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Qué es un circuito impresoUn circuito impreso es una placa o láminaaislante que tiene adheridas líneas conductoras muy delgadas por una o ambas caras ysobre la cual se montan los componenteselectrónicos que forman un circuito. Las líneas conductoras o trazos, se utilizan paraestablecer las diferentes conexiones entre loselementos del circuito y en sus extremos tienen orificios en los cuales se insertan y sueldan los terminales de los componentes. Popularmente, los circuitos impresos reciben elnombre de plaquetas. I
Curso Práctico de Electránica Modema • eEKff
Cuando estamos desarrollando un proyecto, laprimera prueba de funcionamiento se debehacer sobre el protoboard o tablero de pruebasin soldaduras. Después de esto, se debe construir el circuito impreso, el cual permitirá ubicar fácilmente todos los componentes de forma segura. Este último es un eslabón esencialpara llevar a feliz término la construcción delaparato.Adicionalmente, existen diferentes cIases de circuitos impresos y diferentes métodosparadiseñarlos. En el desarrollo de esta práctica veremos algunos aspectos importantes involucrados en este tema.
El diseño del circuitos impresos esuna labor que combina paciencia,ciencia y arte. Quien la realizadebe tener, además de losconocimientos sobre materiatécnicas, mucha creatividad eingenio para lograr acomodar deforma ordenada y en el menorespacio posible, todos loscomponentes del circuito.
Diseño y fabricaciónde circuitos im
PRACTICA N~9
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9. Diseño y fabricación de circuitos impresos
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Figura 9.2 Equivalencia entre el diagrama esquemáticoy el circuito impreso
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Pasos para la elaboración de uncircuito impresoEl diseño o dibujo de un circuito impreso parte delplano o diagrama esquemático del circuito, figura9.2a. Con esta información debemos llegar a laelaboración de una plaqueta en donde se montan ysueldan los componentes. figura 9.2b.
gicas. etc .. se utilizan los de doble cara y encircuitos muy complejos como las computadoras, se emplean circuitos multicapa.
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Tipos de circuitos impresosLos circuitos impresos pueden ser rígidos oflexibles y se clasifican según el número decapas conductoras que posean. Por ejemplo. losde una sola capa, los de dos capas o doble faz(doble cara) y los multicapas, en los cuales sedebe especificar el número de ellas. En la figura 9.] se muestran circuitos impresos de diferentes tipos. Los de tipo rígido y una ola cara,son los más utilizados en circuitos sencillos ysobre ellos centraremos nuestra atención. Enaparatos con muchos circuitos integrados comomemorias. microprocesadores. compuertas ló-
• Facilitan las conexiones y por lo tanto sedisminuyen los errores
• Su uso ha permitido lograr la miniaturización de muchos aparatos
• Permiten realizar fácilmente labores de ensamble y reparación
• Sirven como soporte físico para los componentes
• Proporcionan uniformidad en las series deproducción
Anteriormente, los aparatos electrónicosdebían llevar cables entre todos sus componentes ya que no se disponía de ningunatécnica para facilitar el ensamble. Con el desarrollo de la tecnología y la invención denuevas técnicas. se logró el perfeccionamiento de los circuitos impresos, los cualesjuegan un papel muy importante en el desarrollo de la electrónica moderna, ellos presentan muchas ventajas a la hora de armarun proyecto tale como:
Figura 9.1 Diferentes tipos de circuitos impresos a) De una cara, b) Flexible, e) De doble cara
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Cursol'ráctico de Electránica Moderna • (Et::I/iKIÍ1r
Figura 9.4 Circuitoimpreso terminado.Elpercloruro férricose encargade rebajarel cobre sobrante.
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Por último, las perforaciones para losterminales de los componentes en un circuito impreso. permiten el montaje de los componentes que van sobre la superficie que notiene cobre y cuyos terminales se sueldanen los conductores del lado opuesto. Todosesto procesos los iremos explicando detalladamente a medida que vamos desarrollando esta práctica.
La parte más crít ica de este proceso esel diseño de los trazos o pistas del circuitoimpreso, es decir, la ubicación de los COIll
ponentes y la unión de sus terminales hastacompletar el diagrama esquemático. El traslado de este diseño ti la lámina de cobre sepuede realizar por diferentes métodos comoson: el marcador o lapicero de tinta resistente al ácido. por screen . con el sistema fotográfico (photoresisl) y con láminas detransferencia de tone r para impresoras láser o fotocopiadoras. La eliminación delcobre sobrante se realiza sumergiendo la 1,1-mina con el dibujo en un compuesto corrosivo como el percloruro férrico. el cual ataca este metal y lo disuelve.
En la figura 9.3 tenemos el aspecto yconfiguración de la lámina especial fabricada para este fin. antes del proceso de rebajado. Como ya lo mencionamos, está formada por una lámina aislante, generalmente baquelita o fibra de vidrio, recubierta totalmente por un lado con una lámina muydelgada de cobre. En la figura 9A tenemosel circuito impreso terminado después deeliminar el cobre sobrante.
2. Traslado o copia del diseño a la superficiede la lámina de cobre.
3. Eliminación o rebajado del cobre sobrantepara que queden las líneas del circuito únicamente.
-l. Perforación de los agujeros para los terminales de los componentes.
Figura 9.3 Laminade cobre sinprocesar Sobre ellase debe dibujar elcircuito impreso.
1. Diseño de los trazos del circuito para quetocios los componentes queden conectadoscomo lo indica el diagrama esquemático.Puede ser en una hoja de papel o en la pantalla de una computadora.
Igual que un aparato electrónico completo,uncircuito impreso también se fabrica en formadeprototipoexperimental. y al utilizarlo. ensamblandoun circuito de prueba. se puede mejorar orediseñar hasta que cumpla lodos los requisitostécnicosy de e. tética que esperamos. Pura la fabricaciónde un prototipo de circuito impreso deunasola cara, que es el tema que nos interesa porahora,se deben seguir los siguientes pasos:
El diagrama debe ser lo más claro posihlc y contener el valor exacto de sus componentes ya sea que estén escritos en formadirecta, por ejemplo, 100 ohm a 1I2W parauna resistencia, o indicados con las referencias R 1, R2, C 1.Cl. etc .. o que exista unalista de materiales con los datos necesarios.De esta información depende la configuración del circuito impreso ya que la forma ytamaño de los diferentes componentes depende de su valor (unidades de medida y especi Iicaciones).
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. Diseño por computadora o CADEn los dos métodos anteriores. la ubicación delos componentes y el trazado de las líneas sehace manualmente. lo que toma la mayor partedel tiempo. El desarrollo de equipos más po-
Aquí se parte del mismo proceso del diseño manual a lápiz descrito anteriormente y luego. utilizando la computadora. dibujamos enla pantalla los diferentes elementos del circuito como son los círculos para los terminales.las perforaciones y las líneas. Luego se elabora el arte final con una impresora de chorro detinta (inkjet) o láser. De esto depende en granparte la calidad del circuito impreso ya queéstos generalmente tienen líneas muy delgadas y círculos pequeños que son difíciles dedibujar a mano. Con este método, se puedenborrar y repetir cuantas veces se quiera las líneas, variar la posición de los componentes yen general. hacer modificaciones. algo muycomún en este proceso.
rramientas de un programa de dibujo como esel caso del Free-Hand en las computadoras Macintosh, figura 9.6, y del Corel Draw, PowerPoint oAutoCAD en las computadoras tipo Pe.
Diseño manual con dibujopor computadoraEste proce. o es intermedio entre el diseño manual y el diseñoasistido por computadora. Eneste caso. se remplazan las herramientas manuales por las he-
sea finalizarlo con tinta negra yuna vez terminado. recibe elnombre de arte, con el cual sehace un negativo o un positivofotográfico. Si el dibujo se hacecon tinta china. en un papel semitransparente, se puede utilizardirectamente como base para elproceso de fabricación, tal comose explicará más adelante.
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Inicialmente, se hace un borrador a lápizcon medidas aproximadas partiendo de la ubicación de los componentes y del diagrama esquemático o plano. Luego, se van completando y corrigiendo las líneas hasta lograr un dibujo aceptable. Este se debe pasar en limpio o
Diseño manualEs el método más utilizado por los experimentadores y sobre el cual desarrollaremos el temainicialmente ya que su conocimiento es necesario para avanzar hacia los métodos más modernos. Consiste en elaborar con los elementos comunes del dibujo técnico como el lápiz,borrador, papel, reglas, escuadras, plantilla decírculos, plantilla de componentes, etc., un dibujo correspondiente a los trazos definitivosdel circuito impreso. figura 9.5.
