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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco

TÍTULO DEL TRABAJO PROCESOS DE FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS E INTEGRADOS

MATERIA QUÍMICA APLICADA

• ¿QUÉ ES UN CIRCUITO IMPRESO? Un circuito impreso o PCB en inglés, es una tarjeta o placa utilizada para realizar el emplazamiento de los distintos elementos que conforman el circuito y las interconexiones eléctricas entre ellos. Un circuito impreso es una placa de material aislante (plástico, baquelita, vidrio, etc.), provista de unas pistas o caminos de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes que constituyen el circuito en cuestión. Antiguamente era habitual la fabricación de circuitos impresos para el diseño de sistemas mediante técnicas caseras, sin embargo, esta práctica ha ido disminuyendo con el tiempo. En los últimos años el tamaño de las componentes electrónicas se ha reducido en forma considerable, lo que implica menor separación entre pines para circuitos integrados de alta densidad. Teniendo también en consideración las actuales frecuencias de operación de los dispositivos, es necesaria una muy buena precisión en el proceso de impresión de la placa con la finalidad de garantizar tolerancias mínimas. Los circuitos impresos más sencillos corresponden a los que contienen caminos de cobre (tracks) solamente por una de las superficies de la placa. A estas placas se les conoce como circuitos impresos de una capa, o en inglés, 1 Layer PCB. Los circuitos impresos más comunes de hoy en día son los de 2 capas o 2 Layer PCB. Sin embargo, dependiendo de la complejidad del diseño del físico del circuito (o PCB layout), pueden llegar a fabricarse hasta de 8 o más layers.

• CLASIFICACION DE LAS PLACAS IMPRESAS Categorías de las placas impresas según su densidad en componentes y en interconexiones. Se consideran tres categorías básicas según sus densidades en orden de menor a mayor:   

De Simple Cara: con conductores en una sola superficie plana de la base aislante. De Doble Cara: con conductores en ambas caras de la base aislante, con agujeros metalizados para la interconexión entre caras, u otros medios. Multicapa: con tres o más capas de conductores separados por material aislante y usualmente interconectados a través de agujeros metalizados.

CIRCUITOS IMPRESOS

CARACTERÍSTICAS

NÚM. DE AGUJEROS PARA MONTAJE POR DECÍMETRO CUADRADO DE SUPERFICIE ÚTIL

Simple cara

Conductores en una sola superficie plana de la base aislante.

entre 50 y 150

Doble cara

Conductores en ambas caras de la base aislante, con agujeros metalizados para la interconexión entre caras, u otros medios.

entre 150 y 300

Multicapa

Tres o más capas de conductores separados por material aislante y usualmente interconectados a través de agujeros metalizados.

más de 300

• ¿QUÉ ES UN CIRCUITO INTEGRADO? El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos micro-electrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. Utilizado para realizar una función electrónica específica, como la amplificación. Se combina por lo general con otros componentes para formar un sistema más complejo y se fabrica mediante la difusión de impurezas en silicio mono-cristalino, que sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones. La fabricación de estos es compleja, ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, en ocasiones llegando a ser microscópicos, clasificándose en dos grandes grupos, lo analógicos y los digitales.

CIRCUITOS INTEGRADOS

No. De COMPONENTES

SSI (Small Scale Integration)

pequeño nivel: de 10 a 100 transistores

MSI (Medium Scale Integration)

medio: 100 a 1.000 transistores

LSI (Large Scale Integration)

grande: 1.000 a 10.000 transistores

VLSI (Very Large Scale Integration)

muy grande: 10.000 a 100.000 transistores

ULSI (Ultra Large Scale Integration)

ultra grande: 100.000 a 1.000.000 transistores

GLSI (Giga Large Scale Integration)

giga grande: más de un millón de transistores

La mayoría de los circuitos impresos están compuestos aproximadamente de dieciséis capas conductoras, separadas y soportadas por capas de material aislante laminadas entre sí. Las capas pueden conectarse a través de orificios, llamados vías. Los orificios pueden ser electo recubiertos, o se pueden utilizar pequeños remaches • MÉTODO DIRECTO • Elaboración por método directo, placa positiva. Este método depende de cómo se manejen cada uno de los pasos del proceso, ya que es un método tanto minucioso como delicado.

