1practica 5.docx

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Ingeniería Eléctrica. Asignatura: Química Aplicada. “PRÁCTICA 5: ELABORACION DE UN CIRCUITO IMPRESO”. Grupo: 2EV3 Alumno.

Firma.

● Nieves Bolaños Ismael.

_______________

● Trejo Larios Edgar Nathaniel.

_______________

● Pineda Mena Jonatan.

_______________

 Enriquez Acosta Luis Adrian.

_______________

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

El desarrollo de placas de circuito impreso o Printed Circuit Board (PCB) es utilizado en las universidades, empresas y grupos de investigación para fabricación y/o modificación de equipos con funciones específicas de instrumentación, control y automatización. Una placa de circuito impreso (PCBs) es una plancha de material rígido aislante, cubierta por unas pistas de cobre en una de sus caras o en ambas, para servir como conductor o de interconexión eléctrica entre los distintos componentes que se montarán sobre ella. La materia prima consiste en una plancha aislante, típicamente de “fibra de vidrio” o “Baquelita”, cubierta completamente por una lámina de cobre. Dependiendo del tipo de placa, el cobre puede ir a su vez protegido por una capa de resina fotosensible. FOOTPRINT, HUELLA O MÓDULO. Un footprint, huella o módulo, es la representación gráfica que se utiliza para la conexión del componente sobre la placa de circuito impreso, suele ir acompañada de unos taladros rodeados de cobre que interconectan sus terminales y de unos dibujos (denominados obstáculos) que dan información al creador sobre su tamaño y colocación. La traducción literal de la palabra footprint es huella dactilar. ENCAPSULADOS. Los encapsulados es el componente físicamente. Aunque existe una clara relación con el módulo, se tratan de conceptos distintos. Debido a que hay una cantidad de componentes que presentan los mismos encapsulados, por ejemplo: transistores con distintas características (intensidad, tensión, etc.) a la vista son iguales (excepto por la numeración que los identifica). Cuando se crea una placa de circuito impreso, se puede tener la necesidad de crear un nuevo módulo, puesto que puede que no esté disponible en la aplicación a utilizar. En consecuencia se debe consultar el encapsulado del componente para diseñar su módulo, el cual se utilizará para el diseño de la placa de circuito impreso. Para realizar el estudio del encapsulado, se puede partir del componente real y con una regla milimetrada se toman las medidas necesarias, o se puede recurrir a las hojas de características del componente. Cuando se recurre a las hojas de características, se dispone de un apartado denominado Package Dimensions, en donde se encuentran todas las medidas del componente; como algo importante a tomar en cuenta dentro del desarrollo, es conviene estar familiarizado con la conversión de milímetros a décimas de pulgadas, y viceversa. Las pulgadas son una unidad de medida de longitud que equivale a la medida del dedo pulgar, se representa por: “, pulg., in (inches). Una pulgada equivale a 25,4 milímetros, los milímetros se representan como mm. Para ajustar la medida, se puede utilizar una décima de pulgada, que equivale a 2,54 mm (esta medida es la que corresponde con las hojas de papel milimetrado).

