circuitos electricos

7/16/2019 Circuitos electricos

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CIRCUITOS IMPRESOS



Has tus propios circuitos impresos con acabado

profesional y con excelente precisión utilizando

tu impresora láser o fotocopiadora

En electrónica un circuito impreso o PCB (printed circuit board), es un medio

para sostener mecánicamente y conectar electrónicamente componentes

electrónicos, a partir de pistas de material conductor , grabadas en hojas de

cobre laminadas sobre un sustrato no conductor.

Lo más utilizado como sustrato no conductor son a base de papel

impregnado de resina fenolica llamados “Pertinax” , que son los más

baratos o elaborados con todo tipo de resinas según las necesidades.



Las características básicas del sustrato son:

Mecánicas:

& Suficientemente rígidos para mantener los componentes.

& Fácil de taladrar.

& Sin problemas de laminado.

Químicas:

Metalizado de los taladros.

Retardante de las llamas. No absorbe demasiada humedad.

Térmicas:

@ Disipa bien el calor.

@ Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa.

@ Capaz de soportar el calor en la soldadura.@ Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura.

Eléctricas:

£ Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas .

£ Punto de ruptura dieléctrica alto.



Hay varios métodos típicos para la producción de circuitos impresos:

¶ La impresión serigráfica utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la

capa de cobre. Los grabados posteriores remueven el cobre no deseado.Alternativamente, la tinta puede ser conductiva, y se imprime en una tarjeta

virgen no conductiva. Esta última técnica también se utiliza en la fabricación

de circuitos híbridos.

¶ El fotograbado utiliza una fotomecánica y grabado químico para eliminarla capa de cobre del sustrato. La fotomecánica usualmente se prepara con un

fotoplotter, a partir de los datos producidos por un programa para el diseño de

circuitos impresos. Algunas veces se utilizan transparencias impresas en una

impresora Láser como fotoherramientas de baja resolución.



¶La impresión en material terrmosensible para transferir a través de calor a la

placa de cobre. En algunos sitios comentan de uso de papel glossy (fotográfico),

y en otros de uso de papel con cera como los papeles en los que vienen los

autoadesivos.

Tanto el recubrimiento con tinta, como el fotograbado requieren de un proceso

de atacado químico, en el cual el cobre excedente es eliminado, quedando

únicamente el patrón deseado.

¶ El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para

quitar el cobre del sustrato. Una fresa para circuitos impresos funciona en

forma similar a un plotter, recibiendo comandos desde un programa que

controla el cabezal de la fresa los ejes x , y y z . Los datos para controlar lamáquina son generados por el programa de diseño, y son almacenados en un

archivo en formato HPGL o Gerber



MÉTODOS DE TRANSFERENCIA DEL DISEÑO A LA PLACA.

Una vez realizado el diseño del circuito impreso a emplear, lo tendremos que

implementar en una placa o tarjeta.

Partimos de una placa o soporte de material aislante con una o ambas caras revestidas

con una fina capa de cobre (35 mm es lo más normal). Sobre el cobre se debe disponer

una película protectora anticorrosiva con la forma del diseño de los conductores. Esta

lámina que contiene los contornos se denomina “reserva de grabado” o “resist” (materia

resistente a los ácidos de grabar).

Al atacar la placa con un ácido, se corroerá el cobre únicamente en los lugares en que no

esté cubierto por la capa protectora. Tras eliminar ésta, se obtiene la placa aislante con las

pistas conductoras.



Cualquiera que sea el método de fabricación elegido, hay que limpiar en primer lugarla placa de cobre con el fin de eliminar la posible suciedad, grasa o restos de óxido.

Dependiendo del tipo de suciedad, se elegirá un producto de limpieza u otro. Así pues,

la grasa se eliminará con lejía diluida o alcohol, mientras que el óxido se puede limpiar

con ácido diluido, teniendo precaución, ya que el ácido ataca el cobre. En el caso de

que persista, se puede frotar con un estropajo metálico suave o con polvo esmeril fino.

Para eliminar restos de ácidos o lejías se enjuaga abundantemente la placa con agua y

se secará. Inmediatamente después debe utilizarse la placa para evitar que se oxide.

