Fabricación casera de circuitos impresos

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Tolaemon
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Fabricación casera de circuitos impresos

Mensajepor Tolaemon » 15 Oct 2012, 18:42

(por Tolaemon)

Esta guía describe el proceso a seguir para la realización de prototipos de circuitos impresos a doble cara mediante el método de la plancha y los negativos obtenidos mediante impresora láser.



Descripción general:



Resumiendo mucho, el proceso se basa en el hecho de que al planchar un papel impreso mediante impresora láser sobre el cobre de una placa virgen, el tóner pegado al papel (es decir toda la parte impresa en negro) se transfiere al cobre creando una película protectora sobre éste. Esta película protectora evita que el cobre que queda bajo ella sea "disuelto" al sumergir la placa virgen en cloruro férrico, mientras que la zona no cubierta por el tóner desaparecerá por completo. Así, al finalizar el baño y tras retirar con disolvente el tóner, tendremos una placa con las pistas de nuestro circuito lista para hacer los diferentes agujeros y soldar los componentes.



Aunque existen varios métodos para hacer prototipos de circuitos impresos, el aquí descrito permite realizar placas casi tan precisas como las obtenidas por el método de la exposición a luz ultravioleta (hasta 0.5mm de ancho de pista), pero sin muchos de los inconvenientes de éste último. Su principal ventaja es que evita el proceso de revelado necesario en el método de la luz ultravioleta, el cual puede ser muy engorroso si no se domina lo suficiente. Empleando técnicas fotográficas es frecuente tener problemas de subexposición o sobreexposicion a la luz, o de que la concentracion del reactivo de revelado o la temperatura no sea la correcta, ello provocará que al revelar perdamos partes del circuito. Además, un revelado incorrecto hará que tengamos que bañar la placa de nuevo en la resina fotosensible para poder repetir de nuevo el proceso o incluso, si usamos placas de las que ya vienen bañadas, que tengamos que desecharlas. En cambio, con el método aquí descrito, si el planchado sale mal, bastará con retirar el papel, limpiar la placa con disolvente y volverlo a intentarlo.



Materiales:



Para la realización de los circuitos impresos de doble cara por el método de la plancha y los fotolitos en papel golossy es necesario el siguiente material:



  1. Papel couche, papel glossy, o cualquier otro papel al que el tóner no se adhiera en exceso y se pueda empapar bien al sumergirse en agua.

  2. Impresora láser

  3. El circuito PCB. Recordar que la cara superior ("TOP") se imprimirá invertida, mientras que la inferior ("BOTTOM") se imprimirá tal cual.

  4. Una plancha, preferiblemente pequeña para manejarla bien durante el planchado.

  5. Placa virgen de, cómo mínimo, las dimensiones del PCB.

  6. Lija muy fina y lana de acero.

  7. Aguja de costura.

  8. Rotulador permamente.

  9. Taladro pequeño tipo Dremel.

  10. Hilo de cobre o estaño de 0.5mm para las vías.

  11. Cubeta amplia.

  12. Detergente.

  13. Cloruro férrico.

  14. Alcohol.

  15. Disolvente.

  16. ¡Un bote grande de paciencia!




El proceso:



A continuación, se describen los pasos a seguir para la realización de los cicrucitos impresos a doble cara. Antes de nada es bueno mentalizarse de que este es un proceso bastante artesanal y que, como en la mayoría de procesos artesanales, se ha de pasar una fase previa de aprendizaje en la que probablemente, tras muchos intentos fallidos, alguien pueda perder la paciencia. No obstante, una vez se le coge el truco el método es, dentro de lo que cabe, bastante fiable, fácil, rápido y limpio.



