Guía de Fabricación de Circuitos Impresos

Guía de Fabricación de Circuitos
Impresos
Curso de Electrónica 2
2005
Rafaella Fiorelli
Método Manual
Un circuito impreso es una placa plástica (ej. pertinax) sobre la cual hay
"pistas" y "pads" de cobre, quienes forman parte del circuito deseado.
Cada trazo de cobre se denomina pista, que cumple la función de un cable que
une uno o más puntos eléctricamente. Se denomina “pad” a los círculos o
cuadrados con un orificio central donde el terminal de un componente es
insertado.
Las placas para fabricar circuitos impresos que se consiguen en el mercado
están recubiertas por una lámina de cobre. Entonces para formar pistas y pads,
debe eliminarse las partes de cobre sobrantes.
Además se pueden escribir leyendas o hacer dibujos como forma de facilitar el
armado o identificar señales.
Para que las zonas de cobre no deseadas se eliminen de la superficie de la
placa se utiliza un compuesto llamado Percloruro de Hierro o Percloruro
Férrico. Este producto produce una rápida oxidación sobre metal haciéndolo
desaparecer si producir efecto alguno sobre plástico. Utilizando un marcador de
tinta permanente o plantillas transferibles se puede dibujar sobre la cara de
cobre virgen el circuito que se desea y luego pasándolo por el compuesto se
obtiene la placa de circuito impreso deseado.
Los pasos para fabricar circuitos impresos son los siguientes:
1.
Crear la disposición de las pistas (layout) sobre papel:
Teniendo el esquemático del circuito realizado a mano o por un programa
de computadora (ej.: Capture) se pasa a diseñar el layout a mano o bien
con un programa de diseño de circuitos impresos (ej.: OrCAD, Protel,
PCB123, etc.). Recordar que al diseñar debe tenerse en cuenta el espacio
físico que requieren los componentes así como la distancia entre cada
uno de sus terminales.
2.
Corte del trozo de placa de circuito impreso:
Se marca sobre la placa de cobre las líneas por donde se cortará con una
sierra. Una vez cortado el trozo a utilizar se debe lijar los bordes a fin de
quitar las imperfecciones producidas por el corte.
3.
Preparar la superficie del cobre:
Pulir suavemente la superficie de cobre con esponja de aluminio para
remover manchas, partículas de grasa u otra cosa que afecte el
funcionamiento del percloruro. Esto se debe a que este último solo ataca
metal, no haciéndolo con pintura, plástico o manchas de grasa. Por tanto
donde esté sucio el cobre resistirá y quedará sin atacar. La lana de acero
debe ser frotada sobre la cara de cobre y preferentemente dando círculos,
para facilitar la adherencia tanto de los transferibles como de la tinta del
marcador. Usar guantes al hacer esta operación para no adherir al cobre
suciedad de las manos.
4.
Transferir el layout al cobre:
Consiste en dibujar el layout sobre la cara de cobre, con tinta indeleble.
Con este método se necesita un marcador indeleble, un lápiz blando, y/o
plantillas transferibles que contengan pads. Ambos marcadores deben ser
de tinta permanente al solvente. (ej.: Edding 3000).
Para aplicar los dibujos de las plantillas colocar la misma sobre la lámina
de cobre y, con el lápiz frotar cada uno suavemente hasta que queden
estampados sobre el circuito impreso. En caso de aplicar un transferible
erróneamente puede quitarse con un cuchillo. Si no se consiguen
transferibles, se pueden dibujar los pads con marcador.
Para dibujar las pistas con marcador se pueden utilizar reglas existiendo
también transferibles con forma de pistas. Si se dibujan con marcador es
conveniente no repasar la pista ya dibujada pues podrían quedar zonas
con poca tinta haciendo que la pista se corte al colocarla en percloruro.
Por último comparar el diseño original con el obtenido en la placa para
verificar que no haya errores.
Observación: para aprender otro método referirse al apéndice1.
5.
Preparación del percloruro de hierro:
El corrosivo empleado es Percloruro de Hierro, el cual se puede comprar
en cualquier droguería o casa de electrónica.
