Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía
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SECRETARIA DE EDUCACIÓN PÚBLICA DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA ELABORACIÓN DE TARJETAS DE CIRCUITO IMPRESO POR MÉTODOS DE SERIGRAFÍA Taller de Investigación II PRESENTA: ALEJANDRO MÉNDEZ CARRASCO ASESOR: DR. JOSE RAMON ATOCHE ENSEÑAT PROFESORA: ING.MARIA MARGARITA ALVAREZ CERVERA MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO 2012 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Índice Índice de Figuras .................................................................................................................................i Introducción ........................................................................................................................................ 1 Objetivos ............................................................................................................................................. 2 Hipótesis ............................................................................................................................................. 3 Delimitaciones y Limitaciones ............................................................................................................. 4 Justificación ........................................................................................................................................ 5 Cronograma de Actividades ................................................................................................................. 6 Capitulo I: Fundamentos Teóricos 1.1 ¿Qué es un Circuito Impreso? ........................................................................................... 7 1.2 ¿En qué consiste la Serigrafía?......................................................................................... 9 1.3 ¿Por qué usar Serigrafía? ............................................................................................... 10 Capitulo II: Antecedentes 2.1 Historia de las Tarjetas de Circuito Impreso .................................................................... 11 2.2 Composición Física ........................................................................................................ 12 2.2.1 Sustratos ................................................................................................................ 12 2.2.2 Características del Sustrato ................................................................................... 13 2.3 Modos de Elaboración .................................................................................................... 14 2.3.1 Patrones ................................................................................................................ 14 2.3.2 Atacado ................................................................................................................. 16 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3.3 Perforado .............................................................................................................. 17 2.3.4 Estañado ................................................................................................................ 18 2.3.5 Serigrafía ................................................................................................................ 19 2.3.6 Montaje ................................................................................................................... 19 2.4 Historia de la Serigrafía .................................................................................................... 20 2.5 Materiales para realizar la Serigrafía ................................................................................ 21 2.5.1 Marco o Bastidor .................................................................................................... 21 2.5.2 Malla....................................................................................................................... 21 2.5.3 Emulsión ................................................................................................................ 22 Capitulo III: Materiales 3.1 Marco .............................................................................................................................. 23 3.2 Rasero o Racleta ............................................................................................................ 24 3.3 Papel Albanene ............................................................................................................... 25 3.4 Químicos ......................................................................................................................... 26 3.4.1 Emulsión ................................................................................................................ 26 3.4.1.1 Sericrom ..................................................................................................... 26 3.4.1.2 Solución Bicromato ..................................................................................... 27 3.4.2 Acondicionador....................................................................................................... 28 3.4.3 Químicos de Limpieza ............................................................................................ 29 3.4.3.1 Sericlin ........................................................................................................ 29 3.4.3.2 Serisol Plus................................................................................................. 30 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.3.3 Seripasta .................................................................................................... 31 3.5 Tintas .............................................................................................................................. 32 3.5.1 Tinta Fotoimaginable Térmico - UV ........................................................................ 32 3.5.2 Tinta Curado UV ..................................................................................................... 33 3.5.3 Tinta de Serigrafía SP Policat ................................................................................. 34 3.5.4 Catalizador SP Policat ............................................................................................ 35 3.6 Mesa de Serigrafía .......................................................................................................... 36 3.6.1 Dimensiones........................................................................................................... 36 3.6.2 Funcionalidad ......................................................................................................... 37 3.6.3 Complementos ....................................................................................................... 38 3.7 Materiales Adicionales .................................................................................................... 40 3.7.1 Espátulas de Madera.............................................................................................. 40 3.7.2 Bandeja de Plástico ................................................................................................ 40 3.7.3 Adhesivo en Aerosol............................................................................................... 41 3.7.4 Thinner ................................................................................................................... 41 3.7.5 Tazas Medidoras .................................................................................................... 42 3.7.6 Jeringas.................................................................................................................. 43 3.7.7 Secadora ................................................................................................................ 