Estacion de Ataque de Placas

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TALLER DE INVESTIGACIÓN II
AWD-PBC
REPORTE FINAL
INTEGRANTES:
CHIN CANCHE ERVIN EDGAR
MALDONADO QUEZADA GERARDO
SUAREZ CARRERA SERGIO
TUTOR:
DRA. MARGARITA ÁLVAREZ CERVERA
CARRERA:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
PERIODO:
AGOSTO – DICIEMBRE 2013
GRUPO:
8EM
MÉRIDA, YUCATÁN A
14 DE DICIEMBRE DE 2013
I
INDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1
CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TEORICOS
5
1.- ¿Que son los PCB´s?
5
1.1 ¿Por qué utilizar PCB´s?
6
1.1.1 DISEÑO DE ESQUEMÁTICO
7
1.1.1.1 EAGLE
7
1.1.1.2 ARES de Proteus.
8
1.1.1.3 PCB Wizard
9
1.1.2 TRASPASO DE ESQUEMÁTICO A PLACA
10
1.1.2.1 Método de planchado
10
1.1.2.2 Método de serigrafía
12
1.1.2.3 Método de fotográfico.
14
1.1.3 ATACADO DE LA PLACA.
16
1.1.3.1 Método de atacado con acido
16
1.1.3.2 Atacado con cloruro férrico
18
CAPITULO 2: ANTECEDENTES Y CAUSAS DEL PROBLEMA
20
2.1 ANTECEDENTES
20
2.1.1 PCB Maratókád.
22
2.1.2 Grabadora de aspersión JET 34 D
23
2.1.3 Proma máquina de grabado especial con calefacción, tipo 2030 141030
25
2.1.4 Estación de Marathi
27
II
2.1.5 Grabadora por aspersión SPLASH
29
2.1.6 Procesos industriales para el atacado de placas de circuito impreso.
31
2.1.6.1 Proceso de atacado de las placas arduino
31
2.2 CAUSAS DEL PROBLEMA
32
2.2.1 CAUSAS
32
2.2.2 SOLUCIONES
33
CAPITULO 3: DISEÑO E IMPLEMENTACION
34
3.1 Definición problema a resolver
34
3.2 Determinación de las variables de entrada y salida
35
3.2.1 variables de entrada
35
3.2.2 variables de salida
35
3.3 Definición del sistema por etapas
36
3.4 Diseño de cada etapa
38
3.4.1 interfaz de usuario.
38
3.4.2 Sistema de abastecimiento y recuperación de cloruro férrico.
38
3.4.3 Sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
39
3.4.4 Sistema de control maestro.
39
3.4.6 Sistema de secado
40
3.4.5 Sistema de atacado
40
3.5 Simulación
41
3.6 Montaje
43
3.7 Pruebas
52
3.8 Resultados
55
Referencias
57
III
INDICE DE TABLAS Y FIG
Tabla 1: Cronograma de actividades
4
Figura 1.1 Placa de circuito impreso
5
Figura 1.2: Diseño de esquemático
6
Figura 1.3: Traspaso de esquemático a placa
6
Figura 1.4: Atacado de la placa.
6
Figura 1.5: Cadsoft Eagle
7
Figura 1.6: Ares de Proteus.
8
Figura 1.7: PCB Wizard
9
Figura 1.8: Planchado del esquemático.
11
Figura 1.9: Removiendo excesos de papel.
11
Figura 1.10: Aplicación de la emulsión
13
Figura 1.11: Aplicación de la tinta para traspaso a placa
13
Figura 1.12: Placa lista para atacado
13
Figura 1.13: Placa con resina fotosensible lista para su revelado
15
Figura 1.14: Insoladora para método fotográfico.
15
Figura 1.15: Medidas de seguridad para trabajar con acido clorhídrico
17
Figura 1.16: Atacado de placa fenólica con acido clorhídrico.
17
Figura 1.17: Atacado con cloruro férrico
19
Figura 1.18: Placa después de atacado con cloruro férrico
19
Figura 2.1: Estación de atacado PCB Maratókád
22
Figura 2.2: Grabadora de aspersión JET 34 D.
23
Figura 2.3: Proma máquina de grabado especial con calefacción, tipo 2030 141030 25
IV
Tabla 2: Especificaciones Proma máquina
26
Figura 2.4: Estación de Marathi
27
Figura 2.4: Grabadora por aspersión SPLASH
29
Figura 2.5: Atacado industrial de placas arduino.
31
Figura 3.1: Sistema definido por etapas
36
Figura 3.2: Diseño con SketchUp
41
Figura 3.3: Interfaz de simulación Twido suite
42
Figura 3.4: Panel de simulación de entradas y salidas Twido suite
42
Figura 3.5: Simulación Twido suite.
42
figura 3.6: Estructura para prototipo con nivel superior e inferior.
43
Figura 3.7: Estructura completa y primeros componentes.
43
Figura 3.8: Propuesta de diseño ideal del prototipo.
44
Figura 3.9: Interfaz de usuario.
45
Figura 3.11: Vista posterior superior sistema de cloruro.
45
Figura 3.10: Vista frontal superior sistema de cloruro.
46
Figura 3.12: Bomba utilizada para la inyección de aire en la etapa de atacado.
46
Figura 3.13: Vista frontal sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
47
Figura 3.14: Vista posterior sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
47
Figura 3.15: Sistema de atacado visto desde arriba.
48
Figura 3.16: Reparación de fuga sistema de atacado.
48
Figura 3.17: Sistema de secado
49
Figura 3.18: Añadiendo lámpara para mejorar sistema de secado.
49
Figura 3.19: PLC usado para sistema de control maestro.
50
Figura 3.20: Foco indicador de fin de proceso.
50
V
Figura 3.21: Implementación de prototipo final.
51
Figura 3.22: Generando programa de control maestro.
52
Figura 3.23: Probando sistema de secado.
52
Figura 3.24: Conectando salidas al PLC
53
Figura 3.25: Probando sistema de llenado de cloruro férrico.
53
Figura 3.26: Probando sistema de atacado.
54
Figura 3.27: Primera placa revelada con el sistema AWG-PCB
55
VI
INTRODUCCIÓN:
Cuando se lleva cabo el diseño de un diagrama electrónico, siempre se genera un prototipo
digital, que más adelante, tendrá que ser construido de manera física para poner a trabajar
dicho diseño. Para la construcción física de un circuito electrónico se lleva a cabo varios
procesos: Esta el diseño digital, donde el diagrama es simulado y probado en algún software;
luego el diagrama debe ser impreso en una placa fenólica con cobre o algún material
conductor para luego ser atacada con algún acido que desgaste el excedente de material que no
se utilizara y así, solo quedan marcadas, en la placa, las pistas conectadas donde se soldaran
los elementos electrónicos.
El presente trabajo trata del diseño, simulación y construcción del prototipo de un sistema
capaz de realizar la tarea del proceso de atacado de placas de circuito impreso realizados en
placa fenólica con enjuague con el fin de evitar manchas y quemaduras de piel o ropa, y
disminuir el tiempo utilizado en este proceso.
OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un prototipo de máquina para el revelado de placas de circuitos
impresos mediante el uso de cloruro férrico, con el fin de reducir el tiempo de fabricación de
estas placas, haciendo uso racional y eficiente de los recursos.
-1-
OBJETIVO ESPECÍFICO
Diseñar e implementar el prototipo de una estación automatizada que sea capaz de manipular
acido, para retirar el excedente de cobre en las placas.
Optimizar el método de atacado mediante el uso de cloruro férrico.
Obtener una superficie de trabajo capaz de soportar hasta dos placas de circuitos impresos de
hasta 10x10 cm con retroalimentación de bombeo y enjuague.
Reducir costos y desperdicios tóxicos, la maquina diseñada se encargara de proporcionar el
ácido, para luego almacenar los desechos y evitar un daño ambiental con estos fluidos.
.
HIPÓTESIS
Mediante un dispositivo de control electrónico y una estructura mecánica adecuada es posible
lograr la mínima intervención del operario en el proceso de atacado de una placa fenólica
mediante la utilización de cloruro férrico con fase de enjuague.
JUSTIFICACIÓN
La experiencia en elaboración de placas de circuito impreso ha demostrado que al momento de
su elaboración la fase de atacado es un proceso tardado y tedioso, que consume muchos
recursos y tiempo para el revelado de solo una placa.
Con el fin de reducir tiempo, el usuario ya no tendrá que hacer el proceso de atacado de
manera manual, ya que la maquina efectuara el trabajo.
Con este prototipo se pretende, optimizar el uso de recursos, tiempo de trabajo y los costos
-2-
DELIMITACIONES
Revelado de hasta dos placas de circuito impreso de 10x10 cm como máximo de una sola
capa, con intervención mínima del usuario.
LIMITACIONES
Prototipo de revelado de placas de circuitos impresos, mediante el atacado con cloruro férrico,
acelerando el proceso mediante la inyección de burbujas de aire.
IMPACTO SOCIAL, TECNOLÓGICO Y AMBIENTAL
Gracias a que este prototipo será capaz de reutilizar, hasta cierto número de veces, los
insumos necesarios para revelar los circuitos impresos representa una opción por de más
viable para revelar estos circuitos, ya que además de generar menos residuos, representa un
beneficio en costo/tiempo. Con el aspecto tecnológico, se evitara el manejo de manera física
del cloruro férrico
automatizando el trabajo y contribuyendo de manera social a evitar
manchas y quemaduras, en la ropa y área de trabajo.
-3-
CRONOGRAMA
Tabla 1.1 Cronograma de actividades
Semana
Descripción de las actividades.
1
Selección y decisión de proyecto.
2
Visualización del proyecto.
3
Investigación de antecedentes y principios teóricos.
4
Planeación del prototipo y definición de etapas de construcción.
5
Evaluación de materiales y pedido de materiales.
6
Pruebas de métodos de atacado.
7
Pruebas de tiempo en atacado de placas y formas de inyectar el disolvente.
8
Etapa 1 y 2: software de método de atacado y tiempos de funcionamiento.
9
Evaluación y modificación de software.
10
Etapa 3 y 4: indicadores y acople de etapas.
11
Evaluación y corrección etapas 3 y 4.
12
Software de control maestro.
13,14,15
Evaluación, corrección y modificación del prototipo.
16
Entrega de proyecto.
-4-
CAPITULO 1
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.- ¿Que son los PCB´s?
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
denominado placa. [1]
Existen varios tipos de placa, las más comunes son:
De baquelita. El material del que está hecha es eso, baquelita. De color amarillo o blanco
opaco es el tipo más barato. Por el contrario, es bastante frágil y se puede partir al intentar
cortarla si no se tiene bastante cuidado.
De fibra de vidrio. Está hecha de eso mismo, de color generalmente verde translucido. Es
ligeramente más cara que la anterior pero bastante mejor en cuanto a tenacidad se refiere, es
decir, es más difícil que se parta si se corta mal. [2]
Figura 1.1 Placa de circuito impreso
-5-
1.2 ¿Por qué utilizar PCB´s?
Los PCB's son sin duda la forma más perfeccionada de conseguir una placa de circuito
impreso y que ofrecen el acabado más fiable. Por el contrario, exigen un proceso muy
laborioso. Existen placas a simple cara y a doble cara. [3]
Elaborar una placa de circuito impreso es un proceso muy laborioso en la implementación de
un circuito electrónico que incluye:
Figura 1.2: Diseño de esquemático
Figura 1.3: Traspaso de esquemático a placa
Figura 1.4: Atacado de la placa.
-6-
1.2.1 DISEÑO DE ESQUEMÁTICO
El diseño de las pistas o esquemático, ya sea a mano o mediante software, como lo pueden ser
el programa Eagle, Ares de Proteus, PCB Wizard, entre otros, siempre optimizando en
espacio, presentación e insumos necesarios para su realización.
1.1.1.1 EAGLE
Siglas de Easily Applicable Graphical Layout Editor, es un programa de diseño de diagramas
y PCB’s con autoenrutador. Famoso alrededor del mundo de los proyectos electrónicos DIY,
debido a que muchas versiones de este programa tienen una licencia Freeware y gran cantidad
de bibliotecas de componentes alrededor de la red. El editor es capaz de producir archivos
GERBER y demás, que son utilizados en el momento de la producción.
El programa consta de tres módulos, un Diagramador, un Editor de esquemas y un Autorouter
que están integrados por lo no hay necesidad de convertir los netlist entre esquemas y diseños.
Es una potente aplicación con la que diseñar circuitos impresos y realizar esquemas
electrónicos. [4]
Figura 1.5: Cadsoft Eagle
-7-
1.1.1.2 ARES de Proteus.
Es la herramienta de la suite Proteus dedicada al diseño de placas de circuito impreso (PCB).
Está plenamente integrada con la herramienta ISIS.
Es una herramienta que facilita la realización de los más complejos diseños de circuitos
