Circuito Impreso k5w60

Circuito impreso

Parte de una tarjeta madre de computador de1983 Sinclair ZX Spectrum. Se ven las líneas conductoras, los caminos y algunos componentes montados. En electrónica, un circuito impreso, tarjeta de circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board), es una superficie constituida porcaminos o pistas de material conductor laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente - a través de los caminos conductores, y sostener mecánicamente - por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos. Los caminos son generalmente de cobre mientras que la base se fabrica de resinas de fibra de vidrio reforzada (la más conocida es la FR4), cerámica, plástico, teflón o polímeros como la baquelita. La producción de los PCB y el montaje de los componentes pueden ser automatizada.1 Esto permite que en ambientes de producción en masa, sean más económicos y confiables que otras alternativas de montaje- por ejemplo el punto a punto. En otros contextos, como la construcción de prototipos basada en ensamble manual, la escasa capacidad de modificación una vez construidos y el esfuerzo que implica la soldadura de los componentes2 hace que los PCB no sean una alternativa óptima. La Organización IPC (Institute for Printed Circuits), ha generado un conjunto de estándares que regulan el diseño, ensamblado y control de calidad de los circuitos impresos, siendo la familia IPC-2220 una de las de mayor reconocimiento en la industria. Otras organizaciones tales como American National Standards Institute (ANSI), International Engineering Consortium (IEC), Electronic Industries Alliance (EIA), t Electron Device Engineering Council (JEDEC) también contribuyen con estándares relacionados.

Historia

El inventor del circuito impreso fue probablemente el ingeniero austriaco Paul Eisler (1907-1995) quien, mientras trabajaba en Inglaterra, fabricó uno alrededor de 1936, como parte de una radio] Alrededor de 1943, los Estados Unidos comenzaron a usar esta tecnología en gran escala para fabricar radios que fuesen robustas, para ser usadas en la

Segunda Guerra Mundial. Después de la guerra, en 1948, EE.UU. liberó la invención para el uso comercial. Los circuitos impresos no se volvieron populares en la electrónica de consumo hasta mediados de 1950, cuando el proceso de Auto-Ensamblaje fue desarrollado por la Armada de los Estados Unidos. Antes que los circuitos impresos (y por un tiempo después de su invención), la conexión punto a punto era la más usada. Para prototipos, o producción de pequeñas cantidades, el método 'wire wrap' puede considerarse más eficiente. Originalmente, cada componente electrónico tenía pines de cobre o latón de varios milímetros de longitud, y el circuito impreso tenía orificios taladrados para cada pin del componente. Los pines de los componentes atravesaban los orificios y eran soldados a las pistas del circuito impreso. Este método de ensamblaje es llamado through-hole (“a través del orificio", por su nombre en inglés). En 1949, Moe Abramson y Stanilus F. Danko, de la United States Army Signal Corps desarrollaron el proceso de autoensamblaje, en donde las pines de los componentes eran insertadas en una lámina de cobre con el patrón de interconexión, y luego eran soldadas. Con el desarrollo de la laminación de tarjetas y técnicas de grabados, este concepto evolucionó en el proceso estándar de fabricación de circuitos impresos usado en la actualidad. La soldadura se puede hacer automáticamente pasando la tarjeta sobre un flujo de soldadura derretida, en una máquina de soldadura por ola. El costo asociado con la perforación de los orificios y el largo adicional de las pines se elimina al utilizar dispositivo de montaje superficial. Vea Tecnología de montaje superficial más abajo.

Composición física

La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por entre una a dieciséis capas conductoras, separadas y soportadas por capas de material aislante (sustrato) laminadas (pegadas) entre sí. Las capas pueden conectarse a través de orificios, llamados vías. Los orificios pueden ser electorecubiertos, o se pueden utilizar pequeños remaches. Los circuitos impresos de alta densidad pueden tener vías ciegas, que son visibles en sólo un lado de la tarjeta, o vías enterradas, que no son visibles en el exterior de la tarjeta.

Sustratos Los sustratos de los circuitos impresos utilizados en la electrónica de consumo de bajo costo, se hacen de papel impregnado de resina fenólica, a menudo llamados por su nombre comercial Pértinax. Usan designaciones como XXXP, XXXPC y FR-2. El material es de bajo costo, fácil de mecanizar y causa menos desgaste de las herramientas que los sustratos de fibra de vidrio reforzados. Las letras "FR" en la designación del material indican "retardarte de llama" (Flame Retardant en inglés). Los sustratos para los circuitos impresos utilizados en la electrónica industrial y de consumo de alto costo, están hechos típicamente de un material designado FR-4. Éstos

consisten en un material de fibra de vidrio, impregnados con una resina epóxica resistente a las llamas. Pueden ser mecanizados, pero debido al contenido de vidrio abrasivo, requiere de herramientas hechas de carburo de tungsteno en la producción de altos volúmenes. Debido al reforzamiento de la fibra de vidrio, exhibe una resistencia a la flexión alrededor de 5 veces más alta que el Pertinax, aunque a un costo más alto. Los sustratos para los circuitos impresos de circuitos de radio en frecuencia de alta potencia usan plásticos con una constante dieléctrica (permitividad) baja, tales como Rogers® 4000, Rogers® Duroid, DuPont Teflón (tipos GT y GX), poliamida, poliestireno y poliestireno entrecruzado. Típicamente tienen propiedades mecánicas más pobres, pero se considera que es un compromiso de ingeniería aceptable, en vista de su desempeño eléctrico superior. Los circuitos impresos utilizados en el vacío o en gravedad cero, como en una nave espacial, al ser incapaces de contar con el enfriamiento por convección, a menudo tienen un núcleo grueso de cobre o aluminio para disipar el calor de los componentes electrónicos. No todas las tarjetas usan materiales rígidos. Algunas son diseñadas para ser muy o ligeramente flexibles, usando DuPont's Kapton film de poliamida y otros. Esta clase de tarjetas, a veces llamadas circuitos flexibles, o circuitos rígido-flexibles, respectivamente, son difíciles de crear, pero tienen muchas aplicaciones. A veces son flexibles para ahorrar espacio (los circuitos impresos dentro de las cámaras y audífonos son casi siempre circuitos flexibles, de tal forma que puedan doblarse en el espacio disponible limitado. En ocasiones, la parte flexible del circuito impreso se utiliza como cable o conexión móvil hacia otra tarjeta o dispositivo. Un ejemplo de esta última aplicación es el cable que conecta el cabezal en una impresora de inyección de tinta.

