Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Profesional Azcapotzalco
Ingeniería en Robótica Industrial
Química Aplicada.
Reporte de Exposición "Procesos de fabricación de circuitos impresos e integrados"
Grupo 2RM1 Equipo 1
Integrantes: -
México, D.F., a 30 de abril del 2013
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Índice
Introducción ........................................................................................................................................
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Diseño de circuitos electrónicos ......................................................................................................... 2 Normas básicas para el diseño de placas de circuito impreso ........................................................... 4 Distribución de Componentes ............................................................................................................ 6 Trazado de pistas................................................................................................................................. 7 Métodos de transferencia del diseño de la placa ............................................................................... 8 Método fotográfico ......................................................................................................................... 9 Método Serigráfico ................................................................................................................... 14 Método Directo ................................................................................................................. 19 Avances en la fabricación de circuitos impresos ............................................................................... 20 Corte con laser .............................................................................................................................. 21 Fresado de circuitos impresos................................................................................................... 22 Bibliografía ........................................................................................................................................ 23 Anexos ............................................................................................................................................... 24
Introducción.
A medida que la electrónica de consumo incrementaba su producción y los precios bajaban de manera acelerada, uno de los elementos fundamentales que favoreció la 2
miniaturización fue la aparición del circuito impreso (PCB por sus siglas en inglés). Reemplazar los grandes espacios repletos de cables por finas placas capaces de soportar todo el conjunto de componentes y conexiones, aceleró la reducción del tamaño de los equipos electrónicos y llegó al mundo a mediados del siglo pasado (1950) de la mano de una de las industrias más exigentes del mundo: las fuerzas armadas. No sólo los componentes evolucionan hacia nuevos conceptos; lo que alguna vez comenzó como un ensayo de papel prensado y saturado de resina fenólica, alcanzó transformaciones asombrosas que rara vez tenemos en cuenta.
Diseño de Circuitos Electrónicos.
Diseñar un circuito con propiedades dadas es lo mismo que encontrar la proposición que tiene una tabla de verdad determinada. Para lograr lo anterior, se construye la tabla que da el estado deseado del circuito; luego se forma la función booleana correspondiente a la tabla y si es posible se simplifica, y finalmente se dibuja el circuito simplificado correspondiente.
Las tarjetas de circuito impreso constan básicamente de una base aislante sobre la que se deposita una fina capa de material conductor (generalmente cobre). Pueden ser rígidas o flexibles, de simple cara conductora, doble o multicapa. Dependiendo del tipo de placa se utilizan diversos tipos de materiales, siendo lo más común la placa rígida de fibra de vidrio (de una cara conductora, dos o multicapa). En placas de una o dos caras conductoras los espesores del material aislante pueden ser desde 0,2 a 6,4 mm siendo la más común de 2 mm. Para tarjetas multicapa el espesor
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depende del número de capas que tenga la misma y de las hojas de unión entre las mismas.
Normas básicas para el diseño de placas de circuito impreso.
Aunque cada caso requiere un tratamiento especial y cada empresa tendrá sus propias normas, se deben de tener en cuenta unas reglas básicas que podrían considerarse comunes: 1. Se tratará de realizar un diseño lo más sencillo posible; cuanto más cortas sean las pistas y más simple la distribución de componentes, mejor resultará el diseño. 2. Se diseñará sobre una hoja cuadriculada en décimas de pulgada o en un programa de diseño de circuitos impresos con la rejilla en décimas de pulgada, de modo que se hagan coincidir las pistas con las líneas de la cuadrícula o formando un ángulo de 45º con éstas, y los puntos de soldadura con las intersecciones de las líneas. 3. No se realizarán pistas con ángulos de 90º; cuando sea preciso efectuar un giro en una pista, se hará con dos ángulos de 135º; si es necesario ejecutar una bifurcación en una pista, se hará suavizando los ángulos con sendos triángulos a cada lado 4. Los puntos de soldadura consistirán en círculos cuyo diámetro será, al menos, el doble del ancho de la pista que en él termina. 5. Entre pistas próximas y puntos de soldadura, se observará una distancia que dependerá de la tensión eléctrica que se prevea existirá entre ellas; como norma general, se dejará una distancia mínima de unos 0,8 mm.; en casos de diseños complejos, se podrá disminuir los 0,8 mm hasta 0,4 mm. En algunas ocasiones será preciso cortar una porción de ciertos puntos de soldadura para que se cumpla esta norma. 6. La distancia mínima entre pistas y los bordes de la placa será de dos décimas de pulgada, aproximadamente unos 5 mm. 7. Todos los componentes se colocarán paralelos a los bordes de la placa. 8. No se pasarán pistas entre dos terminales de componentes activos (transistores, tiristores, etc.). 9. Se debe prever la sujeción de la placa a un chasis o caja; para ello se dispondrá un taladro de 3,5 mm en cada esquina de la placa.