impresos gracias a su utilización de una base de datos de redes de alta resolución de 32 bits.
Con esta técnica se posibilita la colocación de elementos con una resolución lineal de 10
nanómetros en placas de circuito impreso de hasta 20m.
Además, cualquier componente puede ser rotado con una resolución angular de 0,1 grados.
Por todo ello, Ares es una herramienta ideal para realizar placas con trazados de pistas de
altísima densidad.
Incorpora un avanzado trazador automático de pistas basado en rejilla. Su potencia, rapidez y
flexibilidad permite generar todas las rutas de una placa de circuito impreso con pistas de
cualquier grosor, utilizando vías de cualquier ancho, a 90 o 45 grados y gestionando desde una
a ocho capas. [5]
Figura 1.6: Ares de Proteus.
-8-
1.1.1.3 PCB Wizard
PCB Wizard es un programa diseñado para el ámbito educativo que permite crear esquemas de
circuitos electrónicos y a partir de estos, obtener de una manera sencilla el diseño del circuito
impreso.
Es un paquete de gran alcance para el diseño de placas de circuito impreso de una sola cara y
doble cara (PCB).
Proporciona una amplia gama de herramientas que cubren todos los pasos tradicionales de
producción de PCB, incluyendo dibujo esquemático, captura esquemática, la colocación de
componentes, enrutamiento automático, lista de materiales de información y la generación de
archivos para la fabricación. Además, ofrece una gran cantidad de funciones inteligentes que
eliminan la empinada curva de aprendizaje que normalmente se asocian con los paquetes de
PCB. [6]
Figura 1.7: PCB Wizard
-9-
1.1.2 TRASPASO DE ESQUEMÁTICO A PLACA
Consiste en el traspaso de un diseño o esquemático a placa, ya sea por el método de
planchado, serigrafía o fotográfico.
1.1.2.1 Método de planchado
El papel utilizado en la impresión es uno de los elementos críticos para obtener buenos
resultados.
La etapa posterior es la limpieza del cobre del PCB antes de aplicar el tóner de la impresión.
Usando “lijas al agua” para pulir y limpiar la superficie.
Luego viene el paso de recortar el papel para colocarlo sobre la placa en la posición más
adecuada y tan bien centrada como sea posible. De todos modos, algunos detalles de
alineación pueden corregirse al final del proceso con pequeños recortes en los bordes de la
placa.
Con equipos de potencias ubicadas entre 1000W y 1500W los resultados son óptimos, en
función de las experiencias compartidas por la mayoría de las personas que utilizan esta
técnica. Por otro lado, el conjunto “papel + placa + superficie de apoyo” varían en cada
aplicación. Es decir, los tiempos de planchado nunca serán iguales para dos placas. La
experiencia y la práctica enseñan a lograr los tiempos de trabajo más adecuados para cada
PCB.
Una vez que el tóner se ha transferido al cobre, viene la etapa en la que el agua se encargará de
facilitar la acción de retirar el papel. Para aquellos que no lo saben, el papel no se retira como
- 10 -
una etiqueta autoadhesiva. Se debe esperar algunos minutos. Para que tengas una idea, el
tiempo considerado para comenzar a retirar el papel no debe ser menor a tres minutos. [7]
Figura 1.8: Planchado del esquemático.
Figura 1.9: Removiendo excesos de papel.
- 11 -
1.1.2.2 Método de serigrafía
En este proceso se utiliza un bastidor o marco de madera el cual tienen un malla muy fina de
nylon, la cual se cubre con una delgada capa de emulsión fotosensible, por medio de un
proceso fotográfico y con la imagen del 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.
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 se diseñaron para el circuito
impreso.
El positivo se obtiene haciendo una impresión láser de alta calidad de la imagen del 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.
Una vez que se tiene el 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 se corre 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, se tiene que esta ya tiene la imagen del circuito impreso marcada con
tinta y solo bastara unas horas al sol, para que quede completamente seca y lista para el
siguiente paso, el atacado.
- 12 -
El tiempo de revelado de la malla y de secado de las tarjetas, cambia dependiendo de la
calidad de la tinta, del tipo de bombillo que utilice y distancia de la luz, al exponer los
positivos.
Este método vendría a ser el siguiente después del método de planchado, ya que este nos
permite tener pistas con un grosor menor al posible, al utilizar el método de planchado. [8]
Figura 1.10: Aplicación de la emulsión
Figura 1.11: Aplicación de la tinta para traspaso a placa
Figura 1.12: Placa lista para atacado
- 13 -
1.1.2.3 Método de fotográfico.
El
método
fotográfico
para
la
elaboración
de
circuitos
impresos
se
lleva
a
cabo a partir de un fotolito negativo, ya sea de un dibujo manual en papel o de un diseño por
computadora impreso.
El fotolito es una lámina de papel o acetato (transparencia) en el que está impreso el trazado
de pistas que queremos transportar a la placa de circuito impreso. La finalidad del fotolito es
permitir que la luz ultravioleta incida sobre las zonas que queremos eliminar pero no sobre las
que queremos conservar.
En cuanto a lo que hay impreso en el fotolito, además del trazado que forma el circuito es
conveniente que haya algún texto, no sólo para poder identificar el fotolito o la placa, sino
para saber por qué cara estamos viendo el fotolito, ya que si lo ponemos por la cara que no es,
obtendremos una imagen especular de la original.
Lo ideal es disponer del trazado en soporte informático. Una precaución importante es
verificar que el tamaño al que se imprime es el correcto, ya que determinados formatos como
el GIF o el BMP no almacenan información de tamaño, así que habrá que editarlos con
Photoshop (o similar) y guardarlos en un formato que sí lo haga.