No hace falta decir que, como en todo, cada "maestrillo tiene su librillo" y que cada cual puede hacer modificaciones o adaptaciones de los diferentes pasos según le convenga o apetezca. De todas formas, es importante destacar lo siguiente:







ATENCIÓN




  • Algunos de los elementos utilizados en el proceso son peligrosos y pueden causar lesiones si se utilizan sin las precauciones debidas. Conviene usar guantes y gafas protectoras cuando se manipulan componentes como el cloruro férrico o el disolvente




1. El primer paso es preparar el cobre de las caras de la placa virgen para que más adelante, al planchar las hojas impresas con la impresora láser, el tóner de éstas se adhiera a ellas sin problemas. Para ello primero habrá que pasar la lija fina o lana de acero sobre las caras de cobre eliminando las posibles manchas o pequeñas irregularidades. Luego, con papel de celulosa, deberemos retirar el polvo de cobre resultante del pulido, y limpiar de nuevo las superficies con otra celulosa empapada en alcohol. Ambas caras deberán aparecer brillantes pero con una rugosidad muy fina, casi imperceptible, que si todo está bien, facilitará la adhesión del tóner.





Lijando la placa virgen




La placa una vez pulida



2. El siguiente paso es imprimir los PCBs con la impresora láser en el papel glossy. Antes de imprimir nada hay que recordar que, como el circuito impreso va a ser de doble cara, es necesario que los negativos tengan cruces de posicionamiento o referencia. Estas cruces sirven para situar bien las hojas sobre el cobre antes de plancharlas, evitando que las pistas y pads de ambas caras queden desalineados. Estas cruces deben aparecer en ambas caras y coincidir entre sí. Para evitar problemas, lo recomendable es situar una cruz de posicionamiento en cada esquina del PCB y una por la zona del centro. Otro punto importante, antes de pasar a imprimir las hojas, es revisar la orientación de todos los componentes y que sus footprints son correctos, evitando así sorpresas al final del proceso. Hay que recordar también que la posición del encapsulado respecto a los PADs es diferente en los componentes de montaje through-hole (los DIP) y en el de los de montaje superficial (los SMD).





El negativo antes de ser transferido

Es bueno hacer algunos agujeros pequeñitos en él con una aguja fina




3. Una vez nos hayamos asegurado de que el diseño del PCB no presenta errores graves, y de que tiene las cruces de posicionamiento bien situadas, procederemos a imprimirlos. Podemos comenzar por imprimir la cara TOP del PCB sobre el papel glossy con una impresora láser al máximo de calidad posible. La cara TOP debe imprimirse invertida de tal forma que las letras que pueda tener impresas sobre ella se lean al revés en el papel. Al plancharla quedará tal como la veíamos en el programa de diseño (para ello puede utilizarse la opción de impresión “Mirror” que incorporan muchos CADs). La cara BOTTOM debe imprimirse tal cual, sin necesidad de ser invertida. Es muy recomandable comprobar que todo es correcto antes de comenzar a planchar.



4. Los PCBs deberan quedar bien impresos y definidos, ya que las zonas con poco tóner pueden quedar mal adheridas, y tendrán un acabado un poco sucio tras ser atacadas con el cloruro férrico. Incluso puede ser que el reactivo se coma las pistas mal impresas dando lugar a circuitos abiertos no desados.



5. Antes de planchar ninguna de las hojas sobre la superficie de cobre, es muy recomendable hacer una malla de agujeritos muy finos en estas con un alfiler (cada 2cms aprox, preferiblemente en zonas sin tóner). Estos agujeros permitiran escapar al aire caliente que se genere entre el papel y la placa de cobre evitando que se formen burbujas que despeguen las zonas de tóner que ya se habian adherido al planchar.



6. Una vez tengamos los negativos listos, bien impresos y con los agujeritos finos, podemos comenzar por planchar una de las caras. Para ello antes deberemos centrar correctamente la placa virgen sobre el negativo del PCB, doblando el sobrante de papel por la cara opuesta a la que vamos a planchar. Esto fijará firmemente el papel sobre la placa de cobre, evitando que se mueva mientras planchamos. La parte impresa deberá mirar hacia el cobre. Para el circuito del ejemplo, se ha utilizado una plancha pequeña de viaje al máximo de temperatura, no obstante hay que tener en cuenta que un exceso de temperatura puede estropear el papel. Las planchas pequeñas tienen la ventaja de ser más manejables, permitiendo aplicar el calor con mayor precisión y manipular mejor la placa virgen mientras la planchamos. El planchado deberá hacerse de forma ordenada con firmeza y presión, comenzando por una esquina de la placa, avanzando en un sentido, y planchando bandas sucesivas de la placa “empujando el aire” hacia el exterior del PCB. En todo momento hay que evitar que se formen burbujas sobre las zonas del papel donde hay tóner (no pasa nada si se forman donde no hay tóner, de hecho se formaran con frecuencia). En caso de que se formen burbujas sobre las zonas de tóner deberemos intentar desplazarlas planchando de nuevo, ya que si no conseguimos que dichas zonas se adhieran bien no quedaran protegias en el baño en el ácido y se perderán.