9.1 Técnicas para el diseño decircuitos impresosExisten diferentes formas de diseñar los circuitos impresos. Según las herramientas y losconocimientos que tengamos, se pueden utilizar medios manuales o computarizados parahacerlo. A continuación haremos una brevedescripción de ellos.
Figura 9.5 Diseño manual de circuitos impresos. Esta labor exigemucha imaginación y paciencia por parte del practicante.,
51Curso Práctico de Electrónica Moderna. Cli!llClív
FIgura9.6 Diseño de circuitos Impresos en un programa de dibujo. Aquíse combinan elementos del diseño manual y del diseño por computadora.
Cada circuito electrónico tiene un diseñode circuito impreso diferente y cada persona lo
hace de distinta manera. Por lotanto. la ubicación elelos componentes y el trazado de las líneas, aunque debe obedecer aciertas reglas, no tiene un procedimiento definido y depende en gran parte de la habilidad personal de cada individuo para resolver el problema.En la figura 9.7 tenemos elejemplo de un circuito electrónico sencillo; en el podemosobservar los diferentes componentes montados sobre el circuito impreso y los trazos decobre que van por debajo elela lámina.
9.2 Diseño manual de circuitosimpresosEl diseño manual de los circuitos impresos esuna combinación de técnica y arte que requiere ingenio y más que todo, paciencia. Se tratade ubicar ordenadamente, y con estética, loscomponentes de un circuito en el menor espacio posible y luego unir, por medio de trazos olíneas. que no se tocan entre sí, los diferentespuntos de conexión de ese circuito.
para la mayoría de los presupuestos. Para lasuniversidades. laboratorios. centros de investigación e industrias. es el método que sedebe emplear por su agilidad y velocidad enel diseño. En una práctica posterior vamos adedicar un buen número de páginas al diseño de circuitos impresos con un programa especializado. Vamos ahora a explicar detalladamente cada uno de estos procesos iniciando por el método manual, que como ya dijimos, es la base para todos y sin conocerlo,no se pueden utilizar los otros sistemas; además porque es la mejor alternativa para losprincipiantes.
Este es el proceso ideal y su única lirnitante es el costo ya que el equipo necesario ylos programas tienen un valor un poco alto
Para este proceso, han salido al mercadomuchos programas que trabajan en forma similar. así: se captura o lleva a la pantalla dela computadora el diagrama esquemático delcircuito. Luego, el programa genera la listade materiales y una lista de conexiones llamada netlist. Con esta lista, se van ubicandouno por uno. en forma manual. los componentes en un área definida para el circuito.Después se le da la orden a la computadoraque haga los trazos, y según el modelo, capacidad y velocidad de la máquina, realiza esteproceso en forma automática, ahorrando mucho tiempo en el diseño.
derososy de programas especializados para estalabor, ha sido un factor muy importante en elavance de la electrónica ya que, en los circuitos complejos. con una gran cantidad de componentes, como es el caso de las tarjetas paracomputadora, se hace indispensable la utilización de circuitos impresos de varias capas, loscuales son prácticamente imposibles de diseñar manualmente.
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Figura 9.8 Elementos involucrados en el diseño deun circuito impreso.
EspaCIOocupadopór los componentes
Pistas de cobre queforman el circuito
Pertoracion para Insertar losterminales de los componentesPartcracrón para
el montaje
Después se debe establecer la forma físicageneral del aparato. Esto incluye un diseño preliminar o tentativo del chasís. si lo lleva. paradeterminar cómo van montados y distribuidoslos diferentes elementos externos como controles, potenciómetros. conectores, cables dealimentación. interruptores. parlantes. bornes,medidores. indicadores (LED. pilotos o displavsi. motores. sensores. etc. Esto determinalos puntos de conexión de estos elementos, conlos componentes electrónicos del circuito. Cerca a estos puntos de conexión, deben ir terminales o cocnectores para llevar alambres desdeel circuito impreso. a los elementos externos.
protoboard, es tener el diagrama definitivo contodos los valores de los componentes. Luego,debemos tener todos los componentes a la manoya que de su forma. medidas y configuraciónde los terminales depende en gran parte el diseño del circuito impreso. De algunos componentes, por experiencia. se conocen sus medidas. pero otros cambian según la marca y aveces hay que remplazarlos por lo que debemos asegurarnos teniéndolos a la mano.
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Diseño del circuito impresoComo ya vimos. el primer paso para el diseño,después de hacer las pruebas del circuito en un
Figura 9.7 Componentesmontados sobre elcircuito impreso.
En la figura 9.8 se pueden observar los principales elementos que se deben tener en cuentapara el diseño de cualquier circuito impreso así:• En la gran mayoría de los casos. los circui
tos impresos son rectangulares.• Las medidas dependen de la cantidad de
componentes del circuito y de la densidadque se pueda lograr. (Agrupación de loscomponentes).
• Todo circuito impreso debe llevar perforaciones para su fijación en el chasís a menosque se diseñe un tipo de montaje especial.por ejemplo. una tarjeta de computador quese inserta en una ranura o slot.
• Para cada terminal de los componentes debeir una perforación con el fin de insertarlos ysoldarlos. Alrededor de esa perforación seestablecen los círculos o donas en donde seaplica la soldadura.
• Las donas o puntos de soldadura, van unidas por trazos, líneas o pistas de cobre paraformar el circuito, según el diagrama.
• Los componentes deben tener espacio suficiente para que se puedan instalar sin tocarse con los demás, pero sin dejar muchosespacios vacíos.
CirCUitO Integrildo
Pistas de cobreen el encuno
impreso
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Figura 9.10 Diámetro externo de lospuntos de conexión
Medidas de los componentesEl primer elemento con el cual debemos familiarizarnos y del cual depende el tamaño de loscircuitos impre os es el de las medidas de loscomponentes. Esto implica determinar su forma y tamaño y en cuanto a sus terminales. lacantidad, disposición y separación. Veamos ahora las medidas de los componentes mas comunes en los circuitos electrónicos.
Para el diseño del circuito impreso, debemosconocer también los voltajes y corrientes que circulan por las diferentes líneas o trazos de un circuito. Esto determina su eparación y espesor. yaque no es lo mismo un circuito de baja potenciaque funciona con 6 ó 12voltios de corriente continua y unos pocos miliamperios. que un circuitoque trabaja con 110 ó 220 voltios de corrientealterna con varios amperios. Hay algunos casosen donde también influye la frecuencia de trabajo. Los circuitos impresos para aparatos de radiofrecuencia o RF, por ejemplo. necesitan un diseño especial.
Figura 9.9 Formas más utilizadas para las donas opuntos de conexión
o • O • IIIICirculos o "donas' O O- • O - O IIII
Ovalos
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Conjunto de donaspara transítores,
D • O .. circuitos integrados.Cuadrados conectores. tic.
CursoPráctico de Electrónica Moderna • tClSlIClí".
Este conocimiento comprende su forma.tamaño o medidas. tipo de terminales o cablesdeconexión, polaridades, posibles reemplazos.etc. De estos factores depende en gran parte eldiseño del circuito impreso ya que el funcionamiento de la parte electrónica se estudia ycorrige en el proceso de ensamble del prototipo en un protoboard o en un programa de simulación por computadora.
Conocimiento de los componenteselectrónicosEl primer paso para la elaboración de un circuitoimpreso es el conocimiento, desde el punto devista de su aspecto físico, de los componenteselectrónicos más comunes que se encuentran entodos los circuitos electrónicos como: las resistenciaso resistores, los condensadores. las bobinas, los transformadores, los diodos, los transislores, los circuitos integrados, los interruptores,los indicadores luminosos, los conectores, etc.