El siguiente paso es revelar nuestro esquemático con una insoladora, que no es más que una
fuente de luz ultravioleta. Para su construcción, normalmente se utilizan tubos fluorescentes
especiales, cuya luz es, en su mayor parte, ultravioleta. Sin embargo, otras fuentes de luz,
como el sol, los tubos fluorescentes de luz día (los habituales de uso doméstico) o las lámparas
de incandescencia ultravioletas, también emiten cierta cantidad de luz ultravioleta, aunque
tienen inconvenientes que las hacen poco recomendables: las lámparas de incandescencia
disipan tanto calor que pueden llegar a estropear el fotolito ó el barniz fotosensible, y
- 14 -
obligarían a añadir sistemas de ventilación forzada a la insoladora; la luz del sol es tan variable
que hace imposible fijar unos tiempos de exposición fiables, y obliga a trabajar sólo de día y
sin nubes; los fluorescentes de luz día se pueden utilizar aunque la proporción de ultravioletas
de su espectro luminoso sea pequeña, ya que, aún siendo alto, el tiempo de exposición será
siempre el mismo. [9]
Figura 1.13: Placa con resina fotosensible lista para su revelado
Figura 1.14: Insoladora para método fotográfico.
- 15 -
1.1.4 ATACADO DE LA PLACA.
El atacado de la placa, consiste en remover los excedentes de cobre que no sean pista,
mediante cloruro férrico o cualquier sustancia capaz de corroer el cobre excedente.
Esto se consigue protegiendo de la corrosión las areas que si formen parte de las pistas. Para
ello, se utilizan tintas especiales, barnices o adhesivos.
El tiempo de revelado dependerá de la concentración del revelador o atacador y de la
temperatura del agua.
El atacador, es un líquido que reacciona con el cobre de las zonas no protegidas hasta hacerlo
desaparecer. En las tiendas de componentes se encuentra de dos tipos. El que llaman atacador
lento es cloruro férrico, el cual es sucio y lento, nada recomendable. El que venden como
atacador rápido está compuesto por dos líquidos, ácido clorhídrico y agua oxigenada, ambos
rebajados en una determinada proporción. Este atacador es bueno, pero caro. [10]
1.1.3.1 Método de atacado con acido
Esta reacción es exotérmica, lo cual quiere decir que libera calor, además es bastante violenta.
Usando este método, sólo se mezclara lo que se vaya a utilizar. Realizando el proceso al aire
libre. [11]
Preparar el ácido, a partes iguales aguafuerte, agua oxigenada de 110 volúmenes y agua del
grifo (por ese orden), haciendo la mezcla justa para cubrir la placa. Se puede aprovechar para
hacer más de una placa y así ahorrar y proteger el medio ambiente.
Este ácido tiene una vida útil en tiempo y en placas, por lo tanto, no guardar una vez
mezclado.
- 16 -
Es necesario tomar precauciones; realizar las operaciones siguientes en un lugar ventilado,
ponerse mascarilla de fieltro, guantes, una bata o ropa vieja y unas gafas plásticas. Cualquier
descuido puede dar un disgusto. [12]
Figura 1.15: Medidas de seguridad para trabajar con acido clorhídrico
Figura 1.16: Atacado de placa fenólica con acido clorhídrico.
Esta operación dura sobre unos cinco minutos, aunque dependerá de la temperatura de los
líquidos, la cantidad que se use, la calidad de los productos, cuanto se mueva el túper.
Se retira la placa y se coloca en un recipiente preparado con agua limpia. Los productos
químicos usados no se tiran de golpe por el fregadero, se echan diluidos con agua abundante
poco a poco.
- 17 -
1.1.3.2 Atacado con cloruro férrico
El atacado químico se produce mediante cloruro férrico (Cl3Fe).
Este atacado responde a las siguientes reacciones:
El cloruro férrico se puede adquirir en el mercado especializado en componentes electrónicos,
se presenta ya diluido o en forma de sólido granulado.
Para comenzar el ataque primero se debe contar con un espacio con una ventilación adecuada
y disponibilidad de agua corriente, estas son las únicas restricciones que pide el método, así es
que se puede hacer a cielo abierto auxiliado 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 o acero inoxidable 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 más que en un día caluroso, sin embargo no se recomienda inducir
calor a la solución por ningún método diferente a la radiación solar. [13]
- 18 -
Una vez que se haya consumado la corrosión de aquellas áreas indeseadas, se puede 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, se puede remover la tinta con solvente y en estos
momentos ya se tiene un circuito grabado. Una vez removida la tinta ya no podrá sumergirse
de nuevo a la solución. [14]
Figura 1.17: Atacado con cloruro férrico
Figura 1.18: Placa después de atacado con cloruro férrico
- 19 -
Capítulo II
ANTECEDENTES Y CAUSAS DEL PROBLEMA.
En el presente capitulo se pretende señalar toda la tecnología existente en la actualidad
destinada al atacado de placas de circuito impreso, que podría servir de base o ayuda al
momento de desarrollar este proyecto, así como las debilidades que afronta dicha tecnología y
que mejoras se podrían realizar para optimizar y mejorar esta tecnología en el presente
proyecto.
2.1 ANTECEDENTES
El atacado de las placas de circuito impreso es uno de los pasos fundamentales en la creación
de las placas de circuito impreso, tal importancia ha hecho hincapié en la necesidad de
desarrollar procesos automatizados para acelerar este proceso o hacerlo más eficiente en
cuanto a la reutilización de los insumos necesarios para la fabricación de las placas de circuito
impreso. Esta necesidad a logrado resultados gracias al esfuerzo conjunto de cantidad de gente
dedica a la investigación de formas más eficientes en cuanto al atacado de placas de circuito
impreso, en el mercado se pueden encontrar desde prototipos caseros hasta maquinaria
industrial dedicada al atacado de placas de circuito impreso, las cuales pueden o no, contar con