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10. Como norma general, se debe dejar, una o dos décimas de pulgada de patilla entre el cuerpo de los componentes y el punto de soldadura correspondiente 11. Con el fin de facilitar una buena soldadura hay que evitar áreas excesivas de cobre, ya que, en caso contrario, la soldadura se extiende y se pueden producir cortocircuitos entre contactos próximos durante el proceso de soldadura. 12. Los componentes que pertenezcan a un determinado grupo (resistencias, condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados, etc.) deben montarse todos en el mismo sentido.
Pistas de un circuito impreso
Un circuito impreso, básicamente, tiene la función de conectar eléctricamente un determinado grupo de componentes eléctricos y/o electrónicos de un determinado sistema. Una función especialmente importante, ya que puede ser la causa de muchos fallos de funcionamiento. Por este motivo, se deben estudiar y diseñar correctamente, para poder obtener un sistema electrónico que sea eficiente y fiable. Partiendo del esquema electrónico, y conociendo sus características principales, podremos determinar al grosor mínimo de las pistas, la separación mínima entre las pistas, distribución de los componentes y conectores, etc. Antes de dedicarse al diseño de nuestro circuito impreso es conveniente asegurarse de que el circuito que pretendemos fabricar funciona correctamente, es decir que se ha probado con placas Protoboard y se han realizado los ajustes pertinentes. Ya que, una vez fabricada la placa de circuito impreso será más difícil la sustitución o inclusión, de determinados componentes.
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La selección de las plantillas (huellas, o footprints) de los componentes la tendremos que realizar en función de las características físicas de los componentes seleccionados durante el diseño de nuestro circuito. Es decir, debemos tener claras las dimensiones físicas, especialmente el diámetro de los pines y la distancia entre ellos. Esto es especialmente importante en circuitos integrados, conectores y transformadores que no dejan margen de error. Por otra parte, también es importante el diámetro de los pads (puntos de soldadura), cuanto mayores sean menos problemas tendremos en caso de repetidas soldaduras/desoldaduras de algún componente. Aunque siempre tendremos la limitación impuesta por la presencia de pads vecinos y la conveniencia de tener que pasar alguna pista entre pads. Para este caso, se utiliza como diámetro el doble de la anchura del conductor que llega hasta el nudo. Distribución de Componentes.
Llegados a este punto, ahora lo que tenemos que hacer, es definir la distribución de los componentes, en el siguiente orden:
Conectores, que normalmente colocaremos en la periferia de la placa para facilitar su manipulación, aunque algunos conectores, podremos colocarlos en el interior. Componentes de ajuste, como potenciómetros, interruptores, etc. en función de la accesibilidad que deseamos para cada uno de ellos. Según la complejidad de nuestros esquemas electrónicos, puede ser conveniente realizar una placa con los dispositivos de ajuste y control independiente de la placa principal, y conectarla mediante el uso de cables y conectores adecuados. O bien, instalar los componentes de ajuste en un panel de control y conectar a la placa principal, mediante cables soldados o con conectores. Dispositivos de potencia con disipador de calor. Hay que colocarlos en zonas periféricas que queden lo más aireadas posibles y de forma que no transmitan calor de los otros componentes. Componentes voluminosos, cono transformadores, condensadores, etc. Circuitos integrados y demás componentes activos. Resistencias y condensadores pequeños.
Trazado de Pistas.