43 3.7.8 Hule Espuma .......................................................................................................... 44 3.7.9 Estopa .................................................................................................................... 44 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo IV: Proceso de la Serigrafía 4.1 Emulsión ......................................................................................................................... 45 4.1.1 Preparación ............................................................................................................ 45 4.1.2 Aplicación ............................................................................................................... 46 4.1.3 Revelado ................................................................................................................ 48 4.2 Impresión del Circuito Electrónico ................................................................................... 50 4.3 Mascarilla Antisoldante.................................................................................................... 54 4.3.1 Preparación ............................................................................................................ 54 4.3.2 Aplicación ............................................................................................................... 56 4.3.3 Revelado ................................................................................................................ 58 4.4 Mascarilla de Leyendas ................................................................................................... 59 4.4.1 Preparación ............................................................................................................ 59 4.4.2 Aplicación ............................................................................................................... 61 4.4.3 Revelado ................................................................................................................ 63 4.5 Limpieza de la Malla ........................................................................................................ 64 Capitulo V: Conclusiones ................................................................................................................ 67 Mejoras a futuro ............................................................................................................................... 68 Referencias Bibliográficas ................................................................................................................. 69 Anexos Factura de Pago ................................................................................................................................ 71 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Índice de Figuras Fig. 1.1 Diseño de un circuito impreso ................................................................................................ 7 Fig. 1.2 Tarjeta de circuito impreso ..................................................................................................... 8 Fig. 1.3 Materiales para la serigrafía ................................................................................................... 9 Fig. 1.4 Tarjetas de circuito impreso realizadas por serigrafía ........................................................... 10 Fig. 2.1 Diferentes métodos para elaborar una tarjeta de circuito impreso ........................................ 15 Fig. 2.2 Botella de cloruro férrico usado para el atacado de la baquelita ........................................... 16 Fig. 2.3 Tarjeta de circuito impreso estañada .................................................................................... 18 Fig. 3.1 Marcos para serigrafía, a la derecha uno de 90 hilos, a la izquierda uno de 120 hilos ......... 23 Fig. 3.2 Rasero para serigrafía de 15 y 20 cm .................................................................................. 24 Fig. 3.3 Patrones en hojas de papel albanene .................................................................................. 25 Fig. 3.4 Emulsión Sericrom de 1 Lt ................................................................................................... 26 Fig. 3.5 Solución Bicromato de 90 grs ............................................................................................... 27 Fig. 3.6 Acondicionador de tintas ...................................................................................................... 28 Fig. 3.7 Sericlin de 1 Lt ..................................................................................................................... 29 Fig. 3.8 Serisol Plus de 1 Lt .............................................................................................................. 30 Fig. 3.9 Seripasta de 1 Lt .................................................................................................................. 31 Fig. 3.10 Químicos para limpieza del marco ..................................................................................... 31 Fig. 3.11 A la derecha, tinta fotoimaginable térmica. A la izquierda, endurecedor de tinta ................ 32 Fig. 3.12 Tintas de curado UV ........................................................................................................... 33 Fig. 3.13 Tinta SP Policat blanco ...................................................................................................... 34 Fig. 3.14 Catalizador SP Policat ........................................................................................................ 35 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 3.15 Mesa de serigrafía .............................................................................................................. 36 Fig. 3.16 Sección del tablero de madera ........................................................................................... 37 Fig. 3.17 Sección del tablero de cristal .............................................................................................. 37 Fig. 3.18 Bisagras de acero reforzadas ............................................................................................. 38 Fig. 3.19 Lámpara de halógeno de 500 Watts ................................................................................... 39 Fig. 3.20 Espátulas de madera ......................................................................................................... 40 Fig. 3.21 Bandeja de plástico ............................................................................................................ 40 Fig. 3.22 Adhesivo en aerosol ........................................................................................................... 41 Fig. 3.23 Thinner ............................................................................................................................... 41 Fig. 3.24 Tazas medidoras ................................................................................................................ 42 Fig. 3.25 Jerinfa de plástico .............................................................................................................. 43 Fig. 3.26 Secadora de cabello ........................................................................................................... 43 Fig. 3.27 Hule espuma y marco ........................................................................................................ 44 Fig. 3.28 Estopa ................................................................................................................................ 44 Fig. 4.1 Preparado de la emulsión .................................................................................................... 45 Fig. 4.2 Aplicación de la emulsión sobre la malla .............................................................................. 