sistema de burbujas para el cloruro férrico, calentamiento del cloruro férrico, enjuague y
secado.
- 20 -
A continuación se presentan algunos de los prototipos y equipos funcionales destinados a él
atacado de placas de circuito impreso, así como algunas de sus características más
importantes, además se describen algunas formas de atacado de placas de circuito impreso en
forma industrial.
- 21 -
2.1.1 PCB Maratókád.
Figura 2.1: estación de atacado PCB Maratókád
Descripción:
Una unidad electrónica que controla el tanque a las condiciones para el ataque químico a ser el
más ideal. El líquido de ataque químico se calienta (y lo mantiene a una temperatura
constante) y se mueve con ventilador para obtener resultados óptimos. Es rápido, aprox. 5
minutos. Funciona perfectamente
Precio: €30 000 [15]
Ventajas con respecto al proyecto:
Controla las condiciones del tanque para hacer el ataque químico más ideal (temperatura de
cloruro férrico).
Desventajas respecto al proyecto:
No cuenta con sistema de rehusó de cloruro férrico y agua, no cuenta con sistema de bombeo
de aire para acelerar el proceso.
- 22 -
2.1.2 Grabadora de aspersión JET 34 D
Máquina de atacado o revelado de grandes prestaciones. Diseñada para placas de 1 cara. Ideal
para su uso en laboratorios de C.I. a un precio muy económico.
Figura 2.2: grabadora de aspersión JET 34 D.
Características
* Sistema libre de mantenimiento con boquillas auto-limpiables
* Velocidad de grabado: 35 µm de cobre en 65 segundos (con percloruro de hierro caliente).
* Resolución de línea por mejor que 0.1 mm
* Potente Calentador de 1000W con termostato y fusible contra sobrecalentamiento
* Gran tapa superior para permitir una carga fácil, con micro ruptor de seguridad
* Tamaño máx. de la placa: 300 x 400 mm
* Sujeción de las placas en un carril para tamaños pequeños, con asa fuera de la máquina
- 23 -
* Sujeción limpia y fácil evitando el contacto con el agente grabador· cubeta de lavado en la
parte delantera de la máquina
* 3 válvulas con piñón (cuba de grabado, anti-desbordamiento en el lavado, entrada de agua).
* Temporizador digital (0-99 minutos) con cuenta atrás, puesta a cero automática e indicador
acústico
* Construcción robusta de PVC y titanio
* Puede trabajar con cualquier tipo de agente grabador
* Perfecta también para el revelado por aspersión de film seco fotosensible [16]
Datos técnicos
 Dimensiones: 600 mm x 1100 mm x 850 mm
 Altura de trabajo: 900 mm
 Alimentación: 230 V~, 50 Hz, 1500 VA
 Capacidad de la cuba: 16 l · Peso: 35 kg
Ventajas respecto al proyecto:
Los materiales de fabricación, el tamaño del prototipo y la calidad de funcionamiento.
Desventajas respecto al proyecto:
Los costos, sistema de bombeo de aire, tamaño de la placa a revelar y retroalimentación de
cloruro y agua.
- 24 -
2.1.3 Proma máquina de grabado especial con calefacción, tipo 2030 141030
Figura 2.3: Proma máquina de grabado especial con calefacción, tipo 2030 141030
Precio: € 169,00
Máquina de grabado especial con calefacción, tipo 2030
Descripción
En el Plexiglás se introduce el tubo de distribución de aire con aberturas de salida de aire finas
y una manguera para hacer circular el líquido. En el marco hay una bomba de diafragma y un
sistema de recirculación con calefacción regulable.
Alcance del suministro
Los titulares de mesa ajustable
Termómetro
Bandeja de revelado (320 x 285 x 105 mm). [17]
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Especificaciones
Calefacción: 230 W V/AC/100
Tabla 2: Especificaciones Proma máquina
Max tamaño del tablero
250 mm x 175 mm
Capacidad
1,75 L
Longitud
320 mm
Contenido
1 St.
Ancho
105 mm
Ventajas respecto al proyecto:
El tamaño del prototipo, sistema de calefacción regulable de cloruro férrico y recirculación del
mismo, materiales de fabricación.
Desventajas respecto al proyecto:
Precio, capacidad de placa a revelar, sistema de bombeo de aire, reutilización de agua y
cloruro férrico.
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2.1.4 Estación de Marathi
Figura 2.4: Estación de Marathi
Precio: 1,349.00 - USD
Descripción
preparación de prototipos y lote piloto. El grabado fase de pre-llamada, enjuague a través de
un solo dispositivo, que es un trabajo rápido y fácil para el usuario. El grabado y los platos son
de plástico transparente. Las soluciones cuentan con válvulas de bola y pueden drenarse. El
grupo de expertos ha creado plusmarquista. Aproximada calefacción regulable sin
escalonamientos. 45 ° C, el desarrollador termómetro y solución de ataque. Cubeta colectora
de plástico, doble emisión de un cuadro de distribución especial. [18]
Datos técnicos
Tiempo de calentamiento: aprox. 30 min
Peso en vacío: aprox. 5.10 kg
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Potencia de la bomba de diafragma: máx. 300 l / h
El tamaño máximo del panel: 240 mm x 325 mm
Tamaño de la unidad: 350 x 335 x 440 mm
Tiene un tamaño de la bandeja: 470 x 350 x 50 mm
Tanque de decapado: 335 x 58 x 360 mm
Tamaño de lavado: 335 x 88 x 360 mm
Los controles de volumen alrededor. 5-5 l
Enjuague el tanque: aprox. 8 l
Calefacción: 230 V/200 W (ajustable hasta 45 ° C)
Bomba de diafragma: 230 V/5W
Ventajas respecto al proyecto:
El tamaño del prototipo, sistema de calefacción regulable de cloruro férrico y recirculación del
mismo, materiales de fabricación.
Desventajas respecto al proyecto:
Precio, capacidad de placa a revelar, sistema de bombeo de aire, reutilización de agua y
cloruro férrico.
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2.1.5 Grabadora por aspersión SPLASH
Figura 2.5: Grabadora por aspersión SPLASH
Una grabadora por aspersión profesional para atacado de placas de C.I. de alta calidad. Puede
también utilizarse para revelar por aspersión placas con film seco fotosensible. [19]
Características:

