Circuito Impreso Casero

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MANTENIMIENTO DE HARDWARE

Programa de Teleinformática 2008

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Sistema de Gestión de la Calidad

Fecha: 27/08/08

MANTENIMIENTO DE HARDWARE

Control del Documento

Autores

Revisión

Nombre

Cargo

Nathaly Torres Angarita

Alumno

Ing. José Méndez

Instructor

Dependencia Centro de Gestión de Mercados, Logística y Tecnologías de la Información

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Firma

Fecha 17/08/08

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QUE SON LOS CIRCUITOS IMPRESOS En electrónica, un circuito impreso o PCB (del inglés Printed Circuit Board), es un medio para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a través de rutas o pistas de material conductor, grabados desde hojas de cobre laminadas sobre un sustrato no conductor. Los circuitos impresos son robustos, baratos, y habitualmente de una fiabilidad elevada. Requieren de un esfuerzo mayor para el posicionamiento de los componentes, y tienen un coste inicial más alto que otras alternativas de montaje, como el montaje punto a punto (o wire-wrap), pero son mucho más baratos, rápidos y consistentes en producción en volúmenes. Composición física La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por entre una a dieciséis capas conductoras, separadas y soportadas por capas de material aislante (sustrato) laminadas (pegadas) entre sí. Las capas pueden conectarse a través de orificios, llamados vías. Los orificios pueden ser electorecubiertos, o se pueden utilizar pequeños remaches. Los circuitos impresos de alta densidad pueden tener vías ciegas, que son visibles en sólo un lado de la tarjeta, o vías enterradas, que no son visibles en el exterior de la tarjeta. TIPOS DE CIRCUITOS IMPRESOS MULTICAPA: Es lo más habitual en productos comerciales. Suele tener entre 8 y 10 capas, de las cuales algunas están enterradas en el sustrato. 2-SIDED PLATED HOLES: Es un diseño complicado de bajo coste con taladros metalizados que nos permite hacer pasos de cara. SINGLE-SIDED NON-PLATED HOLES: Es un PCB con agujeros sin metalizar. Se usa en diseños de bajo coste y sencillos. 2-SIDED NON-PLATED HOLES: Diseño sencillo con taladros sin metalizar. Sustrato de fibras de vidrio y resina. Hay que soldar por los dos lados para que haya continuidad SUSTRATOS Los sustratos de los circuitos impresos utilizados en la electrónica de consumo de bajo costo, se hacen de papel impregnados de resina fenólica, a menudo llamados por su nombre comercial Pértinax. Usan designaciones como XXXP, XXXPC y FR-2. El material es de bajo costo, fácil de mecanizar y causa menos desgaste de las herramientas que los sustratos de fibra de vidrio reforzados. Las letras "FR" en la designación del material indican Resistencia a las Llamas (Flame Resistance en inglés). Los sustratos para los circuitos impresos utilizados en la electrónica industrial y de consumo de alto costo, están hechos típicamente de un material designado FR-4. Éstos consisten de un material de fibra de vidrio, impregnados con una resina epóxica resistente a las llamas.

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Pueden ser mecanizados, pero debido al contenido de vidrio abrasivo, requiere de herramientas hechas de carburo de tungsteno en la producción de altos volúmenes. Debido al reforzamiento de la fibra de vidrio, exhibe una resistencia a la flexión y a las trizaduras, alrededor de 5 veces más alta que el Pertinax, aunque a un costo más alto. Los sustratos para los circuitos impresos de circuitos de radio frequencia de alta potencia usan plásticos con una constante dieléctrica (permitividad) baja, tales como Rogers® 4000, Rogers® Duroid, DuPont® Teflón® (tipos GT y GX), poliamida, poliestireno y poliestireno entrecruzado. Típicamente tienen propiedades mecánicas más pobres, pero se considera que es un compromiso de ingeniería aceptable, en vista de su desempeño eléctrico superior. Los circuitos impresos utilizados en el vacío o en gravedad cero, como en una nave espacial, al ser incapaces de contar con el enfriamiento por convección, a menudo tienen un núcleo grueso de cobre o aluminio para disipar el calor de los componentes electrónicos. No todas las tarjetas usan materiales rígidos. Algunas son diseñadas para ser muy o ligeramente flexibles, usando DuPont's® Kapton® film de poliamida y otros. Esta clase de tarjetas, a veces llamadas circuitos flexibles, o circuitos rígido-flexibles, respectivamente, son difíciles de crear, pero tienen muchas aplicaciones. A veces son flexibles para ahorrar espacio (los circuitos impresos dentro de las cámaras y audífonos son casi siempre circuitos flexibles, de tal forma que puedan doblarse en el espacio disponible limitado. En ocasiones, la parte flexible del circuito impreso se utiliza como cable o conexión móvil hacia otra tarjeta o dispositivo. Un ejemplo de ésta última aplicación es el cable que conecta el cabezal en una impresora de inyección de tinta. CARACTÉRISTICAS BÁSICAS DEL SUSTRATO: Mecánicas: 1. Suficientemente rígidos para mantener los componentes. 2. Fácil de taladrar. 3. Sin problemas de laminado. Químicas: 1. Metalizado de los taladros. 2. Retardante de las llamas. 3. No absorbe demasiada humedad. Térmicas: 1. Disipa bien el calor. 2. Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa. 3. Capaz de soportar el calor en la soldadura. 4. Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura Eléctricas: 1. Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas a altas frecuencias. 2. Punto de ruptura dieléctrica alto.

