Stampare PCB per i progetti con Arduino non è difficile (parte II)

Tra i miglioramenti possibili, uno dei più affascinanti e complessi è passare dalla breadboard al circuito stampato, cioè passare dall’ammasso di fili e componenti saldati o precariamente connessi al supporto solido, professionale e compatto della scheda elettronica.

June 9, 2020

Quest’articolo segue idealmente il precedente “Dalla breadboard al circuito stampato“.

Il processo per arrivare alla scheda elettronica implica:

  1. disegno del circuito
  2. creazione dei file di progetto
  3. invio ad uno stampatore
  4. ricezione della merce

La cosa bella è che alla fine – come spesso accade – non è un processo troppo difficile anche se la prima volta sembra un mistero incomprensibile.

Il primo problema è il software, perché per stampare un circuito, come per stampare una rivista, bisogna utilizzare un programma specifico per generare un file di stampa che può poi essere inviato allo stampatore. Visto dall’esterno, è del tutto simile alla stampa di un volantino o di una rivista. Per stampare una rivista non si può inviare foto e testi grezzi alla tipografia, si deve inviare un file per la stampa preciso, opportunamente impaginato e che rispetta certi standard. Per creare un PCB è lo stesso.

PCB è acronimo di Printed Circuit Board, in Italiano “Scheda a circuito stampato”.

Per pigrizia, disegno il circuito con Fritzing, un software che già utilizzo per disegnare e documentare graficamente i progetti, snobbando volontariamente il software Eagle di Autodesk che dovrei imparare da zero.

Disegno del circuito e generazione dei file di progetto gerber

Da qui in avanti faccio riferimento alla costruzione di un sensore pulsiossimetro (per la saturazione del sangue) le cui caratteristiche ho ampiamente descritto qui.

Si comincia dal disegno sulla breadboard di Fritzing, è la fase più semplice, ci sono 3 led, 1 fototransistor e 4 resistenze. Si passa quindi alla sezione Schema per controllare tutte le connessioni e alla fine alla sezione PCB per scegliere le dimensioni della vostra scheda e posizionare le impronte dei vari componenti dove preferite. I passaggi in dettaglio per costruire il disegno sono disponibili qui: dalla breadboard al circuito stampato con Fritzing.

Quasi sempre sarà necessario utilizzare entrambe le facce della scheda e questo è fondamentale, perché non bisogna incrociare le tracce altrimenti si causa un cortocircuito.

Questo è il risultato del disegno del mio sensore:

Una volta realizzato il disegno bisogna trovare lo stampatore. Io ho utilizzato PCBway e tutto è andato liscio.

Stampare il progetto in Cina

Sì. Ho stampato in Cina. E’ dall’altra parte del mondo e questo comporta un certo senso di colpa ambientale, su cui ritorno a fine articolo.

Una volta generato lo zip con i file di progetto (vedi articolo precedente), sono andato alla pagina per il preventivo veloce di PCBway. C’è un mega form ben fatto, eccolo qui:

Questo modulo di preventivo è ben fatto perché e nel compilarlo si imparano un sacco di cose, ogni voce ha una piccola icona col punto di domanda che fornisce informazioni aggiuntive su cosa significa quella particolare voce.

La prima sezione da compilare, dimensioni, quantità e strati

Ho ordinato 5 schede in pezzi singoli. La scheda è 45mm x 18mm stampata su due layer. Si possono stampare schede con 14 layer! Questo ci dà un’idea di come sia possibile miniaturizzare i gadget elettronici: chi progetta un circuito può ridurre lo spazio occupato anche sovrapponendo 14 tracce di rame!

Nel caso durante la compilazione vengano dei dubbi, c’è la chat per parlare con un operatore di PCBway a cui si possono chiedere spiegazioni (in inglese).

La parte successiva del form richiede conoscenze più approfondite per decidere di variare le opzioni di default. Se provate a cambiare le opzioni vi accorgete che cambiano anche i valori preselezionati:

Materiale, spessore, distanza minima tra le tracce e larghezza dei fori

Nella parte successiva si può decidere il colore della propria scheda e il colore di eventuali scritte sulla scheda, oltre che dei simboli dei componenti che guidano il lavoro successivo di saldatura.

Colori e finitura

HASL è acronimo di Hot Air Solder Leveling che è la finitura ormai consueta dei moderni circuiti stampati, che evita la corrosione del rame e facilita la saldatura dei componenti.

La spunta per passare da HASL a ENIG indica che PCBway può decidere di passare alla finitura Electroless nickel immersion gold, che è qualitativamente migliore. Il passaggio gratuito a questa finitura potrebbe avvenire perché magari resta dello spazio disponibile non venduto e questo è un modo per offrire ai clienti un servizio in regalo. Vale la pena spuntare la casella.

Procedimento di lavorazione e altre peculiarità

Via Process indica come procedere nella fabbricazione dei fori (via) che collegano i diversi layer della scheda. Questa impostazione se avete fatto i file gerber si può tralasciare perché l’informazione è già contenuta nei file del progetto. Di default verrà anche applicato un product number su tutte le schede è un riferimento di PCBway del vostro numero d’ordine, se non volete far sporcare la vostra scheda potete richiedere di non marcarle.

Le parti successive del form sono dedicate all’uso dei componenti SMD, quelli piccoli e montati sulla superficie della scheda senza la realizzazione dei fori. E’ possibile richiedere a PCBway anche l’assemblaggio della scheda in modo che vi arrivi già montata con i componenti, ma non è argomento di questo articolo.

Dopo che avete caricato il file zip con il progetto dovrete aspettare la verifica da parte dello staff di PCBway, che conferma il prezzo e la fattibilità del lavoro. Da quel momento lì passano alcuni giorni per la produzione, ma il grosso del tempo di lavoro sarà per la consegna. Con consegna DHL ho speso 5$ di stampa e 17$ di consegna.

Ecco i parametri del mio ordine

Nell’arco di qualche giorno avviene tutto il processo: produzione e spedizione. Se non emergono errori nella fase di verifica del progetto, nell’arco di una settimana si riceve dalla Cina (che è dall’altra parte del mondo) il proprio pacchetto. Sembra una specie di Amazon Prime della creazione di circuiti stampati e fa in fondo un po’ paura sapere che tutto questo lavoro avviene con meno di 30$.

Il pacchetto è arrivato velocissimo
Le cinque schede PCB stampate da PCBway

Lo stesso progetto stampato da Fritzing in Germania tramite Aisler mostra un primo prezzo indicativo per scheda di 3.39€ (contro 1$ dalla Cina). Dal sito di Aisler pare che le spese di spedizione per il primo ordine siano zero (e questo renderebbe la stampa in Europa economica come quella Cinese), non credo esistano servizi online di stampatori di schede in Italia.

Il preventivo veloce direttamente dentro a Fritzing

Assemblaggio finale del sensore

Non resta che prendere il saldatore e montare i componenti e provare a vedere se tutto funziona. Ecco il risultato del sensore pulsiossimetro (oximeter in inglese) con tutti i componenti:

Il sensore pulsiossimetro per misurare la saturazione del sangue (nella foto c’è un errore: ho montato il fotodiodo sbagliato!)

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I'm a software engineer, an everyday web developer and a maker. I usually build sites with PHP, within or without WordPress. I build Internet of Things with Arduino and ESP8266. I'm the founder of Rockit.it and Dailybest.it and I'm actually the Chief Technical Officer of Better Days web agency.

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