Hacer placas de circuito impreso es un arte. Cada uno puede tener sus propias variaciones alrededor de una técnica básica, obteniendo así resultados que individualizan sus montajes, con un toque especial que cada lector puede imaginar. En este articulo llevamos a los lectores, principalmente a los principiantes, estudiantes y hobiétas, algunas técnicas fundamentales para la elaboración de placas de circuito impreso.
Como afirmamos en la introducción, existen muchos modos de hacerse una placa de circuito impreso, hasta el punto que cada lector puede dar características especiales a su montaje, que lo identificarán como el armador.
Así , explorar en un artículo todas las técnicas de elaboración de estas placas sería imposible, ya que son tantas como los que las fabrican. Pero podemos resumir algunos aspectos básicos de las técnicas de elaboración de circuitos impresos, y brindar a los lectores con poca experiencia un proceso básico sencillo.
Una vez que haya comprendido estos aspectos básicos el lector podrá realizar sus montajes en placas de circuito impreso con facilidad, ya sea con equipos comerciales que existen para este fin, o bien con materiales adquiridos por separado.
La placa de circuito impreso
La función de una placa de circuito impreso en un montaje es doble: al mismo tiempo sirve de soporte para los componentes que forman el circuito, y hace la interconexión eléctrica de los mismos de acuerdo con la manera en que los componentes deben funcionar.
Una placa de circuito impreso puede ser de fibra o de fenolite. En esta placa va depositada una fina capa de cobre, que luego de un proceso de “impresión”, es recortada por medios químicos para formar tiras que hacen las veces de alambres de unión entre los componentes (figura 1).
La disposición de estas tiras o regiones conductoras debe ser planeada de acuerdo con el circuito que debe ser montado, o sea, que una placa de circuito impreso proyectada para un amplificador de determinado tipo sólo sirve para ese amplificador.
Los componentes son entonces colocados en la placa enhebrando sus terminales en los agujeros, de modo que permita su soldadura a las regiones cobreadas. Con esto se puede garantizar un perfecto contacto entre ellas y las tiras de cobre que deben conducir la corriente (figura 2).
El secreto para hacerse una placa de circuito impreso está en la técnica usada para pasar al cobre el “dibujo” correspondiente a las tiras o regiones que deben conducir las corrientes en el circuito, y existen para ello diversas opciones que analizaremos en este artículo.
Mientras tanto, el lector debe tener muy en cuenta que hacer una placa de circuito impreso no siempre es algo simple que puede ser realizado-por los más inexpertos. Ni siempre es solamente pasar al cobre el diseño de las líneas que corresponden a las regiones conductoras, pues existen casos en los que debemos trabajar solamente a partir de un diagrama en el que nada se dice de la disposición de los componentes, exigiendo por lo tanto un planeamiento de esto, para solamente después pasar todo al cobre.
Existe, por lo tanto, una diferencia muy grande entre “hacer una placa de circuito impreso”, lo que es fácil ya que supone la existencia de una matriz o de un dibujo en el que se da la disposición de los componentes y de las líneas (como les ofrecemos a nuestros lectores con cada proyecto), y “proyectar una placa de circuito irnpreso", cuando se parte de un diagrama esquemático en el que nada se dice de la disposición de los componentes, del que debe hacerse un patrón para pasar AL cobre (figura 3).
La dificultad mayor para proyectar uno mismo uma placa estriba en un hecho importante: las tiras de cobre que forman los “alambres” conductores en la placa de circuito impreso no pueden cruzarse, como se hace con los alambres, lo que exige en muchos casos habilidad y planeamiento para evitar que esto ocurra en un proyecto (figura 4).
Sin embargo, cuando no es posible evitar que se crucen las conexiones, existe un medio de salvar este problema: un puente. Se trata de un trozo de alambre que pasa por encima de la placa, como muestra la figura 5.
En muchos casos, cuando el montaje es muy complejo, al punto que no es posible evitar un gran número de cruces, una solución consiste en el empleo de la placa de “doble faz”. Esta posee el cobreado de sus dos caras, o sea que las tiras de cobre conductoras pueden ser impresas en los dos lados.