INSOLACIÓN Para este método se debe: 1.-se debe de quitar el recubrimiento adhesivo de la placa fotosensible positiva 2.-coloca la cara o dibujo original sobre la placa fotosensible, se debe de determinar bien la cara de los componentes y la de las soldaduras 3.- coloca cuidadosamente la placa junto al vidrio del marco de insolación

4.-insolar de 12 a 15 minutos si se utiliza acetato o película fotográfica Insolar de 15 a 20 minutos si se utiliza papel albanene, cebolla o myler REVELADO 1.-Repara el líquido de revelado 2.- Vacía el contenido de la bolsa de revelador AR45 y agregar 1 litro de agua, a 20 C de temperatura como mínimo. 3.-Espera a que los cristales se disuelvan completamente. 4.-Inmediatamente después de la insolación, sumerge la placa en el revelador y agita el recipiente de plástico. 5.-Toda la resina fotosensible que ha sido insolada, deberá desaparecer en menos de un minuto. 6.- por ultimo enjuaga la placa en agua corriente. GRABADO 1.- Para realizar más rápidamente la operación de grabado, es necesario encender la máquina de grabado antes de la insolación. 2.-Coloca la placa sobre el transportador de la máquina de grabado. El agente grabador corroerá el cobre que no esté protegido por la resina. El tiempo de grabado, con percloruro de hierro nuevo, será de aproximadamente 45 segundos. 3.-Cuando el tiempo de grabado se haya duplicado respecto a la primera operación de grabado, deberá cambiarse el percloruro de hierro. 4.-Debes de enjuagar la placa al salir esta de la máquina. ELIMINACION DE LA RESINA 1.- Se debe eliminar la resina restante con un algodón mojado con STRIPPER AR61 o con otro solvente 2.-La resina se puede dejar mientras se efectúa el taladrado de la placa, para proteger el cobre. 3.-También es posible eliminar la resina residual, volviendo a insolar la placa grabada y destruir la resina con los rayos ultravioletas. 4.-Sumergir la placa en el líquido revelador. 5.-El circuito está terminado, ahora podrá barnizarse o estañarse. Avances Actuales en cuanto a procesos de fabricación de circuitos impresos e integrados Solo ha trascurrido medio siglo desde que se inició su desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes. Computadoras, teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes de las sociedades modernas.

• MÉTODO FOTOGRÁFICO • El método fotográfico para la elaboración de circuitos impresos se lleva a cabo a partir de un fotolito negativo, ya sea de un dibujo manual en papel o de un diseño por computadora impreso.

Material a utilizar: - 1 frasco de revelador (COPIREV-200B). - 1 frasco de sensibilizador (COPILAC-206). - 2 vidrios de 20×20×0.5 cm. - 1 pincel suave. - 2 clips. - 1 bola de fibra metálica. - 1 botella de cloruro férrico. - 2 palitos de madera. Los pasos para el empleo de este método son: Paso 1: Limpiar perfectamente la tablilla de circuito impreso con fibra metálica, agua y jabón en polvo. No tocar después la superficie de cobre con los dedos, (dejar secar perfectamente). Paso 2: En un cuarto oscuro aplicar sensibilizador con un pincel de cerdas finas a la tablilla, de manera uniforme hasta formar una capa que cubra toda la tablilla. Dejar secar y luego aplicar una segunda capa y dejarla secar. Vaciar la cantidad suficiente de revelador en un recipiente No metálico y preparar otro recipiente con agua jabonosa. Paso 3: Colocar el negativo encima de la tablilla cuidando que no quede al revés, situarlos, situarlo entre los dos cristales y colocar los clips. Paso 4: Exponer la tablilla al sol por un minuto aproximadamente. Paso 5: Meter la tablilla al cuarto obscuro, desmontarla de los cristales y retirar el negativo. Paso 6: Sumergir la tablilla en el líquido revelador con los palitos de madera, cuidando no raspar la superficie de cobre de la misma, y meterla en un recipiente con agua jabonosa agitando la tablilla.

