laboratorio nº 7 taller de instalaciones electricas paralelo “b”

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
LABORATORIO Nº 7
DISEÑO DE CARGADORES DE BATERIAS
1.- Objetivo
a) Diseñar un cargador de baterias
b) Realizar la simulación en Proteus.
c) Diseñar el circuito impreso y usar la técnica de Serigrafia
2.- Fundamento Teorico
En electrónica, un circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board), es un medio
para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a
través de rutas o pistas de material conductor, grabados en hojas de cobre laminadas
sobre un sustrato no conductor, comúnmente baquelita o fibra de vidrio.
Los circuitos impresos son baratos, y habitualmente de una fiabilidad elevada aunque de
vez en cuando pueda tener fallos técnicos. Requieren de un esfuerzo mayor para el
posicionamiento de los componentes, y tienen un coste inicial más alto que otras
alternativas de montaje, como el montaje punto a punto (o wire-wrap), pero son mucho más
baratos, rápidos y consistentes en producción en volúmenes.
Tipos de circuitos impresos
Multicapa: Es lo más habitual en productos comerciales. Suele tener entre 8 y 10 capas,
de las cuales algunas están enterradas en el sustrato.
2-sided plated holes: Es un diseño muy complicado de bajo coste con taladros
metalizados que nos permite hacer pasos de cara.
Single-sided non-plated holes: Es un PCB con agujeros sin metalizar. Se usa en diseños
de bajo coste y sencillos.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
2-sided non-plated holes: Diseño sencillo con taladros sin metalizar. Sustrato de fibras de
vidrio y resina. Hay que soldar por los dos lados para que haya continuidad.
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
electro recubiertos, 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 impregnados 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 "retardante 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 de 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
y a las trizaduras, alrededor de 5 veces más alta que el Pertinax, aunque a un costo más
alto.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
Los sustratos para los circuitos impresos de circuitos de radio frequencia 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.
Método de serigrafía para la impresión de circuito impreso
Entendiéndose por circuito impreso aquel que se plasma con pequeñas y muy delgadas
áreas conductoras de cobre, sobre una superficie plana y aislante (fibra de vidrio), sobre la
cual se insertan diversos componentes electrónicos por pequeños orificios, realizando
contacto eléctrico, entre las terminales de cada componente y las áreas de cobre con
soldadura de estaño, dando como resultado la interconexión de componentes electrónicos
de forma precisa y confiable.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
Las siguientes figuras muestran un circuito impreso de una sola cara con mascarilla de
componentes.
Método de serigrafía para la impresión de tarjetas de circuito impreso
El método empleado para la impresión de la imagen diseñada en la placa virgen es el de
serigrafía. En este proceso se utiliza un bastidor o marco de madera el cual tienen un malla
muy fina de nylon Nº 200 ó mayor, la cual se cubre con una delgada capa de emulsión
fotosensible, por medio de un proceso fotográfico y con la imagen de el circuito impreso en
positivo se curan aquellas áreas de la emulsión que fueron expuesta a la luz y pudiendo
remover de la malla por completo la emulsión de aquellas áreas que no fueron atacadas
por la luz.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
El bastidor así grabado tiene áreas de la malla obstruidas por la emulsión curada y otras
áreas libres que corresponden fielmente a las áreas de cobre que diseñamos para nuestro
circuito impreso.
El positivo lo obtenemos haciendo una impresión láser de alta calidad de la imagen de
nuestro circuito impreso sobre una hoja de acetato, y de ser necesario retocar con
marcador opaco.
La emulsión y el proceso fotográfico se debe hacer en un recito adecuado, con ventilación y
la iluminación adecuada. Para nuestro caso, al carecer de esas instalaciones, se opto por
mandar a hacer solo ese proceso a un local dedicado ala serigrafía. La relación costo
beneficio es muy favorable, pues en pocas horas el trabajo esta listo, a un bajo precio y sin
la necesidad de tener complejas instalaciones..