La corrosión
Para tener una placa de circuito impreso de acuerdo a un diseño tomado como patrón, debemos corroer determinadas regiones de la superficie cobreada de modo de dejar las tiras o regiones que harán las veces de alambres.
Con este fin se usa el Percloruro de Hierro, que es una sustancia que en contacto con el cobre de lãs placas lo ataca, sin afectar en cambio al fenolite (figura 6).
Lo que se hace, entonces, es recubrir las regiones que deben quedar en la placa formando las partes conductoras, con alguna sustancia que no sea atacada por el percloruro, dejando expuestas las regiones que deben ser eliminadas.
Posteriormente veremos las técnicas para hacer la cubierta en los lugares deseados. Ahora nos interesa el proceso de corrosión.
Se utiliza el percloruro disuelto en agua en una proporción que puede ser de 1 :1 ó de 2:1 , o sea, una parte de agua por cada parte de percloruro, o bien dos partes de agua por cada parte de percloruro. Esta última solución es evidentemente más débil, y demora más la elaboración de la placa.
El percloruro viene en frascos, en forma líquida, o bien en polvo. En el caso de la forma líquida, su utilización es inmediata pues ya tenemos la solución. En el caso del percloruro en polvo, debe hacerse su dilución en agor lo tanto hacerse despacio (figura 7).
Una vez obtenida la solución, se la puede usar muchas veces, o sea, se la puede guardar para hacer muchas placas de circuitos impresos.
Se nota que la solución se está debilitando por la demora cada vez mayor en la corrosión de una placa.
Cuando el tiempo de corrosión se acerca a una hora, es señal que la solución ya debe ser renovada.
Los equipos para la confección de las placas de circuito impreso traen una pequeña bandeja plástica donde se coloca el percloruro para la corrosión, Estas bandejas son del tipo usado en los laboratorios de revelación de fotos, como muestra la figura 8.
El lector puede también usar moldes de plástico o incluso de vidrio con este fin.
Para acelerar el proceso de corrosión de una placa se debe agitar la solución, lo que se puede lograr levantando rítmicamente los bordes de la bandeja para formar ondas, o bien moviendo con cuidado la misma placa con un objeto cualquiera que toque sus bordes.
Hay sistemas más complicados de elaboración de placas de circuito impreso que utilizan, por ejemplo, aparatos “burbujeadores” del tipo que se encuentra en la aireación de los acuarios, para moverla solución y asi acelerar el proceso de corrosión.
Técnicas de Grabado
Como vimos, hay diversas técnicas que permiten obtener regiones impermeabilizadas en una placa de circuito impreso, de acuerdo con el diseño patrón.
Todas estas técnicas requieren sustancias y materiales que no sean atacados por el percloruro.
1. Esmalte
Este. primer proceso usa esmalte de uñas, que adhiere bien a la superficie cobreada y no es atacado por el percloruro.
Lo que se hace es “pintar" las regiones que deben formar las tiras conductoras, según el diseño patrón, como muestra la figura 9.
Se debe usar un pincel fino, o bien otra técnica que consiste en su dilución en acetona y aplicación con uma punta gruesa de las Iapiceras usadas por los letristas (figura 10). El dibujo de la disposición de las tiras debe hacerse previamente en la placa a partir de un patrón, utilizando para esto papel carbónico o bien una copia directa.
Después de cubrir las regiones de la placa que deben quedar intactas, la misma es llevada al baño de percloruro por un tiempo que depende de la fuerza de la solución. El lector debe verificar periódicamente cómo marcha el proceso, hasta que, cuando vea que está completo, debe retirar la placa y Iavarla con mucha agua corriente.
Para quitar el esmalte basta un algodón embebido em acetona.
Posteriormente se puede proceder al acabado, así como a su perforación, según técnicas que explicaremos más adelante.
2. Lapiceras especiales
Los equipos para elaboración de placas de circuito impreso más comunes son los que emplean Iapiceras especiales para la elaboración de circuitos impresos.