Características básicas del sustrato Mecánicas 1. Suficientemente rígidos para mantener los componentes. 2. Fácil de taladrar. 3. Sin problemas de laminado.

Químicas 1. Metalizado de los taladros. 2. Retardante de las llamas. 3. No absorbe demasiada humedad.

Térmicas 1. Disipa bien el calor. 2. Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa.

3. Capaz de soportar el calor en la soldadura. 4. Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura.

Eléctricas 1. Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas. 2. Punto de ruptura dieléctrica alto.

Diseño

Usualmente un ingeniero eléctrico o electrónico diseña el circuito y un especialista diseña el circuito impreso. El diseñador debe obedecer numerosas normas para diseñar un circuito impreso que funcione correctamente y que al mismo tiempo sea barato de fabricar.

Diseño electrónico automatizado Los diseñadores de circuitos impresos a menudo utilizan programas de diseño electrónico automatizado (EDA por sus siglas en inglés), para distribuir e interconectar los componentes. Estos programas almacenan información relacionada con el diseño, facilita la edición, y puede también automatizar tareas repetitivas. La primera etapa es convertir el esquema en una lista de nodos (o net list en inglés). lista de nodos es una lista de los pines (o patillas) y nodos del circuito, a los que conectan los pines de los componentes. Usualmente el programa de captura esquemáticos, utilizado por el diseñador del circuito, es responsable de la generación la lista de nodos, y esta lista es posteriormente importada en el programa de ruteo.

La se de de

El siguiente paso es determinar la posición de cada componente. La forma sencilla de hacer esto es especificar una rejilla de filas y columnas, donde los dispositivos deberían ir. Luego, el programa asigna el pin 1 de cada dispositivo en la lista de componentes, a una posición en la rejilla. Típicamente, el operador puede asistir a la rutina de posicionamiento automático al especificar ciertas zonas de la tarjeta, donde deben ir determinados grupos de componentes. Por ejemplo, a las partes asociadas con el subcircuito de la fuente de alimentación se les podría asignar una zona cercana a la entrada al conector de alimentación. En otros casos, los componentes pueden ser posicionados manualmente, ya sea para optimizar el desempeño del circuito, o para poner componentes tales como perillas, interruptores y conectores, según lo requiere el diseño mecánico del sistema. El computador luego expande la lista de componentes en una lista completa de todos los pines para la tarjeta, utilizando plantillas de una biblioteca de footprints asociados a cada tipo de componentes. Cada footprint es un mapa de los pines de un dispositivo,

usualmente con la distribución de los pad y perforaciones recomendadas. La biblioteca permite que los footprint sean dibujados sólo una vez, y luego compartidos por todos los dispositivos de ese tipo. En algunos sistemas, los pads de alta corriente son identificados en la biblioteca de dispositivos, y los nodos asociados son etiquetados para llamar la atención del diseñador del circuito impreso. Las corrientes elevadas requieren de pistas más anchas, y el diseñador usualmente determina este ancho. Luego el programa combina la lista de nodos (ordenada por el nombre de los pines) con la lista de pines (ordenada por el nombre de cada uno de los pines), transfiriendo las coordenas físicas de la lista de pines a la lista de nodos. La lista de nodos es luego reordenada, por el nombre del nodo. Algunos sistemas pueden optimizar el diseño al intercambiar la posición de las partes y compuertas lógicas para reducir el largo de las pistas de cobre. Algunos sistemas también detectan automáticamente los pines de alimentación de los dispositivos, y generan pistas o vías al plano de alimentación o conductor más cercano. Luego el programa trata de rutear cada nodo en la lista de señales-pines, encontrando secuencias de conexión en las capas disponibles. A menudo algunas capas son asignadas a la alimentación y a la tierra, y se conocen como plano de alimentación y tierra respectivamente. Estos planos ayudan a blindar los circuitos del ruido. El problema de ruteo es equivalente al problema del vendedor viajero, y es por lo tanto NP-completo, y no se presta para una solución perfecta. Un algoritmo práctico de ruteo es elegir el pin más lejano del centro de la tarjeta, y luego usar un algoritmo codicioso para seleccionar el siguiente pin más cercano con la señal del mismo nombre. Después del ruteo automático, usualmente hay una lista de nodos que deben ser ruteados manualmente. Una vez ruteado, el sistema puede tener un conjunto de estrategias para reducir el costo de producción del circuito impreso. Por ejemplo, una rutina podría suprimir las vías innecesarias (cada vía es una perforación, que cuesta dinero). Otras podrían redondear los bordes de las pistas, y ensanchar o mover las pistas para mantener el espacio entre éstas dentro de un margen seguro. Otra estrategia podría ser ajustar grandes áreas de cobre de tal forma que ellas formen nodos, o juntar áreas vacías en áreas de cobre. Esto permite reducir la contaminación de los productos químicos utilizados durante el grabado y acelerar la velocidad de producción. Algunos sistemas tienen comprobación de reglas de diseño para validar la conectividad eléctrica y separación entre las distintas partes, compatibilidad electromagnética, reglas para la manufactura, ensamblaje y prueba de las tarjetas, flujo de calor y otro tipo de errores. La serigrafía, máscara antisoldante y plantilla para la pasta de soldar, a menudo se diseñan como capas auxiliares.

Manufactura Patrones La gran mayoría de las tarjetas para circuitos impresos se hacen adhiriendo una capa de cobre sobre todo el sustrato, a veces en ambos lados (creando un circuito impreso virgen), y luego retirando el cobre no deseado después de aplicar una máscara temporal (por ejemplo, grabándola con percloruro férrico), dejando sólo las pistas de cobre deseado. Algunos pocos circuitos impresos son fabricados al agregar las pistas al sustrato, a través de un proceso complejo de electrorecubrimiento múltiple. Algunos circuitos impresos tienen capas con pistas en el interior de éste, y son llamados circuitos impresos multicapas. Éstos son formados al aglomerar tarjetas delgadas que son procesadas en forma separada. Después de que la tarjeta ha sido fabricada, los componentes electrónicos se sueldan a la tarjeta.