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Lo primero que tenemos que hacer, antes de proceder al trazado de las pistas, es determinar la anchura mínima que deberían tener, especialmente si estamos diseñando una fuente de alimentación, o algún dispositivo de electrónica de potencia, como convertidores conmutados, drivers de motores, etc. Para esto, necesitamos conocer los valores medios de las corrientes que circularán las pistas de nuestro circuito. Esto se debe conocer si has diseñado del circuito por ti mismo, o puedes determinar fácilmente con cualquier software de simulación, o simplemente puedes hacer las mediciones en las primeras pruebas con Protoboard. Seguidamente se presenta una tabla que permite conocer la anchura mínima de una pista y de la elevación de temperatura que se puede admitir. Anchura de la Pista (mm) Cu 35 µm 0.36 0.4 0.72 1.14 1.78 2.5 3.5 4.5 5.8 7.1
Incremento de Temperatura Admisible 10 °C 20 °C 30 °C 0.9 A 1.2 A 1.8 A 1 A 1.3 A 1.9 A 1.8 A 2.7 A 3.5 A 2.7 A 3.8 A 4.6 A 3.7 A 5.2 A 6.2 A 4.7 A 6.8 A 8.2 A 5.7 A 8.3 A 10.5 A 7 A 9.7 A 12 A 7 A 11.2 A 14 A 9.1 A 13 A 16.1 A
Ahora ya podemos empezar a tazar pistas. Empezando por los de mayor corriente, ya que serán las más anchas, seguiremos por las de mayor tensión y finalmente trazaremos las demás pistas. Es conveniente evitar el uso de una segunda cara de pistas, simplemente para facilitar la fabricación de circuito impreso y en caso de ser necesario por la complejidad del esquemas electrónico, procuraremos utilizarla para realizar puentes, es decir, las pistas deben empezar y terminar en la cara de soldaduras. Aplicando esta técnica, si tenemos pocos puentes, podremos realizarlos con hilos rígidos, y nos ahorraremos la complicación extra de realizar una placa de circuitos impreso de dos caras. Además de evitar problemas de soldadura y/o desoldadura.
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Una vez trazadas las pistas correctamente y seguros de no haber errores, se procede a la fabricación de la placa por cualquiera de los métodos que aquí se expondrán. La forma de conectar los componentes a la capa conductora puede ser con: · Agujeros sin metalizar con nudos · Agujeros metalizados con nudos · Agujeros metalizados sin nudos · Nudos sin agujeros (montaje superficial)
Placa terminada con puntos de soldadura
Métodos de transferencia del diseño a la placa.
Una vez realizado el diseño del circuito impreso a implementar, lo tendremos que implementar en una placa o tarjeta. Partimos de una placa o soporte de material aislante con una o ambas caras revestidas de con una fina capa de cobre (35 mm es lo más normal). Sobre el cobre se debe disponer una película protectora anticorrosiva con la forma del diseño de los conductores. Esta lámina que contiene los contornos se denomina “reserva de grabado” o “resist” (materia resistente a los ácidos de grabar). Al atacar la placa con un ácido, se corroerá el cobre únicamente en los lugares en que no esté cubierto por la capa protectora. Tras eliminar ésta, se obtiene la placa aislante con las pistas conductoras. Cualquiera que sea el método de fabricación elegido, hay que limpiar en primer lugar la placa de cobre con el fin de eliminar la posible suciedad, grasa o restos de óxido. Dependiendo del tipo de suciedad, se elegirá un producto de limpieza u otro. Así pues, la grasa se eliminará con lejía diluida o alcohol, mientras que el óxido se puede limpiar con ácido diluido, teniendo precaución, ya que el ácido ataca el cobre. En el caso de que persista, se puede frotar con un estropajo metálico suave o con polvo esmeril fino. 8
Para eliminar restos de ácidos o lejías se enjuaga abundantemente la placa con agua y se secará. Inmediatamente después debe utilizarse la placa para evitar que se oxide. Existen diversas formas de aplicar la lámina protectora y de atacar el cobre no recubierto, a continuación se explican algunos.
Método Fotográfico.
Con este método se trabaja con una placa ya recubierta de una emulsión fotosensible. Esta emulsión puede venir ya de fábrica o puede ser aplicada por nosotros (pulverización con spray, con rodillo, etc...), lo más habitual es utilizar una placa ya pre sensibilizada. El tipo de emulsión* fotosensible más usual es la fotopositiva, que es aquella en la que las partes que reciben la radiación (normalmente ultravioleta) se reblandecen y se disuelven tras el revelado, mientras que las zonas cubiertas permanecen insolubles, protegiendo en el atacado el cobre situado bajo ellas. Así pues, las futuras pistas y zonas que no deban ser corroídas serán negras en el patrón de nuestro diseño, siendo el resto transparente. Por esto debemos obtener un patrón del diseño de la placa sobre un material transparente (tipo papel de acetato) con las pistas y nodos lo suficientemente opacos para no permitir el paso de la radiación ultravioleta. Con una impresora láser se obtienen resultados satisfactorios. *Nota: una emulsión es una suspensión de bromuro de plata en gelatina que forma la capa fotosensible del material fotográfico.