Estas lapiceras están llenas de tinta especial que adhiere fácilmente a la película de cobre, pero no es atacada por el percloruro (figura 11)
El dibujo correspondiente a las regiones o tiras conductoras puede hacerse o copiarse directamente en la placa utilizando esta iapicera.
Se debe tener el máximo cuidado con la utilización de esta lapicera para que su tinta se extienda de modo uniforme en las regiones que deben quedar cobreadas, ya que cualquier falla puede significar una interrupción de las tiras conductoras. Por esta razón, la placa debe estar bien limpia antes de la utilización de la lapicera.
Una vez listo el dibujo sobre la placa, se la puede poner en el baño de percloruro por el tiempo que fuera necesario para la corrosión de las partes que no están cubiertas de tinta. Por supuesto, el montador debe vigilar el proceso.
Después, basta lavar la placa con agua común abundante y sacar la tinta con un algodón embebido em acetona, bencina u otro solvente similar.
Posteriormente explicaremos los procesos de acabado y perforado de la placa.
3. Símbolos autoadhesivos
Los símbolos autoadhesivos del tipo Letraset, no son atacados por el percloruro, y se fijan firmemente en lãs placas de circuito impreso vírgenes.
Existen en las casas especializadas hojas con símbolos que sirven para la realización de placas de circuito impreso, tales como líneas de diversos anchos, terminales, curvas, bases de circuitos integrados de diversos tipos, etc. (figura 12).
Para aplicar estos símbolos se debe antes limpiar bien la placa de circuito impreso virgen; después con el revés de un bolígrafo o con su tapa, como muestra la figura 13, se "frota el símbolo sobre el lugar en que debe ser fijado a la placa. Luego se quita la hoja y el símbolo queda pegado en la placa.
En el caso de tiras, se debe cortarla línea en el punto de interrupción con un cortante o navaja, antes de quitar la base.
Luego de retirada la base de papel traslúcido, y para fijar mejor el símbolo, se pasa algunas veces más la lapicera sobre el mismo, colocando, claro está, de nuevo la base de papel entre el símbolo y la lapicera.
Después de hacer el dibujo en la placa utilizando estos símbolos, se pone en el baño de percloruro, vigilándola durante el proceso de corrosión.
Terminada la corrosión, se lava la placa con água corriente y se quitan los símbolos autoadhesivos usando un algodón embebido en acetona, bencina u outro solvente equivalente.
Después, sólo queda el proceso de acabado y perforación de la placa, que veremos más tarde.
4. Cinta aisladora
Un trozo de cinta aisladora común colocado sobre la placa de circuito impreso virgen impide que la ataque el percloruro.
Se puede elaborar una placa de circuito impreso recubriendo las zonas que deben permanecer cabreadas con cintas aisladoras o trozos de la misma cortados adecuadamente.
Como no es fácil hacer los diseños usados comúnmente en las placas con esta técnica, para la elaboración de placas con cinta aisladora se acostumbra usar un tipo de proyecto diferente.
En estos proyectos, las zonas conductoras no son simples tiras, sino regiones cuadradas o rectangulares que pueden ser recubiertas fácilmente por trozos de cinta aisladora como muestra-la figura 14.
Para cortar los trozós de cinta aislante en los lugares apropiados, se puede usar una hojita de afeitar o un cortante bien afilado.
La demarcación de los lugares en que se debe colocar la cinta debe hacerse con ayuda de papel carbônico si el diseño se toma de un modelo ya existente, o bien directamente con lápiz. Daremos posteriormente algunas técnicas de transferencia de dibujos a las placas.
Con la cinta aislante cubriendo los lugares que deben quedar cobreados, se puede poner la placa en el baño de percloruro.
Después de corroida, basta lavar la placa con agua corriente y quitar la cinta aislante de los lugares que cubría, usando una hoja fina.
Algunas experiencias usando cinta adhesiva común e incluso papel crepe adhesivo permitieron la realización de buenas placas de circuito impreso, según la técnica ya explicada. Estos materiales revelaron ser impermeables al percloruro.