A la izquierda la imagen de la PCB diseñada por ordenador y a la derecha la PCB manufacturada y montada.

Métodos típicos para la producción de circuitos impresos 1. La impresión serigráfica utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la capa de cobre. Los grabados posteriores retiran el cobre no deseado. Alternativamente, la tinta puede ser conductiva, y se imprime en una tarjeta virgen no conductiva. Esta última técnica también se utiliza en la fabricación de circuitos híbridos. 2. El fotograbado utiliza una fotomecánica y grabado químico para eliminar la capa de cobre del sustrato. La fotomecánica usualmente se prepara con un fotoplotter, a partir de los datos producidos por un programa para el diseño de circuitos impresos. Algunas veces se utilizan transparencias impresas en una impresora Láser como fotoherramientas de baja resolución. 3. El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para quitar el cobre del sustrato. Una fresa para circuitos impresos funciona en forma similar a un plotter, recibiendo comandos desde un programa que controla el cabezal de la fresa 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. 4. La impresión en material termosensible para transferir a través de calor a la placa de cobre. En algunos sitios comentan de uso de papel glossy (fotográfico), y en otros de uso de papel con cera como los papeles en los que vienen los autoadhesivos. Tanto el recubrimiento con tinta, como el fotograbado requieren de un proceso de atacado químico, en el cual el cobre excedente es eliminado, quedando únicamente el patrón deseado.

Atacado El atacado de la placa virgen se puede realizar de diferentes maneras. La mayoría de los procesos utilizan ácidos o corrosivos para eliminar el cobre excedente. Existen métodos de galvanoplastia que funcionan de manera rápida, pero con el inconveniente de que es necesario atacar al ácido la placa después del galvanizado, ya que no se elimina todo el cobre. Los químicos más utilizados son el cloruro férrico, el sulfuro de amonio, el ácido clorhídrico mezclado con agua y peróxido de hidrógeno. Existen formulaciones de ataque de tipo alcalino y de tipo ácido. Según el tipo de circuito a fabricar, se considera más conveniente un tipo de formulación u otro. Para la fabricación industrial de circuitos impresos es conveniente utilizar máquinas con transporte de rodillos y cámaras de aspersión de los líquidos de ataque, que cuentan con control de temperatura, de control de presión y de velocidad de transporte. También es necesario que cuenten con extracción y lavado de gases.

Perforado Las perforaciones, o vías, del circuito impreso se taladran con pequeñas brocas hechas de carburo tungsteno. El perforado es realizado por maquinaria automatizada, controlada por una cinta de perforaciones o archivo de perforaciones. Estos archivos generados por computador son también llamados taladros controlados por computador (NCD por sus siglas en inglés) o archivos Excellon. El archivo de perforaciones describe la posición y tamaño de cada perforación taladrada. Cuando se requieren vías muy pequeñas, taladrar con brocas es costoso, debido a la alta tasa de uso y fragilidad de éstas. En estos casos, las vías pueden ser evaporadas por un láser. Las vías perforadas de esta forma usualmente tienen una terminación de menor calidad al interior del orificio. Estas perforaciones se llaman micro vías.

También es posible, a través de taladrado con control de profundidad, perforado láser, o pre-taladrando las láminas individuales antes de la laminación, producir perforaciones que conectan sólo algunas de las capas de cobre, en vez de atravesar la tarjeta completa. Estas perforaciones se llaman vías ciegas cuando conectan una capa interna con una de las capas exteriores, o vías enterradas cuando conectan dos capas internas. Las paredes de los orificios, para tarjetas con dos o más capas, son metalizadas con cobre para formar, orificios metalizados, que conectan eléctricamente las capas conductoras del circuito impreso.

Estañado y máscara antisoldante Los pads y superficies en las cuales se montarán los componentes, usualmente se metalizan, ya que el cobre al desnudo no es soldable fácilmente. Tradicionalmente, todo el cobre expuesto era metalizado con soldadura. Esta soldadura solía ser una aleación de plomo-estaño, sin embargo, se están utilizando nuevos compuestos para cumplir con la directiva RoHS de la UE, la cual restringe el uso de plomo. Los conectores de borde, que se hacen en los lados de las tarjetas, a menudo se metalizan con oro. El metalizado con oro a veces se hace en la tarjeta completa. Las áreas que no deben ser soldadas pueden ser recubiertas con un polímero resistente a la soldadura, el cual evita cortocircuitos entre los pines adyacentes de un componente.

Serigrafía Los dibujos y texto se pueden imprimir en las superficies exteriores de un circuito impreso a través de la serigrafía. Cuando el espacio lo permite, el texto de la serigrafía puede indicar los nombres de los componentes, la configuración de los interruptores, puntos de prueba, y otras características útiles en el ensamblaje, prueba y servicio de la tarjeta. También puede imprimirse a través de tecnología de impresión digital por chorro de tinta (inkjet/Printar) y volcar información variable sobre el circuito (serialización, códigos de barra, información de trazabilidad).

Montaje En las tarjetas through hole (a través del orificio), los pines de los componentes se insertan en los orificios, y son fijadas eléctrica y mecánicamente a la tarjeta con soldadura. Con la tecnología de montaje superficial, los componentes se sueldan a los pads en las capas exteriores de las tarjetas. A menudo esta tecnología se combina con

componentes through hole, debido a que algunos componentes están disponibles sólo en un formato.

Pruebas y verificación Las tarjetas sin componentes pueden ser sometidas a pruebas al desnudo, donde se verifica cada conexión definida en el netlist en la tarjeta finalizada. Para facilitar las pruebas en producciones de volúmenes grandes, se usa una Cama de pinchos para hacer o con las áreas de cobre u orificios en uno o ambos lados de la tarjeta. Un computador le indica a la unidad de pruebas eléctricas, que envíe una pequeña corriente eléctrica a través de cada o de la cama de pinchos, y que verifique que esta corriente se reciba en el otro extremo del o. Para volúmenes medianos o pequeños, se utilizan unidades de prueba con un cabezal volante que hace o con las pistas de cobre y los orificios para verificar la conectividad de la placa verificada.