Procedimiento.
Como la placa de cobre (fotolito positivo) es muy sensible a la luz debido al recubrimiento especial, se debe trabajar con ella a una luz muy tenue. Generalmente las placas de este tipo vienen con una capa opaca para protegerla de la luz ambiental, la cual deberá de removerse unos segundos antes de utilizarse para garantizar un óptimo revelado.
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Placa sensibilizada
El procedimiento para fabricar un circuito impreso mediante este método es el siguiente: a) Quitamos la placa protectora que viene en la placa, dejando expuesto el barniz sensibilizador. Posteriormente, colocamos el acetato sobre la placa y aprisionamos estos dos con un par de cristales. Es muy importante que la parte de la tinta impresa quede directamente en contacto con la placa, de esta manera, garantizamos que el “grabado” del circuito sea lo más próximo al original.
Montaje de la placa sensibilizada, el acetato y los cristales
b) Colocar la placa en una insoladora. Una insoladora consiste en una fuente de rayos UV, los cuales penetrarán hasta la placa sensibilizada, entrando en contacto con toda la superficie que no es protegida por las líneas opacas (tinta) impresas en el acetato. El tiempo de exposición se comprende entre los 2 y 4 minutos.
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Efectos de los rayos UV en la placa
Ejemplo de una insoladora
c) Revelado: El revelado se compone de 1 litro de agua templada 18~35º (no nos sirve fría o la sosa no actúa) y 12 gramos de sosa caustica (NaOH), esta mezcla se degrada a las pocas horas así que no podemos guardarlo hecho. Cuando lo tengamos preparado sumergiremos la placa con el lado de cobre y barniz cara arriba de forma que no pueda rayarse con la base del recipiente de plástico El tiempo de revelado se comprende entre 30 y 60 segundos, veremos que el barniz expuesto a la luz UV comienza a oscurecerse y poco después a desprenderse. Tenemos que tener cuidado de no exponer la placa en exceso a esta solución o el resto de barniz podría comenzar a desprenderse, si esto ocurriese nos quedaría una placa inservible. Al terminar el revelado lavaremos la placa con abundante agua y ya la tendremos lista para el atacado.
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Revelado de la placa.
d) El siguiente paso es el atacado de la placa. La base de la técnica de fabricación de circuitos impresos la constituye la corrosión de parte del cobre de la placa por medios ácidos. Cuando se sumerge la placa completamente en ácido, éste comienza a corroer el cobre y solamente se salvarán de la corrosión aquellos trazados o zonas cubiertas y protegidas por una capa especial que previamente hemos depositado con el proceso de transferencia del dibujo. Es evidente que terminada la corrosión del cobre, lo que queda impreso sobre la placa son justamente las pistas conductoras de cobre. El atacado químico se puede producir mediante cloruro férrico (Cl3Fe) o ácido clorhídrico (ClH) y agua oxigenada (H 2O2). Este atacado responde a las siguientes reacciones: Cl3Fe + Cu Cl2Cu + Fe 2ClH + H2O2 + 2Cu 2ClCu + 2H2O El cloruro férrico se puede adquirir en el mercado especializado en componentes electrónicos, se presenta ya diluido o en forma de sólido granulado. El ácido clorhídrico y el agua oxigenada se pueden adquirir en diversos comercios y la proporción para la mezcla que realizaremos cada vez que lo vayamos a utilizar (no es reutilizable como el cloruro férrico) es la siguiente: · Una parte de ácido clorhídrico al 30% en volumen. · Una parte de agua oxigenada al 99% en volumen. · Una parte de agua. Para atacar la placa se sumerge en una cubeta que deberá tener ácido suficiente para cubrirla completamente, moviendo la cubeta en forma de vaivén para que se 12
produzcan en el ácido olas que arrastren el cobre, agilizando el tiempo necesario para terminar la corrosión. Para el atacado con ácido no hay un tiempo prefijado, por lo que se deberá estar atento al proceso de corrosión, ya que dejar la placa demasiado tiempo en el ácido supondría arriesgar el buen acabado de ésta. Usaremos pinzas de plástico para la manipulación de las placas, así como guantes, batas, etc. para asegurarnos la protección necesaria ante cualquier salpicadura de ácido.