Planchando el negativo en el cobre





Preparando la placa para sumergirla en agua tras el planchado



7. Una vez el papel esté correctamente planchado y adherido a la placa de cobre, debermos manipularla lo mínimo necesario y dejarla enfriar a temperatura ambiente. Mientras se enfría se puede preparar la cubeta con agua caliente y un poco de detergente que se utilizará para separar el papel del tóner pegado a la placa.





La placa sumergida, esperando a que el papel se empape bien





Parte del papel retirado tras el baño



8. Tras haber planchado y dejado enfriar la placa, deberemos sumergirla en la cubeta con el agua caliente con detergente durante al menos unos 15 minutos. Durante este tiempo el papel absorverá el agua y se empapará. Cuando el papel se encuentre bien empapado podremos comenzar a retirarlo con cuidado, rasgándolo suavemente en tiras. Si todo ha ido como debería, veremos que el papel se irá desprendido sin dificultad y el tóner permanecerá pegado al cobre formando el trazado de lo que más adelante seran las pistas. Es frecuente que queden pequeños restos de papel formando una película fina sobre las zonas de tóner ( le dan un tono grisáceo al secar ) pero estas no supondrán ningun problema durante el resto del proceso de elaboración del circuito impreso, por lo que no hay que preocuparse por ellas.




Al secarse el tóner muestra un color grisáceo,

provocado por los restos de papel que se han quedado adheridos a él




9. El siguiente paso es preparar la segunda cara. Para ello repetiremos el proceso seguido en la preparación de la primera, pero esta vez prestando especial atención al posicionamiento del nuevo negativo respecto al ya grabado en la primera cara. Las cruces de posicionamiento de la cara ya planchada y las impresas en el papel que se va a planchar han de coincidir perfectamente entre sí. Para conseguirlo, antes de situar el papel haremos unos agujeros muy finos con un taladro de tipo Dremel (1mm de diámetro máximo) en el centro de todas las cruces de posicionamiento grabadas en la placa. Estos agujeros atravesaran la placa y facilitarán el posicionamiento del papel de la segunda cara antes de plancharlo. Una vez los centros de las cruces de ambas caras coincidan entre sí, se podrá fijar el papel a la placa doblando la parte sobrante por la cara trasera ya planchada y aguantándola con algun trocito de cinta adhesiva si es necesario.



10. Hay que tener mucho cuidado al manipular la cara ya preparada, ya que si al planchar la segunda cara aplicamos excesivo calor, o deslizamos la placa sobre la mesa y esta tiene irregularidades el tóner puede desprenderse o rascarse. Por eso recomendable apoyarla sobre algún tipo de trapo ligeramente húmedo antes de plancharla de nuevo. El planchado lo haremos igual que en la primera ocasión, con la plancha a la temperatura adecuada y desplazándola progresivamente en franjas paralelas, evitando que queden burbujas de aire entre el papel y la placa (especialmente en las zonas con tóner). Tras planchar la dejaremos enfriar hasta que se encuentre a temperatura ambiente. Mientras tanto, podremos volver a preparar la cubeta con el agua caliente y el detergente.



11. Cuando la placa se haya enfriado la sumergiremos de nuevo durante unos 15 minutos en la cubeta de agua caliente. No hay que preocuparse por la primera cara, ya que el agua caliente no la afectará, únicamente hay que evitar rozarla o rascarla sin querer. Cuando el papel esté totalmente empapado podremos comenzar a retirarlo rasgándolo suavemente en tiras. Al acabar dejaremos secar la placa y revisaremos ambas caras.