Los puntos de soldaduraEstos puntos, llamados popularmente "domas"o donas, y que en inglés reciben el nombre depads, son los que están dedicados a las perforaciones por donde se insertan los terminales deloscomponentes para realizar su posterior soldaduraen los circuitos impreso. En la figura 9.9 semuestran las formas rná utilizadas para ellos:círculos. cuadrados, óvalos y otras formas compuestas. El tamaño de estos puntos depende deltipo de terminal que se va a insertar y soldar enél. Un diámetro muy pequeño del punto puederesultaren su desaparición cuando se haga la perforación,o un punto muy grande, desperdicia elespacio en la plaqueta, figura 9.10.
Hasta ahora hemos vi to a grandes rasgos lospasosinvolucrados en el diseño manual de circuito impresos.A partir de este punto los trataremosen forma detallada. Se debe recordar que estospaso son fundamentales no sólo para el diseñomanualsino también para el diseño por computadoraque trataremos en una práctica posterior.
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Figura 9.14 Donas o pads para circuitos integrados
Las medidas de los componentes electrónicos se expresan generalmente en décimas de pulgada de acuerdo a los estánda-
res establecidos desdehace m ucho
integrados, las medi- ~das de los puntos de Figura 9.13 Donas o pads
para transistoresconexión son fijas yaque los terminales son muy rígidos y cortos y nose pueden desplazar de su medida original, figura9.14. Como se puede notar, los puntos para losterminales de los circuitos integrados tienen unaforma diferente. Esto con el fin de facilitar. enalgunos casos, el paso de líneas entre los temunales y para evitar cortocircuitos. con la soldadura, de dos puntos adyacentes. Recuerde que el diseño se debe hacer siempre pensando en el proceso de ensamble; un buen circuito impreso lofacilita y uno malo lo hace difícil.
II I II I II I II I II I II I II I I
¿~oEn los circuitos
tengan el tamañoadecuado para admitir la perforación sinque se pierda el cobre para la soldadura, figura 9.13 .
En los transistores, cuyo cuerpo y separación entre terminales es muypequeño, los puntos de conexión se pueden separar hasta permitir que éstos
debe dejar mas o menos un milímetro entre sucuerpo y el punto en donde se dobla el terminal, figura 9.12.
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Figura 9.12 Forma adecuada para calcular elespacio ocupado por una resistencia
a. Medida del componenteb. Espacio mínimo para doblarc. Separación de las donas
c = a + (2 +b)
b
La disposición de los terminales puede tener forma lineal, triangular, rectangular, endos filas, etc. En algunos componentes, debeexistir una separación entre su cuerpo y lospuntos de conexión con el fin de poder instalar fácilmente los terminales en el momentode su montaje. En las resistencias, diodos ycondensadores de tipo axial, por ejemplo. se
En la figura 9.11, mirando por debajo delcircuito impreso, tenemos varios tipos de resistencias, condensadores, diodos, transistores,circuitos integrados y conectores; la línea punteada indica el cuerpo del componente que vapor encima. y como se puede ver, en cada terminal debe ir un punto de conexión.
Figura 9.11 Tamaño real de algunos componentes".•
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a) Trabaje siempre con lápiz, ya que lo másseguro es que un diseño se deba corregir muchas veces antes de quedar terminado.
b) Tómese un buen rato para analizar detenidamente el diagrama esquemático; seguramente le surgirán varias ideas sobre la manera óptima de distribuir los componentes.
e) Un circuito impreso debe tener el menor tamaño posible sin que ésto dificulte su ensambley conexión a los otros elementos del aparato.
d) Los componentes se deben colocar en forma paralela o perpendicular a los bordes dela plaqueta, en ningún caso inclinados, reservando un área para su cuerpo y marcando los puntos para los terminales.
e) Procure, en lo posible, distribuir los componentes en toda la superficie dejando uno odos milímetros de separación entre ellos paraque éstos se puedan montar fácilmente. Sino se deja este espacio, puede quedar unomontado sobre el otro.
f) Los elementos que producen calor como transformadores, resistencias, diodos, transistores
Primeros pasos para el diseñoAunque no existen reglas o parámetros exactos para este procedimiento, vamos a dar algunas sugerencias que lo facilitan.
Si hay partes del circuito que manejan corrientes altas, como en las líneas de la fuente dea1imentación, o en circuitos de corriente alternacon cables de entrada, relés, triacs, etc. se debenutilizar lineas más gruesas. En la figura 9.1.6 seespecifican los espesores recomendados según lacorriente a manejar por una línea del circuito.
puntos de conexión aumentando sin necesidadel tamaño del circuito impreso. Eléctricamente, su ancho determina la capacidad de corrienteen amperios que pueden manejar. Para circuitos de baja potencia, una línea de 0.5 mm essuficiente en la mayoría de los casos. Si hayespacio disponible, se puede utilizar 1 mmcomo espesor para todas las líneas.
CursoPráctico de Electrónica Moderna • et;gKJ'T
Figura 9.16 Capacidad decorriente permitida en laspistas de un circuito impreso
Máxima corriente perrnltida(cobre de tez)
Ancho pista Amps.(mm)0.12 0.50.25 0.80.5 1.40.75 1.81.25 2.21.75 3.52.5 45 6
Trazos de las líneasLas líneas que unen los puntos de conexión enlos circuitos impresos, deben cumplir ciertosrequisitos mecán icos, eléctricos yestéticos. Desde elpunto de vista mecánico, deben tener la medidaexacta.Si son muydelgadas, se pueden romper en elproceso de rebajado químico y sison muy gruesas,no dejan espacioparaotras líneas y
tiempo por el sistema americano. En nuestrocaso, como trabajamos con el sistema decimal, se convierten estas medidas a milímetros y centímetros. Sin embargo, para los circuitos integrados es necesario conservar lasmedidas en décimas de pulgada, pues es muydifícil dibujar los puntos con separaciones de2.54 111msentre eUos, figura 9.15. Si usted trabaja o piensa trabajar con frecuencia en el diseño de circuitos impresos, le recomendamosque tenga una regla con divisiones marcadasen décimas de pulgada (0.1").
Figura 9.15 Separación de los pads en circuitosintegrados
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e~llClílr • Curso Práctico de ELectrónicaModerna
b)
Dibuje de manera aproximada la forma ytamaño de los componentes, ya que si Jos mideuno por uno, se tomará mucho tiempo; utilicelíneas punteadas para evitar confusión con laslíneas del circuito. Dibuje CÍrculos pequeñospara los puntos de conexión y líneas delgadaspara los trazos. Cuando el diseño inicial corresponda al diagrama, se dibujan los componentes. los puntos de conexión y las líneas, conlas medidas reales.
Cómo empezarTomemos como ejemplo un circuito sencillo. En este caso, una etapa amplificadora conun transistor, figura 9.18a. Inicialmente, serealiza una distribución rápida de los componentes en borrador, figura 9.18b. Este esquizás el punto más importante en el diseñode un circuito impreso. De este paso depende en gran parte que el diseño se facilite ysea correcto. Este procedimiento se debe realizar tanto para el diseño manual, como parael ejecutado por computadora y de ahí su granimportancia.
das para realizarlo sin dificultad. En la mayoría de los casos estos se dejan cerca a unborde del circuito impreso, figura 9.17.
j) Si hay componentes que tienen un peso mayor de lo normal. deben tener algún soportemecánico para asegurarlos del circuito impreso. o montarlos por fuera de éste.
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a)+Vcc
Figura 9. 17 Los componentes ajustables se debenubicar cerca a los bordes del circuito impreso
y circuitos integrados de potencia, con susdisipadores, deben tener un área libre paraque no afecten el funcionamiento de los otroscomponentes. Así mismo. sus partes metálicas deben quedar separadas entre sí ya quese podrían producir cortocircuitos.
g) Algunos componentes que producen campos magnéticos como los transformadoresy los parlantes, deben quedar alejados deotros que se puedan afectar por esos campos, como las bobinas por ejemplo.
h) Tenga en cuenta la orientación de los pilles oterminales en los componentes que van polanzados (diodos y condensadores electrolíticos) o que tienen una distribución única deellos (transistores y circuitos integrados) paraque en el diseño no queden cambiados.
i) Si hay algún componente que necesite unajuste mecánico como potenciómetros tipotrimmer.bobinas y condensadores variables,se debe dejar el espacio y la forma adecua-
-
Figura 9.18 El primer paso para diseñar el circuito impreso es dibujar un borrador a lápiz sobre una hoja de papel
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57
En este caso podemos ver, por ejemplo,que se han alineado todas las resistencias enun sólo lado y al otro los dos transistores y doscondensadores. Los transistores son los elementos centrales del circuito. alrededor de loscuales van conectados los demás componentes. Note que se han dejado cuatro puntos deconexión externos, dos para la alimentación(+ y -) y dos para la salida de la señal. En estecaso, se utilizarán terminales para circuito impreso, llamados espadines. Cuando se requieran otro tipo de conectores, se debe dibujar laforma como van distribuidos sus terminales.
