Existen diversas técnicas para la confección de placas de circuito impreso. Se puede diseñar directamente en la placa de fenolite con una Iapicera especial para esa finalidad, pero éso no siempre es posible em montajes más complejos o cuando se desean construir varios prototipos, La solución ideal es, sin duda, la utilización de la técnica de serigrafia, debiendo el armador contar con una serie de recursos y dominar ciertos conceptos que tratamos en éste artículo.
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Además de ser un proceso interesante para ia producción en pequeña o mediana escala, la confección de placas de circuito impreso por el proceso serigráfico ofrece al armador diversas ventajas en relación a los métodos convencionales, como por ejemplo:
- es mas confiable;
- proporciona una mejor terminación a los montajes;
- facilita la producción en serie.
En seguida veremos cómo se hace una placa de circuito impreso mediante la serigrafía, tratando sólo algunos aspectos de las muchas técnicas existentes para esa finalidad.
La serigrafia
Serifgrafia, "serigraphie", "silk-screen", "screen process printing", siebdruck", son algunos nombres para la misma cosa.
Básicamente, podemos decir que la silk-screen" o serigrafia es una técnica gráfica que cronológicamente viene después de la del xilograbado, grabado en metal y litograbado. Asi como los demás procesos de impresión, la serigrafía posee una matriz a partir de la cual se reproduce el diseño original.
La matriz serigráfica es una tela enmarcada en un cuadro, en la cual se ve todo lo que no se va a imprimir. Apoyando esa tela sobre la superficie a imprimir, y forzando el pasaje de Ia tinta con una espátula (rodillo impresor) a través de las partes abiertas se obtiene la reproducción del diseño.
Los hilos de la tela (seda, nylon, poliester) son suficientemente finos para no impedir el pasaje de la tinta por su trama.
Con la aplicación de la fotografia, la serigrafia dio un gran salto tecnológico, ofreciendo en la actualidad una rica variedad de impresión sobre diversos materiales, tanto planos como curvos (garrafas, platos, canos, esferas de reloj, etc...) con variedad de tintas, en tirajes grandes y resultados sorprendentes, esa versatilidad posibilitó la impresión sobre cartón, madera, acrílico y finalmente sobre placas de circuito impreso (fenolite, fibra de vidrio, etc...) utilizándose tintas y solventes determinados para cada caso.
La tela
Como ya dijimos la matriz serigráfica es una tela estirada en un bastidor. En general se utiliza Ia seda como material para confeccionar la matriz, y de ahí surgió el nombre de la técnica: serigrafia (sericum = seda y grafia = diseñar), como también una industrialización determinada del tejido."
Después de la segunda guerra mundial, aparecieron los tejidos de nylon y poliester y las telas metálicas. Todos los tipos de tejidos para serigrafia están clasificados com números (impresos en Ia orilla) que indican Ia cantidad de hilos por centímetro, esto es, la mayor o menor finura de la trama.
La seda se fabrica con una variación de veintinueve a setenta y siete hilos por centímetro, tiene buena estabilidad, ofrece buen registro de impresiones y resiste bien a todas las especies de solventes usados. Los inconvenientes son los siguientes: fragilidad y desgaste rápido; poca resistencia a los álcalis (soda cáustica y agua potable), a los ácidos y al agua caliente por encima de los sesenta grados centígrados.
El nylon es actualmente el tejido mas usado por los serigrafos en general. Como es veinte a treinta veces mas resistente que la seda tiene gran resistencia a la ruptura y la abrasión, lo que permite que se fabrique con una variación de diecinueve a doscientas hebras por centímetro.
Es totalmente inatacable por los diversos solventes usados en la serigrafia. El poliester es un poco menos resistente que el nylon a los agentes químicos y al desgaste. Peca cosa. Hace posible el registro perfecto de las impresiones en una versión en rojo o naranja, tiene gran importancia para la reproducción de reticulados y medios tonos. El poliester se fabrica con clasificación de quince a ciento sesenta y cinco hebras por centímetro.
Existen también las telas metálicas, de bronce fosforado o acero inoxidable, que ofrecen resistencia extraordinaria, estabilidad dimensional óptima, resistencia al calor y a los álcalis, y finura excepcional.