Protección y paquete Los circuitos impresos que se utilizan en ambientes extremos, usualmente tienen un recubrimiento, el cual se aplica sumergiendo la tarjeta o a través de un aerosol, después de que los componentes han sido soldados. El recubrimiento previene la corrosión y las corrientes de fuga o cortocircuitos producto de la condensación. Los primeros recubrimientos utilizados eran ceras. Los recubrimientos modernos están constituidos por soluciones de goma silicosa, poliuretano, acrílico o resina epóxica. Algunos son plásticos aplicados en una cámara al vacío.

Tecnología de montaje superficial La tecnología de montaje superficial fue desarrollada en la década de 1960, ganó impulso en Japón en la década de 1980, y se hizo popular en todo el mundo a mediados de la década de 1990. Los componentes fueron mecánicamente rediseñados para tener pequeñas pestañas metálicas que podían ser soldadas directamente a la superficie de los circuitos impresos. Los componentes se hicieron mucho más pequeños, y el uso de componentes en ambos lados de las tarjetas se hizo mucho más común, permitiendo una densidad de componentes mucho mayor. El montaje superficial o de superficie se presta para un alto grado de automatización, reduciendo el costo en mano de obra y aumentando las tasas de producción. Estos

dispositivos pueden reducir su tamaño entre una cuarta a una décima parte, y su costo entre la mitad y la cuarta parte, comparado con componentes through hole

Listado de maquinas industriales que intervienen en la fabricación de PCB

1. Perforadoras de control numérico con cambio automático de mechas 2. Perforadora de control numérico 6 de 4 cabezales 3. Laminadora 4. Iluminadora de 2 x 1000W de una bandeja doble faz 5. Iluminadora 60/75 de 2 x 5000W de doble bandeja doble faz 6. Reveladora de fotopolímeros de 4 cámaras 7. Desplacadora de fotopolímeros de 4 cámaras 8. Grabadora amoniacal de 2 cámaras + doble enjuague 9. Grabadora amoniacal 10.Impresoras serigráficas semiautomáticas 11.Impresora 12.Pulidoras simple 13.Pulidora 14.Fotoploter de película continua de triple rayo láser 15.Reveladora continua de películas fotográficas 16.Router de control numérico de 1 cabezal de capacidad de 600 x 600 mm 17.Perforadora / apinadora de doble cabezal 18.Compresores de pistón seco de 10 HP 19.Compresor de tornillo de 30 HP 20.Guillotina 21.Hornos de secado 22.Afiladora de mechas de vidia de 6 piedras 23.Máquina de V-scoring 24.Reveladora con 2 cámaras de enjuague 25.Máquina Bonding de cuatro cabezales

¿Cómo fabricar circuitos impresos? (método del planchado de acetato).

En este tutorial aprenderemos a hacer nuestras placas de circuito impreso o PCBs con un método conocido como planchado de acetato, el cual básicamente consiste en la transferencia térmica del tóner de un acetato impreso a una placa de cobre, requiere de unos cuantos materiales para su realización y nos entregará resultados rápidos y de mediana calidad. - Este método podría fallar si nuestra plancha no es capaz de suministrar una elevada cantidad de calor. - Para la impresión en hoja de acetato tenemos que utilizar una impresora láser o una fotocopiadora. - Una buena impresión (mayor cantidad de tóner) hará más fácil el proceso de transferencia térmica. Lista de materiales: 1.- El diseño impreso del circuito (creado con algún programa como: Isis Ares, PCB Wizard, Eagle, etc.). 2.- Plancha para ropa. 3.- Una impresora láser o una fotocopiadora.

4.- Acetatos. 5.- Marcador de tinta permanente. 6.- Placa para circuito impreso. 7.- Cloruro férrico en solución. 8.- Fibra verde para lavar trastes. 9.- Jabón en polvo. 10.- Traste de plástico. 11.- Masking tape (cinta adhesiva).

Preparativos. Sería conveniente que examináramos por última vez el diseño del circuito impreso, para descartar cualquier error que, nos pudiera provocar una posterior pérdida de dinero y tiempo. Cuando confirmemos que el circuito ha sido correctamente diseñado, entonces lo imprimiremos en la hoja de acetato, utilizando una impresora láser o una fotocopiadora. Si el tamaño del diseño nos lo permite, debemos reproducirlo varias veces en la misma hoja, como lo vemos a continuación:

En cuanto a la placa, es muy importante que la limpiemos antes de la etapa del planchado, para eliminar los residuos que pudieran interferir con la transferencia térmica del tóner. Para esto, tallaremos de manera uniforme la superficie de cobre con la fibra verde, agregando un poco de detergente en polvo y agua. Al terminar, simplemente enjuagamos y secamos. Posteriormente, fijaremos el acetato (debidamente recortado y con el lado impreso hacía el cobre) sobre la superficie de la placa con pequeños cortes de cinta adhesiva dispuestas en las cuatro esquinas de la misma, con la finalidad de evitar su movimiento a la hora del planchado. Si la cinta adhesiva llegará a tocar la cara de cobre, debemos recordar limpiarla antes de la etapa del rebajado, ya que su adhesivo actuará como protección adicional del cobre.

El planchado (transferencia de tóner). El planchado del acetato es quizá, la etapa más frustrante del proceso de elaboración de PCBs, ya que en muchas ocasiones el tóner del acetato no se transferirá adecuadamente a la placa. Esto puede deberse a varios factores, aunque el más importante y el que finalmente determinará una buena transferencia de tóner será el calor que nuestra plancha pueda brindarnos (aunque demasiado calor podría deformar el acetato). Qué mejor ejemplo que una experiencia personal: “Hace poco tiempo, utilizando una plancha marca Black&Decker de 1232 Watts, tuve varios problemas para transferir el tóner a la placa, ya que, solo se traspasaba si la impresión tenía una muy buena cantidad de tóner o cuando planchaba el acetato por mucho tiempo (y en contadas ocasiones)”. Lo más importante de esta etapa será experimentar las veces necesarias (para eso imprimimos varias veces el diseño del PCB en una sola hoja de acetato), es decir, si planchamos la placa por unos 7 minutos y no vemos resultados, entonces sería conveniente aumentar la temperatura de la plancha o el tiempo del planchado. Podremos realizar este proceso cuantas veces queramos, ya que como explicaremos más adelante, será fácil retirar el tóner ya traspasado sobre la placa. Bueno, continuemos. Para transferir el tóner de la hoja de acetato a la cara de cobre de la placa, debemos poner una hoja delgada entre el acetato y la plancha (precalentada) y comenzaremos a planchar como si de ropa se tratara, aunque presionando más firmemente. Esto lo haremos por unos siete minutos, luego simplemente lo metemos en un recipiente con agua e inmediatamente retiramos el acetato