Para mejorar el rendimiento del percloruro su temperatura debe estar
entre 20 y 50 ºC. En condiciones normales no es necesario calentarlo.
Observaciones: Si el percloruro toma contacto con la ropa la mancha es
permanente. Si entra en contacto con la piel, lavar con abundante agua y
jabón. Si entra en contacto con la vista lavar con solución ocular y acudir
de inmediato a un oculista.
Para neutralizar el percloruro se le atreva una solución básica como cal
o bicarbonato de sodio, (esto se debe hacer antes de desechar el
producto)
6.
Ataque químico:
Colocando el percloruro en recipiente de plástico se coloca la placa de
circuito impreso flotando, con la cara de cobre hacia abajo y se deja
estacionar entre 10 y 15 minutos. Para que el proceso sea más rápido
puede moverse suavemente el recipiente para que el percloruro que se
encuentre alrededor del cobre se renueve y extraiga los sedimentos.
Utilizando guantes levantar la placa periódicamente para revisar su
estado. Si es necesario, puede sumergirse la placa en agua para
observar en detalle, aunque el dibujo no debe frotarse ni tocarse para
evitar dañarlo. En caso de que el cobre que debía salir permanece,
colocar la placa en percloruro algunos minutos más; pudiéndose repetir
este procedimiento hasta que el circuito impreso quede completo.
Si se nota en algún momento que una pista podría cortarse, secar
cuidadosamente en esa zona y aplicar marcador para protegerla de la
acción oxidante del percloruro.
Una forma práctica de ver si el percloruro comenzó a corroer el cobre es
iluminar la placa y ver si las pistas están marcadas. Si es así es clara
señal de buen funcionamiento, si se ve todo opaco significa que aún no
comenzó el ataque químico.
Una vez terminado el proceso sacar la placa del recipiente, colocarla en
un recipiente lleno de agua, llevarla hasta la pileta de lavar más próxima
y dejarla bajo agua corriente durante unos minutos. Luego, secar con
papel y quitar el marcador con solvente o con esponja de aluminio.
7.
Prueba de continuidad:
Con un tester verificar que ninguna pista esté cortada. En caso de haber
una pista cortada estañarla desde donde se interrumpe hasta el otro lado
y colocar sobre ella un fino alambre.
8.
Perforado:
En caso de utilizar componetes through-hole se deben hacer orificios en
los pads por donde el terminal de componente pasará.
Con un pequeño taladro pueden hacerse los agujeros. Para los orificios
de resistencias comunes, capacitores y semiconductores de baja
potencia una mecha de 0.7-0.8mm es ideal.
9.
Terminaciones finales:
Con una esponja de aluminio se quitan los residuos de todas las
perforaciones para que quede lisa la superficie de soldado. Luego de
esto comprobar por última vez la continuidad eléctrica de las pistas y
reparar lo que sea necesario.
10.
Montaje de componentes:
Se debe montar primero los componentes de menor espesor,
comenzando si los hay por los puentes de alambre. Luego le siguen los
diodos, resistencias, pequeños capacitores, transistores, pines de
conexión y zócalos de circuitos integrados. Siempre se debe usar
zócalos para los circuitos integrados pues así es fácil hacer un cambio si
están fallados o quemados. De lo contrario, el desoldar y soldar la placa
hace que la pista vaya perdiendo adherencia al plástico y al cabo de
varias reparaciones el pad se despega al igual que las pistas que de ella
salen.
Apéndice 1 :
Método de la “planchita”
Luego de haber diseñado el layout de la placa en algún programa CAD se
imprime el diseño en cualquier impresora de buena calidad. Se debe imprimir
de forma tal que el layout impreso se vea espejado. Luego se fotocopia el
diseño. Usar un nivel de Toner normal. Preparar copias del diseño para elegir
la mejor. Si se usa una impresora láser se puede utilizar la impresión sin
fotocopiar.
Seguir los pasos 2. y 3. para preparar la placa de cobre.
Recortar el diseño de la fotocopia y colocarlo de manera que el Toner toque el
cobre de la placa. Doblar el papel hacia el plástico de la placa y pegarlo con
cinta.