Atacado con HCl
Por último se procede al lavado de la placa introduciéndola en una cubeta llena de agua o simplemente poniéndola bajo el grifo. Una vez eliminado el ácido, se limpia la placa suprimiendo los trazos de material protector del cobre que hay sobre las pistas. Para ello se puede utilizar un trozo de algodón impregnado con alcohol o acetona. Terminado el lavado y limpieza de la placa, aparecerán las pistas de cobre limpias y brillantes con su color característico y con un trazado uniforme. Para evitar la oxidación del cobre y facilitar la soldadura se puede aplicar una capa de barniz soldable con un pincel.
Resultado final
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Método Serigráfico
Se entiende como serigrafía a la técnica de impresión empleada en el método de reproducción de documentos e imágenes sobre cualquier material mediante transferencia de tinta. Es decir, transferir una tinta a través de una malla de seda templada en un marco de madera. La seda ha sido tratada previamente con una emulsión que bloquea el paso de la tinta en las áreas donde no habrá imagen, quedando libre la zona donde pasará la tinta. Este sistema de impresión se usa para imprimir muchas cantidades, sin perder definición. La técnica de producción de circuitos impresos con serigrafía se usa industrialmente, ya que se pueden obtener impresos de muy buena calidad y a muy bajo costo. Una vez se tienen revelados los marcos de seda o más conocidos como bastidores, se pueden realizar múltiples copias del mismo diseño. Esto permite la producción en serie de circuitos impresos. Aunque no deja de ser un procedimiento manual esta técnica es una de las más usadas, ya que permite obtener trabajos con la calidad y presentación necesarias, para la realización de prototipos electrónicos y/o aplicaciones en la industria. Procedimiento:
Creación del Bastidor El bastidor es un marco de madera construido con listones de 3 x 3 centímetros, perfectamente cuadrado, que soporta una seda fina, muy templada y sin arrugas, que al colocarlo cobre una superficie plana, apoya uniformemente. La seda debe quedar bien templada y sin arrugas. Esta seda se pega al marco usando una grapadora, reforzándola con cinta de enmascarar y pegante. Lo recomendable es hacer tres bastidores; uno para el circuito impreso con seda de 120 hilos, el segundo es para la máscara de componentes y el tercero para la máscara antisoldante, este debe ser de 90 hilos. Aplicación de la Emulsión En un cuarto donde no entre demasiada luz, con la ayuda de una espátula delgada, se mezclan 9 partes de emulsión por 1 de bicromato o revelador, hasta obtener una mezcla 14
uniforme. Se debe mezclar lentamente, ya que si se hacen burbujas, se puede estropear el revelado. Una vez obtenida una mezcla uniforme, se esparce a lo largo y ancho de la seda, usando un emulsionador y se aplican tres capas de emulsión. Una capa por el lado de posterior del bastidor y dos o tres por el frente. La emulsión se debe aplicar de forma uniforme sobre la seda, teniendo en cuenta que no queden espacios sin emulsión o burbujas. En caso de no conseguir un emulsionador, se puede usar una espátula del ancho del marco, con borde de caucho. Puede hacer la espátula reciclando los bordes sobrantes de las láminas de acrílico grueso. Luego secamos la seda con la emulsión utilizando un secador de pelo que ayuda a minimizar el tiempo de secado. Recuerde que la emulsión es fotosensible, por esto se debe hacer el proceso lo más rápido posible.
Posicionamiento de diseños Una vez seca la emulsión, se colocan el acetato, o en este caso los acetatos, con los diseños del impreso sobre la seda, por el lado posterior del bastidor y se fijan con cinta pegante transparente. Todos los acetatos van al revés, es decir; por el lado contrario al que se verá el impreso, cuando esté hecho. Se debe tener mucho cuidado en este procedimiento, ya que de esto depende que los circuitos impresos queden bien o toque repetir el trabajo, perdiendo material y tiempo. Para hacer los acetatos con el diseño del circuito impreso, máscara de componentes y máscara antisoldante, se debe imprimir en un sitio donde tengan máquina de quemado de planchas fotomecánicas. No sirve hacerlo en impresora láser, ya que si no es una impresora de muy buena calidad, quedan con poros los dibujos.