Pero son caras, de difícil manejo manual y vulnerables a los choques. Su clasificación va de veintinueve a ciento veintinueve hebras por centimetro. Las telas metálicas se usan ampliamente en la serigrafia industrial de grandes tirajes y sobre todo en la impresión de circuitos impresos donde se exije una precisión absoluta.
Debido a la dificultad para adquirir y trabajar las telas metálicas optamos por utilizar el nylon. Em cuanto al número de hebras, podemos utilizar telas a partir de setenta y siete hilos por centimetro.
Aqui cabe una observación importante: cuanto menor es el número de hebras por centímetro, mas abierta es la trama de la tela, mayor el pasaje de tinta y, por consiguiente, mayor impresión de la imagen impresa. A mayor número de hebras, menos pasaje de tinta y mayor precisión de la impresión.
El bastidor
EI bastidor es el armazón base de la matriz serigráfica. Puede ser de madera o de metal. Los bastidores de madera pueden tener juntas reforzadas para evitar la deformación antes, durante y después de las impresiones (figura 1).
Las dimensiones están determinadas por el tamaño del diseño que se va a imprimir. Un diseño de treinta por cuarenta centímetros, por ejemplo, exige un bastidor con dimensiones internas mínimas de cincuenta por sesenta centimetros. Eso quiere decir que se debe aumentar diez centímetros de cada lado entre los limites máximos del diseño y los bordes internos del bastidor (figura 2).
La fijación de la tela
La fijación de la teia consiste en colocar la misma en el bastidor y ajustarla de manera de proporciona un registro perfecto de las impresiones.
En los bastidores de madera el método mas común es con un grampeador de pistola. Pero se pueden usar tachuelas o clavitos mientras se obtenga una tela bien estirada. En la figura 3 presentamos un esquema que nos parece practico: primeramente fijamos la teia en tres puntos del bastidor (cantos), observando siempre que la tela debe quedar tan tensa como sea posible.
En seguida fijamos los dos lados del bastidor que unen los tres puntos anteriormente citados, hecho esto actuamos sobre el punto 6 (borde restante del bastidor), aplicando al mismo una tensión manual suficiente para mantener la tela tensa, mientras otra persona trata de aplicar al cuadro las grampas o clavitos para la fijación. Finalmente prendemos los lados 7 y 8, recortando el tejido en exceso.
Al fijar la tela se debe tener cuidado para mantener las hebras del tejido, lo mas paralelas posible a los bordes del bastidor. Es indispensable que la tela este mojada para ser acomodada en el bastidor.
Preparación de la matriz
Basicamente son tres los procesos en la preparación de la matriz serigráfica:
1) de tapado o grabación directa;
2) de recorte;
3) de reproducción fotoquimica,directa e indirecta.
EI empleo de los procesos está determinado por el proyecto: por lo que pretende reproducir. Si se trata de circuitos impresos, el proceso fotoquimico es insustituíble, pues nos permite reproducir detalles minuciosos.
EI proceso fotoquímico, posiblemente el mas empleado en la actualidad, se basa en las propiedades de las gelatinas sintéticas u orgánicas que forman con el bicromato de amonio una emulsión sensible a la luz.
El primer paso para la confección de la matriz serigrafica por el proceso fotoquimico es la preparación de la diapositiva. La diapositiva fotomecanica es una fotografia en copia positiva transparente, del original. En la jerga gráfica se la llama tambien fotolito.
Debe hacerse una diapositiva manualmente utilizando una chapa transparente o translúcida de papel vegetal, acetato, vidrio,etc. Se disena lo que se desea en esta chapa con material opaco, y preferiblemente con colores oscuros.
Del lado del "layout" de un circuito electrónico, por ejemplo, podemos confeccionar con facilidad su diapositiva: basta disenar sobre papel vegetal la placa de circuito impreso. Note que podemos diseñar la placa vista del lado de los componentes, pues una vez preparada la diapositiva podemos elegir que cara de la misma entrara en contacto con la tela (para la grabacion).
Con la finalidad de facilitar la comprensión, damos en la figura 4 el circuito de una luz de guiño (multivibrador astable) y su correspondiente diapositiva.
