Mi primera hobby-insoladora. ‘Rev. B’

Últimamente, la mejor manera de tener tus propias PCB’s es encargandoselas a alguna empresa china y que te las mande hechas, de esta manera uno se asegura un resultado profesional, pistas nítidas, placa lacada e incluso serigrafía.
Esto está muy bien cuando tienes un diseño que sabes que funciona, pero cuando uno desarrolla un prototipo lo mas normal (aunque no debería serlo) es equivocarse, o si no, darse cuenta de que se necesitan nuevas funcionalidades que requieren cambios de diseño. Por eso hasta en las PCB’s de las mas grandes compañías que invierten muchísimo dinero en sus diseños, podemos leer serigrafías como “Revision B”.
Muchas veces los errores de diseño, una vez identificados, se pueden resolver en cuestión de minutos y fabricar una placa nueva en el momento puede adelantar mucho tiempo de trabajo que se perdería si se dependiese de una empresa que la fabricase. Es por eso que me he decidido a construir una insoladora, porque teniendo una y los químicos necesarios en casa el desarrollo de una PCB cuesta unos 20-30 minutos. …

No se que tipo de placas llegaré a desarrollar en el futuro, pero creo que al ritmo que va la tecnología y mi linea de desarrollo, la mayoría serán del tamaño aproximado a un teléfono móvil o mas pequeñas, así que con una insoladora que cubra ese tamaño será suficiente.
La mejor manera de meter ultravioletas en un espacio tan reducido es mediante LEDs. Estos irán soportados en una placa de tamaño estándar 16x10cm. Por menos de 5€ he comprado en eBay 100 LEDs UV con las siguientes especificaciones:

* Emitted Colour : UV 
 * Size (mm) : 5mm 
 * Lens Colour : Water Clear 
 * Peak Wave Length (nm) : 400~405 
 * Forward Voltage (V) : 3.2 ~ 3.4 
 * Reverse Current (uA) : <=30 
 * Luminous Intensity Typ Iv (mcd) : 120 ~ 300 
 * Life Rating : 100,000 Hours 
 * Viewing Angle : 20 ~ 25 Degree

Absolute Maximum Ratings (Ta=25°C) 
 * Max Power Dissipation : 70mw 
 * Max Continuous Forward Current : 20mA 
 * Max Peak Forward Current : 75mA 
 * Reverse Voltage : 5V 
 * Lead Soldering Temperature : 240°C (<5Sec) 
 * Operating Temperature Range : -25°C ~ +85°C 
 * Preservative Temperature Range : -30°C ~ +100°C

Lo primero que he hecho ha sido comprobar si realmente su angulo es de 20-25º. Esto lo he hecho mas o menos a ojo sujetando uno de los LEDs en el origen de un porta-angulos y midiendo su proyección:

Comprobé que el angulo de proyección se aproximaba más a los 20º que a los 25.
Ahora toca decidir que cantidad de LED’s serán necesarios para cubrir la superficie de 16×10 cm. Para ello se aplica trigonometría básica:
Cada LED proyecta un foco de radio A, así que para que no quede espacio entre focos, la distancia entre cada pareja de LEDs debe de ser de 2·A (LX), para barajar las opciones disponibles he hecho un pequeño programa en SciLab:

grados=15/2;
X=16;   
Y=10;
L=[4:.5:10];         //valores entre 4 y 10 cm de altura
gr=(grados*%pi)/180; //pasar a radianes
A=L*sin(gr);
LX=2*A;
NY=Y./LX;
NX=X./LX;
NLED=NX.*NY;
plot(NLED,L)

De este programa se obtiene el siguiente gráfico:
En el eje de ordenadas tenemos la distancia a la que se proyectará el foco y en el de abscisas el número de LEDs necesarios para cubrir la superficie. Se aprecia que modificando la distancia por debajo de 6 cm el número de LEDs se dispara por ahorrar cada centímetro, mientras que si se sube por encima de los 7 cm se ahorran muchos LEDs, pero también se pierde luminosidad muy rápidamente. Por eso he elegido un valor medio de 6,5 cm de distancia focal. A esta distancia le corresponde un espacio entre LEDs de 1,8cm y truncando los valores de X*Y, se crea una matriz de 9×5 LEDs, total 45 LEDs.
La placa creada se puede ver aquí. Luego explicaré porque solo hay un hueco para una resistencia y porque no debería haberla hecho así.

Insoladora manual
No hay mejor placa para comprobar los productos químicos que la diseñada para la propia insoladora, que tiene pistas gruesas y espaciadas. Es el momento de ponerse manos a la obra:
Se necesita:

  • Agua
  • Agua fuerte (Acido clorhidrico al 8%)
  • Agua oxigenada (Peróxido de hidrogeno) de 110%
  • Sosa cáustica (Hidróxido sódico)
  • Recipientes
  • Luz negra, ultravioleta, actínica o simplemente Sol
  • Una placa fotosensible

Primero he impreso el diseño en papel para verificar que las medidas son correctas. Luego he impreso el fotolito en acetato (plástico transparente).
Usé una impresora láser Samsung CLP-320 y después de la primera impresión el dibujo en el acetato no tenia un color del todo sólido, así que metí por segunda vez la hoja en la impresora e imprimí encima. No se porqué hice esto, pues este tipo de actividades siempre acaba en fracaso, pero para mi sorpresa el dibujo estaba perfectamente alineado. Como no estaba aún contento, imprimí por tercera vez encima, y por fin el color salió negro solido (y con relieve) y todo perfectamente alineado. La impresora tiene poco más de un mes, pero ya le doy un 10 en precisión. Han hecho un buen trabajo estos de Samsung :up: .