Existen diversas formas de aplicar la lámina protectora y de atacar el cobre no

recubierto, a continuación se explican algunos.



Transferencia de la lámina protectora

Dibujo directoEl traspaso del diseño a la placa de cobre se realiza de forma manual, es decir, se trata

de dibujar a mano sobre el cobre con un elemento que resista al atacado químico.

· Se toma la placa virgen y se coloca bajo el diseño realizado, haciendo que coincidan

los bordes de éste con los de aquélla y de forma que la cara de cobre de la placa

toque el papel. Para que no se muevan ni el papel ni la placa, se aconseja sujetarlos

con cinta adhesiva.

· Con una punta de trazar o un punzón, pinchar exactamente en el centro del punto

de soldadura, con el fin de que esta marca quede señalada en la cara de cobre. Se

tendrá cuidado de no olvidar ningún punto de soldadura.

· Una vez hecho esto, se separan la placa y el papel del diseño; se notarán los

punteados realizados en la operación anterior.

· Se limpia la cara de cobre de manera que no conserve ningún tipo de suciedad

como se ha visto antes.



• Con un rotulador resistente al ataque ácido y, a ser posible, con ayuda de una

plantilla de círculos, se dibujarán los círculos correspondientes a los puntos de soldadura,

cuidando de que queden perfectamente centrados sobre los puntos marcados. Se

tendrá la precaución de no tocar el cobre con la mano, para evitar mancharlo.

· Cuando se haya terminado de dibujar los círculos, con el mismo rotulador y la ayuda

de una regla, se trazarán las pistas sobre la cara de cobre, cuidando que sean exactas a

las que se trazaron en el papel de diseño.

• Alcanzado este punto ya se puede atacar la placa.

· Se pueden utilizar también símbolos transferibles que se pegarán sobre la superficie

de cobre, este método facilita considerablemente el dibujo y le confiere mayor calidad

y precisión. La única precaución que se ha de tener es comprobar que los símbolos

queden adheridos perfectamente para que el ácido no penetre bajo ellos.

· También se puede emplear, para cubrir grandes superficies, cinta adhesiva normal,

ya que en este caso no es necesaria la opacidad.



Las ventajas que presenta la utilización de este método son la de no ser necesaria la

utilización de métodos fotográficos ni focos luminosos, y la de la economía en materiales

y equipos.

Sin embargo, presenta el inconveniente de la baja precisión. Además, tras realizar la

placa, no queda ningún modelo o patrón para utilizar en el futuro.Este método queda reducido a la realización de piezas únicas con pocas exigencias en

cuanto precisión



Procedimiento fotográfico.

Con este método se trabaja con una placa ya recubierta de una emulsión

fotosensible. Esta emulsión puede venir ya de fábrica o puede ser aplicada por

nosotros (pulverización con spray, con rodillo, etc...), lo más habitual es utilizar una

placa ya presensibilizada.

El tipo de emulsión fotosensible más usual es la fotopositiva, que es aquella en la que

las partes que reciben la radiación (normalmente ultravioleta) se reblandecen y se

disuelven tras el revelado, mientras que las zonas cubiertas permanecen insolubles,

protegiendo en el atacado el cobre situado bajo ellas. Así pues, las futuras pistas y

zonas que no deban ser corroídas serán negras en el patrón de nuestro diseño, siendo

el resto transparente.

Por esto debemos obtener un patrón del diseño de la placa sobre un material

transparente (tipo papel de acetato) con las pistas y nodos lo suficientemente opacos

para no permitir el paso de la radiación ultravioleta. Con una impresora láser se

obtienen resultados satisfactorios.

Con emulsiones fotonegativas todo sucede a la inversa.

Con el fin de que las zonas que deban quedar protegidas sean en el patrón

totalmente opacas se puede trabajar con positivos o negativos fotográficos, según

sea el tipo de emulsión utilizada.



Una vez que tenemos el patrón del diseño se procede a la insolación de la placa con

película fotosensible. Para que la reproducción sea exacta, el contacto entre el fotolito

y la placa debe ser perfecto, por lo que el dispositivo de insolación debe unirlos

materialmente.