Una posibilidad interesante para la producción en serie es disenar en la diapositiva, varios "layout" iguales. De esta manera podremos, en cada impresión, producir tantas placas como se diseñaron.
La grabación de la tela
Como primera operación tenemos que lavar la tela, es decir librar de todas las impurezas. Los desengrasantes artificiales adecuados para esta finalidad se encuentran en los negocios especializados, pero como alternativa pueden usarse los detergentes com unes de cocina en solución acuosa.
Se pasa el desengrasante en la tela con una esponja o pincel, de los dos lados, se deja en reposo horizontalmente durante tres minutos y se enjuaga enseguida.
Después de retirar el exceso de agua de la tela con papel absorbente, sin refregar (jamas usar diario), dejar secar bien frente a un ventilador con aire caliente o simplemente con un secador de cabello. No se debe dejar la tela secando para la grabación hasta el dia siguiente pues se ensuciarla de nuevo.
No toque con las manos la tela una vez que se haya secado.
Para la grabación de la tela necesitamos una emulsión (gelatina sintética) y un sensibilizador (bicromato de amonio).
Ambos pueden encontrarse em las casas que venden material serigrafico y el vendedor puede darle instrucciones sobre el tipo de emulsión a ser usada.
Preparación de la emulsión: em un vaso graduado (figura 5) se coloca en la proporción de 1:10, el sensibilizador y la emulsión respectivamente.
Se agita bien hasta tener una mezcla homogênea. Se usa una cubeta (figura 5) siempre mas larga que el diseño a grabar. Se vierte la emulsión en la tela en posición casi vertical: una capa bien homogênea. El número de capas es relativo; principalmente depende del diseño que se pretende reproducir.
Para los de trazos finos, en el caso de "layout", se recomienda dos capas como máximo, una de cada lado dela tela. Para los diseños con trazos gruesos y zonas grandes se pueden colocar hasta cinco capas. En todos los casos estas se aplican sucesivamente, sin secado intermedio. Debe tenerse cuidado que la emulsión no escurra por la tela, pues eso causaría falta de precisión en la grabación.
Después de colocar la emulsión deje secar Ia tela en posición horizontal, con aire caliente circulante o con un secador de pelo.
Observe que todas estas operaciones se hacen en un laboratorio protegido dela luz del día pero iluminado con luz amarilla. Cualquier lampara doméstica (40 o 60 W) es de luz amarilla y no afecta en nada ala emulsión, aún cuando esté seca. El secado de la tela es muy importante.
Ahora necesitamos una fuente luminosa rica en rayos ultravioletas, fundamentales para la grabación, pues la luz actínica es la única capaz de endurecer la emulsión.
Se pueden usar lamparas fluorescentes o de mercurio colocadas sobre la mesa.
Pasamos ahora a la grabación de la tela. EI principio básico es el siguiente: la diapositiva debe estar en contacto (estrecho) con la tela, cara contra cara, es decir, del lado de la imagen, con lectura correcta contra la cara exterior de la tela. En el caso del circuito impreso se debe colocar el "layout" visto del lado cobreado, en contacto con la tela.
Como compresor se puede usar un acolchado de espuma de nylon, ya que entre el mismo y la tela debemos colocar un cartón negro (cartulina) para mejor absorcion de la luz. Para asegurar un contacto estrecho entre la diapositiva y la tela, se recomienda que se coloque, sobre el conjunto, una placa de vidrio previamente libre de impurezas.
En la figura 6 damos un esquema simple y funcional para la grabacion de la matriz serigrálica.
En cuanto al tiempo de insolación, se sabe que depende del tipo I de diseño, de sus dimensiones, del emulsionamiento de la tela, de la distancia entre el foco de luz y la tela, y dela potencia y tipo dela luz.
Como la distancia de la luz esta e determinada por la diagonal del diseño, se puede decir que una exposición de 5 a 10 minutos, proporciona resultados satisfactorios.
Una vez grabado el diseño se pasa a la revelación. Lo que pasó con la tela fue lo siguiente: la luz endureció toda la superficie expuesta. Lo que estaba oculto por el diseño opaco se lava fácilmente, pues no se ha endurecido, dejando abierta la trama del tejido.
