Placas de circuito impreso (PCB)

 

Es quizá el proceso más laborioso de la implementación de un circuito electrónico e incluye desde el diseño de las pistas, a mano o mediante software hasta el proceso químico para atacar el cobre. Las hay de muchos tipos, desde las simples "protoboards" hasta las más complejas a doble cara. Haremos una breve enumeración de las mismas.

 


Tipos de placas

    Por el material del que están hechas, podemos clasificarlas en

    - Baquelita
    - Fibra de vidrio
    - Teflón

    Por supuesto, existen más materiales, pero no voy a enumerarlos.


Protoboard

        Se conocen en castellano como "placas de prototipos" y son esencialmente unas placas agujereadas con conexiones internas dispuestas en hileras, de modo que forman una matriz de taladros a los que podemos directamente "pinchar" componentes y formar el circuito deseado. Como el nombre indica, se trata de montar prototipos, de forma eventual, nunca permanente, por lo que probamos y volvemos a desmontar los componentes, quedando la protoboard lista para el próximo experimento.
        Cada agujero de inserción está a una distancia normalizada de los demás, lo que quiere decir que un circuito integrado encajará perfectamente.
        Tienen la ventaja de ser de rápida ejecución, sin necesidad de soldador ni herramientas, pero los circuitos que montemos deberán ser más bien sencillos, pues de otro modo se complica en exceso y las conexiones pueden dar lugar a fallos, porque la fiabilidad de las mismas decrece rápidamente según aumenta el número de éstas.

protoboard

placa protoboard

 

 

de Matriz de Puntos

        Es muy parecido al protoboard, pero a diferencia de ésta, los circuitos implementados con matriz de puntos serán de forma permanente. Aquí se necesita soldar los componentes. Es una placa de matriz de taladros normalizados, igual que protoboard, pero las conexiones no van implementadas y debemos realizarlas nosotros con hilo y soldador. Podemos realizar circuitos más fiables y desde luego ya de forma permanente, al estar los componentes soldados.

        La ventaja es que no tenemos que meternos en el tedioso proceso de atacado químico e insolación, pero la cosa se puede complicar bastante con el número de conexiones y fácilmente podemos equivocarnos al soldar los componentes.

 

Placas de circuito impreso (PCB's)

        Es sin duda la forma más perfeccionada y que ofrece el acabado más fiable de todos. Por el contrario, exige un proceso más laborioso. Existen placas a simple cara y a doble cara. Como habréis adivinado, se refiere a cuáles de las caras lleva cobre. Dentro de que sean a simple o a doble cara, existen a su vez diferentes tipos de placa.
        Dependiendo del material de que está hecha la placa, podemos distinguir tres tipos fundamentales:

  1. Baquelita

  2. Fibra de vidrio

  3. Teflón

        La más utilizada es el tipo fibra de vidrio, por su calidad y economía. La baquelita está en clara recesión, puesto que es más frágil que las otras y de peor calidad.

        Las placas de teflón son realmente buenas, pero también muy caras. Son de resistencia mecánica alta, y lo mejor de todo, no tienen esa tendencia a absorber la humedad que tienen los otros tipos (higroscopía) y que, dada las distancias tan cortas entre pista y pista, puede ocasionar algún problema de conductividad indeseable. Por otra parte, el teflón es un buen dieléctrico, lo que implica que es un buen aislante. No en vano se utiliza como aislante en conductores de cierta calidad.

        Las de fibra de vidrio son las más utilizadas, puesto que ofrecen buena resistencia mecánica y aislamiento, y son relativamente económicas.

        Dependiendo del proceso de obtención de las pistas, podemos dividir las placas en dos tipos más:

  1. Placa "normal"

  2. Placa fotosensible

        Para obtener las pistas de cobre, hay que atacar la placa con las sustancias adecuadas, que se encargará de eliminar la parte de cobre que no forme parte de las pistas. Esto se consigue protegiendo de la corrosión dichas partes. Para ello, se utilizan tintas especiales, barnices o adhesivos.  Las tintas especiales son los rotuladores de tinta indeleble o permanente, tipo "lumocolor" o similares, que son fáciles de obtener en papelerías o tiendas de electrónica. Los barnices forman parte de las placas fotosensibles, y los adhesivos se suministran en forma de pegatinas con forma de pads y pistas de diferentes tamaños y grosores.

        La placa normal es aquella que se dibuja directamente la pista sobre el cobre. Podemos dibujar con rotulador indeleble, o bien mediante pegatinas adecuadas.

        La placa fotosensilble tiene un barniz que es sensible a la luz, que se impresiona mediante una insoladora o cualquier otro foco luminoso adecuado. Normalmente, es más sensible a la luz que contenga UVA (ultravioleta tipo A) que es el que tienen los rayos de sol. Por tanto, la insolación puede hacerse exponiendo a la luz del sol, pero tiene el inconveniente de su imprecisión, pues dependerá del ángulo de incidencia (hora del día), el tiempo atmosférico (nubes), estación del año en la que nos encontremos, así como latitud geográfica. 

        Para la exposición, se prepara una transparencia de las pistas, que puede ser en negativo o en positivo, aunque ésta última es la más utilizada. Tras la exposición, se introduce la placa en un líquido revelador que destruirá el barniz que no forma parte de las pistas, de forma que el restante  actúa de protector contra la corrosión.

placa negativa

placa positiva

PLACA NEGATIVA.- Las partes insoladas conservarán el barniz en el proceso de revelado, por lo que la transparencia también será negativa. La imagen muestra una transparencia negativa, en la que las pistas (transparentes) dejarán pasar la luz y por tanto el barniz insolado (fotosensible negativo) se protege y no será eliminado en el proceso de revelado. 

