Como as máquinas desktops estão democratizando a produção de placas de circuito impresso

A Mouser Electronics tem disponível no link https://br.mouser.com/blog/desktop-machines-democratizing-pcb-production um interessante artigo de Mike Parks, que trata da produção de placas de circuito impresso. A seguir adaptamos o artigo para o português.

Nos últimos anos, a demanda por engenharia digital, prototipagem rápida, produção de pequenos lotes e o movimento eletrônico DIY (faça você mesmo) impulsionaram inovações significativas em máquinas desktop de fabricação de placas de circuito. Essas máquinas permitem que amadores, pesquisadores e produtores de pequena escala projetem, iterem e fabriquem placas de circuito internamente, reduzindo drasticamente o tempo desde o conceito até o protótipo funcional. Embora a velocidade de entrega das placas seja a principal vantagem das máquinas desktop de fabricação, há muitas outras considerações ao escolher tal máquina. O custo é um fator significativo nessa escolha, e as máquinas desktop disponíveis para a fabricação de placas de circuito podem custar de milhares a dezenas de milhares de dólares. Obviamente, as variações de custo são impulsionadas pelos recursos disponíveis e pelas tecnologias subjacentes das diferentes classes de máquinas. Neste artigo, destacamos algumas das diferenças entre a fabricação de desktop boards e as técnicas tradicionais de fabricação. Também exploraremos as diferentes categorias de máquinas desktop para fabricação de placas de circuito e ferramentas digitais disponíveis.

DESKTOPS X FÁBRICA – Existem inúmeras vantagens na fabricação local de placas de circuito usando máquinas desktop. Também existem desvantagens, é claro. Os layouts de sua placa provavelmente precisarão de mudanças significativas se tiverem sido criados inicialmente para infraestrutura tradicional de fabricação de placas de circuito. Vamos começar examinando alguns dos benefícios do uso de máquinas desktop para fabricação de placas de circuito.

Econômico para prototipagem: Em vez de terceirizar para fabricantes de grande escala, empresas e indivíduos podem produzir pequenos lotes de PCIs por uma fração do custo.

Prototipagem Rápida: Os ciclos de iteração tornam-se muito mais rápidos. Os projetos podem ser testados e modificados internamente, sem esperar por fabricantes externos. Com prazo de entrega reduzido, não há necessidade de esperar pelo envio ou lidar com possíveis atrasos de um fabricante externo.

Conveniência: Uma máquina no local permite ajustes imediatos e reduz os desafios logísticos de comunicação com fabricantes terceiros.

Oportunidade de aprendizagem: Para instituições de ensino e amadores, essas máquinas proporcionam experiência prática na fabricação de PCIs, promovendo uma compreensão mais profunda do processo.

Controle sobre a propriedade intelectual: Manter o processo de prototipagem internamente pode proteger a propriedade intelectual e projetos sensíveis contra possíveis vazamentos.

Personalização: A produção em pequena escala permite uma maior personalização sem as restrições frequentemente impostas pelos fabricantes maiores.

É claro que toda decisão de engenharia traz consequências positivas e negativas. Deve-se estar ciente das inúmeras diferenças e potenciais negativos ao decidir aproveitar máquinas desktop de fabricação de placas de circuito, como:

Escalabilidade limitada: As máquinas desktop não são projetadas para produção em larga escala. Para a fabricação em massa, ainda são necessárias máquinas industriais maiores ou terceirização.

Variação de qualidade: A qualidade das PCIs produzidas em máquinas desktop nem sempre pode corresponder aos produzidos por equipamentos especializados de nível industrial.

Restrições de materiais: As máquinas desktop podem ter limitações quanto ao tipo de materiais com os quais podem trabalhar ou podem não ser otimizadas para todos os tipos de materiais de PCI. As placas revestidas de cobre de uma e duas faces FR-1 e FR-4 são as mais comuns para máquinas básicas.

Manutenção: Como todos os equipamentos, as máquinas de PCI de mesa requerem manutenção regular, o que pode ser demorado e exigir conhecimento especializado.

Requisitos de espaço: Embora tenham sido projetadas para uso em mesa, essas máquinas ainda ocupam espaço e podem exigir condições ambientais específicas para funcionar de maneira ideal.

Investimento inicial: Apesar de ser rentável no longo prazo, a compra da máquina tem um custo inicial considerável.

Requisito de habilidade: A operação, manutenção e solução de problemas adequadas da máquina exigem treinamento e experiência.

Recursos limitados: Dependendo do modelo, algumas máquinas desktop podem não suportar recursos avançados, como produção de PCI multicamadas, componentes fine-pitch ou acabamentos de superfície avançados.

FERRAMENTAS DISPONÍVEIS – Vários tipos de ferramentas de engenharia são adequados para a fabricação de placas de circuito impresso com equipamentos desktop. Compreender as nuances é necessário para escolher uma máquina que atenda às necessidades individuais e a capacidade financeira. Vamos dar uma olhada em algumas das ferramentas de engenharia digital mais comuns usadas na fabricação de placas de circuito com equipamentos de mesa.