Tecnología de atacado por aspersión profesional

Definición de hasta 100 µm

Tiempo de grabado con percloruro de hierro estándar: 35 µm Cu en 90 segundos

Tamaño útil máx.: 210 x 300 mm

Bomba de aspersión accionada por imán

Calentador incorporado de 1000 W

Controlada por termostato

Protección contra sobre-calentamiento
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
Interruptor de seguridad contra apertura involuntaria de la tapa

Temporizador digital con cuenta-atrás, puesta a cero automática y señal acústica

Soporte de sujeción de la placa fabricado en titanio

Posición de escurrido para el soporte (véase foto)

Compartimento de pre-aclarado con zona de escurrido propia

Útil también para revelado por aspersión
Datos técnicos:

Alimentación: 230 V~, 50 Hz aprox. 1150 VA

Dimensiones: 60 cm x 66 cm x 120 cm

Capacidad del depósito: 25 L

Peso: 30 kg
- 30 -
2.1.6 Procesos industriales para el atacado de placas de circuito impreso.
Para la fabricación industrial de circuitos impresos se utilizan máquinas con transporte de
rodillos y cámaras de aspersión de los líquidos de ataque, que cuentan con control de
temperatura, de control de presión y de velocidad de transporte. También cuentan con
extracción y lavado de gases.
2.1.6.1 Proceso de atacado de las placas arduino
Después de foto-procesado y revelado, los paneles pasan por una serie de baños químicos que
atacan químicamente la placa de cobre.
Figura 2.6: atacado industrial de placas arduino.
El movimiento de las placas a través de los baños químicos está completamente automatizado,
lo que es necesario porque entre ciertos pasos el oxígeno puede echar a perder una unión en
cuestión de segundos, por lo que la transferencia entre los baños ha de ser muy rápida.
Además, los baños contienen sustancias químicas cáusticas muy dañinas para los seres
humanos, por lo que es mucho más seguro para un robot hacer este trabajo. [20]
- 31 -
2.2 CAUSAS DEL PROBLEMA
La problemática que se pretende resolver con la implementación del presente proyecto es el de
reducir el tiempo de atacado de las placas de circuito impreso, maximizar la reutilización de
los insumos necesarios para su realización y evitar accidentes relacionados con el manejo de
los materiales necesarios para el atacado de las placas de circuito impreso por parte de un
operario humano.
2.2.1 CAUSAS
A continuación se mencionan algunas causas del problema a resolver:
1.- Revelar una placa de circuito impreso de forma manual es un proceso por demás tardado y
tedioso
2.- Revelar una placa de circuito impreso sin importar el tamaño representa el uso de cierta
cantidad de cloruro férrico, sin la posibilidad de reutilizarlo si no se desea atacar otra placa.
3.-Revelar una placa de circuito impreso de forma manual representa la posibilidad de poder
mancharse la ropa, manos o hasta provocar algún accidente por mal manejo de las sustancias
para el atacado.
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2.2.2 SOLUCIONES
1.- Implementar un prototipo de máquina para el atacado de placas de circuito impreso capaz
de realizar el proceso de atacado con la mínima intervención del operario, brindando la
posibilidad de destinar el tiempo que normalmente le dedicaría al atacado para realizar otras
tareas.
2.- Implementar un prototipo de máquina para el atacado de placas de circuito impreso capaz
de hacer uso eficiente y racional de los insumos necesarios, este prototipo será capaz de
reutilizar hasta cierto número de veces el líquido utilizado para el atacado.
3.- Implementar un prototipo de máquina para el atacado de placas de circuito impreso capaz
de realizar un paso de enjuague después de haber realizado el paso de atacado y hasta ser
capaz de dar un paso de secado, siendo capaz de eliminar la mayor parte de humedad de la
placa.
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CAPÍTULO III
DISEÑO E IMPLEMENTACION
3.1 Definición problema a resolver
El atacado de una placa de circuito impreso es un paso necesario en la elaboración de una
placa de circuito impreso, es tan indispensable que de todos los métodos de elaboración de
placas de circuito impreso, incluyendo serigrafiado, método fotográfico,
planchado y
mediante la CNC, solo esta última no requiere de un paso de atacado por medio de cloruro
férrico u otro liquido corrosivo.
En general lo que se pretende resolver con el presente prototipo es la necesidad de tener que
hacer el proceso de atacado de las placas de circuito impreso de forma manual.
Ya que este proceso se realiza de forma manual, se tiene el riesgo de poder mancharse la ropa
o las manos y hasta poder causar accidentes, lo que se pretende es que mediante la
implementación del prototipo de la AWG-PCB se evite esto, ya que este prototipo contara con
sistema de enjuague y secado, siendo capaz de remover los excesos de cloruro férrico después
de la fase de atacado y los excesos de agua después de la fase de enjuague.
- 34 -
3.2 Determinación de las variables de entrada y salida
3.2.1 variables de entrada
Las variables de entrada pueden ser dos, el tamaño de la placa y la complejidad del diseño.
Aunque el área de operación ya está limitada a un máximo de 10x20 cm, las placas pueden
variar en ese rango de medidas, con respecto a la complejidad de diseño, esto influye en el
tiempo de revelado.
3.2.2 variables de salida