12. Tras secar la placa se debe comprobar que las dos caras están bien alineadas y que todas las pistas se han transferido correctamente. Para ello las podemos comparar con las de los negativos originales. Si detectamos que alguna pista no se ha transferido bien la repasaremos con un rotulador indeleble, de esos resistentes al agua, dejándola tal como debería haber quedado. Si alguna de las caras transferidas presenta demasiados errores lo mejor será repetirla, pero para ello antes habrá que limpiar el tóner transferido para dejarla lista de nuevo. Para limpiar la cara deberemos frotarla con un papel de celulosa empapado en disolvente. A medida que frotemos el tóner se irá disolviendo y el cobre quedará totalmente visible. Es posible que haya que darle varias frotadas hasta que la cara quede totalmente limpia, pero en todo momento hay que evitar que el disolvente llegue a la cara correcta que no tiene errores, puesto que la podria dejar inservible y tendríamos que repetirla también.



13. Una vez las caras del PCB estén correctamente transferidas al cobre, toca sumergir la placa en la cubeta con el cloruro férrico para que este se “coma” el cobre sobrante y deje sólo las pistas protegidas por el tóner. Durante el proceso, manipularemos la placa con unas pinzas, a ser posible de plástico ya que probablemente las metálicas se estropeen al contacto con el cloruro férrico. Debemos evitar en todo momento que el líquido nos salpique ya que puede estropearnos la ropa, la mesa, o incluso si nos descuidamos, puede producirnos alguna lesión en la piel. A medida que vayamos removiendo el cloruro férrico, éste irá reaccionando con el cobre de la placa que no está cubierto por tóner y lo irá disolviendo. Hay que procurar exponer las dos caras por igual al líquido. Moverla con alguna espátula o balancear la cubeta acelerará el proceso, que habrá terminado cuando no se vea ningún resto de cobre y solo se vean las pistas negras de tóner.





Placa tras el baño en el Cloruro Férrico

(aun no se ha retirado el tóner)




14. A continuación, para dejar las pistas de cobre al descubierto, se debe eliminar con disolvente el tóner depositado sobre estas. Para ello nos ayudaremos de un papel de celulosa empapado en disolvente, y frotaremos hasta haber eliminado todo el polvo de tóner adherido al cobre. Tras haber limpiado bien la placa y eliminado los restos de tóner solo deberían verse las pistas de cobre. Luego la aclarermos con agua y la secaremos.





Placa después de haber sido bañada en el cloruro férrico,

y de haber retirado el tóner




15. Llegados a este punto la placa ya está prácticamente lista y sólo falta realizar los agujeros para los componentes through hole ( los de patitas que atraviesan el PCB) y para las vias (los puntos de soldadura que uniran pistas de las dos caras). Antes de comenzar a hacer los agujeros debemos marcar los puntos por donde vamos a taladrar con un punzón o clavo pequeño, dándole un golpecito muy suave a un extremo con un martillo. Estas marcas guiarán la broca al taladrar evitando que se deslice, o que el agujero salga descentrado. Para realizar los agujeros utilizaremos un taladro pequeño de tipo Dremel, a ser posible con soporte vertical ya que esto facilitará el centrado de los agujeros respecto a los pads de los componentes, y que estos salgan completamente verticales a la placa. Lo aconsejable es hacer los agujeros de las vias con una broca muy fina, p.ej. 0,4mm, lo justo para poder pasar el cablecito que unirá las 2 caras. Para los agujeros de los componentes usaremos una broca un poco más gruesa (sobre 0,8 mm) para que las patas de estos pasen sin problemas. Suele ser práctico realizar también un agujero de 3,5mm en cada una de las esquinas de la placa, para más adelante poder montar patas roscadas de soporte que nos facilitarán su manipulación y las tareas de soldadura.





Pasando el hilo de cobre para formar las vías





Cortando el sobrante de hilo de cobre de las vías



Con las pistas tranferidas a la placa y los agujeros hechos, ya tendremos todo listo para comenzar a soldar los componentes.





La placa terminada, con algunos componentes soldados



Autor:
Texto y fotografías: Tolaemon

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