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Revelado de la emulsión Ahora le damos la vuelta al bastidor, le colocamos una espuma delgada que puede ser jumbolon de 3 milímetros, luego le colocamos un vidrio que cubra la totalidad de la seda y para terminar le colocamos peso encima y así evitar que haya una separación entre los acetatos, la seda, la espuma y el vidrio. Exponemos el conjunto de marco, acetato y vidrio a La luz durante 13 minutos, ni más ni menos. Después de exponer el marco a la luz, inmediatamente cubrimos la seda y la llevamos a una fuente de agua a presión, para enjugarla por ambos lados. Después de unos cuantos segundos se observa como la seda revela el dibujo del circuito impreso, a medida que se cae la emulsión de las zonas donde no entró la luz por el cubrimiento que daba el acetato. El revelado es idéntico, conforme al diseño. Una vez revelada la seda la secamos con el secador de pelo durante 10 minutos y estará lista para imprimir cuantas tarjetas queramos. El secado de la emulsión se distingue porque el brillo disminuye al secar. Cortado de Baquelita Procedemos a cortar la baquelita al tamaño del circuito impreso, teniendo en cuenta de dejar un pequeño borde de unos 5 milímetros que sirve como margen a la hora de imprimir. La baquelita se debe calentar antes de cortar para facilitar el corte y evitar que se parta. En la foto apreciamos una cizalla semi industrial con la que se corta el material. De no tener una de estas, puede usar un formón bien afilado y una regla de metal e ir marcando varias veces, hasta que la baquelita corte. Impresión de las pistas sobre la baquelita Colocamos la baquelita exactamente debajo del dibujo del circuito impreso con las pistas y la ajustamos con cinta adhesiva o colocándole unos para que al imprimir no se corra de sitio. Colocamos el marco encima de la baquelita, dejándolo al menos unos 5 milímetros levantado de la baquelita, puede 16
usar un pequeño trozo de madera. Luego aplicamos la tinta UV o en su defecto pintura de polietileno, por la parte de encima de la seda, haciendo un camino en la parte anterior al dibujo, para luego trazar con la espátula el diseño del circuito impreso sobre la superficie de las tarjetas. Después de hacer todas las impresiones deseadas es necesario limpiar la seda de la tinta acumulada, ya que de lo contrario se taparía la seda, estropeándola. Para esto utilizamos varsol con una estopa y limpiamos la seda. Si se desea eliminar el circuito impreso de la seda y habilitarla para otro diseño, utilice cloro o thinner para remover el circuito plasmado en la seda. Secado de la placa Las tintas apropiadas para hacer la impresión sobre baquelita, son aquellas que no se deshacen o corren al momento de sumergir la tarjeta en el ácido de revelado. En la industria de fabricación de impresos se usan tintas que secan a la exposición de los rayos ultravioletas, por su gran resistencia a los solventes. Se debe dejar la baquelita impresa al menos unos 10 minutos en el horno. Antes de pasar al revelado del cobre. Corrosión de Cobre Una vez seca la tinta se procede a bañar las tarjetas en cloruro férrico. La acción corrosiva del cloruro férrico actúa sobre las superficies que no están cubiertas por tinta, obteniendo así el circuito impreso. Si no tiene la posibilidad de hacer un revelador como este, puede usar una cubeta de plástico y con sus manos agite el cloruro con solo una tarjeta a la vez, hasta que esta haya perdido el cobre sobrante y proceda con la tarjeta siguiente. Cuando ya vemos que todo el cobre sobrante se ha removido de la tarjeta, la retiramos del cloruro férrico y procedemos a eliminar la tinta que protegió las pistas de la corrosión, lavando primero la tarjeta con agua, retirando el cloruro férrico, luego se sumerge en soda cáustica disuelta en agua durante un minuto y se cepilla hasta que se haya caído toda la pintura. Posteriormente se lava nuevamente con agua, hasta retirar la soda cáustica. Seque muy bien las tarjetas.
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Impresión de la máscara antisoldante La máscara antisoldante se aplica sobre las pistas, de la misma manera que el procedimiento usado al aplicar la pintura para la elaboración de las pistas del circuito impreso. Esta pintura es costosa. Protege las pistas de cobre, contra el óxido y posibles cortos circuitos, además de darle al impreso una muy buena presentación. Una manera económica de hacer pintura antisoldante es mezclando Barniz Dieléctrico con unas gotas de tinte verde de origen vegetal. Después de aplicar la pintura, usando el bastidor que previamente hicimos con el acetato correspondiente, se seca, utilizando un horno de rayos ultra violeta (UV). La pintura antisolder es de secado a los rayos UV, por lo que se deben hornear las tarjetas unos 10 minutos. Impresión de la máscara de componentes Para imprimir la máscara de componentes, se coloca cada tarjeta por el lado contrario al de las pistas y con el bastidor que previamente revelamos con el acetato de esta máscara, trazamos con la pintura UV, con tinta de poliuretano o de polietileno de color blanco, todas las tarjetas, teniendo en cuenta que deben coincidir los orificios de las tarjetas con los dibujos de los componentes. La pintura usada industrialmente para hacer la máscara de componentes también es de secado a los rayos UV, por lo que se deben hornear las tarjetas unos 10 minutos. Si su presupuesto es bajo, puede usar pintura de poliuretano, que es muy resistente, aunque no tanto como la pintura UV. Sin embargo puede obtener un resultado aceptable con esta pintura.