Teniendo los componentes a la mano,conociendo su tamaño y la separación entre sus terminales, debemos distribuirlos detal manera que sea fácil su interconexión.Observando detenidamente el diagramadebemos lJegar a la ubicación de los componentes tal cómo se muestra en la figura9.19b. Este es quizás el paso y el momentomás importante en el diseño, ya que de estadistribución, depende en gran parte que lostrazos se realicen fácilmente. Aquí es donde entra en juego la imaginación y la estética. Se debe establecer una agrupación ordenada y lógica de los componentes deacuerdo a sus conexiones entre sí o a puntos comunes en el diagrama como la alimentación positiva y la negativa o áreas de entrada y de salida. Esta distribución no tienereglas fijas y cada persona la hará diferente, pero al final, el resultado debe ser elmismo. El tamaño de los componentes sedibuja en forma aproximada y en el diseñofinal se ajusta a la medida real.
de conexión (donas o pads) unidos por las lineas o trazos (pistas). El primer ejemplo es eldiseño del circuito impreso para un circuitoGenerador de señales o multivibrador astable,formado por dos transistores PNP, varias resistencias y condensadores, cuyo diagrama semuestra en la figura 9.19a.
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9.3 Ejemplos de diseño manualde circuitos impresosEldiseño de un circuito impreso consiste en partirde un diagrama y llegar a un dibujo de puntos
Para conectar los elementos externos con losot.roscomponentes que están montados sobre elcircuito impreso, se debe dejar una dona o padpara allí colocar un terminal o para insertar el cable que va hacia dicho elemento. Muchas vecesse agrupan varios puntos de conexión externospor medio de conectores, de los que existe unagran variedad y con los cuales se debe ir familiarizando. La utilización de estos elementos es muyrecomendable ya que facilitan el ensamble y lareparación de los circuitos y aparatos.
Componentes externosLo ideal en un circuito electrónico es que todos suscomponentes vayan montados sobre el circuitoimpreso. Esto facilita su ensamble y garantiza unmejor funcionamiento. Sin embargo, en la mayoríade los casos, esto no es posible ya que hay algunos componentes que por su forma y tamaño deben ir montados sobre los paneles (frontal y t:rasero) ° en el chasís de los aparatos. Tal es el caso delostransformadores, interruptores, potenciómetros,indicadores (LED, voltímetros, etc.), conectores,portafusibles y cables de alimentación, entre otros.
Cuando considere que el diseño está listo,revíselo nuevamente para buscar una mejor forma de acomodar los componentes o cambiar lostrazos de las líneas. Este proceso se debe realizar varias veces hasta lograr el diseño final.Como ya lo hemos mencionado antes, un circuito impreso siempre tendrá múltiples formasde distribuir los componentes y las líneas; finalmente, lo que importa, es que cumpla la funciónde conectar todas las partes del circuito de acuerdo al diagrama. Antes de distribuirlos, hay quetener en cuenta dos factores: primero, la determinación sobre cuáles van montados por fueradel circuito impreso y segundo, la proximidadentre ellos en el diagrama esquemático.
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9. Diseño y fabricación de circuitos impresos
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Figura 9.20Diseño final delejemplo 1
+ .v -
En las figuras 9.19gy9.19h,se muestra la conexión entre C 1,el colector de Q2, un terminal deR6 y uno de C3. Finalmente, enlas figuras 9 .19i Y9 .19j tenemosla conexión de los terminales restantes ele los componentes delcircuito. Como notarán, se hanutilizado lineas rectas y ángulosa 45° lo que agiliza el diseño y leda una buena presentación.
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Ejemplo 1Iniciamos con la unión del terminal de alimentación negati vacon uno de los terminales de lasresistencias R 1, R3, R4 y R6, tigura 9.19d, cuya parte equivalente en el diagrama se muestra enrojo en la figura 9.19c. Como seve, las líneas unen los círculos ypasan por debajo de los componente. ; recuerde que lo que seestá dibujando son líneas de cobre que están por debajo de labaquelita o lámina de circuito impreso. En la práctica, para facilitar el diseño, se pueden resaltarcon un marcador rojo. en unacopia del diagrama, las lineas conectadas. Continuando con el diseño, se conectan el terminalpositivo, una de las salidas deseñal y las resistencias R2 y R5,figuras 9.] ge y 9.19[
58
Figura 9.19 Pasos para el diseño del circuito impreso del ejemplo 1
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59CursoPráctico de Electrónica Moderna • ~KiT
Figura 9.21 Pasos para el diseño del circuito impreso del ejemplo 2
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Figura9.22 Diseño final delejemplo2
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~Q9·EJÓQQ Salida YYOauxiliar
+ IV -Luz intermitente
K-001
Ejemplo 2En este caso tenemos un circui-10de Luz Intermitente, que haceencender y apagar un LED pormediode un circuito integrado555. En la figura 9.21a tenemosla distribución inicial de loscompopentes, la cual se ha realizadoen una sola Líneateniendoencuenta lo siguiente: Comoelemento principal tenemos elcircuito integrado 555, en elcualmarcamos el terminal o pinN° l. Siempre se deben marcarlospines de Jos integrados, Josterminales positivos de los condensadores electrolíticos. el ánodoy el cátodo de los diodos,labase,emisor y colector de lostransistores,etc. Esto ayudará aevitar errores.
Una vez terminadas las conexionesde todo el circuito, debemos revisar varias veces si eldiseñocorresponde al diagramapara evitar la pérdida de tiempovaliosocuando se fabrica el prototipo.Con el diseño definitivoen borrador, se debe realizar eldiseñofinal a mano o en la cornputadora, figura 9.20, Lemaque.e tratará próximamente.
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ClISIICÓ". • Curso Práctico de Electrónica Moderna
Figura 9.24 Diseño final delejemplo 3
SIRENA POlICIAL Q
60
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En la figura 9.23f sepuede observar la inclusiónde dos puentes de alambreen los pines 5 y 7 del 555.que se real izan ante la dificultad de unir por debajociertos puntos del circuito.Este recurso se utiliza confrecuencia pero no se puedeabusar de él ya que el ensamble del circuito se haríadifícil. En la figura 9.24 tenemos el diseño definitivodel circuito impreso con lasmedidas reales.
oFigura 9.23 Pasos para el diseño del circuito impreso del ejemplo 2
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En la figura 9.23b tenemos la distribución inicial de los componentes que se ha realizado ubicándolos alrededor del circuito integrado, unos a la derecha, otros a la izquierda y otros en la parte superior. En la figura9.23d tenemos los primeros trazos correspondientes a las alimentaciones positiva y negativa. Note la vuelta que se hace con la línea del positivo hasta unir los pines 4 y 8del integrado.
Ejemplo 3En este caso, tenemos un circuito de sirenapolicial, formado por un circuito integrado 555,un transistor, varias resistencias y condensadores, cuyo diagrama esquemático. e muestraen la figura 9.23a ..
En la figura 9.22 tenemos el diseño definitivo. Note el ajuste de las medidas de los componentes al tamaño real y su agrupación, sinmontarse unos sobre otros, para reducir el circuito'impreso hasta un tamaño mínimo.
Volviendo a la distribución de los componentes, observamo cómo R2 y R 1se han ubicado a laderecha para facilitar su conexión a los pines 6 y 7del circuito integrado. A la izquierda, se han colocado el, R3 y el LED que van conectados a lospines 1,2 Y3, situados a ese lado del integrado. Enla figura 9.21c, tenemos la unión de todos los puntos correspondientes al terminal positivo del circuito. En la figura 9.21e están las conexiones delterminal negativo y en las otras figuras tenemoslas conexiones de los demás componentes, hastacompletar el diseño en borrador, figura 9.21i.