Al retirar el acetato veremos como el tóner se habrá traspasado parcial o totalmente a la cara de cobre de la placa. Si el resultado es muy malo, es decir, si muchas partes del diseño, especialmente las pistas y pads, no se han traspasado al cobre, podremos retirar fácilmente la tinta tallando nuevamente sobre su superficie (con la fibra verde, jabón y agua), para posteriormente realizar el mismo procedimiento pero ahora modificando el tiempo de planchado o aumentando un poco la temperatura. Ahora, si el tóner se ha traspasado casi en su totalidad, entonces ocuparemos el marcador permanente para rellenar los huecos, como lo vemos en la siguiente imagen

Placa antes y después de corregirlo con el marcador de tinta permanente.

El rebajado del cobre. Es tiempo de rebajar el cobre, mezclaremos cloruro férrico en solución y agua dentro de un contenedor plástico (advertencia: si la solución de cloruro férrico manchara tu ropa, ésta difícilmente se quitará). Las instrucciones especifican que por cada dos partes de cloruro férrico se debe agregar una de agua, aunque por experiencia personal debo decir, que se debe agregar una menor cantidad de agua (al terminar de usar la mezcla, no olvides guardarla en otro envase, ya que posteriormente podrá reutilizarse).

Lista nuestra mezcla, ahora meteremos la placa por unos 10-15 minutos, moviendo constantemente el contenedor en una dirección y luego en otra, checamos si el cobre esta disminuyendo (pasará de un color cobrizo a uno rosado para finalizar en blanco). Si el cobre se ha disuelto sacamos la placa, pero si aún no vemos un avance significativo, entonces tendremos que agregar más cloruro férrico (debemos utilizar una bolsa o un guante de plástico para agarrar la placa dentro de la solución).

Cuando veamos que el cobre se ha disuelto totalmente entonces sacamos la placa, la enjuagamos y nuevamente la tallamos con la fibra para retirar el tóner y la tinta depositada arriba del cobre. Y eso amigo, será todo.

El resultado Este será el resultado:

Nuestra placa de circuito impreso, lista para agujerearse. Esperamos que con este tutorial hayan aprendido a hacer sus placas de circuito impreso caseras. Si tienes alguna duda, por favor, publícala en nuestro foro. Elaboración de circuitos impresos Un circuito impreso es una placa de material aislante (plástico, baquelita, vidrio, etc.), provista de unas pistas o caminos de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes que constituyen el circuito en cuestión. Generalmente, antes de pasar a diseñar el circuito impreso de un determinado esquema electrónico, se ha de comprobar el funcionamiento del mismo en una placa de inserción. Para la elaboración de un circuito impreso se han de seguir los siguientes pasos: Diseño (dibujo) en el papel milimetrado o pulgametrado En primer lugar, se procede a realizar el diseño en el papel milimetrado del circuito en cuestión, teniendo en cuenta el tamaño de los componentes, su distribución, distancia entre patillas y disposición de las mismas, sobre todo cuando se trata de elementos con 3 o mas terminales, tales como transistores o circuitos integrados. Es aconsejable realizar un dibujo de la vista de componentes, tal y como quedarán distribuidos en la placa.

Seguidamente se calcará este diseño original sobre papel vegetal, utilizando para ello un rotulador permanente y procurando que todas las conexiones sean correctas. Este diseño del circuito impreso se puede realizar también por medios informáticos, utilizando para ello herramientas desarrolladas para ello. Preparación de la placa Realizado el diseño, se procede a la preparación de la placa virgen, incluyendo las siguientes operaciones: 

Cortado de la placa, adecuando su tamaño al diseño realizado, utilizando para ello la herramienta adecuada.



Limpieza de la superficie de cobre. A estos procedimientos habría que añadir otros, si se fuesen a emplear métodos de fotograbado, para la realización del circuito impreso, o bien adquirir la placa ya fotosensibilizada. Dibujo de las pistas sobre la placa A continuación se precede a realizar, en la cara de cobre de la placa virgen, el dibujo o impresión de las pistas del circuito. Para ello se pueden emplear 3 procedimientos: Utilizando rotuladores especiales Colocando el papel vegetal sobre la placa y prestando atención a la posición en la que se emplaza, mediante un granete, se marcan levemente los puntos donde irán colocados los terminales de los componentes. Una vez realizada esta operación, se retira el papel vegetal y se dibujan las pistas y los puntos de los terminales, procurando que en ambos no queden poros en la tinta depositada. Se han de emplear rotuladores permanentes preferentemente de color negro. Se trata del método más sencillo. Utilizando tiras adhesivas Consiste, como en el caso anterior, en marcar los puntos de conexión, pero en lugar de utilizar rotuladores se pegan las adecuadas tiras adhesivas así como las “arandelas” de conexión, procurando que ninguna pista quede abierta. Utilizando métodos de fotograbado Se coloca el papel vegetal en la correcta posición sobre la placa virgen una vez fotosensibilizada y, posteriormente, en función de dicha fotosensibilización se introduce unos minutos en la insoladota. Dicho aparato emite luz ultravioleta que altera el barniz fotosensible que recubre la placa de forma que, al sumergir la placa en un baño líquido revelador, el barniz endurecido por la luz realice la función que el rotulador y las tiras adhesivas. Grabado (atacado) de la placa El objeto de este procedimiento es el de eliminar el cobre no necesario de la placa, de forma que solamente permanezca en los lugares donde ha de existir conexión eléctrica entre los distintos componentes. Se puede realizar en un recipiente o bandeja de plástico donde se pondrá una parte de ácido clorhídrico, dos de agua oxigenada y tres de agua del

