Grabar PCBs en casa o en un taller casero puede volverse un verdadero drama, y este proyecto nace justo para evitarlo.
Este agitador profesional para PCBs, que puedes fabricar tú mismo, acelera y simplifica el proceso de ataque químico, logrando en pocos minutos una mejor definición incluso en pistas muy delgadas. Es ideal cuando trabajas con recursos limitados y necesitas sacar prototipos rápidos o pequeñas producciones sin complicarte.
Pero… ¿Cómo lo hace?
Cuando se trata de grabar PCBs, hay tres cosas críticas, y todas tienen que ver con la disolución química:
• Los químicos que usas
• La temperatura
• La agitación
Si una falla, el proceso se vuelve lento, irregular o
directamente un lío.
Agentes químicos
Ya lo hemos comentado en otras entradas, pero vale la pena resumirlo rápido. No es lo mismo usar cloruro férrico que ácido muriático con agua oxigenada. El ácido muriático con agua oxigenada disuelve el cobre mucho más rápido. Y cuantos más volúmenes de oxígeno tenga el agua oxigenada, más eficiente es el ataque. Resultado: menos tiempo y mejor definición en las pistas.
Temperatura
Aquí no hay mucho misterio: el calor acelera el proceso.
Entre 50 y 60 °C, el ataque químico es mucho más rápido y eficiente que a temperatura ambiente (18–25 °C).
Por debajo de los 15 °C, el proceso se vuelve
desesperantemente lento.
Agitación
Aquí es donde entra en juego este proyecto. Durante el ataque químico se forma una fina capa de óxido cuproso que frena el proceso. La agitación la elimina, deja cobre limpio expuesto y permite que el químico siga trabajando.
Más agitación = ataque más parejo, rápido y limpio.
Además, la agitación ayuda a que la mezcla de ácido muriático con agua oxigenada absorba más oxígeno. Sin agitación, todo esto simplemente no funciona.
¿Ingeniería Maker?
Principios de funcionamiento
El agitador se basa en tres bloques que trabajan juntos:
• Mecanismo de agitación
• Control electrónico
• Sistema de calentamiento tipo baño maría
Mecanismo de agitación
Un motor a pasos acoplado a un sistema mecánico de biela-manivela transforma los giros del motor en un movimiento lineal. Las guías con rodamientos lineales abiertos producen un desplazamiento suave, justo para crear “olas” controladas en la disolución química.
Ese movimiento es clave para que el ataque químico sea parejo y eficiente.
Control electrónico
Un microcontrolador controla la velocidad del motor a pasos, además de medir y regular la temperatura de la disolución. El display permite ajustar los parámetros de funcionamiento:
• Velocidad
• Tiempo de agitación
• Temperatura
• Alarmas
entre otros.
Calentamiento tipo baño maría
Consta de dos tinas; la exterior está dotada de dos calentadores y dos sensores de temperatura, inmersos en agua corriente, que mediante transferencia térmica indirecta elevan la temperatura de la disolución química.
El sistema de baño maría evita que la disolución química entre en contacto directo con los calentadores y los termopares que miden la temperatura.
Aquí el proceso de construcción
Mecanismo de agitación
La estructura
Una base robusta, pesada y estable se logró usando materiales de herrería: ángulos y soleras unidos con algunos puntos de soldadura. Esta solución resulta mejor que el aluminio, que además de ser más ligero es más difícil de soldar.
Una tapa de madera soporta el mecanismo. Podría usarse una plancha de acero, pero eso aumenta el costo y es más difícil de trabajar.
El sistema biela-manivela
El eje del motor a pasos se acopla a un brazo principal, llamado manivela, que es el encargado de generar el movimiento circular. Un brazo secundario articulado, la biela, se conecta por un lado a la manivela y por el otro al émbolo, que es la parte que se desplaza en línea recta.
Ambos brazos están fabricados en aluminio y cuentan con rodamientos rígidos de bolas. Los ejes que unen los nodos, mecanizados en torno, se fabricaron en acero cold rolled, lo que asegura un mecanismo muy robusto y duradero.
Las guías lineales
Un conjunto de dos guías lineales y cuatro rodamientos abiertos, montados sobre una base de aluminio, forman el émbolo, que es la parte que se desplaza en línea recta.
Este arreglo produce un movimiento suave y uniforme y, gracias a la velocidad regulable del motor, permite generar “olas” muy controladas en la disolución química que ataca el cobre.
Control electrónico
El cerebro
Un microcontrolador ATMEGA328-P, el mismo usado en Arduino UNO, gestiona todas las funciones del agitador profesional para PCBs: regula la velocidad del motor, mide y controla la temperatura, permite la comunicación USB con una computadora y se encarga de la interfaz de operador: codificador rotatorio, display, buzzer, entre otros.
Sus algoritmos están optimizados para lograr un control preciso y confiable durante todo el proceso.
Los módulos
Para simplificar el diseño utilizamos módulos comerciales:
Dos unidades, cada una dotada de un termopar tipo K y un circuito integrado MAX6675, se encargan de medir y transmitir la temperatura al microcontrolador mediante comunicación SPI.
La comunicación USB con la PC se resuelve con un convertidor USB-232 basado en el popular chip FTDI232RL.
Electrónica de potencia
Como medio calefactor utilizamos dos calentadores para acuarios y prescindimos del termostato de serie que incluyen para poder llegar a temperaturas más altas (50–60 °C); cada uno es controlado por un triac, mientras que el control de fase PWM con cruce por cero maneja sin problemas los 500 watts de potencia que entrega cada calentador.
Calentamiento tipo baño maría
El conjunto
Una tina exterior es el componente principal; en ella se alojan los dos calentadores, los termopares tipo K, el sistema de iluminación y una base fabricada en aluminio que sirve para sostener la tina interior.
La transferencia de calor indirecta se logra al calentar el agua contenida en esta tina, que al estar en contacto con la tina interior transfiere el calor a la disolución química.