61
Paso 1. Corte de la lámina para el circuitoDe acuerdo al diseño definitivo. marque conun lápiz el tamaño del circuito impreso so-
9.5 Fabricación de circuitosimpresos con marcador de tintaespecialEn pocas palabras. el método consiste en dibujar sobre el lado del cobre. el diseño delcircuito impreso utilizando un marcador detinta que no se borra con los líquidos. luegoeste se sumerge en una solución corrosivaque elimina el cobre que no está pintado. Loselementos básicos que se utilizan para esteprocedimiento son: un lapicero o marcadorde tinta especial, una esponjilla o tela abrasiva limpiadora, la placa de baquclita y cobre y el compuesto corrosivo. figura 9.26. Acontinuación. explicaremos detalladamenteel procedimiento mencionado, para lo cualse debe tener el diseño listo de un circuitoimpreso sencillo.
A continuación. explicaremos paso apaso el primer método ya que por su sencillez y efectividad. es el más recomendadopara los que se inician en esta rama de laelectrónica práctica. Con unos pocos materiales de bajo costo. y siguiendo las instrucciones con cuidado, se puede lograr un prototipo de un circuito impreso, a partir de undiseño, en menos de 30 minutos. De los otrosmétodos hablaremos más adelante.
Figura 9.25 El diseño detiniuvo del circuito impreso sepuede hacer con reglas y plantillas especiales.
CursoPrácticode Electrónica Moderna • <e~IICIíf'
9.4Fabricación de prototipos decircuitos impresosEsteproceso puede hacerse utilizando diferentesmétodos, dependiendo del tamaño y el tipodecomponentes que forman el circuito. Si éstetiene trazos simples y lleva pocos componentes, entre ellos no más de 1 ó 2 circuitos integrados, se recomienda el método del marcadorespecial de tinta antiácida por ser una formarápida y directa. Si el circuito es complejoy de tamaño mediano o grande, se recomiendaelmétodo de la serigrafía o screen y si el circuito tiene muchos circuitos integrados y líneasmuy delgadas, se debe utilizar el métodofotográficoo de fotosensibilización.
Cuando se diseñan circuitos impresos anivel profesional o industrial, se recomienda hacerlos en escala de 2 a 1 con el fin defacilitar el trabajo y lograr una mejor calidad. Esto quiere decir que todas las medidasde los componentes se dibujan al doble desu tamaño real y luego, por métodos defotomecánica. se reduce el diseño a su tamañonormal. Las plantillas especiales vienen enescala I a I ó 2 a l.
Como vimos en los ejemplos anteriores,se debe obtener un diseño o arte final conlas medidas reales para que a partir de éste,se fabrique el prototipo del circuito impreso. Ya habíamos hablado también de la necesidad de hacer prototipos de los proyectoscon el fin de corregir posibles errores o mejorar su diseño a partir de las pruebas con unmodelo real. Para la elaboración de un prototipo, el dibujo no requiere de mucha calidad ni precisión; sin embargo, debemos acostumbrarnos a hacer el diseño de la mejormanera posible para que nos sirva en unapróxima ocasión. Este diseño final puedehacerse con el método tradicional de dibujomanual con plantillas de círculos, reglas, tinta china. etc. o utilizando plantillas especiales diseñadas para tal fin. figura 9.25.
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Con un punzón, ouna aguja gruesa,marque los puntos
Figura 9.29 El diseno enque corresponden a apel se debe pegar sobrecada CÍrculo o dona ~ plaqueta de cobre paradel diseño del circui- marcar las perforaciones
Figura 9.28 Para el corte de la plaquetatambién se puede utilizar un bisturí
Figura9.27 Laplaqueta de cobre se debecortaral tamaño indicadopor el diseño final
.Figura 9.26 Materiales para fabricar elprototipo del circuito impreso
e) Con el lapicero especialde tinta antiácida, dibujecírculos pequeños de 3mms aproximadamente alrededor de cada marca quehaya dejado el punzón enla lámina de cobre, figura9.32. Deje secar por un
momento la tinta yrepinte varias veceslos círculos hastaque queden perfectamente dibujados;tenga cuidado de noapoyar la mano so-
b) Tome la lámina para elcircuito impreso y límpiela bien con una esponja debrillo de las que se utilizanpara limpiar los utensiliosde cocina, hasta que el cobre quede brillante. figura9.31. Tenga cuidado de noengrasar la superficie conlos dedos después de limpiarla. Es obligatorio realizar esta limpieza debidoa que el cobre se oxida fácilmente al entrar en contacto con el oxígeno delaire y se forma una capaprotectora que no permiteactuar al líquido corrosivoo ácido dañando el proceso de fabricación del circuito impreso.
to impreso, figura 9.30. Estos puntos sirvencomo guías para dibujar los círculos y paralas perforaciones donde se insertarán los componentes. Cuando se asegure que todos los
puntos quedaron marcados,retire la hoja con el dibujoque sirvió como patrón.
Paso 2. Traslado deldiseño del circuito a lalámina de cobrea) Obtenga una copia del di
seño original y corte el papel dejando unos dos centímetros por fuera de cadaborde del diseño. Coloqueeste papel sobre la placapor el lado del cobre ydoble los bordes hacia elotro lado para que el dibujo no se mueva; si esnecesario, fije la hoja a laplaca con cinta adhesivapor el lado de la baquelita, tal como se a)indica en las figuras9.29a y 9.29b.
bre la baquelita y con una sierra de mano dedientes suaves, efectúe el corte con cuidadopara no dañar la placa ya que este materiales muy frágil, figura 9.27. También se puede cortar la lámina hacien-do varias pasadas (unascinco veces) por ambos la-dos con el lado opuesto alfilo de una cuchilla o bis-turí, hasta que se puedaquebrar sin problema, figura 9.28. Con el último método, el corte queda másrecto. Luego, con una limaplana. elimine las asperezasque pudieran quedar en losbordes de la placa despuésdel corte.
63
Dependiendo de su tamaño, vierta en la cubetaunos 250 a 500 c.c (1/4 a1/2 litro) de agua preferiblemente pura o destilada;el agua del suministro público contiene cloro y otroselementos que neutralizanel percloruro férrico. Utilizando siempre guantes de
Curro Práctico de Electró"ica Moderna • fCEKiy
Figura 9.33 Los trazos o pistas delcircuito se pueden hacer a mano o con
cuentra un error, puede una regla y se deben repintar varias veces.
Cuando finalice circuito impreso
este paso, repinte las pistas nuevamente para quelas líneas queden bienmarcadas ya que de estodepende en gran parte elbuen resultado de estemétodo. Revise variasveces el diseño para nocometer errores o dejarlíneas sin marcar. Si en-
Para remover el cobre,se utiliza un producto líquido corrosivo de fácilpreparación. Sus componentes son agua y percloruro férrico. el cual se consigue en forma de polvo en
los almacenes de suministro de productos químicos. La proporción del percloruro debe ser del 50%con respecto a lacantidad de agua.
borrar la línea con una cuchilla y volver a dibujar lalínea correcta.
d) Después de completarlos círculos, y pasandosuavemente el marca-
Figura 9.31 La plaqueta de cobre sedor, dibuje las líneas o debe limpiar muy bien ya que se oxidapistas del circu ito IlTI- rápidamente al hacer contacto con el airepreso, tomandoel diseño originalcomo muestra, lafigura 9.33. Estaslíneas se puedenhacer a mano outilizando unaregla para que las Figura 9.32 En los sitioslíneas queden donde se marcaron las
perforaciones con labien rectas. aguja, se deben dibujar
los círculos o donas del
Figura 9.30 Con un punzón o agujagruesa se marcan los puntos donde seharán las perforaciones para insertar lospines de lo componentes
Paso 3. Eliminado delcobre excedentePara que los trazos o pistasdel circuito impreso quedenen forma definitiva, se deberemover de la lámina el cobre sobrante, o sea aquelque no está cubierto por latinta especial. Este proce
i1=.1II dimiento recibe el nombrede rebajado o etching y sepuede realizar en una cubeta de plástico con el tamaño adecuado según elcircuito impreso.
Importante: La tinta de estelapicero es muy volátil ) seseca nipidamente: por lo tanle) no lo deje destapado mucho tiempo) a que su puntase seca y le impide el paso ala tinta más interna.
bre el cobre para no engrasarlo. Para este procedimiento, puede utilizar una plantilla de círculos que puede conseguirse en una papelería;así las donas quedaránbien redondas.