grifo. También se puede utilizar cloruro férrico disuelto en agua. Una vez que la placa se ha introducido en la disolución, al cabo de unos pocos minutos ésta absorberá parte del cobre de la misma, excepto de las pistas. También es posible utilizar máquinas que automatizan todo el procedimiento. Se ha de prestar especial cuidado en la manipulación de estos compuestos químicos, pues pueden ocasionar quemaduras graves en la piel. Limpieza y taladrado de la placa Al acabar el proceso anterior se limpiará la placa con agua y se secará. También se puede lijar suavemente para eliminar restos de rotulador, tiras adhesivas o barniz. A continuación se procederá a taladrar, con una broca del diámetro adecuado, en los lugares donde vayan a ir insertados los componentes. Inserción de componentes y soldadura Una vez realizados los taladros, se pasa a insertar los componentes y regletas de conexión en los lugares adecuados para posteriormente soldarlos a la placa. Para ello se utiliza como ayuda la vista de componentes realizada previamente.

Fotolitografía La fotolitografía es un proceso empleado en la fabricación de dispositivos semiconductores o circuitos integrados. El proceso consiste en transferir un patrón desde una fotomáscara (denominada retícula) a la superficie de una oblea. El silicio, en forma cristalina, se procesa en la industria en forma de obleas. Las obleas se emplean como sustrato litográfico, no obstante existen otras opciones como el vidrio, zafiro, e incluso metales. La fotolitografía (también denominada "microlitografía" o "nanolitografía") trabaja de manera análoga a la litografía empleada tradicionalmente en los trabajos de impresión y comparte algunos principios fundamentales con los procesos fotográficos.

Procesos de la fotolitografía Un ciclo típico de procedimientos en la fotolitografia podría constar de los siguientes procesos:  

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Preparación del sustrato. Se empieza depositando una capa de metal conductivo de varios nanómetros de grosor sobre el sustrato. Aplicación de las resinas fotoresistentes. Se aplica sobre la capa metálica otra capa de resina fotosensible. Suele ser una sustancia que cambia sus características químicas con la exposición a la luz (generalmente radiación ultravioleta. Introducción en el horno (calentamiento ligero). En esta etapa se fijan las resinas sobre el sustrato de silicio. Exposición a la luz. Se usa una placa (denominada fotomáscara) con áreas opacas y transparentes con el patrón a imprimir. La fotomáscara se coloca interponiéndose entre la placa preparada y la fuente luminosa, de este modo, se exponen a la luz, sólo unas partes de la fotorresina, mientras que otras quedan ocultas en la oscuridad.

La luz que se utiliza tiene una longitud de onda en la zona ultravioleta (UV) del espectro. Cuanto más corta la longitud de onda, mayor la resolución que se puede alcanzar, por lo que siempre se han ido buscadas fuentes de luz (lámparas o láseres) con menor longitud de onda. Inicialmente se utilizaron lámparas de mercurio (Hg), y posteriormente empezaron a utilizarse láseres de excímero, con longitudes de onda más aún más cortas. Actualmente se utilizan principalmente los láseres de KrF, con la longitud de onda de 248nm y ArF, con una longitud de onda de 193nm, que es lo que se conoce como Ultravioleta profundo (Deep UV o DUV en inglés) 

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Revelado. En esta fase, la fotoresistencia está preparada para reaccionar de forma diferente a un ataque químico, dejando el patrón de la fotomáscara grabado en la placa. Introducción en el horno (calentamiento fuerte). Se fijan los cambios que la impresión ha realizado anteriormente.

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Aplicación del ácido nítrico o agua fuerte. Se limpian los restos de las resinas fotorresistentes, dejando la oblea con las marcas originales de la fotomáscara.

Un spinner empleado para aplicar una capa fotosensible a la superficie de una oblea de silicio Las salas blancas donde se realizan estas operaciones suelen estar libres de partículas en suspensión, así como de la exposición a luces azules o ultravioletas, con el objeto de evitar tanto la contaminación del proceso como la exposición indeseada de las fotorresinas. El espectro de luz empleado para la iluminación de los procesos es de color amarillo, para evitar cualquier tipo de reflejo. La litografía se emplea en este complejo proceso de elaboración ya que se tiene un completo control del tamaño y dimensiones de las partes impresas sobre las obleas de silicio, además de poder trasladar los patrones de la fotomáscara a toda la superficie de la oblea al mismo tiempo. Una de las principales desventajas, de este procedimiento, son las necesarias dependencias de un sustrato, además el método no se puede usar en la generación de imágenes que no son planas. A este inconveniente habría que añadir las extremas condiciones de limpieza requeridas cuando se tratan las obleas. Cuando se elabora un circuito integrado complejo, (por ejemplo un dispositivo CMOS) la oblea pasa por el ciclo unas cincuenta veces. Para la elaboración de un transistor de capa delgada (TFT) el proceso de fotolitografía se ejecuta unas cuantas veces.

Ejemplo de proyectos circuito esquemático en circuito impreso

Lista de materiales Terminal block de dos terminales 2 Resistencia de 3.3K 1 Resistencia de 2.2M 3 resistencias de 10 K 2 resistencias de 270 K 1 resistencia de 100K 2 resistencias de 220 ohm 1 resistencia de 4.7K 1 resistencia de 470K 1 capacitor electrolítico de 2.2μF de 50V 1 capacitor electrolítico de 10μF de 25V 4 Capacitor cerámico de 0.01μF (103) 1 Capacitor cerámico de 0.1μF (104) 1 diodo de silicio (1N4001)

2 Transistores NPN (BC548B) 1 4017B Contador de Johnson de 5 etapas (circuito integrado) 2 NE555 Temporizador (circuito integrado) 1 LED rojo 1 LED verde 1 Relé de 6V o 12V

Elaboración del circuito impreso: Un circuito impreso es una placa de material aislante (plástico, baquelita, vidrio, etc.), provista de unas pistas o caminos de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes que constituyen el circuito en cuestión. Para la elaboración de un circuito impreso hay que seguir los siguientes pasos:

Diseño (dibujo) en papel milimetrado En primer lugar, se procede a realizar el diseño (dibujo) en papel milimetrado del circuito en cuestión, teniendo en cuenta el tamaño de los componentes, su distribución, distancia entre patillas (pines) y disposición de las mismas, sobre todo cuando se trata de elementos con tres o más terminales, tales como transistores o circuitos integrados. Es aconsejable, asimismo, realizar un dibujo de la vista de componentes, tal y como quedarán distribuidos en la placa. Seguidamente se calcará este diseño original sobre papel vegetal, utilizando para ello un rotulador permanente (preferentemente negro) y procurando que todas las conexiones (pistas) sean correctas. Este diseño del circuito impreso se puede realizar también por medios informáticos, utilizando para ello herramientas (software) desarrolladas para ello.