Paso 7: Retirar la tablilla del líquido revelador con los palitos de madera y meterla en el recipiente con agua jabonosa agitando la tablilla. Paso 8. Encender la luz o salir del cuarto obscuro y limpiarla con un chorro de agua y dejar secar. Revisar el estado de las pistas plásticas en la superficie de la tablilla y si es necesario retocar las que lo requieran. Paso 8: Se procede a realizar la corrosión del cobre en las tarjetas procesadas. Una vez trazadas las tarjetas se procede a bañar las mismas en Cloruro Férrico, con lo cual la acción corrosiva del cloruro férrico actuará sobre las superficies descubiertas de la tinta metálica, obteniendo así el Circuito impreso. Para obtener el Circuito Impreso en la versión de Cobre, se procede a eliminar la tinta metálica de la tarjeta que protegió de la corrosión al Diseño, una técnica rápida y limpia es mediante un doble baño: Primeramente, en Thinner y posteriormente en Agua. Con la realización de los pasos anteriores se obtiene una tarjeta de circuito impreso de Calidad y Presentación aceptables.

• MÉTODO DE SERIGRAFÍA • La gran mayoría de las tarjetas para circuitos impresos se hacen adhiriendo una capa de cobre sobre todo el sustrato, posteriormente se retira el cobre no deseado después de aplicar una máscara temporal, dejando sólo las pistas de cobre deseado. Algunos circuitos impresos son fabricados al agregar las pistas al sustrato, a través de un proceso complejo de electro recubrimiento múltiple. Existen varios métodos para la producción de circuitos impresos: Impresión serigráfica: Utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la capa de cobre. Los grabados posteriores retiran el cobre no deseado. La serigrafía es una técnica, que permite imprimir imágenes sobre cualquier material. Básicamente es transferir una tinta a través de una malla de seda templada en un marco de madera. La seda ha sido tratada previamente con una emulsión que bloquea el paso de la tinta en las áreas donde no habrá imagen, quedando libre la zona donde pasará la tinta. La técnica de producción de circuitos impresos con serigrafía se usa industrialmente, ya que se pueden obtener impresos de muy buena calidad y a muy bajo costo. Una vez se tienen revelados los marcos de seda o más conocidos como bastidores, se pueden realizar múltiples copias del mismo diseño. Esto permite la producción en serie de circuitos impresos. Aunque no deja de ser un procedimiento manual esta técnica es una de las más usadas, ya que permite obtener trabajos con la calidad y presentación necesarias, para la realización de prototipos electrónicos o aplicaciones en la industria.

Materiales Marco o Bastidor En la serigrafía manual o artística los marcos más comunes son los de madera, los hay de perfil de 1 y 1.5 pulgadas de grosor, y los tamaños pueden ser muy pequeños, a partir de 20 x 30 cm. (aproximadamente tamaño carta o A4) hasta 70 x 90 cm en medidas estándar, estas dependiendo del fabricante, se pueden crear marcos de más de un metro de ancho por más de metro y medio de alto sobre pedido Rasero o Racleta El rasero es el dispositivo que transmite la tinta a través de la tela hacía el material que se desea imprimir. Consiste en un mango de madera, en el cual se inserta una banda de caucho. Dicha banda es la encargada de empujar la tinta por todo el marco. Se tienen dos raseros, con medidas de 20 cm para diseño de mayor tamaño y de 15 cm para impresiones pequeñas. Malla Una de las razones por la que la seda ha quedado prácticamente en desuso es porque por más que se estire, cuando toma la humedad ambiente, se vuelve a aflojar. Comúnmente se utilizan el poliéster, el nylon o materiales acrílicos. Químicos Emulsión La emulsión es lo que nos permitirá hacer la impresión de nuestro diseño. Su preparación es a base de 2 sustancias: sericrom y bicromato, los cuales, en combinación, crean una capa de tinta fotosensible aplicada al marco. Sericrom Es una tinta plástica fotosensible de color azul, soluble al agua, utilizada específicamente para la preparación de emulsiones de serigrafía. Solución Bicromato Es un sensibilizador o activador para la emulsión sericrom, sensible a la luz, de color naranja y en forma líquida viscosa.