45 Fig. 4.3 Secado de la emulsión .......................................................................................................... 47 Fig. 4.4 Colocación de patrones sobre la pantalla de emulsión ......................................................... 48 Fig. 4.5 Revelado de emulsión con luz de halógeno ......................................................................... 49 Fig. 4.6 Lavado de emulsión ............................................................................................................. 49 Fig. 4.7 Materiales para impresión del circuito electrónico ................................................................ 50 Fig. 4.8 Acomodamiento simétrico de la placa fenólica ..................................................................... 51 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.9 Impresión del circuito sobre la placa fenólica ....................................................................... 51 Fig. 4.10 Circuito impreso por serigrafía ........................................................................................... 52 Fig. 4.11 Barrenado de la tarjeta de circuito impreso ........................................................................ 53 Fig. 4.12 Tarjeta de circuito impreso elaborado por serigrafía ........................................................... 53 Fig. 4.13 Preparación de tinta antisoldante color negro ..................................................................... 54 Fig. 4.14 Aplicación de endurecedor CA – WL40 para tinta antisoldante .......................................... 55 Fig. 4.15 Aplicación de tinta antisoldante en la malla ........................................................................ 56 Fig. 4.16 Aplicación de mascarilla antisoldante ................................................................................. 57 Fig. 4.17 Exposición del circuito impreso con luz ultravioleta ............................................................ 58 Fig. 4.18 Tarjeta de circuito impreso con mascarilla antisoldante ...................................................... 58 Fig. 4.19 Preparación de tinta para mascarilla de leyendas .............................................................. 59 Fig. 4.20 Aplicación de catalizador SP Policat para mascarilla de leyendas ...................................... 60 Fig. 4.21 Aplicación de tinta para la mascarilla de leyendas ............................................................. 61 Fig. 4.22 Cargado de tinta ................................................................................................................. 62 Fig. 4.23 Aplicación de la mascarilla de leyendas ............................................................................. 62 Fig. 4.24 Tarjeta de circuito impreso con mascarilla de leyendas ...................................................... 63 Fig. 4.25 Limpieza de la malla con químico Sericlin .......................................................................... 64 Fig. 4.26 Removido de emulsión sobre la malla ................................................................................ 65 Fig. 4.27 Limpieza de la malla con químico Serisol Plus ................................................................... 65 Fig. 4.28 Desengrasado de la malla utilizando el químico Seripasta ................................................. 66 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Introducción El Instituto Tecnológico de Mérida cuenta con un laboratorio encargado del diseño y fabricación de circuitos impresos, contando con máquinas especializadas para su manufactura. El laboratorio presta sus servicios a toda la comunidad tecnológica, así como también a los alumnos e investigadores de otras instituciones y empresas externas. Desde su creación el laboratorio ha ido actualizando constantemente los procesos de elaboración de circuitos impresos, esto permite ofrecer diferentes procesos para la elaboración de circuitos impresos a nivel prototipo. Cabe mencionar que los alumnos hacen los trabajos ofrecidos por este laboratorio ya sea realizando su servicio social o residencia, todos bajo la coordinación del Dr. José Ramón Atoche Enseñat. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Objetivos Generales Desarrollar e implementar procesos de serigrafía para la producción de tarjetas de circuito impreso, con el fin de disminuir los costos por unidad en producción a mediana escala. Específicos Desarrollar e implementar métodos y procesos de serigrafía para el grabado de pistas de una medida no menor a 2 mm. Desarrollar e implementar métodos y procesos de serigrafía para la aplicación de máscaras antisoldantes. Desarrollar e implementar métodos y procesos de serigrafía para la aplicación de máscaras de leyendas. Elaborar material visual didáctico, describiendo cada uno de los métodos de serigrafía desarrollados anteriormente, con la intención de que los próximos prestadores de servicio social y residencia aprendan a realizarlos. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Hipótesis Existen en el estado laboratorios que elaboran tarjetas de circuito impreso, ya sea dentro instalaciones de escuelas de nivel superior, para proyectos del mismo alumnado, o en centros de investigación para proyectos de mayor magnitud. Pero no existe un laboratorio dedicado a la producción de tarjetas de circuito impreso capaz de tener una producción a mediana escala, dentro de un rango de las 10 a las 500 tarjetas. Por lo que muchas personas o empresas al elaborar un proyecto, se ven en la necesidad de recurrir a servicios de otras empresas fuera del estado e incluso fuera del país. El instituto Tecnológico de Mérida cuenta con un laboratorio con la capacidad de producir esta escala, ya sea para trabajos internos o de otras empresas. Se pretende desarrollar, implementar y documentar todos los procesos faltantes para la puesta en marcha de dicho laboratorio. Además de ser una guía o manual para futuros alumnos de servicio social o residencia y prestar servicios a empresas locales y nacionales que requieran de productos desarrollados en dicho laboratorio. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Delimitaciones y limitaciones Se delimita el proyecto a la obtención de tarjetas a mediana escala con acabado profesional mediante métodos de producción baratos y eficientes como el uso de la serigrafía. Estas tarjetas podrán ser de una dimensión máxima de 20 X 25 centímetros y un máximo de 2 caras de cobre, con pistas de una medida no menor a 2 mm. Este proyecto se encuentra limitado por el tiempo, ya que se requiere de bastantes pruebas para la obtención de estos métodos. Así mismo se ve limitado por las máquinas y productos, ya que el laboratorio de circuitos impresos no cuenta con ellos. Estas máquinas son caras y de difícil obtención. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Justificación Debido a que en la región existen muchos desarrolladores de proyectos, mismos que no se realizan gracias a que no poseen las herramientas necesarias para realizar un circuito impreso, optan por recurrir a empresas extranjeras, las cuales generalmente sus productos tienen un elevado costo. Lo que se pretende es poder brindar una alternativa al desarrollador para realizar sus placas electrónicas con un menor costo y un acabado de calidad. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Cronograma de Actividades Actividades /semanas Investigación de materiales para la serigrafía Investigación y desarrollo de procesos de serigrafía Desarrollo y aplicación de serigrafía en tarjetas de circuito impreso Implementación de procesos de serigrafía para la aplicación de mascaras antisoldantes y de leyendas Producción a mediana escala de prototipos de calidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo I: Fundamentos Teóricos Antes de entrar al tema, se hace mención de algunos conceptos necesarios para el completo entendimiento por parte del lector. 