El impreso sirve para interconectar los diferentes componentes que forman un circuito elèctrico. Existen diversos materiales para elaborar la placa de circuito impreso, se utilizan resinas sintèticas como la fenolita y la cresilica y en aplicaciones especiales placas a base de epxo-fibra de vidrio. Con un circuito impreso se facilita el ensamble de los circuitos electrónicos con lo cual su apariencia es mejor con respecto a los ensamblados en tiras de terminales, elimina interferencias y ahorra espacio. Para fabricar un circuito impreso requiere dedicaciòn e ingenio, primero probamos el circuito electrònico en "boards" y asì nos aseguramos que funciona perfectamente. TAMAÑO DE LA PLACA: Teniendo armado el prototipo nos da una idea del tamaño que debemos hacer la placa, tomando en cuenta que los componentes queden bien distribuidos, de preferencia en forma paralela o perpendicular

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a los bordes de la placa. Una forma sencilla para la disposiciòn de los componentes, consiste en seguir aproximadamente la misma distribuciòn que presenta el diagrama esquemàtico. DIBUJO DE LA PLACA: Hacemos un borrador de la placa con un tamaño mayor que el que va a tener (en el caso de amplificadores, dejar los terminales de entrada en un extremo y los de salida en el otro). Usar papel cuadriculado para que se facilite el diseño. Es importante tomar en cuenta que los componentes quedaràn al otro lado de la placa. RECOMENDACIONES TECNICAS: 1. Como se mencionò anteriormente tomar en cuenta que los componentes van sobre la placa, para evitar inconvenientes hacer el dibujo final en papel transparente. Primer paso: dibujar los componentes bien ubicados, marcar las polaridades de los diodos, capacitores y las patitas de los transistores, en el caso de circuitos integrados marcar la No. 1 como referencia. Toda vez que esta hecho esto, volteamos el papel e iniciamos el proceso de dibujar las lìneas que conectaràn los diferentes componentes, con esto estamos definiendo como quedarà la placa final. 2. La màxima corriente que circularà por las pistas conductoras determina el ancho de las mismas, por ejemplo, una cinta de 0.5 mm. de ancho soporta aproximadamente 1 amperio. 3. La separaciòn mìnima entre 2 pistas adyacentes debe de ser 0.8 mm. lo que garantiza un buen aislamiento elèctrico de hasta 180 voltios, en condiciones normales. 4. Los discos de cobre para la conexiòn de las patitas (pines) de los componentes deben ser redondos con diàmetro de 3 mm. cuànto mayor sea el àrea de este punto, serà màs dificil que se desprenda por el calor. En el caso de circuitos integrados, pueden ser rectangulares y de un ancho adecuado. 5. Los orificios para insertar los componentes deben quedar al centro del disco de conexiòn, con un diàmetro de .75 mm. Es recomendable utilizar una broca de 1 mm. y una mayor para compnentes que lo requieran. 6. Disponer de 1 disco de conexiòn para cada patita de los componentes (no conectar 2 en un mismo disco). 7. No conectar en la placa componentes que generen demasiado calor, como resistores de alto voltaje, transistores de potencia, transformadores de alimentaciòn, etc. 8. Tambièn considerar los puntos de conexiòn para la fuente de alimentaciòn y lìneas de entrada, salida, luces indicadoras; entre los diversos accesorios para la interconexiòn de cables existen, la espada, flecha y cruceta. 9. Agujeros para los tornillos que fijaràn la placa al chasis (fijaciòn horizontal o vertical) 10. Cuando en el diseño del trazado sea imposible conectar 2 puntos con una cinta de cobre, habiendo otra que interfiere en su trayectoria, se dejan 2 discos para hacer un puente (este se colocarà sobre la placa) con alambre simple. 11. Es conveniente dejar un màrgen de 5mm. libre de componentes, tammbièn es conveniente dejar cintas de cobre para el positivo y el negativo, el negativo se puede unir con uno de los tornillos que fijaràn la placa. 12. Para la ligaciòn punto a punto lo màs corta posible, se pueden hacer cintas de conducciòn inclinadas con respecto a los bordes de la placa. Tambièn pueden seguir trayectorias curvas donde no se puedan unir 2 puntos en lìnea recta. Evitar formar àngulos rectos, pues la estètica en el diseño de la trama del cobreado no siempre es lo mejor desde el punto de vista elèctrico. 13. Para facilitar la ubicaciòn de los componentes durante el ensamble de la placa de circuito impreso, se recomienda señalar en el lado de cobre las iniciales de los terminales de transistores, diodos rectificadores, leds, etc.

