Já há vários anos que os nossos membros têm vindo a pensar em ter uma régua de PCB própria do Hackerspace. Mas finalmente chegou a hora de as ter e temos a agradecer à PCBWay pelo apoio, uma vez que eles se ofereceram para nos fazer algumas réguas de teste.

Comecei por analizar todos as diferentes réguas de PCB que consegui encontrar, para ganhar alguma inspiração e melhorar o que já foi feito até agora. Existem muitas réguas de PCB por aí, portanto vou apenas dar a minha opinião sobre algumas delas.

Provavelmente a mais famosa de todas é a da cooperação entre a Adafruit – Mouser – Digikey, uma vez que é open source, é bastante frequente encontrá-la por aí com diferentes logótipos e marcas. Apesar de eu não gostar muita desta régua porque é um bocado fraca em termos de tabelas rápidas com dados úteis para electrónica, ela no fundo têm só um monte de “footprints” de componentes mas nada que seja particularmente útil. Eu acho que uma régua destas deveria ter “footprints” mas sobretudo tabelas rápidas com dados que sejam realmente úteis durante experiências electrónicas ou desenho de PCBs. Existem mais réguas PCB com este problema, como a régua da Nvidia por exemplo.

Depois existe o completo oposto, réguas com tantas tabelas e informação que se tornam aborrecidas e feias. Alguns exemplos disto são as da Digikey e do EEVBlog, são definitivamente úteis, mas sem grandes preocupações pelo seu lado estético.

Claro que existem algumas réguas com um bom equilíbrio entre “footprints” de componentes e tabelas de dados úteis, como as do Simon Chaudeurge’s e do Jan Böhmer’s. No entanto eu acho que ainda assim não são muito apelativas.

Finalmente existem também algumas com designs bonitos, como estas réguas espectaculares com componentes RF de magia negra como antenas e filtros do Makis Katsouris. Outro design que eu adoro é o do Kitspace, que tem alguns padrões de fundo super interessantes. No entanto, tanto umas como a outra não possuem muita informação útil.

Dito isto, pensei em desenhar uma régua que fosse bem equilibrada, mas ao mesmo tempo tentando atingir um visual interessante e limpo. Mas presumo que isto possa ser uma visão muito pessoal, uma vez que gostos não se discutem.

Comecei por abrir o Kicad e desenhar um rectângulo de 3 x 25 cm. Adicionei as marcações da régua na camada do “silkscreen”, sistema métrico na face frontal, e imperial na face traseira. Um detalhe que reparei em todas as réguas que vi é que o zero nunca começa na borda da PCB, e por isso eu quis fazer uma que o tivesse, uma vez que é bastante útil para medições, basta encostar contra um objecto e a medida é directa.

Para a manter equilibrada, decidi adicionar os “footprints” à frente e as tabelas de informação atrás. Em relação aos “footprints”, optei maioritariamente por SMDs, para evitar interferir com o que quer que fosse que iria colocar na face traseira. Os componentes foram organizados por tipo: RLC, díodos, transístores, condensadores, cristais, circuitos integrados e outros componentes de potência. Usei os defaults do KiCad para a maioria dos componentes e também tentei dar-lhes os nomes tradicionais e alternativos para ser fácil de compreender.

Todos os “footprints” foram alinhados e organizados o melhor possível, e o logótipo do Hackerspace foi adicionado no centro. Cada secção também está identificada com o título por cima na camada de cobre. Como o logótipo do eLab é preto e branco, decidi optar por essas cores para a régua, com a máscara de solda preta e serigrafia a branco. Para adicionar algum “brilho” decidimos que dourado sobre preto ficaria bem, então optámos por acabamento ENIG. Aqui está uma imagem do modelo 3D gerado pelo KiCad.

Agora para as tabelas úteis as coisas tornam-se um pouco complicadas. Existem muitas informações úteis que podiam ser colocadas mas o espaço é limitado. Uma coisa que tinha a certeza que queria colocar era uma tabela de relação entre pistas, vias e a respectiva corrente máxima. Esta é uma informação particularmente útil para ter ao lado quando se desenham PCBs, especialmente em aplicações com correntes mais altas, como drivers de motores e assim. Já agora, não faço referência na régua, mas todas as informações de correntes são apenas verdade para uma espessura de cobre de 1 oz.

1 oz corresponde a 0.35 μm e por falar nisso, uma tabela de conversão de unidades também foi adicionada à régua, que mostra algumas das conversões mais comuns usadas no desenho de PCBs, tais como mil para mm, in para mm, oz para g, entre outras. Outras tabelas úteis durante o processo de desenho de placas de circuito impresso incluem espaçamentos entre pistas de acordo com a tensão aplicada e se elas estão desprotegidas (unc) ou protegidas (coa) com máscara; tamanhos de linhas e textos na camada de serigrafia, que podem ser úteis para verificar se um determinado tamanho de texto vai ser fácil de ler ou não; e finalmente um indicator de camadas/texto, que mostra diferentes combinações entre camadas da PCB.