Calentar la plancha a máxima potencia y aplicarla sobre el papel alrededor de
30 segundos para fundir el toner y adherirlo al cobre. Arrojar inmediatamente la
placa en una cubeta con agua para humedecer el papel y evitar que se encoja
al enfriarse y el toner se despegue. Dejar en remojo unos minutos.
Cuando está bien remojado comenzar a frotar el papel con los dedos debajo
del choro de agua corriente, formando rollitos y retirando el papel capa por
capa. Secar la placa y retocar con marcador indeleble las pistas borradas.
Seguir el proceso a partir del paso 5..
Apéndice 2: Técnica manual de fabricación de placas con Photoresist
La técnica de Photoresist consiste en utilizar una resina fotosensible para
dibujar el patrón sobre una placa de cobre, y luego emplear una sustancia que
disuelve el cobre que no forma parte del dibujo, obteniendo así el diseño sobre
la placa.
Comercialmente existen 2 alternativas, o bien comprar la resina fotosensible
por separado, la que luego se aplica la placa de cobre previamente a su
utilización, o directamente adquirir placas que ya traen la resina incorporada.
A continuación se explicará la segunda alternativa. La placa utilizada puede ser
positiva o negativa. Si es positiva, la porción de placa que queda expuesta a la
luz es la que luego cambia sus propiedades y se vuelve soluble. Si es negativa,
la porción que cambia sus propiedades es la que no queda expuesta a la luz.
A continuación se describen brevemente los pasos para la fabricación de las
placas. El procedimiento debe realizarse en un cuarto oscuro, iluminado por
ejemplo con una lámpara roja o amarilla de no más de 25W.
a. Se imprime en una transparencia el diseño del circuito. Si se trabaja con
placas positivadas, las partes con cobre deben estar opacas (para
b.
c.
d.
e.
impedir el pasaje de la luz) y el resto transparente(para provocar la
reacción y luego ser disueltas). Lo contrario debe hacerse si se trabaja
con placas negativas.
Luego de limpiar de polvo la superficie de la placa de cobre, se coloca la
transparencia (con la tinta del lado más cercano a la placa, para mejorar
la definición) y se la expone a una fuente de luz ultravioleta durante unos
5 minutos. (de una potencia de alrededor de 15W) o un tubo de luz
durante más de 15 minutos, y se coloca a una distancia de unos 15cm
de la superficie de la placa. Para placas positivadas la radiación
ultravioleta hace reaccionar aquellas partes de la placa expuestas, es
decir, aquellas zonas donde la transparencia no tiene tinta. Si se trata de
una placa de dos caras, se da vuelta y se expone el otro lado también.
Se aplica revelador, que es una solución de Hidróxido de Sodio (soda
cáustica) en agua (concentración de alrededor del 10%), para eliminar el
fotoresist que reaccionó y se hizo soluble. Para evitar el deterioro de la
placa (daños en las zonas originalmente protegidas de la luz), se debe
dejar la misma aproximadamente 30 segundos en la solución reveladora
y posteriormente enjuagar el circuito con abundante agua para detener
la reacción. Un dato que permite reconocer que la placa fue
correctamente revelada es la aparición del trazado del circuito sobre la
superficie de cobre, indicando que la placa debe ser retirada del
revelador. Recién después de finalizada esta operación se puede
exponer el circuito a la luz.
Se introduce la placa en una solución de Percloruro de Hierro. Este
reacciona disolviendo aquellas partes de la placa que hayan quedado
sin resina debido al revelador, y por tanto deja solamente las pistas y el
resto de las porciones con cobre del circuito.
Una vez que el Percloruro termina de reaccionar, se elimina el resto del
fotoresist con algún solvente orgánico (por ejemplo thinner), para
permitir soldar sobre la placa.
Otros documentos :
1.
2.
3.
4.
PCB Process. Sebastián Fernandez
http://iie.fing.edu.uy/~sebfer/pcb/index.htm
http://www.pablin.com.ar/electron/cursos/pcb/
http://www.pablin.com.ar/electron/trucos/placaci/index.htm
Capítulo 7 de Tesis de Fin de Carrera de IIE-FI, F. de Mula, R.
Fiorelli , V. Marchesano, Dic.2003