Posteriormente, basta acabar la placa según los procesos que enseñamos y también hacer las perforaciones.
Esta técnica de la cinta aislante puede ser combinada con la de los símbolos autoadhesivos e incluso con las otras para los casos que existan grande zonas que deban permanecer cobreadas. Los símbolos autoadhesivos se usan entonces para los soportes y zócalos de componentes y las lineas finas, quedando la cinta adhesiva (que es más barata) para cubrir las regiones de mayor superficie (figura 15).
5. Proceso fotográfico
El proceso fotográfico es bastante más complejo que los que hemos visto hasta ahora, siendo recomendado para los montadores que acostumbran hacer más de una placa de circuito impreso para cada proyecto. Lo que se hace en este caso es obtener una matriz que permita transferir por proceso fotográfico el diseño a ser producido sobre la placa de circuito impreso virgen.
En la figura 16 damos una idea del funcionamiento del proceso: en primer lugar se saca una matriz del diseño patrón, que después es colocada junto con sustancias especiales en la placa virgen del circuito impreso.
Con un baño de luz, sólo en las zonas oscuras (que corresponden a las regiones que deben ser cobreadas) queda fijada esta sustancia. En las demás regiones, la sustancia puede ser quitada, siendo entonces atacada la placa fácilmente por el percloruro.
No damos los pormenores exactos de este proceso pues el lector puede comprar kits completos con todo el material necesario para la elaboración de las placas, junto con el manual de instrucciones.
Se trata por otra parte de un proceso que se recomienda a los montadores más experimentados y que, normalmente, hacen más de una placa de circuito impreso de cada tipo. Para la realización de una sola placa este proceso resulta excesivamente trabajoso y hasta antieconómico por el material gastado.
6. “Silk-screen” o serigrafía
En este proceso se hace una tela para serigrafia según los patrones de diseño que deben ser transferidos a la placa.
Con una única tela se pueden hacer miles de placas de circuito impreso, por lo que este proceso se recomienda para las producciones en masa a partir de um modelo único (figura 17).
Para realizar una tela de serigrafía a partir de uma matriz, el lector puede usar equipos especialespara serigrafía o bien acudir directamente a firmas especializadas que realizan este servicio. En este caso basta con llevar el diseño patrón que debe ser transferido a la placa de circuito impreso, en tamaño natural.
Técnica de transferencia de los diseños
Pasar el dibujo original de una placa de circuito impreso a la placa de cobre virgen, para después hacer la cobertura de las zonas que no deben ser corroidas, exige una cierta técnica. Para esto los lectores tienen diversas opciones que analizaremos a continuación:
1. Marcar con un punzón
Es una técnica que se puede usar cuando se dispone ya del diseño de la placa de circuito impreso en tamaño natural.
Lo que se hace es fijar la placa bajo el diseño con el lado cobreado en contacto con el mismo, como muestra la figura 18.
Después, con la ayuda de un punzón, se marcan los puntos correspondientes a los agujeros de colocación de terminales de los componentes, de modo de marcar su posición. No es preciso golpear con fuerza, pues deseamos apenas marcarla posición de estas perforaciones.
Luego, basta retirar el dibujo de encima de la placa y hacer su copia por cualquiera de los métodos explicados, orientándose por la posición delos puntos marcados (figura 19).
Si el lector usa símbolos autoadhesivos, puede em primer lugar hacer la colocación de los círculos de marcación de los terminales.
2. Copia con papel carbónico
Con este método se transfieren directamente al cobre todas las líneas correspondientes a las regiones coloreadas. El material que el lector precisará para este tipo de trabajo será simplemente un lápiz o bolígrafo, una hoja de papel de calcar o de seda que permita ver el diseño patrón cuando la coloque sobre él y una hoja de papel carbónico, aparte por supuesto de una placa de circuito impreso virgen.
Fije la hoja de papel de calcar sobre el diseño patrón y copie sus contornos usando el lápiz o bolígrafo, cuidando no mover la hoja, lo que arruinaría el dibujo.