Las variables de salida son 4 principales, el tiempo de atacado que varía según la complejidad
y acabado del diseño por ejemplo cuando el cobre sobrante está referenciado a tierra. Las
veces que se ha utilizado el cloruro y la concentración de dicha solución, puede afectar
directamente al resultado que se obtiene al terminar la fase de atacado e indirectamente a las
dos variables restantes que son el tiempo de enjuague y el tiempo de secado.
- 35 -
3.3 Definición del sistema por etapas
Sistema de abastecimiento
y recuperación de cloruro
férrico
Interfaz
de
usuario
Sistema de atacado
Sistema de control
maestro
Sistema de secado
Sistema de abastecimiento
y recuperación de agua
Figura 3.1: Sistema definido por etapas
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1.- interfaz de usuario: Es la primera etapa del sistema y en ella el usuario será capaz de
determinar cuándo inicia el proceso.
2.- Sistema de abastecimiento y recuperación de cloruro férrico: Esta etapa se encarga de
proveer y drenar el cloruro férrico durante el funcionamiento del sistema
3.- Sistema de abastecimiento y recuperación de agua: Esta etapa se encarga de proveer y
drenar el agua durante el funcionamiento del sistema
4.- Sistema de control maestro: Esta etapa se encarga del funcionamiento correcto del sistema
5.- Sistema de atacado: Esta etapa se encargara del proceso de atacado de las placas de circuito
impreso.
6.- Sistema de secado: Esta etapa se encargara de eliminar la mayor parte del exceso de
humedad en las placas de circuito impreso después de la fase de enjuague.
- 37 -
3.4 Diseño de cada etapa
3.4.1 interfaz de usuario.
El diseño de esta etapa consiste en encontrar una manera amigable con la que el usuario pueda
interactuar con el equipo, siendo capaz de seleccionar cuando se desea que el sistema empiece
a operar.
La solución a esta etapa es la implementación de un botón en modo normalmente abierto, este
botón al ser presionado se activara y mandara un impulso a una determinada entrada del PLC
(controlador maestro), para poder ejecutar la secuencia correspondiente.
3.4.2 Sistema de abastecimiento y recuperación de cloruro férrico.
Necesaria para proveer de manera eficiente la cantidad de cloruro adecuada, para el atacado
de una placa de circuito impreso.
Consiste en un tanque colocado en la parte superior del sistema, destinado al abastecimiento
de cloruro férrico para el atacado y un tanque colocado en la parte inferior al área de atacado
destinado para la recuperación del cloruro férrico después de la fase de atacado y antes de la
fase de enjuague.
Cada uno de estos tanques dispondrá de una electroválvula para poder seleccionar en la etapa
de control, cuando se desea proveer de cloruro al sistema (fase de atacado) y cuando se desea
drenar el exceso de cloruro, después de la fase de enjuague.
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3.4.3 Sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
Etapa necesaria para remover el cloruro férrico excedente de una placa de circuito impreso ya
revelada.
Esta etapa consiste en la utilización de un tanque provisto de una bomba de agua capaz de
proveer de manera eficiente la cantidad necesaria de agua para el enjuagué de la placa ya
revelada, este tanque será capaz de recuperar el agua después de haber finalizado el proceso de
enjuague y antes de empezar el proceso de secado, mediante la utilización de una
electroválvula controlada en la etapa de control.
3.4.4 Sistema de control maestro.
El diseño de la etapa de control maestro consiste en la utilización de
un PLC como
controlador primario, este se encargara de seleccionar cuando ocurre cada proceso desde el
abastecimiento de cloruro férrico y su drenado durante el funcionamiento del sistema, el
abastecimiento y drenado de agua durante el funcionamiento del sistema, el proceso de
atacado y el proceso de secado.
- 39 -
3.4.5 Sistema de atacado
Necesaria para acelerar el proceso de revelado de una placa de circuito impreso mediante la
generación de burbujas de aire en el cloruro férrico, proporcionando con ello la cantidad
necesaria de oxigeno para acelerar la reacción del cloruro férrico.
Consiste en un la utilización de una bomba de aire conectada a una manguera, llena de
orificios, colocada en el fondo del recipiente de revelado, asegurando con esto la máxima
utilización de las burbujas generadas.
Y la utilización de bombillos luminiscentes para acelerar el proceso de atacado mediante el
aumento de temperatura del líquido revelador.
3.4.6 Sistema de secado
Tiene el propósito de disminuir el exceso de humedad de la placa de circuito impreso después
de la fase de atacado y enjuagado, logrando con ello obtener una placa de circuito impreso
final, sin el riesgo de mancharse la ropa o las manos.
Consiste en la utilización de una secadora de cabello para proveer de aire caliente,
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3.5 Simulación
Figura 3.2: Diseño con SketchUp
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Figura 3.3: Interfaz de simulación Twido suite
Figura 3.4: Panel de simulación de entradas y salidas Twido suite
Figura 3.5: Simulación Twido suite.
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3.6 Montaje
figura 3.6: Estructura para prototipo con nivel superior e inferior.