PADS, NODOS O ISLETAS. Los Pads, nodos o isletas, se corresponden con la interconexión de cada uno de los pines de los componentes a la placa de circuito impreso. Dependiendo de la aplicación o documentación se utilizará una u otra denominación. Las isletas son de diferentes tipos: cuadradas, redondas, ovaladas o para SMD. En función del tipo, hay que definir sus medidas. Hay que tener en cuenta que los módulos tienen definido el tamaño de las isletas y después, para un diseño en cuestión, debe ser modificado. Por ejemplo en una isleta redonda definida por los diámetros interior (diámetro d) y exterior (diámetro D). Dependiendo de la aplicación a utilizar, el diámetro interior se puede definir como diámetro del taladro (diámetro d), puesto que es el hueco necesario para la colocación de los pines del componente. Existen unos tipos de isletas especiales denominados: taladros de fijación y vías: • Taladros de fijación: se utilizan para la sujeción de la placa de circuito impreso, situándose en la periferia unas isletas con un tamaño del taladro (valor aproximado de 3 mm). • Vías: se usan para la interconexión de pistas (ver apartado 1.5) situadas en distintas capas (ver apartado 1.12); asimismo, se pueden utilizar para el mismo fin los pines de los componentes. PISTAS. Las pistas son las uniones de cobre que interconectan físicamente los pines de los componentes en la placa de circuito impreso. En las diferentes aplicaciones se representan como líneas que interconectan las isletas o nodos. Dependiendo de la aplicación y de las capas, se pueden identificar con uno u otro color desde la ventana de edición de la aplicación utilizada, para que el lector aprecie tanto las isletas como las pistas que conforman las partes del diseño de una placa de circuito impreso con el ordenador. ELECCIÓN DEL ANCHO DE PISTA. El ancho de las pistas dependerá de la corriente; por ejemplo, para una placa de recubrimiento de 35 micras acepta unos valores de corriente en función del ancho: • Para una intensidad de 2 amperios, se puede utilizar un ancho de pista de 0,8 milímetros. • Para una intensidad de 5 amperios, se puede utilizar un ancho de pista de 2 milímetros. • Para una intensidad de 10 amperios, se puede utilizar un ancho de pista de 4,5 milímetros. Con lo dicho anteriormente, resulta evidente que las pistas de alimentación serán más gruesas, porque circula más corriente. Otra clasificación indica el rango de corrientes que acepta en función del ancho de la pista. Tomamos como referencia un recubrimiento de 35 micras: • Para un ancho de pista de 0,5 milímetros, se acepta una corriente máxima de 0,5 amperios. • Para un ancho de pista de 1,5 milímetros, se acepta una corriente de 2 a 4 amperios.

• Para un ancho de pista de 4 milímetros, se acepta una corriente de 8 a 10 amperios. Mostraremos donde se relaciona el aumento de temperatura que se produce en una pista, en función de: las características de la capa de cobre (denominado como recubrimiento), la anchura de la pista y la corriente que circula. Se muestra el aumento de temperatura para: 10, 20 y 30 grados centígrados de las pistas de cobre. ANCHURA DE PISTA (mm) Recubrimiento 35µm 0,36 0,40 0,72 1,14 1,78 2,50 3,50 Recubrimiento 70µm 0,36 0,60 0,90 1,30 1,75 ∆To Æ 10oC 0,90 1,00 1,80 2,70 3,70 4,70 5,70 ∆To Æ 20oC 1,20 1,30 2,70 3,80 5,20 6,80 8,30 ∆To Æ 30oC 1,80 1,90 3,50 4,60 6,20 8,20 10,5 INTENSIDAD ADMISIBLE (A) Por ejemplo, consultando lo anterior, si se dispone de una placa de circuito impreso con recubrimiento de 35 micras, las pistas tendrán una anchura de 2,50 milímetros; entonces al circular una corriente de 6,80 amperios, se producirá un aumento de temperatura en la pista de 20 grados centígrados. ELECCIÓN DEL ANCHO DE PAD, NODO O ISLETA. En función del tamaño de pista elegido, se determinará el tamaño de la isleta o Pad: •El tamaño exterior de la isleta será, como mínimo, dos veces el tamaño de la pista que lo conecte. • Si el tamaño de la pista es de 5 o 6 milímetros, se escogerá un tamaño externo de isleta igual al ancho de la pista que lo conecte. Los taladros que suelen utilizarse son de 0,8 a 1,2 milímetros, aunque el valor dependerá de los componentes. Diseño y construcción del circuito. En primer lugar diseñamos el circuito impreso sobre papel, para ello necesitamos las dimensiones de los componentes o mejor los componentes, y el esquema que vamos montar. a.- Se toma el papel cuadriculado y siguiendo las normas de diseño, situamos los elementos en la disposición que deseemos, y empezamos a confeccionar la cara de componentes con ayuda de un lápiz. b.- Obtenemos los puntos donde se conectarán los terminales de los elementos. c.- Marcamos todos los puntos por donde se van a soldar los terminales. d.- Trazamos las pistas que unen a los terminales. e.- Marcamos los límites de la placa y los agujeros para sujetar la placa al chasis.

