colocado no tanque como mostrado na figura. A posição vertical e afastada das paredes aumenta a qualidade e a velocidade da corrosão, e a agitação pode ser feita movimentando o palito em intervalos regulares. A própria verificação do andamento da corrosão, feita a cada minuto, já é suficiente para agitar a solução, afastando o líquido "gasto" das proximidades da placa. Se for necessária a manipulação das placas, deve-se utilizar uma pinça de plástico do tipo usado em revelação fotográfica. Todos os banhos de corrosão devem ter alguma agitação para que ocorra uma corrosão mais regular. Esta pode ser criada pela movimentação do recipiente, pela movimentação da placa ou pela agitação mecânica do líquido. Também podem ser usadas as bolhas de ar produzidas por um compressor para aquários. A placa nunca pode ficar com uma face que deva ser corroída encostada à parede do tanque por muito tempo.
O aquecimento do banho acelera a corrosão, dando menos
Figura 2.10.21 Figura 2.10.22 Figura 2.10.23 resistor 25W epóxi tubo de vidro areia
tempo para a máscara se soltar. A temperatura ideal é cerca de 45ºC. Entretanto, aquecer um banho corrosivo não é fácil. Uma solução possível é uma resistência do tipo usado para aquecer aquários, onde um resistor fica dentro de um tubo de vidro cheio de areia, com a ponta vedada por resina epóxi.
Percloreto
O banho de corrosão mais usado é o de percloreto de ferro (cloreto de ferro III, FeCl3). Este é comprado em pó nas lojas de componentes eletrônicos e é dissolvido em água na proporção de 300 a 400 gramas de percloreto para cada litro de água. A placa virgem com a mascara é imersa no líquido e o cobre exposto se dissolverá lentamente. O tempo exato depende da temperatura, da concentração e de quantas vezes a solução já foi usada, mas deve girar em torno de quinze minutos. A solução pode ser guardada por tempo indeterminado pois apenas o uso enfraquece a solução.
O percloreto é tóxico se ingerido. Deve-se evitar contato com a pele e lavar rapidamente com água e sabão qualquer respingo.
Mancha permanentemente os tecidos! Use roupas velhas ou
avental quando trabalhar com soluções de percloreto.
Ácido clorídrico e água oxigenada
Este banho de corrosão é mais rápido e eficiente. Tem ainda as vantagens de ser transparente, permitindo a visualização do andamento do trabalho, e de resultar (depois de usado à exaustão) em uma solução de cloreto de cobre e ácido, que uma vez evaporada resulta em cristais que podem ser aproveitados para outras finalidades.
As proporções usadas na mistura são de aproximadamente:
• 350 ml de água da torneira;
• 100 ml de ácido clorídrico comercial, encontrado nas lojas de materiais de construção com o nome de ácido muriático, para limpeza;
• 20 ml de água oxigenada 150 ou 200 volumes
(concentração equivalente à cerca de 30%).
O princípio químico aqui é simplesmente o ataque do ácido ao cobre. Acontece que o ácido clorídrico puro não tem o poder oxidante de dissolver o cobre imediatamente. A água oxigenada serve para dar esse "empurrão" ao ácido. Evidentemente, se não puderem ser encontrados o ácido e a água oxigenada na concentração indicada, basta diminuir proporcionalmente a quantidade de água da torneira usada na mistura.
2.10.7 - Montagem por ilhas coladas
(Manhattan) usada na maioria dos
exemplos deste livro.
Esta técnica consiste em se colar sobre o lado cobreado da placa de circuito impresso diversos "confetes" feitos de pedacinhos de circuito impresso. Estes pedacinhos podem ser quadrados ou redondos e são colados na placa com o seu lado cobreado para cima, formando um contato elétrico soldável em forma de ilha. Os terminais componentes são sodados nestas ilhas. A face cobrada da placa é geralmente ligada ao terra, e aí são soldados os terminais aterrados.
Fazer as pecinhas requer uma ferramenta especial, um furador que trabalhe por punção e permita recolher os discos cortados, da mesma forma que um furador de papel. Existem poucas opções. A primeira, e melhor, é uma máquina para aplicar ilhós, encontrada em lojas de aviamentos e armarinhos, utilizando uma matriz para perfuração de diâmetro de 3 ou 4 mm. Estas matrizes são vendidas para as máquinas pneumáticas, mas se encaixam bem nas manuais.
As peças podem ser coladas com adesivo epóxi rápido, como "Araldite 10 minutos", ou com super-cola. Algumas pessoas recomendam fazer as ilhas com placas de circuito dupla face e apenas soldar a parte inferior ao cobre da placa de base.
Figura 2.10.24 Figura 2.10.25 Figura 2.10.27 Figura 2.10.28 Figura 2.10.26 cola solda ou cola dupla face
2.10.8 - O uso de botões de pressão
como conectores
No mercado de armarinhos e de aviamentos para costura
são encontrados botões de pressão metálicos de diversos
tamanhos. Os maiores são geralmente montados nas
roupas usando prensas do mesmo tipo que a mencionada
no item 2.10.7 para fazer furos em circuito impresso.
Existem também os menores, com furos, feitos para serem
costurados no tecido. Estas peças são compradas em
embalagens com dezenas ou centenas de conjuntos
(macho-fêmea) e têm um custo relativamente baixo.
Estas peças são fáceis de soldar em circuitos impressos ou
na ponta de fios condutores, e se prestam muito bem à
conexão elétrica temporária.
Para terminais dispostos em circuitos impressos, é mais
indicado o uso das peças pequenas (com furos para
costura). Para a conexão de fios e cabos, sugere-se as
peças maiores, que podem ser soldadas em terminais,
como mostra a figura 2.10.31. Para a soldagem de botões
macho e fêmea em um único terminal, sugere-se o uso de
um prendedor de roupas ou garra jacaré, como mostra a
figura 2.10.32.
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Figura 2.10.29
Figura 2.10.30
Figura 2.10.31