1.1 ¿Qué es un circuito impreso? Es una superficie constituida por caminos o pistas de material conductor laminadas sobre un sustrato no conductor. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de los caminos conductores, y sostener mecánicamente por medio del sustrato, un conjunto de componentes electrónicos. [1] Las técnicas para trazar circuitos impresos que se encuentran al alcance son pocas, por el costo del equipo y materiales que se requieren para implementar un proceso sofisticado de los mismos, algunas técnicas permiten obtener impresos de muy buena calidad a bajo costo. Fig. 1.1 Diseño de un circuito impreso [2] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía A continuación, se mencionan algunas: Circuitos impresos elaborados con tinta indeleble. Circuitos impresos elaborados con logotipo. Circuitos impresos elaborados con la técnica de serigrafía. Circuitos impresos elaborados con la técnica fotográfica. Existen dos tipos de materiales útiles que se utilizan como tarjetas de impresión o trazado de circuitos impresos, los más comunes de encontrar en el mercado son la fibra fenólica (baquelita) y la fibra de vidrio. Estos materiales cuentan con una o dos caras cubiertas de una capa delgada de cobre, sobre la cuál se traza el circuito impreso. Ofrecen características físicas adecuadas para el proceso de manufactura de los circuitos impresos, como la capacidad para soportar el calor, la rigidez que ofrecen para llevar a cabo el montaje de los componentes y la facilidad de corte para obtener tarjetas de variadas dimensiones. [2] Para este proyecto, se desarrollará la técnica tradicional de serigrafía. Fig. 1.2 Tarjeta de circuito impreso [8] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 1.2 ¿En qué consiste la serigrafía? La serigrafía es una técnica de impresión empleada en el método de reproducción de documentos e imágenes sobre cualquier material, y consiste en transferir una tinta a través de una malla tensada en un marco, el paso de la tinta se bloquea en las áreas donde no habrá imagen mediante una emulsión o barniz, quedando libre la zona donde pasará la tinta. [3] El sistema de impresión es repetitivo, esto es, que una vez que el primer modelo se ha logrado, la impresión puede ser repetida cientos y hasta miles de veces sin perder definición. Fig. 1.3 Materiales para la serigrafía [9] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 1.3 ¿Por qué usar serigrafía? La técnica de producción de circuitos impresos con serigrafía se usa industrialmente, debido a que se pueden obtener impresos de muy buena calidad y a muy bajo costo. Una vez que 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. Fig. 1.4 Tarjetas de circuito impreso realizadas por serigrafía [3] [3] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo II: Antecedentes 2.1 Historia de las Tarjetas de Circuito Impreso El ingeniero austriaco Paul Eisler (1907-1995) es probablemente su inventor, ya que, mientras trabajaba en Inglaterra, elaboró una de ellas alrededor de 1936, como parte de una radio. Alrededor de 1943, los Estados Unidos comenzaron a usar esta tecnología a gran escala para fabricar radios que fuesen de mayor robustez, para la Segunda Guerra Mundial. Al término de la guerra, en 1948, Estados Unidos liberó la invención para su uso comercial. Los circuitos impresos no se volvieron populares en la “Electrónica de Consumo” sino hasta mediados de 1950, cuando el proceso de Auto-Ensamblaje fue desarrollado por la Armada de los Estados Unidos. Originalmente, cada componente electrónico tenía pines de cobre, y el circuito impreso tenía orificios taladrados para cada pata del componente. Las terminales de los componentes atravesaban los orificios y eran soldadas a las pistas del circuito impreso. Este método de ensamblaje es llamado “Through-Hole” (“A través del orificio”, por su definición en ingles). En 1949, Moe Abramson y Stanilus F. Danko, de la United States Army Signal Corps, desarrollaron el proceso de auto-ensamblaje, en donde las terminales 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. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.2 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. 2.2.1 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. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.2.2 Características del Sustrato Las características básicas del sustrato son: 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. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3 Modos de Elaboración 2.3.1 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 electro-recubrimiento 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 deben soldar a la tarjeta. Hay varios 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. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 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. Fig. 2.1 Diferentes métodos para elaborar una tarjeta de circuito impreso. [3] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3.2 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 presión y de velocidad de transporte. También es necesario que cuenten con extracción y lavado de gases. Fig. 2.2 Botella de cloruro férrico usado para el atacado de la baquelita. [10] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3.3 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. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3.4 Estañado 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. Fig. 2.3 Tarjeta de circuito impreso estañada. [11] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.3.5 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). 2.3.6 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. [1] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 2.4 Historia de la Serigrafía Uno de los más antiguos sistemas de reproducción de los que hay vestigios es el estarcido (también conocido como esténcil), el cual consiste básicamente en recortar un dibujo en una plantilla y aplicar pintura a través de esta. Las complicaciones con esta técnica se dan al tener la necesidad de reproducir dibujos más complejos teniendo que vincular áreas aisladas, esto se puede resolver uniendo las diferentes áreas con puentes, algo que hace el proceso muy laborioso y poco idóneo cuando se trata de ahorrar tiempo al masificar el mensaje. Las milenarias culturas orientales han sido parte aguas al aportar conocimientos y técnicas en la historia de la humanidad, y fue precisamente en Japón donde se dio la mejor solución al problema del estarcido, cortaban dos papeles exactamente iguales para cada diseño que deseaban copiar, encolaban una trama de cabello humano sobre uno de ellos, de forma que mantuviese todas sus partes en la posición correcta, y el segundo papel recortado se encolaba sobre el primero por el lado contrario al del cabello. De esta forma transferían complejos diseños a telas y vestidos, haciendo pasar el colorante a través de las zonas abiertas de la plantilla sobre cualquier superficie. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, se cambió el cabello por la seda, de ahí proviene su nombre: sericum (seda, en latín) graphe (escribir, en griego). La evolución al sistema como lo conocemos hoy en día se dio en Europa a finales de siglo XIX, con la llamada “impresión a la lionesa”, por ser ahí el lugar donde se imprimía sobre telas. Durante la primera guerra mundial se usó para imprimir banderas. La técnica floreció en Estados Unidos gracias a su bajo costo de producción, lo que permitió su acceso y aceptación con los inmigrantes. Al sistema se fueron añadiendo técnicas, como el uso de películas fotográficas, brindando nuevas posibilidades a las impresiones. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía La serigrafía como sistema de impresión ha evolucionado gracias a sus posibilidades de uso, en cuanto a materiales aplicables es sumamente versátil, prácticamente se puede imprimir sobre cualquier material, siempre y cuando la superficie lo permita, pues se han desarrollado una gran variedad de tintas, con diversos acabados y efectos. [4] 2.5 Materiales para realizar la serigrafía 2.5.1 Marco o Bastidor En la serigrafía manual o artística los marcos más comunes son los de madera, los hay de perfil de 1 y 1.5 pulgadas de grosor, y los tamaños pueden ser muy pequeños, a partir de 20 x 30 cm. (aproximadamente tamaño carta o A4) hasta 70 x 90 cm en medidas estándar, estas dependiendo del fabricante, se pueden crear marcos de más de un metro de ancho por más de metro y medio de alto sobre pedido. Para trabajos de calidad los marcos de madera no se recomiendan, pues al estar en constante contacto con el agua se llegan a deformar y a perder su rigidez, su popularidad se debe a que son muy económicos. Su contraparte, más costosa pero de mejor calidad, son los que están fabricados con aluminio, que también vienen en perfiles de 1 y 1.5 pulgadas y en medidas similares a los de madera, a la larga tienen más ventajas, pues no se deforman, y si se rompe la malla esta se puede remplazar y sobre todo son mucho más ligeros a la hora de usar un marco grande. [5] 2.5.2 Malla Una de las razones por la que la seda ha quedado prácticamente en desuso es porque por más que se estire, cuando toma la humedad ambiente, se vuelve a aflojar. Comúnmente se utilizan el poliéster, el nylon o materiales acrílicos. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía El diámetro de los hilos que constituyen la gasa es uniforme, pero las gasas pueden ser de distintos grosores; para un trabajo con más detalle se prefieren gasas de un tejido más cerrado. Para uso textil, la cantidad de hilos se encuentra entre los 18 y los 90 hilos por cm lineal. Para uso con tintas al solvente (impresiones no textiles) como plásticos, madera, metales u otros materiales, las mallas (sedas) tienen que ser de trama más cerrada, entre 100 y 200 hilos por cm lineal. El color de las gasas varía entre el blanco y el amarillo, estas últimas permiten obtener una mejor calidad en la copia del original, dado que no refractan la luz. Las sedas pueden ser monofilamento o multifilamento, las "mono" son más resistentes y mantienen el tensado en el marco, otorgándoles una muy buena estabilidad dimensional, diferenciándose de las multifilamento que son de baja calidad y poca durabilidad. [6] 2.5.3 Emulsión Es una sustancia viscosa que se aplica sobre la malla, viene teñida de algún color. Se debe mezclar con un sensibilizante llamado: Diazo, también se puede utilizar Bicromato de amonio. Después de mezclar ambas sustancias, se debe esparcir uniformemente por toda la malla. Se utiliza un rasero, el cual pasa por ambos lados de dicha malla, cuantas veces sea necesario, hasta que quede una capa uniforme de emulsión. Se seca la emulsión por las dos caras con aire caliente hasta que quede opaca. Cuando se aplica la emulsión durante el día, se debe hacer con luz atenuada en un cuarto con poca iluminación natural, en cambio, si se realiza la aplicación de noche puede hacerse con la luz normal de lámparas o bombillos, pues estas no afectan la emulsión. [7] Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo III: Materiales Una vez entendidos los conceptos anteriores, se procede a entrar de lleno al proyecto, iniciando con la selección de materiales, explicando su funcionalidad y uso, y el porqué de dicha selección. 3.1 Marco Es el más importante, ya que con él se realiza todo el proceso de serigrafía. Es un cuadro hecho, generalmente, de madera o aluminio. Sobre él, se tensa una tela hecha de poliéster, comúnmente llamada “malla”, por la cual pasa la tinta hacia el material donde se desea imprimir. Dicha malla se caracteriza por los hilos que pasan a través de ella, mientras mayor sea el número de hilos, mayor definición se tendrá y viceversa. Para este proyecto, se cuenta con dos marcos de madera y tela de poliéster. Ambos tienen una medida de 50 cm x 40 cm; uno de ellos es de 120 hilos para alta calidad, y el segundo es de 90 hilos, disminuyendo la calidad pero aumentando el paso de tinta a través de la malla. Fig. 3.1 Marcos para serigrafía; a la derecha uno de 90 hilos, a la izquierda uno de 120 hilos. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.2 Rasero o Racleta El rasero es el dispositivo que transmite la tinta a través de la tela hacía el material que se desea imprimir. Consiste en un mango de madera, en el cual se inserta una banda de caucho. Dicha banda es la encargada de empujar la tinta por todo el marco. Se tienen dos raseros, con medidas de 20 cm para diseño de mayor tamaño y de 15 cm para impresiones pequeñas. Fig. 3.2 Rasero para serigrafía de 15 y 20 cm. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.3 Papel Albanene Son hojas similares en tamaño a las de papel bond, pero hechas de material plástico. Son transparentes y duras. Se utiliza para imprimir patrones de circuitos impresos, con una impresora de laser. Son usadas en serigrafía por su transparencia, ya que al revelar una malla, permanecerá la parte que recibió luz ultravioleta. Fig. 3.3 Patrones en hojas de papel albanene. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4 Químicos En la serigrafía se hace uso de diferentes químicos, ya sea para revelar la emulsión o limpiar el marco para realizar un diseño nuevo. A continuación se muestra cuales se utilizarán y la función que cumplen. 3.4.1 Emulsión La emulsión es lo que nos permitirá hacer la impresión de nuestro diseño. Su preparación es a base de 2 sustancias: sericrom y bicromato, los cuales en combinación, crean una capa de tinta fotosensible aplicada al marco. 3.4.1.1 Sericrom Es una tinta plástica fotosensible de color azul, soluble al agua, utilizada específicamente para la preparación de emulsiones de serigrafía. Fig. 3.4 Emulsión Sericom de 1 Lt. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.1.2 Solución Bicromato Es un sensibilizador o activador para la emulsión sericrom, sensible a la luz, de color naranja y en forma liquida viscosa. Fig. 3.5 Solución Bicromato de 90 grs. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.2 Acondicionador Es un químico diluyente, capaz de adelgazar o rebajar la tinta, haciéndola más maleable al momento de su aplicación. Es ideal para limpiar la emulsión ya revelada, de otras tintas que se le hayan aplicado, pues no es tan nocivo como el thinner. Fig. 3.6 Acondicionador de tintas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.3 Químicos de Limpieza Una de las ventajas de la serigrafía, es que se puede realizar el mismo diseño tantas veces como sea necesario, utilizando el mismo marco. Pero cuando se quiere hacer otro tipo de diseño, se procede al uso de químicos removedores. 3.4.3.1 Siriclin Es un líquido desenmulsionador de esténciles, tiene la función de remover la emulsión revelada con anterioridad, sin dañar el tejido de la malla. Fig. 3.7 Sericlin de 1 Lt. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.3.2 Serisol Plus La mayoría de las veces, después de haberse removido la emulsión con el químico Sericlin, queda una pequeña silueta del diseño que se tenía, a esto se le llama fantasma. El Serisol Plus es un líquido quitafantasmas y desengrasante de esténciles, dejando a la malla mucho más limpia para su próximo uso. Fig. 3.8 Serisol Plus de 1 Lt. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.4.3.3 Seripasta La seripasta es un desengrasante alcalino, que corta la grasa de los tejidos, de químicos removedores como el Sericlin y el Serisol Plus. Se debe usar guantes para utilizarla, ya que contiene sosa caustica. Fig. 3.9 Seripasta de 1 Lt. Fig. 3.10 Químicos para limpieza del marco. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.5 Tintas Son la base de la serigrafía, el punto más importante a considerar antes de realizar nuestro impreso, dado que existen de diferentes tipos y texturas, y de una infinidad de colores. Para este proyecto se consideraron tintas fotosensibles o de curado UV, las cuales se utilizan para la aplicación de mascaras antisoldantes y mascaras de leyendas. 