Figura 3.7: Estructura completa y primeros componentes.
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Figura 3.8: Propuesta de diseño ideal del prototipo.
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A partir de aquí empieza el montaje del prototipo final.
Figura 3.9: Interfaz de usuario.
Figura 3.10: Vista frontal superior sistema de cloruro.
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Figura 3.11: Vista posterior superior sistema de cloruro.
Figura 3.12: bomba utilizada para la inyección de aire en la etapa de atacado.
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Figura 3.13: Vista frontal sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
Figura 3.14: Vista posterior sistema de abastecimiento y recuperación de agua.
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Figura 3.15: Sistema de atacado visto desde arriba.
Figura 3.16: Reparación de fuga sistema de atacado.
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Figura 3.17: sistema de secado
Figura 3.18: añadiendo lámpara para mejorar sistema de secado.
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Figura 3.19: PLC usado para sistema de control maestro.
Figura 3.20: foco indicador de fin de proceso.
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Figura 3.21: Implementación de prototipo final.
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3.7 Pruebas
Figura 3.22: Generando programa de control maestro.
Figura 3.23: Probando sistema de secado.
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Figura 3.24: Conectando salidas al PLC
Figura 3.25: Probando sistema de llenado de cloruro férrico.
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Figura 3.26: Probando sistema de atacado.
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3.8 Resultados
Figura 3.27: Primera placa revelada con el sistema AWD-PCB
El sistema AWD-PCB es un proyecto prototipo funcional, aun no muestra una buena vista en
cuestión de estética. Brinda un ahorro de tiempo considerable en la fase de atacado con
respecto al proceso manual, logrado a través de la aceleración por medio del burbujeo
constante (oxigenación) y la elevación de la temperatura de la solución. Con el diseño de la
posición de la placa planchada dentro del área de trabajo y la base de colocación en el sistema
se logra el máximo aprovechamiento de burbujas para un revelado eficiente aún con una
solución activada con anterioridad. El control e implementación de válvulas plásticas asegura
una vida útil bastante amplia. También contribuye a la seguridad para el usuario con respecto a
manchas y derrames accidentales de la solución. Su montaje en un mueble individual hace
posible el acondicionamiento de un espacio específico para su colocación y evitar su
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transporte lo que pueda ocasionar daños al sistema y afectar su funcionamiento. La operación
sencilla por medio del PLC le brinda robustez en su operación y brinda la posibilidad de
futuras mejoras al proceso y mayor control de las fases dentro del sistema. La construcción en
materiales livianos facilita la instalación en una diversidad de lugares y la actualización del
sistema para nuevas necesidades.
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Referencias
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<http://www.buenastareas.com/ensayos/Practica/2383950.html>
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[2] Daniel Calixto. Ciencia de los destornilladores y circuito impreso. [En línea]
<http://es.scribd.com/doc/27268128/CIRCUITO-IMPRESO>
[Consulta: 15 octubre de 2013]
[3] Chris Cummings. Placas de circuito impreso (PCB). [En línea]
<http://www.lcardaba.com/projects/placas/placas.htm>
[Consulta: 15 octubre 2013]
[4] D. Josep Ramón Vidal Bosch EAGLE. [En línea]
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[Consulta: 15 octubre 2013]
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[Consulta: 15 octubre 2013]
[6] Edisson Moreno. Pcb Wizard 5.3. [En línea]
<http://es.scribd.com/doc/105040378/Pcb-Wizard-5-3>
[Consulta: 15 octubre 2013]
- 57 -
[7] Mario y Leandro. Circuitos Impresos: El método de la plancha. [En línea]
<http://www.neoteo.com/circuitos-impresos-el-metodo-de-la-plancha/>
[Consulta: 16 de octubre de 2013]
[8] kakaroto89, agosto 2010. Elaboración De Tarjeta Pcb. [En línea]
<http://www.buenastareas.com/ensayos/Elaboracion-De-Tarjeta-Pcb/666818.html>
[Consulta: 16 de octubre de 2013]
[9] José Luis Molina Marticorena. TRAZADO DE LOS CIRCUITOS IMPRESOS. [En línea]
<http://www.profesormolina.com.ar/electronica/circ_impr/c_impr/c_impr.htm>
[Consulta: 16 de octubre de 2013]
[10] JM García. Tutorial para la realización de PCB's en Español. [En línea]
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[12] Lenny & Meriel. Placas circuito impreso a la plancha. [En línea]
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[13] José González Calabuig. Circuitos impresos. [En línea]
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[15] Csaba Jaszberenyi. 2012 PCB baño de decapado fabricado. [En línea]
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[19] BUNGARD. SPLASH Grabadora por aspersión. [En línea]
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[Consulta: 29 de noviembre de 2013]
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