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14. Para componentes en posiciòn vertical deben ponerse los discos de conexiòn de tal forma que coincida con los terminales de estos. Sin embargo, para los compònentes en posiciòn horizontal se debe colocar a una distancia mayor que el largo total del componente, es recomendable una separaciòn mìnima de 1.5 mm. entre el extremo del cuerpo y el punto donde se colocarà la soldadura con el objeto de evitar alteraciones por calentamiento y esfuerzos mecànicos en las patitas de conexiòn. Cuando se vaya a ensamblar, se doblan los terminales de los componentes horizontales para que queden sin forzarse en los agujeros correspondientes (doblar con una pinza). Para facilitar la operaciòn de corte una vez que ha sido grabada la placa, se traza en la hoja de su diseño unas lìneas que definan el contorno de la superficie utilizada.

Circuitos impresos caseros. Preparación de la superficie del cobre.

• Deberás desengrasar la superficie del cobre. • Emplea jabón desengrasante, alcohol industrial, tetracloruro de carbono o los que encuentres.

• utiliza una esponja de ollas no abrasivas; como la Scotch Brite de 3M. • Lava generosamente con agua, cuidando que en tus dedos al lavar no quede nada de este jabón.

• Seca con algo muy limpio, ojala papel desechable. • Nunca utilices servilletas con perfume, pues pueden volver a engrasar el cobre. • Una vez seca la lamina ojala la seques con secador de pelo, toma una plancha casera que tenga recubrimiento de teflón si es posible coloca el acetato por la cara impresa enfrentada a la cara del cobre, asegúrate que no se mueva la imagen en el primer contacto, no presiones demasiado por que se te podría levantar el cobre.

• Luego toma una mota de papel desechable y presiona fuertemente el acetato contra el cobre por medio de movimientos circulares, mira muy bien que el toner se adhiera lo mas fuerte posible al cobre, esto se nota verificando la no-existencia de burbujas de aire o corrugas en el acetato adherido al cobre, si notas que el cobre se enfría antes de una buena adherencia, puedes aplicar mas calor con la plancha a la baquelita, pero cuidando que el calor no sea demasiado por que podrían correrse las líneas o aplastasen distorsionando la imagen.

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• Continua luego los movimientos con la mota de papel y por unos tres minutos luego humedece un poco la mota en agua fría pero hazlo rápido y trata de enfriar las superficies adheridas hazlo por 30 segundos y luego deposita el sanduche en agua fría, déjalo unos 10 segundos y retira con mucho cuidado el acetato.

• Si la adherencia y desengrase fueron buenos, el impreso saldrá muy bueno de lo contrario las pequeñas imperfecciones se corrigen con un marcador de tinta indeleble para evitar el ataque químico en zonas no deseadas. Una ves tengas la imagen transferida al cobre deberás preparar la solución de ataque químico, toma algo así como medio pocillo de cloruro férrico y disuélvelo en agua caliente como a 70 grados trata de no inhalar los gases de la reacción al disolver.

• Una vez disuelta la solución, toma una cubeta donde te quepa la lamina de cobre y procede a agitarla suavemente como muestra la animación.

Esto se hace con el fin de oxigenar la solución, que mejora la rapidez y calidad del ataque químico, si tu impreso es muy grande o la disposición exige retirar mucho cobre, podría suceder que durante la agitación la solución se te sature o se te agote químicamente. Este síntoma se puede verificar con el grado de coloración verde de la solución de la cubeta y es cuando el color pasa de rojizo a verdaceo si esto pasa cambia la solución por solución nueva. Toma la cubeta con tus dos manos y procede a inclinarla de lado a lado.