3.5.1 Tinta Fotoimaginable Térmico UV Es una tinta muy viscosa, que tiene como cualidad, soportar altas temperaturas y de calor extremo, producidas por la soldadura de componentes superficiales o con cautín, en componentes through hole. Consta de 2 partes, la tinta en sí, y un endurecedor o catalizador, para que cuando seque la tinta, no se remueva con ningún otro agente externo. Fig. 3.11 A la derecha, tinta fotoimaginable térmica. A la izquierda, endurecedor de tinta. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Para este proyecto se tienen tintas para mascara antisoldante de 3 colores diferentes; rojo, azul y negro. Esta última, también puede ser utilizada para mascarillas de leyendas. El revelado es mediante largas exposiciones a luz ultravioleta y calor. 3.5.2 Tinta Curado UV Son del mismo tipo de tinta que las anteriores, en cuanto a funcionalidad se refiere, sin embargo, no necesitan de un endurecedor o catalizador para su aplicación. De igual forma, su curado es por medio de exposiciones a luz ultravioleta y calor. Se cuenta con 2 colores, blanco y negro. Ambas utilizadas para mascarillas antisoldantes, de grabado o de leyendas. Fig. 3.12 Tintas de curado UV. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.5.3 Tinta de Serigrafía Policat Es una tinta plástica de color blanco, en forma de pasta cremosa, utilizada para mascarillas de grabado o de leyendas. Puede ser aplicada con o sin catalizador; si se aplica sin catalizador, puede soportar la corrosión del cloruro férrico, pero puede ser removida con solventes. En cambio, si se le aplica un catalizador, ni los solventes podrán removerla. Fig. 3.13 Tinta SP Policat Blanco. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.5.4 Catalizador SP Policat Es un endurecedor de tintas plásticas, de forma líquida viscosa y secado rápido. Se aplica en conjunto con la tinta Policat de color blanco. Tiene como función endurecer a las tintas, de tal forma, que no puedan ser removidas con solventes o algún otro agente externo. Fig. 3.14 Catalizador SP Policat. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.6 Mesa de Serigrafía Es necesario contar con un área específica, donde se puedan cumplir las tareas de una forma adecuada y eficiente. Para esto, se realizó el diseño y elaboración de una mesa de trabajo para hacer serigrafía. 3.6.1 Dimensiones La mesa tiene una medida de 1 m de largo x 60 cm de ancho y una altura de 86 cm. En la parte superior, tiene un tablero divido en dos partes; la primera mitad es de madera de pino, con una medida de 59 cm x 49 cm y un grosor de 2 cm; la segunda mitad es un cristal, con medidas de 59 cm x 49 cm y un grosor de 7 mm. Fig. 3.15 Mesa de serigrafía. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.6.2 Funcionalidad Al estar divida en dos partes, la mesa cumple con dos funciones. La primera corresponde a la aplicación de la emulsión y a la impresión con tinta, que se lleva a cabo en la sección del tablero de madera. La segunda función se realiza en el tablero de cristal, en donde únicamente se revela dicha emulsión fotosensible. Fig. 3.16 Sección del tablero de madera. Fig.3.17 Sección del tablero de cristal. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.6.3 Complementos Para realizar los trabajos de manera más sencilla, la mesa tiene 2 complementos que la hacen más eficiente. Cuenta con dos bisagras de acero reforzadas, sujetadas simétricamente al tablero de madera. Su función consiste en sostener con gran fuerza el marco, para poder subir y bajarlo, y así tener una mayor precisión a la hora de imprimir nuestro diseño. Además, se cuenta con una lámpara de halógeno de 500 watts, ubicada en la parte inferior del cristal, cuya función es revelar la emulsión fotosensible aplicada con anterioridad. Fig. 3.18 Bisagras de acero reforzadas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 3.19 Lámpara de halógeno de 500 Watts. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.7 Materiales Adicionales Si bien su uso no es indispensable para hacer serigrafía, son de gran ayuda a la hora de realizar un nuevo proyecto. 3.7.1 Espátulas de madera Sirven para mover, mezclar, agregar o quitar tinta, endurecedor o catalizador. De un solo uso, económicos y fáciles de maniobrar. Fig. 3.20 Espátulas de madera. 3.7.2 Bandeja de Plástico Es un recipiente de plástico, sobre la cual se deposita la tinta para su fácil manejo, de una manera más limpia y sin desperdiciar tanto material. En caso de utilizar el catalizador o endurecedor, se debe limpiar la bandeja inmediatamente, pues si llega a secarse, no podrá removerse de está. Fig. 3.21 Bandeja de plástico. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.7.3 Adhesivo en Aerosol Sirve para adherir la tarjeta fenólica a la base de madera, ya que al querer hacer un impreso, la tarjeta puede quedarse pegada a la malla. Fig. 3.22 Adhesivo en aerosol. 3.7.4 Thinner Es un diluyente más nocivo que el acondicionador, puede incluso dañar la malla si no se tiene cuidado. Se usa para limpiar las tazas medidoras y la bandeja de plástico. Es de un olor muy fuerte y su aplicación es por medio de una estopa. Fig. 3.23 Thinner Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.7.5 Tazas Medidoras Son unos recipientes de plástico con una escala de medida en centímetro cúbicos (cc), utilizados para hacer la mezcla de emulsión o de tintas con catalizador, de una manera en proporción más precisa. Fig. 3.24 Tazas medidoras. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.7.6 Jeringa Es una jeringa de plástico con una escala de medida en milímetros (mm), se utiliza para medir con precisión, la cantidad de solución bicromato que agregamos a la emulsión sericrom. Fig. 3.25 Jeringa de plástico. 3.7.7 Secadora Es una secadora para cabello, de aire frio o caliente. Se utiliza para secar rápidamente la emulsión, o secar la malla después de limpiarla. Fig. 3.26 Secadora de cabello. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 3.7.8 Hule Espuma Es un material plástico poroso, parecido a la espuma. Se utiliza para tapar la parte interna de la malla, al momento de revelar la emulsión. Debe tener una medida menor a la del marco, para que pueda meterse dentro de esté. Fig. 3.27 Hule espuma y marco. 3.7.9 Estopa Es una tela utilizada para limpiar, pulir o encerar cualquier superficie. Para este caso, se utilizara junto con los diferentes químicos anteriormente explicados. Fig. 3.28 Estopa. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo IV: Proceso de la Serigrafía 4.1 Emulsión 4.1.1 Preparación La emulsión se prepara mezclando 9 partes de Sericrom emulsión, por 1 de Solución Bicromato. Para estar seguros de las cantidades que usemos, se debe utilizar la taza medidora y la jeringa. Así, evitaremos el desperdicio de ambas sustancias. Se puede dejar preparada emulsión para trabajos futuros, pero debe estar en un recipiente cerrado y guardado a la sombra. Se debe considerar, que el preparado tiende a secarse después de cierto tiempo, por lo que no se recomienda usar cuando haya pasado bastante tiempo después de preparación. Fig. 4.1 Preparado de la emulsión. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.1.2 Aplicación En este paso, se debe tener el marco totalmente limpio y seco, sin ningún otro diseño o residuos de tinta. Una vez con la emulsión preparada, se debe considerar el tamaño del diseño a realizar, pues de esto dependerá la cantidad de material que usaremos. Se deben aplicar de 2 a 3 capas de emulsión, la primera de ellas se aplica en la parte posterior de la malla, y las siguientes en la parte interna de la misma. Para así, tener cubierta de emulsión toda la dimensión del diseño a realizar. Al término de esto, se debe aplicar una última capa, pero en sentido contrario, para evitar burbujas o residuos que afecten la emulsión. Fig. 4.2 Aplicación de la emulsión sobre la malla. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Ahora se procede a secar la emulsión, para apresurar el proceso, se hace uso de la secadora de cabello. La emulsión debe estar seca en su totalidad, sin haber recibido algún tipo de luz, para que su revelado sea optimo. Fig. 4.3 Secado de la emulsión. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.1.3 Revelado Esta parte del proceso, se realiza en la sección del tablero de cristal. Aquí se hace uso de la lámpara de halógeno y de los patrones impresos en las hojas de acetato. Dichos patrones se pegan en la parte posterior de la malla, con cinta adhesiva transparente. Se debe tener cuidado al imprimir los patrones, pues se debe hacer en modo espejo, si es la parte bottom del circuito. Y se imprime de forma normal para la parte top, la mascarilla antisoldante y de leyendas. Una vez pegados los acetatos, se coloca sobre el cristal. Se coloca el hule espuma, en el interior del marco, y sobre este, se agrega peso, para evitar separación alguna entre los patrones y la malla. Acto seguido, se enciende la lámpara de halógeno durante 4 minutos, tiempo necesario para revelar la emulsión. En caso de que se pase de este tiempo de exposición, costará más trabajo e incluso no saldrá el diseño que se desea. Fig. 4.4 Colocación de patrones sobre la pantalla de emulsión. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Ahora se procede a lavar el marco por ambos lados, con agua preferentemente a presión. Poco a poco se verá como se va quitando la emulsión que no fue expuesta a la luz de la lámpara de halógeno. Una vez completo el revelado, se procede a secar nuevamente el marco con la secadora de cabello. Fig. 4.5 Revelado de emulsión con luz de halógeno. Fig. 4.6 Lavado de emulsión. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.2 Impresión del Circuito Electrónico Hasta este punto se tiene el marco revelado con el circuito que se desea; se tiene la placa fenólica donde se hará el impreso, y usaremos la tinta plástica Policat de color blanco sin catalizador, para poder removerla más adelante. Fig. 4.7 Materiales para impresión del circuito electrónico. Se acomoda la placa fenólica en simetría con el diseño que se tiene en el marco, para hacer la impresión del circuito. Se adhiere la placa al tablero de madera, con el adhesivo en aerosol, para evitar algún corrimiento de la misma. Se aplica una cantidad generosa de tinta sobre la malla, desde el borde donde inicia el circuito, de tal forma que se abarque toda su anchura. Sin bajar el marco, se esparce la tinta con ayuda del rasero, a esto se le llama “cargar la tinta”. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.8 Acomodamiento simétrico de la placa fenólica. Fig. 4.9 Impresión del circuito sobre la placa fenólica Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía A continuación se baja el marco, y con el rasero, se esparce nuevamente la tinta aplicando un poco de fuerza, para que traspase a través de la malla hasta la placa fenólica. La impresión debe ser uniforme, sin burbujas o algún residuo que pueda alterar nuestro diseño. Fig. 4.10 Circuito impreso por serigrafía. Se deja secar la tinta por unos minutos, para después realizar el atacado químico con el cloruro férrico. Gracias a la composición plástica de la tinta, solo será removido el cobre desnudo de la placa fenólica. Pasados 20 minutos, se retira la placa del cloruro, limpiándose con agua. Para después remover la tinta, usando una estopa con thinner. Ahora se procede al barrenado de la placa fenólica, con brocas de tungsteno de diferentes medidas según el diseño. Para así, proceder con la aplicación de mascarillas antisoldantes y de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.11 Barrenado de la tarjeta de circuito impreso. Fig. 4.12 Tarjeta de circuito impreso elaborado por serigrafía. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.3 Mascarilla Antisoldante 4.3.1 Preparación En esta etapa se debe elegir la tinta a utilizar, pues su preparado varía para cada una de ellas. A continuación, se muestran los componentes de la mezcla y en que proporción se deben aplicar. 70% de tinta fotoimaginable térmico - UV, 30% de endurecedor CA - 40WL (HD) 100% de tinta de curado UV, no requiere mezcla alguna. Fig. 4.13 Preparación de tinta antisoldante color negro. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Una vez seleccionada el tipo y color de tinta, se procede a mezclar los componentes, en caso de que lo requiera, con las espátulas de madera. La mezcla debe ser uniforme, de un solo color, sin burbujas o residuos, suficiente para las tarjetas que se deseen. Fig. 4.14 Aplicación de endurecedor CA – WL40 para tinta antisoldante. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.3.2 Aplicación Se aplica de la misma forma que en la impresión del circuito. Se acomoda la placa fenólica en simetría con el diseño de la mascarilla antisoldante, y se pega con adhesivo en aerosol sobre el tablero de madera. Sobre la malla, en la parte del diseño, se pone una generosa cantidad de tinta mezclada. Se carga la tinta con ayuda del rasero, y se aplican de 2 a 3 capas de tinta. La impresión debe ser uniforme, sin burbujas o residuos. Fig. 4.15 Aplicación de tinta antisoldante a la malla. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.16 Aplicación de mascarilla antisoldante. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.3.3 Revelado Para su revelado, se somete a una exposición de 8 a 10 minutos con luz ultravioleta. El calor de la misma luz ayudara al secado de la tinta. Al terminar, se coloca sobre una bandeja de plástico, evitando tocar el centro de la placa, y se deja reposar al aire libre. Fig. 4.17 Exposición del circuito impreso con luz ultravioleta. Fig. 4.18 Tarjeta de circuito impreso con mascarilla antisoldante. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.4 Mascarilla de Leyendas 4.4.1 Preparación De igual forma que en la etapa anterior, se debe elegir la tinta a utilizar. A continuación, se muestran los componentes de la mezcla y en que proporción se deben aplicar. 70% de tinta blanca SP Policat, 30% de Catalizador SP Policat. 100% de tinta de curado UV, no requiere mezcla alguna. 70% de tinta Negra o Blanca fotoimaginable Térmico - UV, 30% de endurecedor CA 40WL (HD) Una vez seleccionada la tinta a utilizar, se procede a su preparación. Se recomienda utilizar la taza medidora, las espátulas de madera y la bandeja de plástico para realizar la mezcla, sin desperdiciar material. Fig. 4.19 Preparación de tinta para mascarilla de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.20 Aplicación de catalizador SP Policat para mascarilla de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.4.2 Aplicación Se aplica de la misma forma que la mascarilla antisoldante, pero en el lado contario del circuito impreso. Se acomoda la placa fenólica, simétricamente, con el diseño de la mascarilla de leyendas de la malla, y se pega con adhesivo en aerosol sobre el tablero de madera. Sobre la malla, en la parte del diseño, se pone una generosa cantidad de tinta mezclada. Se carga la tinta con ayuda del rasero, y se aplican de 2 a 3 capas de tinta. La impresión debe ser uniforme, sin burbujas o residuos. Fig. 4.21 Aplicación de tinta para la mascarilla de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.22 Cargado de tinta. Fig. 4.23 Aplicación de la mascarilla de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.4.3 Revelado De la misma forma que en la mascarilla antisoldante, se somete a una exposición de 8 a 10 minutos con luz ultravioleta. El calor de la misma luz ayudara al secado de la tinta. Al terminar, se coloca sobre la bandeja de plástico, evitando tocar el centro de la placa, y se deja reposar al aire libre. Una vez concluido este último paso, se ha finalizado la elaboración de tarjetas de circuito impreso por serigrafía. Teniendo como resultado, un trabajo bien elaborado y de calidad profesional. Fig. 4.24 Tarjeta de circuito impreso con mascarilla de leyendas. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía 4.7 Limpieza de la Malla Cuando se desea realizar un proyecto nuevo, y el marco tiene una emulsión ya revelada con un diseño antiguo, se procede a la limpieza de la malla con los químicos removedores, Sericlin, Serisol Plus y Seripasta. Como primero paso, se moja un poco de estopa con el líquido Sericlin, este ayudara a remover el exceso de emulsión sobre la malla. Dicha estopa, se pasa enérgicamente por ambos lados del marco hasta que se vea limpia y en su color original. Después se remoja con agua por algún residuo que haya quedado. Fig. 4.25 Limpieza de la malla con químico Sericlin. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Fig. 4.26 Removido de emulsión sobre la malla. Ahora se vera más limpio el marco, pero aun se vera el diseño antiguo en forma de sombra. Para eliminar esto, se utiliza un poco de líquido Serisol Plus en una estopa, haciendo movimientos circulares para mejores resultados. Se debe tener cuidado con este químico, ya que contiene sosa caustica, por lo que se deberá usar guantes para su manejo. Fig. 4.27 Limpieza de la malla con químico Serisol Plus. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Se continúa con la Seripasta, para desengrasar el marco de los químicos anteriores, permitiendo así, un mejor paso de la tinta a través del tejido de la malla. De igual forma, se debe utilizar guantes al manejar la Seripasta, pues como el Serisol Plus, contiene sosa caustica. Al final, se remoja el marco con agua en abundancia y se deja escurrir hasta secarse, si se desea apresurar este último paso, se utiliza la secadora de cabello. Fig. 4.28 Desengrasado de la malla utilizando el químico Seripasta. Finalizada la limpieza, se puede iniciar con un nuevo proyecto y un nuevo diseño, para elaborar tarjetas de circuito impreso mediante procesos de serigrafía. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Capitulo V: Conclusiones Se obtuvieron los materiales básicos para realizar el proceso de serigrafía en placas fenólicas; como marcos, tintas, emulsiones fotosensibles y raseros. A dichos materiales básicos, se le implementaron nuevos materiales adicionales que ayudarán y mejorarán la producción de la serigrafía. Se adquirió una mesa de trabajo para realizar serigrafía. Con un diseño integral, el cual, une la parte de impresión y aplicación de tintas, con la parte del revelado de emulsión. Se logró hacer la impresión de un circuito electrónico sobre una placa fenólica, utilizando tinta plástica, capaz de soportar la corrosión del cloruro férrico. Se logró la aplicación de mascarillas antisoldantes en tarjetas de circuito impreso, protegiéndolas contra la oxidación, y evitando el corrimiento de soldadura a lugares no deseados. Se logró la aplicación de mascarillas de leyendas en tarjetas de circuito impreso, reconociendo formas y nombres de componentes, pudiendo agregar texto personalizado. Se realizó un manual, describiendo cada uno de los pasos para el proceso de serigrafía, con la finalidad de que los nuevos prestadores de servicio social y de residencia, aprendan a realizarlo. El proceso de serigrafía se encuentra operando exitosamente. Y actualmente, se encuentra ya disponible en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Mérida, dentro del Laboratorio de Circuito Impresos “PCB Lab”. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Mejoras a Futuro El proyecto de elaboración de tarjetas de circuito impreso por métodos de serigrafía, tiene muchas mejoras y actualizaciones por realizar, tanto a corto, mediano y largo plazo para lograr su completo desarrollo. Una de las mejoras más urgentes, es la de tener un área o espacio de trabajo de mayor extensión, con buena ventilación para el manejo de sustancias o químicos. Además de una toma de agua a presión, para el revelado y limpieza del marco. Más adelante, se puede proponer un nuevo diseño de la mesa para realizar serigrafía, la cual incluya una camara de vacío, que permita tener una mayor adherencia entre la malla y los patrones durante el revelado. De igual forma, mantener la placa fenólica adherida a la mesa, sin necesidad de usar el adhesivo en aerosol. Como última mejora, se propone la obtención de máquinas profesionales para serigrafía, tales como camaras de revelado, pulpos para serigrafía y máquinas de secado. Dicha máquinaria daría resultados con excelente calidad, de tal proporción, que permita la puesta en marcha de una empresa que se enfoque a la elaboración de tarjetas de circuito impreso. Elaboración de Tarjetas de Circuito Impreso por Métodos de Serigrafía Referencias Bibliográficas [1] Wikipedia. Circuito Impreso. [En línea] <http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_impreso> [Consulta: 21 Noviembre 2012] [2] Server Protón CUCEI, Universidad de Guadalajara. Diseño Electrónico de Circuitos Impresos por PC. [En línea] <http://proton.ucting.udg.mx/tutorial/patino/introd/index.html> [Consulta: 21 Noviembre 2012] [3] Construya su Videorockola. Fabricación de Circuitos Impresos (PCB). [En línea] <http://construyasuvideorockola.com/fabricacion_impresos_03.php> [Consulta: 21 Noviembre 2012] [4] Neopixel, Diseño Grafico en México. 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Código 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 pz Lt Lt Lt Lt Pz pz pz pz pz pz pz Concepto SERIE: A (AC10) FOLIO: 110537 FOLIO FISCAL: Vend. NO IDENTIFICADO C (1625) 9 x america Bisagra sencilla reforzada EAP ME-B2S AUX-U9-9200 Sericlin U9-9200 (1L) AUX-U5-4020 Serisol U5-4020 (1L) AUX-U5-6004 Seripasta U5-6004 (1L) AUX-U5-2001 Sericrom U5-2001 (1L) Emulsión AUX-SOL116-1S0o0lución de bicromato 116 100grs MA-40X50X90TPantalla de 40X50 con malla 90T MA-40X50X120PTantalla de 40 X 50 con malla 120T RA-MCA 20CMR Sasero madera aluminio 20cms RA-MCA 15CMR Sasero madera aluminio 15cms Blanco policat R2-6011 (¼ Kg) R2-6011-4 Catalizador Policat R2-0100 (1/4) R2-0100-4 c730e243-2927-4c18-bad7-6aea9935f0e0 FORMA DE PAGO:NO IDENTIFICADO C Cuenta: No Identificado Precio Unitario 153.48 93.54 100.17 58.68 65.64 19.98 128.76 161.30 61.32 45.99 57.33 59.93 Importe 153.48 93.54 100.17 58.68 65.64 19.98 128.76 161.30 61.32 45.99 57.33 59.93 SON: UN MIL SEIS PESOS 11/100 M.N. Fecha de Timbrado: 2012-10-18T16:38:34 Número de certificado de Sello Digital: SubTotal: 1,006.11 I.V.A. INCLUIDO: 0.00 TOTAL: 1,006.11 000010000 Número de certificado de Sello Digital SAT: 00001000000102553368 Sello digital del CFDI: lIiXBPXHaHeJ/Hw52UDqqTaz3p/E2MobQ2TjqPFAkE5g5t247kjfAh29kYMddzQItaFk33TvtzLi+0jGwWaw5uq2E gKhunN+/pIlgoMwdCcnTxEkupzHdJWfORksVebBlGtEbknVDXnwe3FqwVfWU42HBtZ5aTWRmd+x37di2JE= EFECTOS FISCALES AL PAGO Régimen Fiscal: Régimen de las Personas físicas con actividades empresariales y profesionales Cadena Original SAT : ||1.0|c730e243-2927-4c18-bad7-6aea9935f0e0|2012-1018T16:38:34|lIiXBPXHaHeJ/Hw52UDqqTaz3p/E2MobQ2TjqPFAkE5g5t247kjfAh29kYMddzQItaFk33TvtzLi+0jGwWaw5uq2EgKhunN+/pIlgoMwdCcnTxEku pzH dJWfORksVebBlGtEbknVDXnwe3FqwVfWU42HBtZ5aTWRmd+x37di2JE=|00001000000102553368|| Sello SAT: D6EofTCD9nzOwypQS2odgLtqosEcnavhL2qaiX5ZzOVBvWbINa0OYh9D2AXYCGO3O3gxGd1puag+JVFFOfMn86maJ vpmaVFcNx/NNxjHTw7J5EBXOJ0Fqj3urc5lKFQPAf0Uz1C4x7eFgMAhhynjhmqStDanE28lp4IrEQz7NGk= ACEPTO(AMOS) NOMBRE Y FIRMA "Este documento es una representación impresa de un CFDI" LUGAR DE EXPEDICION: CALLE COAHUILA No. 104-D E NTRE CALLES PARAGUAY Y BRASIL C.P. 24050 COLONIA SANTA ANA. SAN FRANCISCO DE CAMPECHE CAMPECHE. MEXICO POR ESTE PAGARE MERCANTIL ME(NOS) OBLIGO(AMOS) A PAGAR INCONDICIONALMENTE A SU PRESENTACION EN ESTA PLAZA O LA QUE ELIJA EL TENEDOR LA CANTIDAD DE $1006.11 PESOS A LA ORDEN DE MANUEL ENRIQUE ADAM MEDINA POR MERCANCIAS QUE RECIBI(MOS) DE ENTERA CONFORMIDAD. LA FALTA DE PAGO DE LA SUMA QUE AMPARA ESTE PAGARE, CAUSARIA INTERES AL 5% MENSUAL A PARTIR DE SU VENCIMIENTO.