En el caso de diseños a doble cara, es necesario tener especial cuidado para que

coincidan los diseños de cada una de ellas. Para esto, un método sencillo es coger los

diseños correspondientes a las dos caras y hacer coincidir las cuatro esquinas de la

placa o las marcas de referencia. Procurando que no se desplacen, se unen, mediante

cinta adhesiva transparente, tres de los cuatro lados de los fotolitos y se comprueba

de nuevo la coincidencia de ambos. Por el lado que queda abierto es por el que seintroducirá la placa como si de un sobre se tratara.

El tiempo de exposición en la insoladora depende del tipo de luz de la misma y de la

emulsión fotosensible. Generalmente este tiempo es de 1 a 5 minutos.

Una vez terminada la insolación se procede al revelado. El revelador empleado

deberá ser adecuado al tipo de emulsión. En placas presensibilizadas se utiliza una

solución de hidróxido sódico (NaOH) en una proporción aproximada de 9 gr/litro.



El revelador se pone en una cubeta plástica en la que se sumerge la placa hasta quese vea nítidamente todo el circuito. Para que el revelado sea lo más uniforme posible,

conviene producir olas en el revelador moviendo el recipiente. Las zonas que deban

ser atacadas por el ácido quedarán con el cobre al descubierto, mientras que las

pistas conductoras quedarán protegidas por la emulsión.

La placa no debe quedar sumergida demasiado tiempo en el revelador, ya que en

ese caso se descompondría también la emulsión de las zonas no expuestas. Esto

también puede ocurrir si el revelador está demasiado concentrado. En ambos casos la

placa se pierde. El revelador se puede utilizar varias veces, hasta que la solución esté

saturada de emulsión fotosensible.

Finalmente la placa se lava con agua y queda lista para el atacado.



Atacado

El siguiente paso es el atacado de la placa. La base de la técnica de fabricación de

circuitos impresos la constituye la corrosión de parte del cobre de la placa por medios

ácidos. Cuando se sumerge la placa completamente en ácido, éste comienza a corroer el

cobre y solamente se salvarán de la corrosión aquellos trazados o zonas cubiertas y

protegidas por una capa especial que previamente hemos depositado con el proceso de

transferencia del dibujo. Es evidente que terminada la corrosión del cobre, lo que queda

impreso sobre la placa son justamente las pistas conductoras de cobre. El atacado

químico se puede producir mediante cloruro férrico (Cl3Fe) o ácido clorhídrico (ClH) y

agua oxigenada (H2O2). Este atacado responde a las siguientes reacciones:

Cl3Fe + Cu Cl2Cu + Fe

2ClH + H2O2 + 2Cu 2ClCu + 2H2O

El cloruro férrico se puede adquirir en el mercado

especializado en componentes electrónicos, se presenta

ya diluido o en forma de sólido granulado.

El ácido clorhídrico y el agua oxigenada se pueden

adquirir en diversos comercios



La proporción para la mezcla que realizaremos cada vez que lo vayamos a utilizar

(no es reutilizable como el cloruro férrico) es la siguiente:

· Una parte de ácido clorhídrico al 30% en volumen.

· Una parte de agua oxigenada al 99% en volumen.

· Una parte de agua.

Para atacar la placa se sumerge en una cubeta que deberá tener ácido suficiente

para cubrirla completamente, moviendo la cubeta en forma de vaivén para que se

produzcan en el ácido olas que arrastren el cobre, agilizando el tiempo necesario

para terminar la corrosión.

Para el atacado con ácido no hay un tiempo prefijado, por lo que se deberá estar

atento al proceso de corrosión, ya que dejar la placa demasiado tiempo en el ácido

supondría arriesgar el buen acabado de ésta.

Usaremos pinzas de plástico para la manipulación de las placas, así como guantes,

batas, etc... para asegurarnos la protección necesaria ante cualquier salpicadura deácido.

Por último se procede al lavado de la placa introduciéndola en una cubeta llena de

agua o simplemente poniéndola bajo el grifo.



Una vez eliminado el ácido, se limpia la placa suprimiendo los trazos de material

protector del cobre que hay sobre las pistas. Para ello se puede utilizar un trozo de

algodón impregnado con alcohol o acetona.