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especial, dibujeos de 3lente alarca quenzón ene, figurapor un
1 tinta yas veces-s hasta)erfectaujados;jo de nolana so-
para ellímpieonja deutilizanmsiliose el co, figurao de nocíe conde limrio rea-debidoxida fáen coneno delna capapermiteirrosi va1 procedel cir-
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9. Diseño y fabricación de circuitos impresos
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cecg/ICff • Curso Práctico de Electrónica Moderna64
componentes.
Los materiales para efectuar esteprocedimiento se pueden conseguir en CEKITy sus distribuidores bajo la referencia K-SSO,"Kit para fabricar Circuitos Impresos".
Lista la solución, y después de revolverlasuavemente. se coloca la lámina del circuitoimpreso en la cubeta con el lado del cobre hacia arriba y se agita periódicamente en formasuave y en un sólo sentido para evitar el derramamiento del ácido, figura 9.34. En unoslOó 12 minutos, el cobre sobrante será removido. Es conveniente sacar con una pinza plástica la placa para inspeccionarla cada 3 a 5minutos. Mientras revisa la placa, se darácuenta que el cobre se va eliminando hastaquedar solo el trazado del circuito impreso.Si dejamos mucho tiempo la lámina en el ácido, el cobre empezará a deteriorarse y se puede perder el trabajo realizado.
con alguna parte de su cuerpo. lá- .A... Figura 9.35 Las
vese con agua abundante y SI hay perforaciones paraquemadura o molestia acuda a un insertar los componentes secentro de salud. pueden hacer con un taladro
o un Moto-toot.
Paso 4. Perforación de losagujeros para los terminalesProceda a hacer las perforaciones entodas los círculos o donas utilizan-
.... do un taladro pequeño oMoto-Tool,figura 9.35. que es una herramientamuy apropiada para este fin. Utiliceuna broca de 1/32"(0.8 mm) para to-dos los agujeros de los componentes
y si es necesario, amplíe con una broca de 3/64"(1,2 mm) las perforaciones donde se van a soldarcomponentes con terminales más gruesos o conectores. También se deben perforar los agujerospor donde pasan los tornillos de sujeción de loscircuitos en el chasfs con una broca de 9/64"(3,5 mm). Con estas perforaciones. queda listoel circuito impreso para el paso siguiente en laelaboración del proyecto: insertar y soldar los
Precaucién: El percloruro férrico es un ácido muy corrosivo. queno sólo ataca los metales sino también la ropa y la piel. Evite el COIl
tacto directo lomando todas lasprecauciones necesarias y utilicelos guantes de caucho durantetodo el proceso. Si en algún momento. el ácido entra en contacto
gar suficientemente ventilado.Nota: el dibujo y el rebajado delcobre se deben hacer e Imismo díaporque una VCl que se ha pulidoel cobre. su oxidación ocurre encorto tiempo.
caucho o de plástico,agregue len tamenteunos 150 gramos depercloruro de hierro enpolvo hasta disolverlocompletamente en elagua. Mientras haceesto, notará que la temperatura de la sol uciónaumenta, expidiendogases tóxicos que nodeben ser respirados:por lo tanto. esta mezcla debe ser realizada en un lu-
Una vez que esté listo el circuito,retire la lámina y enjuáguela muy biencon agua. Lave muy bien sus manos yel recipiente cuando termine este proceso y deje secar la plaqueta por eva
poración colocándolaen forma vertical. Latinta especial no debeeliminarse. ya q ueprotege el circuitocontra la oxidación y
I sobre ella se pueden........ I!!!!!!, realizar las soldaduras
sin ningún problema.
Figura 9.34 Elcircuito con laspistas dibujadasse sumerge en elácido para rebajarel cobre sobrante
'a Modema 65C'I¡rs(1 Prácticode Electrónico Moderna. elSle"
Figura9.36 Pasos para el estampado en una hoja de papel
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JosinalasionesenitilizanIto-Tool,amienta1.UtiliceIpara toponentesde 3/64"1a soldarsoso ceagujerosón de losde 9/64"leda listoente en la.oldar los
Para mejorar el proceso, y hacerlo posibleen muchos casos, describiremos ahora el rnélodopor serigrafía O screen. Este se refiere él laforma de pasar el diseño a la placa de cobre;losdemás pasos del procedimiento, se conservan iguales. La única desventaja, aunque aparente, es su costo debido a los materiales y altiempoempleados. Como es obvio, un prototi-
Ido delmodíapulidoJITeen
La serigrafíaSe define como la técnica por medio de la cualse pueden imprimir cualquier tipo de dibujos.figuras, letras. etc. sobre un objeto, utilizando una malla tratada especialmente para quedeje pasar por ella una tinta o pintura en algunas parles de su tramado. La malla puede serde acero inoxidable, seda o hilos muy finosde nylon. La serigrafía ha sido ampliamenteutil izada en el campo de las artes gráficas desde hace muchos años presentando como principal ventaja la facilidad del proceso y el bajocosto de los implementos y materiales. Ennuestro caso, la utilizaremos para la fabricación de prototipos y pequeñas series de circuitos impresos.
cuito,, biennos y~pror evandolaal. La) debe1 que'cuitoción yuedenadurasrlema.
po o muestra, siempre es más costoso que laproducción en serie de varias unidades y comoya lo mencionamos anteriormente, su elaboración es un paso necesario e ineludible para eldiseño de un aparato electrónico. Sin embargo, como la fabricación de circuitos impresoses algo permanente dentro del estudio y experimentación electrónicos, el montaje inicial sepuede utilizar muchas veces 10 que difiere sucosto con el tiempo y el número de circuitosimpresos fabricados.
9.6Fabricación de circuitosimpresos por el método deserigrafía o screenCon esta explicación pretendemos que usted pueda montar su propio taller de estampados para la fabricación de circuitos impresos. placas indicati vas o paneles de control para equipos electrónicos. En las páginas anteriores se explicó el método paratrasladar el diseño de un circuito impreso ala lámina de cobre utilizando un lapicero omarcador especial de tinta antiácida. Estemétodo. aunque muy fácil. tiene sus lirnitantes en cuanto a cantidad y tipo de componentes, espesor de las líneas y calidad deldibujo. Cuando hay varios circuitos integrados, por ejemplo, se requieren líneas muydelgadas y es muy difícil dibujarlas con estetipo de marcador.
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SedasLas sedas que se utilizan en estampado vienendiferenciadas por grados, dependiendo del número de hilos por centímetro cuadrado. Las quetienen mayor densidad de hilos dan como resultado agujeros más pequeños, por lo tanto ladefinición que se puede lograr en los contornos (o líneas) del dibujo que se va a estampares muy buena. Para el estampado de circuitos
de lo contrario deberá construir una cámaraoscura o trabajar en las noches (si es que elcuarto tiene entrada de luz natural).
A continuación, se sugieren una serie demateriales para la construcción de la cámarade revelado, de los estarcidores y de algunoselementos de trabajo propios de esta técnica.* Una lámina de vidrio de 50 cm por 35 cm y
5mm de espesor:;: Listones de madera seca (procure usar una
madera de buena calidad)* Herramienta de carpintería (martillo. serru
cho. escuadra, puntillas)* Dos lámparas fluorescentes de 20 W* Trozos de tela para limpiar (preferiblemente de
algodón ya que estas son más absorbentes):1: Disolventes como: thinner, varsol. aguarrás* Limpiadores como hipoclorito de sodio o
límpido* Pegan te a base de polivinilo de acetato (col
bón madera, Ega, etc.)* Sedas de diferentes grados, normalmente se
utiliza la número 90 (90 hilos por centímetro cuadrado)
* Grapadora, preferiblemente de tipo industrial* Pinceles* Papel periódico* Secador para cabello* Tintas* Espátula* Cinta transparente adhesiva* Manguera con boquilla de 2 ó 3 mm de aber
tura para aplicar agua a presión* Pesos (bloques de plomo o hierro de 1 Kg
cada uno)
66
Taller básico de serigrafíaEs recomendable que disponga de un lugarpermanente para la instalación de la mesa detrabajo y la cámara de revelado, además de unpequeño estante para almacenar los materialesde trabajo. Otra característica que debe tenerel taller es que se pueda aislar de la luz cuandose vayan a sensibilizar las sedas (estarcidores),
Después de haber secado la emulsión, yen un cuarto oscuro. se hace el revelado de laplancha con la ayuda de una cámara para revelar, durante un tiempo determinado; seguidamente se lava el estarcidor con agua a presión,se seca con aire caliente y se instala con bisagras en una base que tiene las guías para colocar las láminas de baquelita. El proceso culmina con la aplicación de la tinta sobre la lámina,pasándola a través de la malla del estarcidorcon ayuda de un escudillín.