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Método directo
Es el método de proceso más económico que existe. Se necesita un pluma de tinta indeleble, la baquelita donde se plasma el diseño y el agente (cloruro férrico) que se encarga de corroer la superficie de cobre no deseada. La manera de producir estas tarjetas se realiza mediante el dibujo manual de las pistas del circuito. Proceso:
Pruebe su diseño que funciona correctamente antes de realizar el circuito impreso. Es importante tener la certeza de que el circuito funciona correctamente antes de proceder a la realización del circuito impreso ya que le evitara muchas molestias y sobre todo una gran pérdida de materiales y tiempo.
El segundo paso es tener todos los componentes que instalara en el circuito impreso. El circuito impreso se realizara en base a los componentes que usted tenga en la mano y no en base a posibles componentes que usted suponga que podrían encontrarse en el mercado.
El tercer paso es transferir en una hoja de papel milimetrado como estarán conectados los componentes (tracks y Pads ) y su ubicación física. La hoja milimetrada le ayudara mucho a establecer los límites.
Cuarto paso: Proceda a cortar la baquelita del tamaño del circuito impreso dibujado en la hoja de papel milimetrado.
Quinto paso: Superponga el papel milimetrado sobre la baquelita y sosténgalo para que no se mueva con cualquier cinta plástica. Proceda a realizar todas las perforaciones necesarias. Estas perforaciones son específicamente en los PADS. El diámetro de las perforaciones dependerá del diámetro de los alambres de los elementos electrónicos.
Sexto paso: Proceda a dibujar los Pads y los Tracks con el marcador indeleble exactamente como fue dibujado en el papel milimetrado. 19
Séptimo paso: Sumerja la baquelita dentro del cloruro férrico el tiempo suficiente hasta que las zonas de cobre no cubiertas por el marcador desaparezcan por completo.
Octavo paso: Podrá limpiar las pistas con un algodón impregnado con con acetona.
Elaboración por logotipo:
La elaboración de circuitos impresos mediante logotipo es muy similar a la que se menciona anteriormente, solo que difiere en la forma de impresión, en el procedimiento anterior se dibuja a mano el diseño de circuito impreso sobre la baquelita con la tinta indeleble. Esta técnica consiste en colocar sobre la baquelita logotipos (calcomanías) que tienen diversa figuras: pistas y terminales de componentes. Tienen la característica de que inhiben sobre la superficie cubierta la acción corrosiva del cloruro férrico, de esta forma se llegan a obtener circuitos impresos con mejor calidad que con la tinta indeleble.
Avances en la fabricación de circuitos Impresos
Fr-4 es un material compuesto formado por un tejido de fibra de vidrio con capas de resina epoxi o poliepóxido (las resinas epoxi son excelentes aislantes eléctricos y se usan en muchos componentes para proteger de cortocircuitos, polvo, humedad, etc.) que son resistentes a las llamas. Uno de los avances más notables en la tecnología FR-4 fue la aparición de las placas “multi-capas” pasando de una cara única de cobre a placas dobles y de hasta 8, 12 e incluso 26 capas de vías conductoras. De todos modos, a pesar una mayor integración y reducción de los tamaños de los circuitos integrados, la cantidad de capas utilizadas en un PCB tenían un límite “de uso” por la aplicación. Por ejemplo, una placa PCI de ordenador sólo podría tener 6 u 8 capas en comparación a otras aplicaciones donde pueden encontrarse mayores cantidades. Además de otorgar una mayor rigidez mecánica, la cantidad de capas ha permitido distribuir de otras formas las vías de alimentación y distribución de energía dentro de un PCB y la densidad de vías de datos se ha elevado en formas poco imaginadas durante los inicios de estas tecnologías, con líneas tan finas que apenas pueden distinguirse. Otro avance, no menor, ha tenido lugar en el mecanizado de 20
perforación láser que permite obtener agujeros de 0,1 milímetros de diámetro reduciendo de este modo el diámetro de la necesaria isla de cobre para formar el conocido puente que conecta las diferentes capas entre sí. Corte con laser.