Luego, fije la hoja de papel de calcar sobre la placa de circuito impreso, colocando entre ellas el papel carbónico. Pase el bolígrafo o lápiz con cierta presión sobre el dibujo de modo de transferirlo a la placa de circuito impreso.
Después, resta cubrir las zonas marcadas con esmalte, lapicera para circuito impreso, símbolos autoadhesivos o cualquiera de los recursos que enseñamos.
Perforación de la placa
Después de la corrosión de la placa, deben hacérsele las perforaciones, utilizando para este fin mechas especiales de 0,8; 1 ó 1,2 mm., según sea el diámetro de los terminales de los componentes usados.
Para los terminales de resistores, capacitores, transistores, diodos y circuitos integrados se usa la mecha de 0,8 o de 1 mm. Para los componentes de terminales más grandes como los alambres de transformadores, alambres de conexión, resistores de alambre de gran potencia, se debe emplear'la mecha de 1,2 mm.
En algunos casos en que se fijan componentes de terminales mayores, tales como relés o disipadores de calor de transistores, se deben usar mechas todavía más gruesas.
Para la perforación con estas mechas el lector debe tener una perforadora especial de potencia pequeña, como muestra la figura 20.
Estas perforadoras pueden conseguirse en muchos kits de circuitos impresos o por separado y operan con una tensión continua de 12 V.
Esto significa que el lector debe tener una fuente especial para su alimentación, la cual debe proporcionar una corriente de por lo menos 800 mA.
En la figura 21 damos un circuito de alimentación de la perforadora con control de velocidad.
El transformador debe proporcionar una tensión de secundario de 12 12V x 1A y el transistor TIP 31 debe ser montado en un pequeño disipador de calor.
Para los lectores que no contaran con recursos para adquirir una perforadora de este tipo, existe una opción manual, como muestra la figura 22.
El manejo de este tipo de perforadora con mechas finas, como las necesarias para la perforación de placas de circuito impreso, debe ser cuidadoso ya que cualquier movimiento lateral más fuerte puede quebrar la mecha. La presión aplicada sobre la perforadora no puede ser excesiva y debe ser de arriba hacia abajo.
Puede resultar muy útil una base de madera o incluso un apoyo para placas de circuito impreso para mantener la placa firme durante la perforación. En la figura 23 mostramos uno de estos apoyos de tipo comercial.
Si el lector tiene una perforadora eléctrica grande, puede usarla para la perforación de placa; ya que el mandril, normalmente, puede asegurar las mechas de las dimensiones que indicamos. Pero debe ser cuidadoso en el manejo de la herramienta ya que los movimientos bruscos, en vista del peso de la propia herramienta, pueden ocasionar la rotura de la mecha.
Protección de la placa
Se pueden usar diversas técnicas para la protección y acabado de una placa de circuito impreso.
Si después de confeccionada, no se protege la parte cobreada, al poco tiempo puede cubrirse de una capade óxido que.dificultara la adhesion de la soldadura.
Un tipo de aplicación para proteger al cobre contra la oxidación consiste en la solución de ioduro de plata (Pratex). Basta aplicar esta solución con un pincel y dejar secar. La superficie cobreada adquiere entonces una coloración plateada y la oxidación se hace más dificultosa (figura 24).
Otro proceso de protección consiste en la aplicación de una capa de barniz común en la superficie de toda la placa, que evitará que haya oxidación de las partes cobreadas. AI hacerla soldadura de los componentes el calor del soldador derrite y vaporiza el barniz, permitiendo asi la adhesión de la soldadura sin problemas.
Su laboratorio de circuitos impresos
Para hacer placas de circuito impreso necesita ciertos materiales básicos que puede conseguir en equipos especiales o bien comprar separadamente. A continuación damos la lista de esos elementos:
1 bandeja de plástico para los baños de percloruro
1 litro de percloruro (solución al 1:1 6 2:1)
1 cortadora de placas de circuito impreso
1 regla
1 Iapicera para confección de placas o bien el material equivalente para este proceso
1 frasco de pratex o barniz
1 perforadora
2 ó 3 mechas de 0,8.a 1,2 mm.