Antes de comenzar a insolar hay que preparar una disolución de sosa en un recipiente, he usado una cucharilla de café con sosa caustica para medio litro de agua y la he removido hasta que ha quedado disuelta.
A continuación he descubierto la placa con la menor cantidad de luz posible en el ambiente , he colocado el fotolito con el lado de la tinta en contacto con el lado del cobre y le he puesto un cristal encima, para después y durante unos 5-8 minutos dejar el conjunto expuesto a luz ultravioleta.
Durante este proceso no se observa nada, de forma que la única manera de saber cual es el mejor tiempo de exposición es mediante la práctica.
Ahora es cuando viene lo mejor. Vuelvo a la oscuridad e introduzco la placa en la disolución de sosa. En menos de 15 segundos el barniz superior se vuelve negro y comienza a disolverse comportándose como un humo espeso en el interior del agua. Es el momento de comenzar a echar maldiciones y juramentos por haber expuesto poco tiempo la placa a la radiación ultravioleta, o porque la luz no era la adecuada, o porque la disolución era demasiado fuerte, o porque estaba usando un fotolito positivo para una placa negativa…..
En menos de un minuto, placa “revelada” y lavada con urgencia con agua y jabón, a ver si se puede salvar algo:
Pues parece que ha salió correcta, todo el proceso fué bien… . Me hubiera gustado grabar un vídeo y así poder colgarlo para que se viese lo que es un proceso de revelado normal, ya que si yo lo hubiese visto no me habría asustado tanto (susto por la perdida de la placa).
El proceso de atacado del cobre ya lo describí en algún otro artículo por ahí, así que no me he molestado en documentarlo. Lo mismo que la soldadura, que solo hay que tener cuidado de que todos los LEDs queden perfectamente asentados sobre la placa para que su foco sea perpendicular y la luz se reparta equitativamente.
He aquí el resultado:

La electrónica y las malas ideas
El esquema del circuito de LEDs se compone de 15 ramas paralelas entre si con 3 LEDs cada una. Cada LED provoca una caída de tensión de entre 3,2 y 3,4 voltios según las especificaciones, esto implica que hay que alimentar cada rama con entre 9,6 y 10,2 voltios. Perfecto, porque estaba usando un transformador de corriente de un teléfono Nokia antiguo que proporcionaba 10 voltios. Incluso dejé un espacio para poner una resistencia sobre el nudo que une todas las ramas; en ese nudo confluyen 15 ramas por las que circula en una situación óptima 20 mA por cada una, un total de 300 mA. Colocar una resistencia de 1/4 de watio en ese punto supondría como mucho provocar una caída de tensión de 0,83 voltios con 2,7 ohmios. Esto es vivir al límite. Crear un circuito que trabaje en este estado hace que comience a dar problemas prematuramente, pero ¿que mas da? Tengo un transformador con una salida de tensión de 10 voltios (algo bastante raro), no necesito regular nada.
Entonces, cuando lo tenía todo desarmado y listo para comenzar a soldar, se me ocurre comprobar la polaridad y por mala fortuna y cabeza se me cruzan los cables (literalmente) y uno de los transistores del transformador explota.
Tengo que cambiar de transformador, y lo mas parecido que tengo entre la chatarra de equipos antiguos son 3 transformadores de 12 voltios. Con estos hay que provocar una caída mínima de 1,6 V en el nudo principal para no quemar los LEDs. 1,6 V a 0,3A supone aproximadamente que la resistencia tiene que aguantar 1/2 watio, un valor demasiado grande para trabajos de electrónica, de manera que ya se que no tengo ninguna, y si la tengo, nunca será del valor que necesito.
Por eso la mejor solución habría sido dejar un hueco para resistencia en cada rama, estas resistencias solo tendrían que haber aguantado 20 mA y, soportando 1/4 de watio, prodrían provocar una caída de tensión de hasta 12,5 voltios, lo cual deja mucho margen.
Al final he tenido que recurrir a la chapuza de meter 4 diodos normales (1N4004) en serie en el circuito, cada uno de ellos resta algo mas 0,4 V, en total 1,6 V, y soportan una corriente de 1 A.
A pesar de que hubiera sido mas elegante y barato usar los componentes pasivos, la solución es completamente funcional.

La caja
El cristal de la insoladora lo he empotrado en la madera. Nunca había trabajado antes en esta tarea y quiero dejar constancia de que no es necesaria ninguna maquinaría para este trabajo. He utilizado contrachapado y he marcado la madera con un cúter con la ayuda de una regla.

Después he dado 5 o 10 pasadas sobre la marca hasta que he calculado que el corte había atravesado 2 de las 3 capas del contrachapado. Y a continuación he introducido por el lateral un destornillado plano pequeño para despegar el corte:
Si el corte fue correcto, dandole unos suaves golpes al destornillador sale la tira completa de madera y da un resultado perfecto:
Aquí están las prometidas imágenes de la insoladora terminada:
Y aquí se puede observar la cantidad de iluminación que proporciona:

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2 pensamientos en “Mi primera hobby-insoladora. ‘Rev. B’

  1. anonymous

    simbamarley writes:Eso te tiene que poner moreno moreno. Y lo has echo en tu casa, que reconozco el escritorio en la segunda foto 😀

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