PLACA POSITIVA.- Las partes insoladas perderán el barniz durante el proceso de revelado, y por tanto la transparencia será también positiva. La imagen muestra una transparencia positiva, en la que las pistas van en negro para proteger el barniz de la insolación, que en este caso permanecerá tras el proceso de revelado de la placa.

 

 


 

Las transparencias.- Usaremos este sistema para hacer circuitos impresos por el método fotosensible. Se pueden hacer de muchas formas, aunque yo personalmente prefiero con una impresora de inyección de tinta. Con impresora láser, existen transparencias al efecto, y con los modelos HPLJ4, HPLJ5 que yo he probado los resultados no son satisfactorios porque la densidad de negro es insuficiente. 

        Utilizo impresora HP-DeskJet 720C y transparencias HP. Ojo con el detalle. No valen otras transparencias porque la tinta no asienta bien y se agrieta al secar. En cambio con algún modelo Epson admite todo tipo de transparencia, pero la densidad de negro es menor. Con la HP-720 los resultados son casi perfectos. 

        Con otras impresoras, no queda más remedio que probar varios tipos de transparencia y cotejar los resultados. En mi caso el único modelo satisfactorio fue las propias de la marca Hewlett-Packard. 

        Poner mucha atención a la hora de imprimir, con calidad óptima y elegir el tipo de papel específico. 

        Importantísimo también que imprimamos el "bottom layer" del programa de diseño con la opción "mirrored" desactivada (imagen especular) y así poder poner la transparencia en contacto con el cobre por el lado de la tinta, y no al contrario, para evitar desenfoque al insolar.

        Otro método es el uso de transferibles por calor, pero en España es prácticamente desconocido. Se trata de imprimir las pistas mediante un papel especial que transfiere las mismas directamente al cobre al aplicar calor, por ejemplo con una plancha doméstica. Más información en Dyna Art

 

 


 

El insolado.- Podemos impresionar la placa con luz procedente de varias fuentes, con tal de que la misma contenga componente ultravioleta. Este tipo de luz la proporciona el Sol, por ejemplo. Con luz artificial, los tipos de luminarias más habituales son los fluorescentes. Existen tubos específicos para este fin, pero ojo no confundir con el empleado en el borrado de EPROMS, que es otro tipo de ultravioleta. Una bombilla muy potente, como las de tipo "mercurio" también puede valernos, aunque el tiempo de insolado se prolonga notablemente. 

 

 


 

La química

        Una vez que tenemos la placa con las pistas impresionadas, bien con rotulador, adhesivos o por medios fotosensibles, el siguiente paso será el revelado (placas fotosensibles) o bien el atacado con los productos químicos adecuados.

revelado.- Consiste en eliminar el barniz fotosensible en las partes en que no es necesario, quedando el cobre al descubierto para que sea atacado por el ácido corrosivo en el siguiente proceso. En una placa positiva, el barniz insolado será destruido, ocurriendo justamente lo contrario en una placa negativa. El tiempo de revelado dependerá de la concentración del revelador y de la temperatura del agua, siendo de 2 a 4 minutos con disolución de sosa cáustica (1%) y 25°C.

        Al poco tiempo de sumergir la placa en la disolución, va apareciendo el dibujo de las pistas, formando lentamente el circuito completo. El barniz disuelto se puede apreciar si movemos ligeramente la placa, ya que se enturbiará la disolución por el barniz. Cuando el dibujo aparece claramente y ya no se enturbia más la disolución, el revelado está completado. Si el dibujo no aparece claramente, es señal de una insolación insuficiente.

        Tras el revelado, lavar con agua abundante.

Atacado.- (Etching) Una vez revelada la placa, la sumergimos en la solución corrosiva. Yo utilizo la siguiente mezcla:

- 2 partes de Agua
- 1 parte de Agua Oxigenada 110 volúmenes
- 1 parte de Agua Fuerte (ácido clorhídrico disuelto en agua)

        Esta mezcla se conoce comercialmente como "atacador rápido" y se vende a precios prohibitivos. Nosotros podemos hacerla en plan casero, comprando el agua oxigenada en la farmacia (de 110 volúmenes) y el agua fuerte en una droguería. Cuidado con estos líquidos porque son muy tóxicos y producen quemaduras. Además atacan los metales y otros objetos que no sean de plástico o vidrio.

        Existen multitud de sustancias corrosivas, como el Cloruro Férrico (atacador tradicional), o perboratos en lugar de agua oxigenada, pero son más incómodos y caros. 

        Durante el atacado, vigilar atentamente el proceso para que las pistas no sean atacadas. Cuando haya desaparecido el cobre sobrante, damos por finalizado el ataque.

Sacamos la placa y la lavamos con agua abundante.

Acabado final.- Podemos quitar el barniz sobre las pistas con un algodón empapado en acetona de la droguería. Después de secar, yo aplico una capa de barniz en spray, que venden en tiendas de electrónica. Esto protege al cobre contra la oxidación, y según el fabricante del barniz, favorece la soldadura, aunque esto último no puedo afirmarlo fehacientemente.

        Desde luego, el acabado es casi-profesional con el barniz.

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