Una vez que tenemos nuestro bastidor listo, se coloca sobre la placa virgen perfectamente
limpia, y encima de la malla se le pone tinta para serigrafía, que puede ser cualquiera que
no tenga como base agua y que no contenga pigmentos minerales. Con ayuda de un
rasero corremos la tinta de arriba abajo dejando una capa uniforme a lo largo de el
bastidor, de esta forma la tinta pasara solo por aquellas partes de la malla que están libres
de emulsión, al separar el bastidor de la placa de cobre, tenemos que esta ya tiene la
imagen de el circuito impreso marcada con tinta y solo bastara unas horas al sol, para que
quede completamente seca y lista para el siguiente paso.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
Ataque químico con Cloruro férrico HClFe3
Una vez que tenemos nuestra placa ya enmascarada por la tinta y perfectamente seca,
podemos comenzar el ataque químico. Para este caso utilizaremos una solución que se
vende para tal caso comúnmente conocido como Cloruro Férrico, el cual esta constituido
por una parte de hidrogeno, una de cloro tres de fierro y seis partes de agua, esta solución
es muy lenta para grabar circuitos impresos, pero tiene un grado de peligrosidad bajo y no
causo severos daños a las personas. No obstante su manejo debe hacerse con mucho
cuidado y guantes de látex.
Para comenzar el ataque primero debemos contar con un espacio con una ventilación
adecuada y disponibilidad de agua corriente, estas son las únicas restricciones que nos
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
pide el método, así es que bien podemos hacerlo a cielo abierto auxiliados de una
manguera o cubeta con agua.
Se vierte la solución de cloruro férrico en un recipiente en donde quepa la totalidad de la
placa y esta sea cubierta por la el fluido, es indispensable que al recipiente sea de un
material no ferroso, tal como plástico o vidrio, en ningún caso se pondrá utilizar un
recipiente o utensilios de de aluminio, cobre, acero, inox etc.
El ataque químico comienza cuando la solución entra en contacto con las áreas de cobre
desprotegidas por la tinta. La corrosión y remoción total de dichas áreas puede tardar
varios minutos, pudiendo reducirse el tiempo si existe una ligera agitación de la solución al
momento de estar el ataque. Cabe señalar que la temperatura juega un papel importante,
en un día muy gélido la corrosión tardara mas que en un día caluroso, sin embargo no se
recomienda inducir calor a la solución por ningún método diferente a la radiación solar.
Una vez que se haya consumado la corrosión de aquellas áreas indeseadas, podemos
extraer la placa de la solución, enjuagarla perfectamente con agua y secarla con un paño.
Es indispensable hacer una revisión visual para determinar si ya no existe cobre en las
áreas que deben estar limpias, y de encontrarse rastros de cobre se puede volver a
sumergir en la solución hasta eliminar todo lo indeseado.
Ya con todas las áreas limpias de cobre, podemos remover la tinta con solvente y en estos
momentos ya tenemos nuestra circuito grabado. Una ves removida la tinta ya no podrá
sumergirse de nuevo ala solución.
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
Corte y perforado de circuito impreso
Ya que tenemos la placa grabada, hay que hacerle los cortes para dejarla de las
dimensiones adecuadas, así como también realizar los orificios en donde se montaran los
circuitos, resistencias y demás dispositivos que componen el circuito completo.
El corte se realiza por medio de una maquina mecánica tipo cizalla y las perforaciones, se
hacen con un pequeño taladro montado en una base firme con movimiento vertical
Para los diferentes circuitos se emplean diversos tamaños de barrenos siendo el mas
pequeño 1/32” y el mas grande de 1/8” empleado únicamente para tornillos de sujeción.
Para las resistencias, capacitores y circuitos integrados utilizamos una broca de 1/32”, para
componentes mas robustos como diodos, headers, utilizamos broca 3/64” y para los
dispositivos de potencia como transistores, diodos y cables de alimentación utilizamos
broca de 1/16”
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA
LABORATORIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS PARALELO “B” (ELT 3530)
_____________________________________________________________________________
Autor: Sergio Ramón Guevara Hernández
3. Trabajo en Laboratorio
Diseñar el circuito impreso de un cargador de batería de 12 voltios/4 amperios.