Terminado el lavado y limpieza de la placa, aparecerán las pistas de cobre limpias ybrillantes con su color característico y con un trazado uniforme. Para evitar la oxidación

del cobre y facilitar la soldadura se puede aplicar una capa de barniz soldable con un

pincel.

Taladrado

Una vez en este punto, se tiene la placa lista para taladrar en aquellos puntos donde se

vayan a insertar patillas de componentes (los puntos de taladro están identificados por

los nodos del circuito). Se utilizará la broca adecuada en cada momento, según el

componente que se vaya a insertar y soldar:

· Broca de 1mm para integrados y componentes de baja potencia.

· Broca de 1,25 mm para espadines (terminales), resistencias ajustables y, en general

todos los componentes con un grosor de terminales superior a los citados anteriormente)

· Broca de 3,5 mm para los tornillos de fijación de la placa y los posibles tornillos de

fijación de ciertos componentes (conectores, componentes de potencia, etc...).



Después de taladrar y antes de empezar a insertar y soldar componentes, hay que

limpiar bien los restos de pequeñas virutas, polvillo, etc., generados por el taladrado de

los agujeros.

Inserción y soldadura de componentes

Una vez insertados los componentes se procede a la soldadura de los mismos. Para ello

utilizamos un metal de aportación (Sn-Pb) con bajo punto de fusión (300º C) entre las

dos partes a unir, sin llegar a la fusión de estas dos partes.

Tiene por objetivo la unión de dos partes metálicas por intermediación de una aleación

no férrica produciendo un buen contacto eléctrico y fijando el componente a la tarjeta.La distribución de la soldadura es uniforme por el efecto capilar de las dos partes

metálicas. Resulta ser una acción química sin continuidad cristalina que, después de

solidificar mantiene unidos los átomos adyacentes por atracción, de una forma similar a

la estructura de cualquier metal en estado sólido.

Para que una soldadura sea de calidad y se considere buena debe mojar o humedecer

muy bien los dos elementos que se van a soldar. Para esto hay que utilizar:

· Un flujo decapante que limpie y prepare la soldadura.

· Un soldador de la potencia adecuada con la punta en buen estado de conservación y

muy limpia.

· Una aleación de estaño plomo 60/40.



En primer lugar se inserta el componente y luego se calienta el punto de contacto

(terminal del componente-nodo del circuito impreso), para, seguidamente, aplicar

estaño; se verá que se funde rápidamente, quedando una soldadura limpia y brillante

con un aspecto puntiagudo. Se debe procurar que todas las soldaduras presenten este

aspecto, así como evitar la formación de bolas de estaño, por lo que se aplicará enpequeñas cantidades.



Los materiales que retienen una polarización neta, una vez retirado el campo

eléctrico, permanecen orientados, estos materiales se conocen como ferroeléctricos



Cuando la temperatura de un cristal varia uniformemente (se calienta o se enfría),

o es sometido a una tensión unidireccional, se puede producir un desplazamiento

de los iones positivos respecto de los negativos, de tal manera que el cristal se

polariza eléctricamente. Este efecto se conoce como piroelectricidad en el caso de

un cambio de temperatura, o piezoelectricidad si se debe a una tensión

unidireccional.



Piezoelectricidad: La piezoelectricidad puede definirse como la propiedad que

poseen algunas sustancias no conductoras, cristalinas (que no poseen centro de

simetría), de presentar cargas eléctricas de signo contrario, en caras opuestas,

cuando están sometidas a determinadas deformaciones mecánicas. El fenómeno es

reversible, pues aplicando a las caras, una tensión eléctrica, se produce una

deformación mecánica proporcional al potencial eléctrico.

La deformación de un cristal no genera cargas eléctricas, pero produce un

desplazamiento de las cargas propias del mismo; y en los cristales asimétricos, este

desplazamiento provoca el llamado efecto piezoeléctrico.



Muchas sustancias cristalinas poseen propiedades piezoeléctricas, pero

solamente algunas se usan a escala industrial; entre éstas, el cuarzo, la Sal

de Rochelle, el titanato de bario, el fosfato dihidrogenado de amonio

(ADP), etc..

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