Químicos de Limpieza Cloruro férrico Actúa como un corrosivo sobre las superficies que no están cubiertas de pintura Siriclin Es un líquido desemulsionador de esténciles, tiene la función de remover la emulsión revelada con anterioridad, sin dañar el tejido de la malla.

Serisol Plus La mayoría de las veces, después de haberse removido la emulsión con el químico Sericlin, queda una pequeña silueta del diseño que se tenía, a esto se le llama fantasma. El Serisol Plus es un líquido quita fantasmas y desengrasante de esténciles, dejando a la malla mucho más limpia para su próximo uso. Seripasta La seripasta es un desengrasante alcalino, que corta la grasa de los tejidos, de químicos removedores como el Sericlin y el Serisol Plus. Se debe usar guantes para utilizarla, ya que contiene sosa caustica. Tintas Tinta Foto-imaginable Térmico UV Es una tinta muy viscosa, que tiene como cualidad, soportar altas temperaturas y de calor extremo, producidas por la soldadura de componentes superficiales o con cautín, en componentes through hole. Tinta Curado UV Son del mismo tipo de tinta que las anteriores, en cuanto a funcionalidad se refiere, sin embargo, no necesitan de un endurecedor o catalizador para su aplicación. De igual forma, su curado es por medio de exposiciones a luz ultravioleta y calor. Tinta de Serigrafía Policat Es una tinta plástica de color blanco, en forma de pasta cremosa, utilizada para mascarillas de grabado o de leyendas. Puede ser aplicada con o sin catalizador; si se aplica sin catalizador, puede soportar la corrosión del cloruro férrico, pero puede ser removida con solventes. En cambio, si se le aplica un catalizador, ni los solventes podrán removerla. Mesa de Serigrafía La mesa tiene una medida de 1 m de largo x 60 cm de ancho y una altura de 86 cm. En la parte superior, tiene un tablero divido en dos partes; la primera mitad es de madera de pino, con una medida de 59 cm x 49 cm y un grosor de 2 cm; la segunda mitad es un cristal, con medidas de 59 cm x 49 cm y un grosor de 7 mm Al estar divida en dos partes, la mesa cumple con dos funciones. La primera corresponde a la aplicación de la emulsión y a la impresión con tinta, que se lleva a cabo en la sección del tablero de madera. La segunda función se realiza en el tablero de cristal, en donde únicamente se revela dicha emulsión fotosensible Otros Espátulas de madera Bandeja de Plástico Secadora Hule Espuma Sosa caustica Thiner Estopa

Proceso para realizar el método de serigrafía PASO 1 En un cuarto donde no entre demasiada luz, con la ayuda de una espátula delgada, se mezclan 9 partes de emulsión por 1 de bicromato o revelador, hasta obtener una mezcla uniforme. Se debe mezclar lentamente, ya que, si se hacen burbujas, se puede estropear el revelado. PASO 2 Una vez obtenida una mezcla uniforme, se esparce a lo largo y ancho de la seda, usando un emulsionador, se aplican tres capas de emulsión; Una capa por el lado de posterior del bastidor y dos por el frente. La emulsión se debe aplicar de forma uniforme sobre la seda, teniendo en cuenta que no queden espacios sin emulsión o burbujas.

PASO 3 Luego secamos la seda con la emulsión utilizando un secador de pelo que ayuda a minimizar el tiempo de secado. Recuerde que la emulsión es fotosensible, por esto se debe hacer el proceso lo más rápido.

PASO 4 Una vez seca la emulsión, se colocan el acetato, o en este caso los acetatos, con los diseños del impreso sobre la seda, por el lado posterior del bastidor y se fijan con cinta pegante transparente.

PASO 5 Después llevamos el marco a lavar con agua a presión, para enjugarla por ambos lados. Después de unos cuantos segundos se observa como la seda revela el dibujo del circuito impreso, a medida que se cae la emulsión de las zonas donde no entró la luz por el cubrimiento que daba el acetato. El revelado es idéntico, conforme al diseño. Una vez revelada la seda la secamos con el secador de pelo durante 10 minutos y estará lista para imprimir cuantas tarjetas queramos. El secado de la emulsión se distingue porque el brillo disminuye al secar.