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• Cuando termines de retirar todo el cobre lava muy bien la baquelita y sécala con un algodón empapado en thinner, retira el toner del cobre y luego procede a perforar los agujeros.

• Usa un mini taladro con broca de 1/32 de pulgada, el taladro no debe vibrar mucho y debe estar muy bien centrada la broca, ojala usar un taladro de velocidad variable, no intentes usar taladros grandes, puedes dañar la broca no sobra decirte que en todas estas operaciones protege tus ojos con gafas, sobretodo si usas para perforar un moto-tool (Dreemel).

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Al acabar todos los huecos, limpia las rebadas de los taladros con la misma esponja, luego lava y seca. Después procede a proteger la superficie contra el oxido causado por tus dedos o el medio ambiente, para esto toma laca transparente en aerosol de buena calidad y rocía el lado del cobre, pero hazlo de lejos con el fin de que la capa de laca sea muy delgada tan delgada como se pueda. Si no te queda delgada podrías tener problemas al soldar si se te va la mano con la laca retírala con el thinner muy bien y repite la operación.

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Un método mas automático para revelar la imagen, en lugar de la cubeta que te ocupa mientras podrías estar haciendo otra cosa es fabricar un tanque de revelado como te indicare a continuación con laminas de acrílico construye un tanque como se muestra en la animación y por medio de una manguera pequeña aplícale el aire de un motor de pesera, este método acorta los tiempos y aumenta la calidad del ataque químico.

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Cuando utilices impresos con base de fibra de vidrio al cortar y perforar no inhales el polvito que resulta tápate la nariz o toma una mascarilla. Para cortar perforar los impresos ya que algunos componentes como conectores y swiches requieren perforaciones adicionales y de formas que no siempre son agujeros yo utilizo un moto-tool pero he aprendido que las brocas y fresas que vende Dreemel son algo costosas yo simplemente voy a una tienda de artículos dentales y compro fresas y discos de carburo son de la misma calidad y hasta diamantados y cuestan mucho menos.

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Observa que práctico es este mandril sujeta la broca por un sistema de presión. Debes procurar que el tornillo sea corto para evitar cabeceo y vibración del taladro.

Deberemos tener a mano alguna hoja de papel ilustración, como explicaremos mas adelante. Por ultimo, necesitamos algunas herramientas o accesorios, como ser una agujereadora, con una broca de 1.00 mm y otra de 0.75 mm, un recipiente plástico en el que entre nuestra placa, uno metálico en el que entre el recipiente plástico, una sierra de cortar metales y una plancha, de las usadas normalmente para planchar nuestra ropa.

Percloruro férrico.

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En este punto, debemos tener en cuenta un par de consejos para que el resultado final sea óptimo. En primer lugar, la escala del dibujo debe ser la adecuada para que cuando vayamos a montar los componentes en nuestro PCB, las medidas coincidan. Por ejemplo, la separación estándar entre dos pines consecutivos de un circuito integrado es de 0.1 pulgada (2,54 mm). Si nos atenemos a esto, no tendremos problemas. En segundo termino, como veremos mas adelante, al transferir el dibujo del papel al cobre la imagen quedara invertida, como si la viéramos en un espejo, así que debemos tener esto en cuenta al dibujarlo en el ordenador para no terminar con una imagen invertida en el PCB. No es conveniente imprimir nuestro circuito con la opción de economía de tinta activada, ya que necesitamos una buena cantidad de toner en la copia, dado que es el que se va a transferir al cobre. Si nuestra impresora no es láser, como dijimos antes, llevaremos nuestra impresión a una fotocopiadora y haremos una copia de ella, cuidando que la escala sea exactamente 1:1 (no todas las fotocopias son idénticas al original) y que la copia no presente rayas o cortes, ya que de ser así, estas imperfecciones se transferirán al PCB. Si no estamos conformes con la calidad de la fotocopia, hagamos sacar otra hasta que veamos que no tiene defectos. Respecto del papel a utilizar, los mejores resultados los he obtenido utilizando papel ilustración, que es un papel de una calidad mayor al de resma común, con un grano mas fino y ligeramente satinado. Respecto a este punto, lo mejor es hacer algunas pruebas hasta encontrar el adecuado antes de comprar grandes cantidades de papel.

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