Diseño (dibujo) en papel milimetrado En primer lugar, se procede a realizar el diseño (dibujo) en papel milimetrado del circuito en cuestión, teniendo en cuenta el tamaño de los componentes, su distribución, distancia entre patillas (pines) y disposición de las mismas, sobre todo cuando se trata de elementos con tres o más terminales, tales como transistores o circuitos integrados. Es aconsejable, asimismo, realizar un dibujo de la vista de componentes, tal y como quedarán distribuidos en la placa. Seguidamente se calcará este diseño original sobre papel vegetal, utilizando para ello un rotulador permanente (preferentemente negro) y procurando que todas las conexiones (pistas) sean correctas. Este diseño del circuito impreso se puede realizar también por medios informáticos, utilizando para ello herramientas (software) desarrolladas para ello.

Preparación de la placa Realizado el diseño, se procede a la preparación de la placa virgen, incluyendo las siguientes operaciones:  

Cortado de la placa, adecuando su tamaño al del diseño realizado, utilizando para ello la herramienta adecuada (sierra metálica, cizalla, lima fina, etc.). Limpieza de la superficie de cobre.

Dibujo de las pistas sobre la placa Se puede hacer por varios procedimientos, el mas sencillo o artesanal es el siguiente: Se coloca el papel vegetal sobre la placa, prestando atención a la posición en la que se emplaza, mediante un granete, se marcan levemente los puntos donde irán colocados los terminales del componente (soldaduras). Una vez realizada esta operación. Se retira el papel vegetal y se dibujan las pistas y los puntos de los terminales, procurando que no queden poros en la tinta depositada. Se han de emplear, rotuladores permanentes preferentemente de color negro.

Grabado (atacado) de la placa: El objeto de este procedimiento es el de eliminar el cobre no necesario de la placa, de forma que solamente permanezca en los lugares donde ha de existir conexión eléctrica entre los distintos componentes. Se puede realizar en un recipiente o bandeja de plástico donde se pondrá una parte de ácido clorhídrico, dos de agua oxigenada y tres de agua del grifo. También se puede utilizar cloruro férrico disuelto en agua. Una vez que la placa se ha introducido en la disolución, al cabo de unos pocos minutos ésta absorberá parte del cobre de la misma, excepto de las pistas. Se ha de prestar especial cuidado en la manipulación de estos compuestos químicos, pues pueden ocasionar quemaduras graves en la piel.

Limpieza y taladrado de la placa: Al acabar el proceso anterior se limpiará la placa con agua, se eliminara con alcohol el trazo del rotulador y se secará. A continuación se procederá a taladrar, con una broca del diámetro adecuado, en los lugares donde vayan a ir insertados los componentes.

Inserción de los componentes y soldadura: Una vez realizados los taladros, se pasa a insertar los componentes y regletas de conexión en los lugares adecuados para posteriormente soldarlos a la placa. Para ello se utiliza como ayuda el dibujo de la vista de componentes realizada previamente.

COMO HACER UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO EMPLEANDO EL MÉTODO DE TRANSFERENCIA DE TONNER (MÉTODO DE LA PLANCHA). Hacer una placa de circuito impreso no tiene porque ser una tarea complicada. Quizá muchos de vosotros habéis renunciado a hacerlas tras haberos desanimado por múltiples razones, pero básicamente porque a priori parece muy difícil, sobre todo si haber pensado a hacerlo de una forma profesional, usando soldadora y placa fotosensible. Eso está bien si hemos de hacer muchas placas, pero muchos de nosotros queremos hacer alguna de forma ocasional. Os garantizo que si seguir con detalle las indicaciones de este tutorial, con un poco de paciencia y práctica obtendré unos excelentes resultados. Mis primeras placas las hice con un rotulador permanente. Con este método preparé algunas placas sencillas. Pero en cuanto el circuito se complicaba algo o las pistas eran algo finas era inútil. Aún así, para hacer algunas placas con pocas pistas y cierta separación entre ellas, se consiguen buenos resultados. El resultado tampoco era muy profesional, pero funcionaba bien. Cuando la red de pistas se complicó y quise preparar otras placas, lo del rotulador era inviable. Así que estuve una temporada con la idea de construirme una insoladora. La tarea no era sencilla, y el coste tampoco era pequeño. También necesitaba placa fotosensible y trabajar en penumbra un rato para el lavado adicional. Casualmente, navegando por internet, encontré el procedimiento de “transferencia de tóner”. Me pareció fenomenal cambiar la insoladora por la plancha y la solución de sosa cáustica por agua. He de deciros que fui escéptico al principio. En cualquier caso probar era barato. Y experimentar también. Dicho y hecho. Hice muchas pruebas hasta que conseguí los resultados que quería; placas perfectas. Incluso con pistas súper finas. Echadle un vistazo a estas placas: Podría poner muchas más, pero para muestra son suficientes. Todas están hechas con el método que os describo mas adelante. Parte de lo que necesitáis ya lo tenéis en casa, y el resto es fácil de conseguir. Lo más importante es el papel fotográfico. De este último hay muchos tipos y precios. El que yo os indico es con el que he obtenido los mejores resultados de los que he probado; tiene la particularidad que una vez planchado se desprende fácilmente del cobre al remojarlo. Los demás os quedarán pegados y al retirarlos os llevaréis también las pistas. Yo lo compré en Carrefour y me costó el sobre con 20 hojas 12€. Veinte hojas dan para muchas placas. Los hay mucho más baratos, pero usad éste. Os lo digo por experiencia.