PASO 6 Colocamos el bastidor sobre una superficie plana, dura y uniforme, fijándolo con unas prensas de bisagra, que permitan levantarlo fácilmente sin que se corra de posición. Colocamos la placa fenólica exactamente debajo del dibujo del circuito impreso con las pistas y la ajustamos con cinta adhesiva o colocándole unos topes construidos de trozos de baquelita sobrantes, para que al imprimir no se corra de

sitio. Colocamos el marco encima de la placa, dejándolo al menos unos 5 milímetros levantado de esta, puede usar un pequeño trozo de madera. Luego aplicamos la tinta UV o en su defecto pintura de polietileno, por la parte de encima de la seda, haciendo un camino en la parte anterior al dibujo, para luego trazar con la espátula (Rasero o Racleta), el diseño del circuito impreso sobre la superficie de las tarjetas.

PASO 7 Después se lleva al secado al horno en donde se deja 10 minutos, el tipo de secado es mediante rayos ultravioleta.

PASO 8 ya seca la tinta se procede a bañar la tarjeta en cloruro férrico, la acción corrosiva del cloruro férrico actúa sobre las superficies que no están cubiertas con tinta, obteniendo así el circuito impreso, cuando se observa que ya todo el cobre sobrante se ha removido la retiramos.

PASO 9 Se procede a eliminar la tinta que protegió las pistas de la corrosión, se lava la tarjeta con agua para así retirar lo que queda de cloruro férrico y después se sumerge en soda caustica disuelta en agua durante un minuto y se cepilla hasta que se haya caído toda la pintura, posteriormente se lava nuevamente con agua hasta retirar la soda caustica y se seca.

PASO 10 Para las perforaciones se utiliza un taladro de árbol o un mototool, se deben tener brocas de diferentes calibres ya que las patas de los componentes tienen diferentes diámetros

PASO 11 Para la impresión de la máscara anisodonte, se aplica sobre las pistas de la misma manera que primer procedimiento, esta mascar protege las pistas de cobre contra el óxido y posibles cortos circuitos, además de darle al impreso una muy buena presentación, de igual forma se debe poner a secar con rayos UV por 10 minutos.

PASO 12 Para la máscara de componentes se debe colocar la tarjeta por el lado contrario al de las pistas y hacer el mismo procedimiento que los anteriores, la tinta puede ser de poliuretano o de polietileno de color blanco, se debe de tener en cuenta que deben coincidir los orificios con los dibujos de los componentes, la pintura usada industrialmente es de secado uva sí que de igual forma se pone a secar por 10 minutos.

PASO 13 Ya está terminado el circuito, y por último se aplica por el lado de las pistas una mezcla de resina colofonia y thinner, para evitar la oxidación de las pistas de cobre, además de que le da un toque más brillante, al momento de soldar disminuye la tensión superficial del estaño y la temperatura de fusión, evitando así el deterioro de los componentes y terminales.

MÉTODO DIRECTO

MÉTODO DE FOTOGRÁFICO

METODO DE SERIGRAFÍA

Lámina

Cobre

Cobre

Cobre

Base

Fibra de vidrio

Fibra de vidrio

Fibra de Baquelita

Corrosivo

Cloruro ferrico

Cloruro ferrico

Cloruro ferrico

Secado

10 a 15 min

1 min

10 min

Bibliografías: -DIEE http://www.diee.net/

- CONSTRUYA SU VIDEOROCKOLA Construyasuvideorockola.com http://construyasuvideorockola.com

-Scribd https://es.scribd.com

-Circuito Impreso Platea.pntic.mec.es

http://platea.pntic.mec.es/~jalons3/proyectos/cirimp.htm

-circuitos impresos http://www.pcb.electrosoft.cl/04-articulos-circuitos-impresos-desarrollo-sistemas/01-conceptoscircuitos-impresos/conceptos-circuitos-impresos-pcb.html

-Circuito integrado https://www.ecured.cu/Circuito_integrado