Fresadoras – As fresadoras usam ferramentas de corte rotativas para remover material de uma placa de circuito impresso para produzir as trilhas do circuito. Algumas das fresadoras de PCI mais populares para uso em mesa incluem a fresadora CNC de mesa Bantam Tools (anteriormente OtherMill) e a Makera Carvera. Estas são máquinas rápidas e confiáveis, ideais para a produção de placas de circuito, e esses dois fabricantes específicos fabricam máquinas fáceis de usar que podem fresar PCIs até traços muito finos, tornando-as adequadas para componentes SMD. Normalmente, placas FR-1 e FR-4 revestidas de cobre são usadas para operações de fresamento. Negativamente, a fresagem consome mais material devido à natureza subtrativa do processo. A fresagem também pode ser barulhenta e gerar detritos.

Impressoras PCI – Em contraste com a natureza subtrativa das fresadoras, as impressoras de placas de circuito adotam uma abordagem aditiva, depositando tinta condutora em um substrato para criar padrões de circuito. Máquinas populares no mercado incluem a Voltara V-One, que não apenas imprime PCIs, mas também pode dispensar pasta de solda e componentes de fluxo, tornando-a uma solução abrangente de produção de PCIs para desktop. A BotFactory Squink é outra impressora PCI inovadora que, além de imprimir circuitos, também pode colocar componentes e curar a tinta, possibilitando a produção completa de placas na mesa. O principal benefício das impressoras PCI é que elas são bastante limpas, com poucos detritos gerados durante a produção. As máquinas específicas mencionadas aqui oferecem recursos adicionais para torná-las quase um balcão único para a fabricação de PCIs de baixo volume. Uma das deficiências das impressoras PCI é o fato de que as tintas condutoras podem não ser tão robustas quanto o cobre gravado tradicional. Além disso, os traços e as ilhas podem ser limitados a tamanhos maiores devido à resolução da cabeça de impressão, o que pode tornar as impressoras inadequadas para componentes fine pitch.

Gravadores e cortadores a laser – Outra classe de máquinas CNC inclui gravadores e cortadores a laser. Embora os cortadores a laser possam não ser projetados especificamente para a fabricação de PCI, eles podem ser usados ​​para remover cobre indesejado de uma PCI ou cortar o próprio material da PCI. Os avanços recentes nas tecnologias laser estão reduzindo os custos e, combinados com sua precisão altamente detalhada, os lasers estão ganhando popularidade para a produção de PCI. Os cortadores a laser estão cada vez mais chegando às bancadas das oficinas e podem criar detalhes muito finos que são perfeitos para fazer placas de circuito. Empresas como LPKF Laser & Electronics e Glowforge oferecem uma variedade de máquinas de prototipagem de PCI baseadas em laser, adequadas para diversas aplicações, desde simples PCIs até circuitos de RF. A principal vantagem da tecnologia laser é a alta precisão com bordas nítidas.

Isso é fantástico para componentes e traços muito finos. Além disso, os lasers são adequados para tarefas de gravação e corte. Contrariando os aspectos positivos dos cortadores a laser estão as preocupações óbvias de segurança que surgem ao usar um laser. Requer filtros de grau HEPA para extrair os vapores do volume de corte de forma rápida e segura. Os cortadores a laser são suscetíveis à fumaça gerada pelo processo de gravação e podem ter um impacto negativo na qualidade. Por último, os cortadores a laser, especialmente os cortadores de alta potência, podem ser mais caros em comparação com outros métodos.

SISTEMA DE PRODUÇÃO – Fazer PCis é apenas uma parte da batalha. Os componentes eletrônicos devem ser conectados à placa de circuito para realizar um sistema funcional, resultando em uma placa de circuito impresso montada.. Além do hardware de fabricação de PCI, fornos de refluxo e máquinas pick-and-place são equipamentos adicionais necessários para passar de placa nua a placa montada. Algumas empresas, como a Neoden, oferecem máquinas com uma solução abrangente de placa montada, que integra múltiplas etapas do processo de produção de placas de circuito.

A Neoden oferece uma família de produtos de desktop para fabricação de placa montada de baixo volume, porém profissional. As impressoras de estêncil Neoden FP2636 fornecem um mecanismo confiável e repetível para aplicar solda em PCIs. O Neoden YY1 é uma  pick-and-place de mesa para mover componentes das bobinas para o PCI. Por último, o Neoden IN6 oferece soldagem por fluxo. Combinadas, essas máquinas são ideais para quem deseja ir além da simples produção de PCIs e passar para a montagem completa de placas. Embora essas máquinas sejam soluções completas que agilizam o processo de fabricação, elas não estão totalmente fora do alcance dos fabricantes profissionais e sérios, pois custam apenas alguns milhares de dólares. No entanto, eles ampliam a definição de fabricação com desktops, uma vez que tendem a exigir uma área ocupada maior, tanto física quanto eletricamente.

CONCLUSÃO -O aumento nas máquinas desktop de fabricação de placas de circuito democratizou o acesso à prototipagem e produção de PCI. Dependendo dos requisitos específicos – sejam precisão, velocidade, versatilidade ou natureza da produção (subtrativa versus aditiva) – é provável que exista uma máquina adaptada a essas necessidades. À medida que a tecnologia avança, podemos antecipar novas melhorias em velocidade, acessibilidade e capacidades, garantindo que a produção interna de PCI permaneça acessível a todos. (foto/divulgação/ Green Shoe Garage)