O último indicador desta secção diz “silkscreen – no mask” (serigrafia sem máscara) e é uma boa maneira de verificar se o fabricante da PCB utiliza a máscara quando aplica a serigrafia ou não. Se tudo correr bem este indicador deverá ficar igual ao que diz “no copper – no mask” (sem cobre sem máscara), mas se ficar igual ao “silkscreen – with mask” (serigrafia com máscara) isso significa que eles não usam máscara antes de aplicar a serigrafia, o que por sua vez significa que é possível aplicar serigrafia em cima do cobre exposto, o que pode ser irritante pois complica as soldaduras e pode ser difícil de raspar a tinta da serigrafia do cobre.

Em termos de desenho electrónico também existem algumas dicas úteis tais como aplicações típicas de transístores TJB e MOSFETs, códigos de resistências SMD e condensadores polarizados e cerâmicos, e finalmente tensões de condução típicas de LEDs consoante a sua cor. E aqui está a parte de trás do modelo 3D do KiCad.

Agora vamos à parte que interessa. Tal como mencionei antes, a PCBWay ofereceu-se para fabricar algumas das réguas de teste, e aqui está o resultado final. Primeiro enviei o arquivo ZIP com os gerbers para o formulário online de cotações, eles agora têm um novo visualizador de gerbers online que é bastante útil para detectar potenciais erros e problemas e confirmar como a PCB irá ficar. Depois disso eles trataram do resto, as PCBs chegaram relativamente rápido, eu tive-as na mão em menos de 1 semana via DHL, o que é surpreendentemente rápido para este tipo de serviços Chineses. E aqui está o que recebi depois de rasgar a embalagem da DHL.

As réguas de PCB no meio, bem embrulhadas, juntamente com alguns autocolantes e canetas, que são sempre bem vindos 😉

Mas agora a parte importante, as PCBs. Fiquei genuinamente surpreendido com o aspecto final. Ficaram absolutamente fantásticas e super profissionais, parecem ser de alta qualidade.

Escolhi o acabamento ENIG por duas razões, primeiro porque ficava melhor na máscara preta, e segundo porque é um acabamento que nunca experimentei e tinha curiosidade.

Estou mesmo satisfeito com o resultado, as camadas de cobre parecem ser bastante precisas, a máscara de solda tem boa qualidade e os textos em serigrafia saíram mais perfeitos do que eu esperava. Digo isto porque desenhei linhas e textos bem mais finos do que o mínimo recomendado, portanto já contava em ter algumas coisas pouco legíveis, no entanto está tudo perfeito e fácil de ler. Por exemplo o texto na parte de trás.

Enquanto a maioria dos serviços de PCB recomenda texto em serigrafia com alturas não inferiores a 1 mm e com espessuras de linha maiores a 0.10 mm, eu fiz isso aqui e tudo saiu perfeito. Por exemplo o texto com a altura de 0.8 mm com rácio de 8% significa uma espessura de linha de 0.064 mm, e no entanto consegue-se ler perfeitamente. Para ser sincero isto surpreendeu-me mesmo, porque muitas vezes existem informações a adicionar na PCB mas pouco espaço para o fazer, e textos assim mais pequenos é a solução.

Na foto acima também se pode ver outra coisa, na secção das camadas (layers) à direita, a última linha diz “silkscreen – no mask” quase ilegível, isto é um bom sinal. Significa que usaram o stencil da máscara de solda ao aplicar a serigrafia, o que impede a tinta da mesma de ficar sobre os terminais de cobre, o que é um sinal de qualidade e um bom processo de fabrico.

Até nesta parte da régua com os códigos SMD e de condensadores, e especialmente os exemplos de aplicações de transístores, a serigrafia provou ser excelente. Tinha receio que muitos destes textos e desenhos acabassem por ficar desfocados e ilegíveis, mas tudo ficou com bastante bom aspecto.

Todos os “footprints” na parte da frente ficaram fantásticos também, super detalhados, tudo o que seria de esperar de um acabamento profissional. Até o “footprint” mais pequeno do BGA-16 parece estar incrivelmente bem. Experimentei raspar ligeiramente a máscara de solda para ver se saía com facilidade, mas até se aguentou bastante bem. A única coisa que não gostei muito foram algumas manchas esbranquiçadas nas PCBs, mas passando com um lenço por cima delas, acabaram por sair sem problemas.

E é basicamente isto. Estou super contente com o resultado destas réguas, e muito agradecido à PCBWay pelo apoio com esta oferta, por favor façam-lhes uma visita, os serviços deles foram fantásticos, super rápidos e profissionais.

E também, não se esqueçam que o Concurso de desenho de PCBs da PCBWay ainda está a decorrer, ainda existe algum tempo até 15 de Junho para submeterem a vossa candidatura e existem também alguns prémios interessantes. Como disse na minha última publicação, serei um dos júris da competição por isso não se esqueçam de enviar os vossos designs!


João Duarte

Um dos fundadores do eLab Hackerspace. Pós-Graduado com uma Especialização em Engenharia Eléctrica e Electrónica. Alguns dos seus interesses incluem fabricação digital, domótica, robótica, alta tensão e química.

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