La fabricación supera a los sistemas mecánicos en precisión. El resultado son geometrías exactas en los sustratos más distintos, como, por ejemplo, FR4 revestido de cobre, láminas PET revestidas de aluminio o también cerámica y sustratos HF. El procedimiento de la estructuración laser esta predestinada para la fabricación de aplicaciones HF y de microondas. En lo referente a la precisión, a exactitud de reproducción y a la concordancia con los resultados de la simulación están mejor cortadas las placas de circuito impreso estructuradas por láser en comparación con las placas de circuito impreso fabricadas por el procedimiento de corrosión.
Corte de pistas con laser.
Placa cortada con laser
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Fresado de circuitos impresos.
El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para quitar el cobre del sustrato, recibiendo comandos desde un programa que controla el cabezal de la fresa sobre los ejes X, Y y Z. Los datos para controlar la máquina son generados por el programa de diseño, y son almacenados en un archivo en formato HPGL o Gerber, este proceso agiliza mucho el proceso de fabricación de los pcb.
Fabricación de circuito con fresadora.
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Bibliografía.
Método directo de un circuito impreso. García A. Rocío, Lugo L. Francisco, Salas S. Luis. Online. Extraído el 26 de Abril de 2013 desde: http://es.scribd.com/doc/13861623/CircuitosImpInt
Fabricación de circuitos impresos. Online. Extraído el 20 de Abril de 2013 desde: http://www.angelfire.com/electronic2/dibujo/pages/impresos.html
Diseño de circuitos impresos. Online. Extraído el 28 de Abril de 2013 desde: http://usuaris.tinet.cat/sje/pcb/disenyo.htm
Circuitos impresos. Flores Navarrete Karen. Online. Extraído el 28 de Abril de 2013 desde: http://es.scribd.com/doc/65746597/circuitos-impresos
Circuitos Eléctricos: Análisis, Diseño y Simulación. R. Malik, Norbert. 1996. Mexico. Ed. Pearson Education.
Circuitos
impresos.
Online.
Extraído
el
26
de
Abril
de
2013
desde:
ftp://ftp.ehu.es/cidira/dptos/depjt/Tecnologia/BK-ANGEL/04_Circuitos%20Impresos/Circuitos_impresos.PDF
Construcción casera de circuitos impresos (Video). Online. Visto el 27 de Abril de 2013 desde:
http://www.youtube.com/watch?v=SAAEHc_uNAk
Fabricación de circuitos impresos con el método de serigrafía (Video). Online. Visto el 27 de Abril de 2013 desde: https://www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen&v=Z12uLZzvoRE
Tutorial: Making a PCB with the photo-positive-method (Video). Online. Visto el 24 de Abril de 2013 desde: http://www.youtube.com/watch?v=YJB5PWx9fdA 23
Anexos
CIRCUITOS IMPRESOS (Práctica) Una de las técnicas más eficaces para montar y miniaturizar circuitos electrónicos es la realizada mediante circuitos impresos. Un circuito impreso consta de una placa, en una de cuyas caras llamada “cara de componentes” van colocados los componentes electrónicos, ubicándose sus patillas en agujeros pasantes. La otra cara lleva unas pistas conductoras de cobre, que unen las patillas de los componentes según el esquema eléctrico. Se le denomina “cara de pistas”. Éste última contiene los puntos donde se soldan las terminales y patillas de los componentes. La placa es un suporte aislante de baquelita o de fibra de vidrio con resina epoxídica. La placa está revestida con una fina capa de cobre de 35 a 74 micras depositadas mediante un proceso electrolítico. MATERIAL
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Una placa fenólica de baquelita o fibra de vidrio. Marcador permanente. Cloruro férrico. Un recipiente de plástico. Guantes de hule. Una lija. Agua.
REALIZACIÓN PRÁCTICA POR EL MÉTODO DIRECTO. 1. 2. 3. 4.
Eliminar la suciedad existente en el cobre. Con el plumón permanente (capa protectora), trazar una serie de pistas. Realizar con mucha precaución el ataque químico con el cloruro férrico. Lavar el circuito con abundante agua y limpiar las pistas.
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