Como primer paso se diseña el arte o dibujo del éircuito impreso en papel pergamino,mantequilla o en película fotográfica. Luegose construye un marco de madera (también seconsiguen ya hechos en los almacenes del ramode la serigrafía) al cual se fija una seda especial. Esta se sensibiliza con una emulsión lacual puede ser de dos tipos: PVC o Poli.
El dibujo o diseño que se quiere estamparse fija en la seda o malla mediante un procesofotoquímico. En la seda quedarán tapados losorificios por los que no debe pasar la tinta.mientras que los otros. que en conjunto formanel dibujo cn sí. darán paso a la tinta de estampar cuando ésta sea estarcida o repartida sobrela malla con una rasqueta o escudillín. La figura 9.36 muestra una serie de dibujos con lospasos necesarios para estampar una lámina decircuito impreso utilizando este método. Antesde explicar detalladamente cada uno de lospasos, haremos un resumen del proceso basado en la figura anterior, con el fin de tener unaidea general sobre el mismo.
67
TintasEn serigrafía hay muchas clases de tintas y pinturas, pero sólo dos de ellas son adecuadas paratrabajar con circuitos impresos: la pintura poligráfica y la pintura de serigrafía PVc. Antes deusar cualquiera de ellas, se debe diluir un poco
De acuerdo a las proporciones que se dieron anteriormente, usted debe hacer el ajustede las cantidades para conservar las relaciones de los componentes químicos; esto es, sila cantidad de emulsión que necesita es pequeña. Existen otras fórmulas, pero finalmentetodas se basan en las dos principales, o sea latextil y la PVC. Las diferencias con respectoa las básicas tienen como propósito adaptarlas a casos particulares.
La preparación del bicromato se hace dela siguiente forma: en 100 g de agua tibia sedisuelven 10 g de bicromato de amonio o depotasio; cuando esté trabajando con el bicromato debe evitar el contacto continuado conel, porque a largo plazo le puede producirdermatitis.
- 850 g de alcohol (preparado)- 43 g de pigmento (cualquier color)- 20 g de bicromato
Sólo en el momento de emulsionar o sensibilizar el estarcidor se le agrega el bicrornatooPara preparar un kilo de emulsión, las proporciones son las siguientes:
Emulsión fotográfica PVCSu preparación se realiza tomando como baseel alcohol polivinílico; inicialmente se tornan100 g del alcohol y se disuelven en 1000 g deagua caliente agitando lentamente hasta que lamezcla torne una consistencia espesa, parecida a la del Colbon. Esta preparación se debeguardar en un frasco color ámbar con buenatapa, para evitar que vaya a perder sus propiedades sensibles a la luz.
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Emulsión fotográfica textilPara la preparación de un kilo se mezclan850 g de Colbón madera (Acetato Poli vini-10),20 g de pigmento azul y 150 g de bicromato de amonio o de potasio. Una vez preparada, se debe envasar en un frasco ámbaro preferiblemente negro y guardar en un lugar fresco, seco y libre de la luz para que nose afecten sus propiedades fotosensibles.
Lo más aconsejable es adquirir las emulsiones ya preparadas en las tiendas o almacenes especializados en el ramo. Sin embargo, siUsted es de las personas a quienes les gustahacer todo y conocer los procesos, les informamos que éstas son fáciles de preparar y paraello entregamos a continuación las instrucciones correspondientes.
Hay dos tipos principales de emulsiones:la primera se denomina "Emulsión fotográfica textil:' y se utiliza principalmente para elestampado con pinturas textiles, tintas y lacas. La otra se denomina "Emulsión Fotográfica PVC" que se emplea especialmente conpinturas PVC y Poli, las cuales se aplican sobremateriales como el vidrio, la cerámica, losacrílicos, los metales, los plásticos, etc. Estaes la más recomendada para los circuitos impresos.
EmulsionesLas emulsiones para la sensibilización de lassedas tienen propiedades fotosensibles; una vezsecas, se endurecen por efecto de la luz (especialmente la ultravioleta) y se hacen insolublesenciertos líquidos como los disolventes orgánicos (thinner, aguarrás, varsol etc.). Las panesque no han sido expuestas se lavan fácilmente,permitiendo que los orificios de la seda quedenlibres y permitan el paso de la tinta o pintura.
impresos se recomienda el uso de seda númeroTI00, pues esta ofrece una muy buena definición, aún con líneas hasta de 0.2 mm.
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Figura 9. 38 Detalle de ,. unión de los listones
La mejor calidad se logra obteniendo unpositivo fotográfico en película tipo Kodalith oPolychrome PLH4 (película ortocrornática dealto contraste). Así se pueden lograr muy buenas reproducciones, ya que con este material segarantiza que las partes oscuras bloqueen completamente la luz y las otras sean totalmentetransparentes. Para lograr un positivo de estematerial, lleve su dibujo o diseño final ya seaelaborado a mano o por computadora, a un taller o laboratorio de fotomccánica (son muy comunes en el mundo de las artes gráficas) y solicite que le elaboren un "positivo en película" yellos harán el resto. Con este método tambiénes posible realizar el original del dibujo al doblede la escala normal (2: 1) lo que facilita el diseño y al ordenar el positivo, se dice que lo haganen una escala del 50% quedando al tamaño realdel circuito impreso. Esto es lo más normal dentro de este proceso y con el positivo en películase pasa a sensibilizar la malla.
miendo con la tecnología de chorro de tintao por el método láser. Cuando se haga eldibujo a mano, se recomienda repasar por lomenos dos veces en las partes del trazado quese ven más claras para que queden bien definidas y oscuras. Si se dibuja por computadora. la tinta debe estar nueva o el tóner de laimpresora láser con buena calidad. El papeldebe dejar pasar la luz para que haya contraste entre lo negro y lo transparente en elmomento de sensibilizar.
68
Figura 9. 37 Herramientas básicas para laconstrucción de los marcos
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Hay dos formas de realizar los artes odibujos: por el método tradicional dibujando a mano con rapidógrafo y tinta china sobre papel pergamino o mantequilla (del utilizado para los planos de arquitectura o endibujo mecánico) o por computadora, impri-
Artes o dibujos para el procesoEn el proceso de la serigrafía se parte de undibujo original llamado "arte" el cual se debepasar o "quemar" a la malla del estarcidor. Unode los aspectos fundamentales para que la impresión sobre la lámina de cobre o sobre cualquiet superficie que se vaya a imprimir o estampar. tiene que ver con la oscuridad de lostrazos del arte o dibujo original. En otras palabras, las líneas del dibujo del circuito impresovistas a trasluz no deben permitir el paso deesta, ya que de lo contrario. la seda no quedaráuniformemente expuesta y, como resultado, seperderá definición y semejanza entre el modelo original y el estampado.
con el disolvente adecuado, ya que si se aplicamuy espesa, se secará rápidamente y los porosde la seda se taparán. Además, cuando se esténrealizando varios estampados, se debe controlar continuamente su consistencia, agregando lacantidad adecuada de disolvente. Si la cantidadde disolvente es mayor de lo normal, la pinturaquedará tan diluida, que al aplicarla tenderá acorrerse por debajo del estarcidor, ocasionandomanchas en el objeto a estampar.
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Cámara de reveladoComo se puede apreciar en la figura 9.40, lacámara de revelado es una caja rectangularde madera (28 x 38 x 50 crns), en cuyo interior se alojan dos tubos fluorescentes de 20W cada uno (dependiendo del tamaño de losestarcidores para revelar. se determina la cantidad y tamaño de las lámparas) y los demáselementos que conforman el circuito de laslámparas. En la parte superior. la cámara estácubierta por una lámina de vidrio de 5 mm
fibras del tejido deben quedar paralelas a loslistones. Es conveniente colocar una buenacantidad de grapas en los bordes del marco.sin ser exagerados. Con esto nos aseguramosde que esta no pierda tensión con el uso y ellavado continuo.