f.- Continuamos serigrafiando la cara de los componentes, dibujando la silueta de los componentes que vamos a soldar y a demás colocamos su nombre de referencia para identificarlos. Con esto queda terminado el diseño de la placa sobre papel, con la cara de componentes serigrafiada y la cara de pistas. Ahora pasamos a transferir el diseño a la placa virgen. g.- Cortamos un trozo de placa virgen del tamaño del diseño obtenido anteriormente. Es conveniente cortar un trozo ligeramente mayor con el objeto de limar los bordes y dejarlos en perfecto estado. h.- Damos la vuelta a la placa y el papel juntos. Con ayuda de un punzón, se marcan con suavidad los centros de los agujeros por la cara del cobre. Prestar especial atención a no profundizar con el punzón sobre el soporte aislante o se quebrará. i.- Una vez marcados todos, se separan placa y papel, y se pasa al taladrado de todos los agujeros con las brocas correspondientes. Terminado el taladrado, se lijan suavemente los agujeros realizados. j.- Se limpia el cobre de la placa dejándolo libre de todo tipo de suciedad y con un rotulador de tinta permanente resistente al ataque del ácido, se dibujan los pads o puntos de soldadura. k.- Terminados los círculos se trazan las pistas, una vez terminadas es necesario esperar al secado de las pistas. l.- A continuación se procede al atacado químico, para ello utilizaremos cloruro férrico (muy lento, pero poco corrosivo). m.- Se sitúa el ácido sobre una cubeta de plástico (¡ojo! nunca metálica) y se introduce la placa. Dejar actuar a la mezcla dando un ligero movimiento a la cubeta observando la placa. Para manipular la placa utilizar pinzas de plástico, las pinzas metálicas se verían afectadas por el ácido y se destruirían. Una vez que ha desaparecido todo el cobre, menos el oculto por las pistas, se retira la placa con cuidado y se lava con abundante agua. El ácido puede utilizarse varias veces. Una vez que ya no es activo se diluye con mucha agua y se arroja por el desagüe. n.- Finalmente serigrafiamos los elementos sobre la cara de componentes para conocer su ubicación y nuestro circuito se encuentra terminado y listo para el montaje de los componentes.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Tomar la placa de baquelita, limpiarla usando un algodón con solución de HNO 3 hasta que el cobre quede brillante. Tener cuidado de no tocar la superficie de la placa con los dedos después de limpiarla. 2. Colocar la hoja del diagrama sobre la placa de baquelita, asegurándose de que no se mueva. 3. Marcar con un punzón sin traspasar la placa de los puntos donde se harán las perforaciones para insertar los componentes. 4. Trazar las pistas con el plumón antiácido siguiendo el diagrama del circuito impreso considerado. 5. Calentar la solución de FeCl3 a 60° en un vaso de precipitados. 6. Para eliminar el cobre excedente de la placa, colocarse los guantes e introducirla en el recipiente de plástico que contiene suficiente solución de FeCl3 para cubrir totalmente la placa. Agitar suavemente el recipiente para que el proceso se efectué eficientemente hasta eliminar el cobre no deseado. Observar continuamente para verificar que no se elimine el cobre de las pistas. 7. Una vez que la placa este lista, retirarla del recipiente con las pinzas y enjugarla con agua. 8. Con el algodón y la acetona, limpiar el marcador antiácido de las pistas de cobre. 9. Con un milímetro comprobar la cantidad de las pistas.