1 soporte para placas de circuito impreso.
Si su perforadora es de 12V debe tener la fuente de alimentación apropiada.
Cómo debe hacer su placa
Damos a continuación el procedimiento básico para la elaboración de una placa de circuito impreso, con algunas precauciones que juzgamos importante tomar para su seguridad y para la obtención de un trabajo perfecto.
Una vez que tenga el patrón del circuito impreso que desea, el primer paso es cortar la placa virgen de sus mismas dimensiones. Para esta finalidad usará el cortador y la escuadra o regla.
Pase el cortador, guiado por la regla, una primera vez, para determinar el lugar del corte. Después basta aplicar el cortador varias veces hasta formar un surco en la placa.
Con el surco de una buena profundidad (entre 1/2 y 2/3 del grosor de la placa) llévela hasta el borde de una mesa y golpéala sin violencia pero con firmeza de modo de quebrarla exactamente por la línea (figura 25).
El segundo corte se hace del mismo modo, obteniéndose entonces la placa con las dimensiones finales para el proyecto.
Con la placa cortada, transfiera a ella el dibujo correspondiente a la disposición de las líneas, usando para ello cualquiera de los métodos que explicamos.
Con el dibujo transferido, cubra las regiones que deban quedar cobreadas, usando también alguna de las técnicas que explicamos. Vigile que la cobertura sea perfecta en todas las zonas, pues cualquier falla puede permitir la penetración del percloruro y por lo tanto la corrosión de las líneas, ocasionando su interrupción (figura 26).
Ponga entonces la placa en un baño de percloruro. El recipiente debe tener apenas 1 ó 1 ,5 cm. de percloruro, lo suficiente para cubrir la placa totalmente. Esta placa debe ser colocada en la bandeja con la parte cobreada vuelta hacia abajo.
La colocación de la placa debe ser hecha con una inclinación de 45º y con un movimiento de agitación lateral para evitar la formación de burbujas de aire.
La figura 27 muestra cómo se debe hacer esta operación.
El tiempo de corrosión depende de la fuerza de la solución variando entre 15 minutos y una hora. Sugerimos al lector que después de 15 minutos de baño, levante la placa por un borde, usando por ejemplo una pinza, para verificar el proceso de corrosión.
Una vez que todas las zonas descubiertas están completamente corroídas, la placa puede ser retirada del percloruro y lavada con agua corriente.
Observación: si su solución estuviera débil, puede acelerar el proceso de corrosión balanceando ligeramente la cubeta para formar pequeñas ondas.
Una vez limpia la placa, hágale las perforaciones usando los procesos ya indicados y después apliquele uno de los protectores que sugerimos también en este artículo.
Ahora la placa está lista para que le coloque lós componentes en posición de montaje y los suelde.
Recomendaciones
a) El percloruro es una sustancia que mancha con mucha facilidad e inclusive es un poco tóxica, por lo que recomendamos evitar su contacto con la ropa o con la piel. Existen personas que son bastante sensibles incluso al olor del mismo, en cuyo caso el proceso de corrosión debe hacerse al aire libre o en un local bien ventilado.
b) Es conveniente que el montador tenga todos lós componentes para el montaje antes de hacerla placa, porque pueden haber variaciones de dimensiones que exijan algunas alteraciones en el diseño original.
c) Las sustancias usadas en la corrosión y protección de la placa deben ser guardadas en un lugar aireado, lejos del banco de trabajo de electrónica, pues SUS vapores pueden atacar ciertos componentes, o también ocasionar irritaciones a las personas más sensibles o con problemas de alergia.
d) Cuando se prepara la placa de circuito impreso, se debe prever cómo será fijada por si hay que hacer orificios con este fin. No siempre el modo sugerido en el proyecto original es el elegido finalmente para el montaje de acuerdo con su caja, de allí la necesidad de estudiar bien el problema antes de la confección de la placa.