Figura 9.39 Aquí se muestra en que forma seempieza a pegar la seda sobre el marco yposteriormente la forma en que se deba tensar paracontinuar cosiendo.
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La seda, después de asegurada, debe presentar una tensión uniforme en toda su área,sin ondulaciones y consistente en cualquierlugar cuando se le haga presión; además, las
Cómofijar la seda en el marcoLa operación de fijar la seda en el marco esalgo delicada ya que si la tensión no se controla debidamente, ésta se puede romper oquedar demasiado floja. Normalmente se requieren dos personas; una de ellas sostiene elmarco firmemente, mientras la otra estira ypega la seda usando una eosedora o grapadora industrial. Si no cuenta con alguien que leayude, debe conseguir una prensa para sostener el marco. En la figura 9.39 se muestranalgunos pasos de este proceso.
El marco debe ser mayor que el dibujo que se quiere estampar (unos 6 cmde ancho y 12 cm de largo). El espacioque se reserva a lo largo es importantepara dar lugar al desplazamiento de larasqueta en el momento de aplicar lapintura. No es muy recomendable acumular muchos estarcidores por el espacio que estos ocupan; lo mejor es construir un sólo estarcidor grande de usogeneral; éste puede ser, para electrónica, ele unos 20 cms. por 30 cms., e ircambiando el dibujo a medida que sevaya necesitando.
Construcción de los estarcidoresCuando deseamos fabricar nuestros propios estarcidores no se necesita ser unexperto ebanista. basta un poco de experiencia y tener mucho cuidado para realizar con exactitud y calidad los cortesde los listones con los cuales se armanlos marcos para fijar la seda. En las figuras 9.37 y 9.38 se muestran, por unlado, las herramientas necesarias y porel otro, un detalle del corte y la unióncorrecta de la madera.
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ReveladoEl revelado consiste en interponer entre la fuente de luz de la cámara y el estarcidor ya sensibilizado, un dibujo, diseño o texto que esténimpresos en papel o película transparente.Como la luz queda bloqueada por los trazos ennegro, la parte de la emulsión que no la reciba,no se endurece y por lo tanto, se desprenderácon facilidad cuando se lave con agua lo quepermite el paso de la tinta en esa parte de la
Antes de emulsionar tenga en cuenta quela película que aplique debe ser uniforme entoda su extension, o sea, pareja y sin concentraciones aisladas. Sostenga el estarcidor conla seda hacia arriba y en ángulo de 4S grados.Aplique la emulsión en la forma que se indicaen figura 9.41. Con la espátula o emulsionador, distribúyala uniformemente a lo largo delestarcidor; luego recoja los sobrantes y enváselos de nuevo. Seque ahora la seda con airetibio y recuerde que una vez seca, se vuelvesensible a la luz.
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Figura 9. 41 Aplicación de la emulsión sobre la seda
Cómo sensibilizarEl proceso de la sensibilización consiste encubrir la seda con una capa delgada y uni-
de espesor, la cual sirve de apoyo al arte odibujo, al estarcidor y demás elementos propios del revelado.
forme de emulsión. Antesde hacerlo, limpie la sedacon thinner o un disolventesimilar para eliminar cualquier rastro de grasa quepudiera tener y luego seseca con aire caliente a prudente distancia. Duranteeste proceso, se debe trabajar en un lugar iluminadosólo por luz roja de seguridad (de las que se utilizanen los laboratorios de fotografía) para no afectar las
•••••••• iIí •• características de la emulsión. (Algunas emulsiones permiten trabajaren lugares con luz artificial sin que presenten problemas). Tenga lista la emulsión dePVC o poliéster, varios trozos de tela, un secador de cabello y un emulsionador, o en sudefecto una espátula.
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Cómo estampar elcircuito impresoLa lámina de baquelita quevaya a estampar debe tenerlos bordes libres de filos y .iliIIlilillIIiI ••• ~::illIiIi.ííií _IIIlIí_
Lavado de la planchaTerminado el tiempo de revelado se procede alavar la plancha. Utilize una manguera con lascaracterísticasdescritas en la lista de materiales.Apliquela presión de agua adecuada sobre la seda, Prepare la tinta según la recomendaciónespecialmente en aquellas partes donde la emul- del fabricante o vendedor, coloque un pocosi6nes más blanda (se distingue porque es de co- sobre la plancha y con el escudillín extiéndalor más claro). Se sabe que la ~""':"""~~~~~--.:::'0::::~~~~
planchaestá lavada cuando lasporcionesque corresponden aldibujo están libres de emulsión;así se puede ver que losporosdela seda quedan totalmentelibres.
puntas para que la seda no se rompa; además. la superficie debe estar completamente limpia. Cuando se van a estampar variasláminas iguales, se debe instalar una guíaen forma de «U» sobre la mesa y el estarcidor se asegura con visagras, como se muestra en la figura 9.43.
Las pesas que se montan sobre el estarcidor se necesitan para que proporcionen elmejorcontacto posible entre el dibujo y la ~!§Gi;lfttj~
seda.Cuando todos los elementos estén dispuestos.se encienden las lámparas duranteel tiempo suficiente para impresionar lamalla.Normalmente, se requieren entre 5 y8minutos para la emulsión PVC y entre 5 a15 minutos para la emulsión Poli. La experiencia muestra que aunque se preparen lasmismas emulsiones, se pueden necesitardistintos tiempos de revelado. Esto se presenta debido a las diferencias en las composiciones químicas de los elementos queintervienen en el proceso y a la variaciónen la intensidad luminosa de las lámparasen las cámaras de revelado. Por lo tanto,cadapersona debe establecer sus tiempos de exposición por el método de prueba y error hastalograrlos resultados esperados.
seda. En la figura 9.42 se muestra el orden en que se colocan los elementos sobre la cámara de revelado.
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Los que tienen esta actividad comoparte importante de sus tareas, debenrecurrir al diseño de circuitos impresospor computadora ya que dicho métodopermite realizar trabajos de excelentecalidad y en tiempos mucho menoresque el proceso manual.Además, loscambios que se requieran se pueden hacer fácilmente. En una práctica poste-. rior explicaremos este método.
ConclusiónLa fabricación de un prototipo de uncircuito impreso es un proceso sencilloque puede ser realizado en casa sin ningún problema, el método que se utilicepara ello depende del diseño en particular, del presupuesto y de la disponibilidad de los elementos. Para las personas que requieren hacer circuitosimpresos con cierta frecuencia y/o decierta complejidad, se recomienda queobtengan sus películas por medios defotomecánica y que fabriquen sus circuitos o los manden a hacer por el método de screen.
Recubrimiento de la superificie decobrePara darle un acabado profesional al circuitoimpreso y además evitar que el cobre se oxideal reaccionar con el oxígeno del aire, se debecubrir con una película de colofonia. En un almacén de materiales químicos puede conseguirla en forma sólida y empacada por peso. Paraprepararla, tome un frasco de vidrio de bocaancha y con tapa metálica, introduzca en él unos50 grs. de colofonia y 300 ce de thinner. Tapeel frasco y agite de vez en cuando hasta lograruna disolución completa. Con esta preparacióny un pincelo cepillo de cerdas suaves, cubra elcircuito impreso como si estuviera pintando obamizando una superficie cualquiera, luego séquelo con aire caliente para que no quede pe-
gajoso y se pueda trabajar bien con él.-~.
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Figura 9.44. Aplicación de la tinta
Siempreque termine de estampar, se debe limpiarcompletamente el estarcidorcon varsolo aguarrás (nunca con thinner porque podria estropearlo). También se puede remover toda la emulsiónpara el uso posterior de la seda con otro dibujo; sieste es el caso, lave durante unos diez minutoscon límpido o hipoclorito de sodio sin diluir (useguantes de caucho). Las láminas para circuitos impresos ya estampadas, se dejan secar al sol (secadorápido) antes del ataqueo rebajado con el percloruro de hierro.Finalmente se remueve latintacon thinner y así quedará el circuito impreso listo para superforación y el montaje de los componentes.
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la sobre el dibujo, manteniendo la presión yel ángulo de inclinación constantes. La figura9.44 muestra en detaUe este procedimiento.