CUESTIONARIO

1-¿Para qué sirve un circuito impreso? R: Sirven para interconectar componentes que constituyen algún tipo de circuito electrónico. 2-¿De qué otro tipo de material puede ser las placas del circuito impreso? R: Please ser de resinas de fibra de vidrio reforzada, Pertinax, cerámica, plástico, teflón o polímeros. 3-¿Qué es un polímero? R: Compuesto químico en el que las moléculas están formadas por cadenas largas en las que se repite una unidad básica (monomeros), el cual tiene diversas propiedades como elasticidad, reflectante, resistente a golpes e impactos, dureza, fragilidad, paso de luz (opacidad, transparencia o translucidez), maleabilidad, aislante. 4-¿Qué es una solución? R: Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, la sustancia disuelta se denomina soluto y la sustancia donde se disuelve se denomina disolvente. 5-¿Qué es un ácido según Lewis? R: Una sustancia que acepta o toma un par de electrones, este se queda con su octeto de electrones incompleto y la base tiene un par de electrones, formándose entre ambos un enlace covalente. 6-¿Qué es una fibra de vidrio? R: Es un filamento obtenido mediante el estiramiento de vidrio fundido, que se emplea como aislante y otro tipo de usos. 7-¿Qué es un cerámico? R: Son slidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico, son duros, no combustibles y no oxidable, se utilizan en ambientes con temperatura alta y puedan fabricarse en formas con dimensiones determinadas. 8-Mencione las ventajas de un circuito impreso • Tiene una base para montar los componentes. La cual los fija y evita algún tipo de accidente por cableado • Permite que el montaje sea rápido. 9-¿Porque se recubre un circuito impreso? R: Para evitar alguna oxidación de algunos materiales que esté hecho el circuito. 10-¿Cuáles son los parámetros a considerar para seleccionar un buen recibimiento? R: Protection, durabilidad, efectividad.

CONCLUSIONES Nieves Bolaños Ismael de Jesús: En la elaboración de nuestro circuito pudimos desarrollar de manera concisa nuestro objetivo. Cuando realizamos la segunda parte de la práctica en la cual hicimos la inmersión de la placa para su protección pudimos pudimos apreciar de manera práctica toda la teoría relacionada, así como la importancia y cuidado de los materiales que implicamos. En conclusión la parte teórica no sólo de una materia, sino de dos nos proporcionó las herramientas para la correcta ejecución. Pineda Mena Jonatan: En esta práctica pudimos trabajar un poco más en equipo y poner en habilidades y un tanto de creatividad para poder realizar con éxito el tomamos algunas destrezas de cada uno y lo llevamos a la práctica, al aprendizaje sí es que ignoramos algunas cuestiones entorno a este trabajos.

práctica circuito, igual de tipo de

Trejo Larios Edgar Nathaniel: En la practica 5 se pudo elaborar un circuito impreso con la teoría que se vio en clase y los procedimientos a seguir que pedía el manual, y a través de esa práctica ver que un circuito impreso es un sistema de interconexiones de componentes mas utilizado en la actualidad para la realización practica de circuitos electrónicos. Enriquez Acosta Luis Adrián: Fue una practica muy sencilla pero completa ya que aprendimos a elaborar un circuito eléctrico desde "cero" utilizando la componentes químicos. Así como también podremos desarrollar en un futuro cualquier circuito eléctrico en la instancia que se nos presente.

Referencias. Lajara, J., Llario Sanjuán, V. and Pelegrí Sebastiá, J. (2014). Diseño de circuitos impresos con EAGLE. 2nd ed. Barcelona: Marcombo, pp.(pp. 6-67). Sedra, A. and Smith, K. (2011). Microelectronic circuits. 4th ed. New York: McGraw-Hill, pp.pp. (1232), pp. (50-73). Pareja Aparicio, M. (2010). Diseño y desarrollo de circuitos impresos con KiCad. 1st ed. México: Alfaomega, (pp.pp. 4-16, pp.19-44).