Después de mojar con rapidez de los dos lados de la tela, se dirige el chorro (de agua fría) contra el fantasma del diseño que es bien evidente. El chorro varia. Debe ser suave en el caso de trazos finos o diseños detallados, y mas fuerte y hasta fortísimo en el caso de diseños mas marcados y de zonas grandes. La práctica en este caso resulta muy importante.
Cuando todos los detalles del diseño quedaron bien abiertos, se pasa al secado. Antes debe enjuagarse bien la tela, sobretodo en las zonas bien abiertas del diseño, y se quita el exceso de agua con papel absorbente.
Después de secar al sol o con aire caliente, se procede a retocar el cierre de todos los agujeros o fallas existentes. Una buena manera es utilizar la misma emulsión y con el auxilio de un pincel chico cerrar todas las partes descubiertas de la tela (por supuesto que con excepción del diseño) inclusive los orificios mas pequeños.
Por último se coloca cinta autoadhesiva sobre las grampas y en el angulo interno formado por bastidor y tela (figura 7).
La matriz ya está lista para la impresión.
La impresión
Los materiales de la impresión además del bastidor son: mesa, rodillo impresor, tinta, material de limpieza. Se encuentran en las tiendas especializadas el material serigráfico.
La mesa puede ser común y debe tener la superficie lisa y plana.
El rodillo impresor es de goma sintética, de longitud poco mayor que la del diseno, tiene el aspecto propio del rodillo y sirve para hacer que la tinta fluya a través de la tela.
En cuanto a la tinta, puede ser de cualquier tipo siempre que sea inatacable por el percloruro de hierro, ya que la placa de circuito impreso tendrá que ser corroída después de la impresión.
La impresión: se coloca la tela sobre la placa de circuito impreso centrando la imagen de "layout" en la placa de fenolite. Se comienza colocando la tinta en un lugar de la tela en que no haya diseño grabado (tintero) y de preferencia a lo largo de uno de los lados del "layout". Con el rodillo, en una pasada con bastante presión, se empuja la tinta de un lado aotro dela tela, con un movimiento rápido, imprimiendo el "layout" sobre la placa de fenolite o fibra.
Se repite la operación, para otras placas, de ahora en adelante (figura 8).
El angulo que hace el rodillo con la tela influye en la calidad de la impresión, así como el movimiento que se da al rodillo. Se debe empujar el rodillo con firmeza y presión igual en las dos manos, sintiendo que el mismo está siempre en contacto con el material a imprimirse.
El angulo del ideal impresor puede determinarse bien con la práctica. En las mesas con el rodillo mecanizado, ese angulo ideal es de 70 a 80o.
Manualmente el impresor debe evitar el angulo recto y el muy agudo. Y eso provoca fallas como la formación de un gran depósito de tinta que se desliza debajo de la tela y ocasiona borrones.
El movimiento debe ser siempre el de atraer el rodillo. Jamas empujarlo alejándolo o de costado.
Terminado el trabajo, pasemos a la limpieza de la tela. Cuando no se dispone de tanque especial, se hace lo siguiente: se recoge la tinta en su frasco con una espátula de cantos romos. Se esparce solvente sobre la tela y se pasa estopa, remitiéndose la operación hasta que la tela quede completamente limpia. Para finalizar se limpia con estopa seca. EI color de la tela debe quedar limpio y brillante.
Precauciones y recomendaciones:
Los errores y accidentes mas frecuentes son:
- Tinta seca en las mallas del tejido que producen faltas en la impresión: desobstruir con una estopa embebida en solvente, imprimir algunas hojas de diario hasta completar la limpieza y Continuar el trabajo.
- Tela mal colocada en el bastidor: si es posible volver a colocarla, si no lo es cambiela.
- Tela rasgada: si la ruptura está en la zona de impresión, cambiar la tela. En los bordes, si el agujero no fuera grande, taparlo con un barniz o con cinta autoadhesiva. una lija en posición perpendicular.
- Tinta con impurezas: colarla o descartada. Las tintas deben guardarse siempre con el frasco bien cerrado.