LOS MATERIALES - Papel fotográfico glossy marca EPSON, ref. SO41126 - Placa de circuito impreso (sierra y lija de grano medio) - Un plancha - Un par de túpers - Lija de metal fina - Papel de cocina o un paño limpio - Agua oxigenada - Aguafuerte - Tijera, alcohol, pinzas y un punzón de punta finito - Un cepillo de dientes viejo - Un rotulador permanente (indeleble) Y alguna otra cosa más que ya os indicaré en el reportaje.

PREPARACIÓN DE LA PLACA

Lo primero que tenemos que hacer es recortar el circuito que previamente habremos impreso en una impresora láser. Recordad la importancia que tiene usar el papel indicado. Procurad también no tocar la zona impresa con los dedos; cogedla por los bordes. Cualquier grasilla que tengas en los dedos pasará al papel y las pistas de esa zona no agarrarán bien en la placa. Tened en

cuenta que el resultado final va a depender mucho de la de la calidad de la impresión. Cuanto mejor sea la impresión, mejor serán los resultados que obtendremos.

A continuación marcamos sobre la placa de circuito impreso la zona que posteriormente recortaremos con la sierra. Yo suelo usar placa de fibra de vidrio; es más cara que la placa de baquelita, y aunque es más dura y por lo tanto más difícil de cortar y taladrar, es más duradera, resistente y aguanta mucho mejor el calentamiento. Es para toda la vida. Dejad algo de margen al marcar, ya que esto facilitará las tareas de planchado. Medio centímetro de más en cada lado está bien. Yo me quedé algo corto en esta placa.

Cortamos la placa guiándonos de las marcas. Para ello yo me ayudo con una sargenta para sujetarla a la mesa, es mucho más cómodo que sujetarla con la mano y además haréis un corte recto y seguro.

Ahora retiramos todas las rebabas que han quedado del corte; para ello frotamos la placa por las dos caras por cada uno de los bordes. La siguiente tarea es pulir ligeramente la superficie de la placa para que el tóner agarre mejor. Para ello, humedecéis un trozo de lija fina para metal en agua, mojáis la placa y la lijáis suavemente por toda la superficie.

Veréis que el cobre pierde su aspecto brillante y queda ligeramente rallado. Procurad pulir bien toda la superficie, especialmente por los laterales. Tendemos siempre a pulir el centro y descuidamos las esquinas.

Yo suelo repetir esta operación un par de veces hasta que al pasar el trapo, éste sale completamente limpio.

A partir de ahora, no toque el cobre de la placa con los dedos, si necesitas cogerla, hacerlo cuidado por los bordes.

GRABADO DE LA PLACA

Terminada la fase de pulido y limpieza del cobre, pasamos ahora a la etapa de planchado, que fijará el tonner sobre la superficie de la placa. Primero colocamos la hoja recortada al principio boca abajo sobre el cobre, centradita.

Colocad una tabla vieja debajo de la placa si hacéis la operación sobre una mesa de casa, ya que al calentarse la placa podría decolorarse o levantarse el barniz de la mesa. A continuación y con la plancha bien caliente -posición de algodón y sin vapor- empezáis el planchado. Al principio hacedlo con cuidado, como en la foto del medio, sujetando el papel por un extremo y pasando la plancha por el otro. Enseguida el tonner empezará a desprenderse y pegará la hoja al cobre. Es el momento de calentar bien la plaquita. Dejad la plancha un ratito encima, y después planchad con fuerza por toda la superficie. Hacedlo sin miedo. Yo uso una vieja plancha de viaje, que es más manejable, pero la de casa sirve perfectamente. Si queréis evitar que la plancha se manche, poned un papel cocina entre la base de la plancha y la placa Terminado el planchado, con unas pinzas colocad la placa en agua, al o con ésta crepitará. Eso es buena señal. Dejadla descansar durante un rato.

El papel se desprenderá sin problemas en pocos minutos. Podéis ayudarle moviendo el recipiente haciendo olas, igual que durante el lavado. Debe despegarse sin ayuda. No lo forcéis. Si no es así dejadla un poco más a remojo. En cuanto seque observaréis que tiene pegado trocitos de papel, no os preocupéis, ahora los retiraremos. Si veis que el resultado es muy malo, no tiréis la placa. La lijáis bien para retirar todo el tonner y repetís el proceso; limpiáis bien con isopropílico la placa y la volvéis a grabar planchando otra hoja impresa con el circuito.

RETOCANDO EL GRABADO El papel que está encima de las pistas no nos molesta, pero el que se encuentra uniendo pistas distintas hay que eliminarlo. Para ello mojamos de nuevo la placa y con un cepillo de dientes húmedo frotamos la superficie. Si el tonner está bien fijado no se desprenderá. Moved el cepillo en la dirección de las pistas. Secadla y observad el resultado. A lo mejor tenéis que insistir. No tengáis prisa, hacedlo con cuidado, sobre todo cuanto más delgadas sean las pistas. Cercioraros bien de que no quede nada de papel entre las pistas, porque echaría a perder nuestra placa. Si queda algún trozo rebelde eliminadlo con un punzón muy fino. Haced esta operación con sumo cuidado para no dañar pistas colindantes.

No siempre el proceso sale a la perfección, como en la placa que estamos preparando. En ocasiones quedan algunos cortes entre pistas como en la placa de la izquierda. No se preocupen. Con un rotulador indeleble las repasáis y listo.

LAVADO DE LA PLACA Pasamos a la fase de lavado. En ella sacaremos el cobre de la placa excepto de las zonas grabadas. Para ello emplearemos productos químicos: clorhídrico y agua oxigenada. El primero de ellos es tóxico por inhalación o o y se emplea a nivel doméstico para limpieza. Se compra diluido y también se le llama aguafuerte, comercialmente Salfumant. Lo encontraréis en cualquier súper y es muy barato. El agua oxigenada del súper es la misma que la de la farmacia y más barata. También podéis encontrarla en cadena 100. Tomad precauciones; realizad las operaciones siguientes en un lugar ventilado, poneros mascarilla de fieltro, guantes, una bata o ropa vieja y unas gafas plásticas. Cualquier descuido puede daros un disgusto. El clorhídrico se come el metal, así que sacad conclusiones. Tampoco quiero asustaros. No vamos a fabricar una bomba atómica, pero mejor se precavidos.