Como Hacer Circuitos Impresos

Como hacer circuitos impresos Ya que mucha gente escribió pidiendo datos al respecto decidimos hacer este cursillo donde

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Como hacer circuitos impresos Ya que mucha gente escribió pidiendo datos al respecto decidimos hacer este cursillo donde el que no sabe encontrará todo lo que necesita saber para realizar sus propias plaquetas. Haremos referencia al método manual, de los calcos y el marcador dado que para aprender es el mas simple. En otras notas futuras comentaremos los métodos Press-N-Peel (autoadhesivo de transferencia térmica) y el método Crona (de transferencia por luz ultravioleta).

Tal como se puede ver en la foto de arriba un circuito impreso no es mas que una placa plástica (que puede ser de fenólico o pertinax) sobre la cual se dibujan "pistas" e "islas" de cobre las cuales formaran el trazado de dicho circuito, partiendo de un dibujo en papel o de la imaginación. Para empezar tenemos que decidir que material vamos a precisar. Si se trata de un circuito donde hayan señales de radio o de muy alta frecuencia tendremos que comprar placa virgen de pertinax, que es un material poco alterable por la humedad. De lo contrario, para la mayoría de las aplicaciones, con placa de fenólico alcanza.

Cada trazo o línea se denomina pista, la cual puede ser vista como un cable que une dos o mas puntos del circuito. Cada círculo o cuadrado con un orificio central donde el terminal de un componente será insertado y soldado se denomina isla. Cuando uno compra la placa de circuito impreso virgen ésta se encuentra recubierta completamente con una lámina de cobre, por lo que, para formar las pistas e islas del circuito habrá que eliminar las partes de cobre sobrantes. Además de pistas e islas sobre un circuito impreso se pueden escribir leyendas o hacer dibujos. Esto es útil, por ejemplo, para señalar que terminal es positivo, hacia donde se inserta un determinado componente o incluso como marca de referencia del fabricante. Para que las partes de cobre sobrantes sean eliminadas de la superficie de la placa se utiliza un ácido, el Percloruro de Hierro o Percloruro Férrico. Este ácido produce una rápida oxidación sobre metal haciéndolo desaparecer pero no produce efecto alguno sobre plástico. Utilizando un marcador de tinta permanente o plantillas Logotyp podemos dibujar sobre la cara de cobre virgen el circuito tal como queremos que quede y luego de pasarlo por el ácido obtendremos una placa de circuito impreso con el dibujo que queramos.

Explicación detallada 1. Crear el original sobre papel: Lo primero que hay que hacer es, sobre un papel, dibujar el diseño original del circuito impreso tal como queremos que quede terminado. Para ello podemos utilizar o bien una regla y lápiz (y mucha paciencia) o bien un programa de diseño de circuitos impresos. Ya sea a lápiz o por computadora siempre hay que tener a mano los componentes electrónicos a montar sobre el circuito para poder ver el espacio físico que requieren así como la distancia entre cada uno de sus terminales. Para guiarnos vamos a realizar un simple circuito impreso para montar sobre él ocho diodos LED con sus respectivas resistencias limitadoras de corriente.

Este es el circuito esquemático del que hablamos, recibe cero o cinco voltios por cada uno de los pines del puerto paralelo del PC y, a través de cada resistencia limitadora de corriente iluminan ocho diodos LED. Observemos el diagrama. Tenemos ocho entradas, cada una de ellas conectada a una resistencia. Cada resistencia se conecta al cátodo (+) de cada diodo LED. Y todos los ánodos (-) de los diodos LED se conectan juntos al terminal de Masa. Vamos a utilizar diodos LED redondos de 5mm de diámetro, que son los mas comunes en el mercado. Lo primero que haremos es colocar las islas. Para los que usan programas de diseño de circuitos impresos por computadora las islas aparecen como "Pads".

Como se observa, no es mas que una simple representación del circuito de arriba con círculos. Luego uniremos las islas con pistas, que en los programas suelen aparecer como "Tracks".

CORRECTO

INCORRECTO

Algo a tener en cuenta: cuando una pista tiene que virar lo correcto es hacerlo con un ángulo oblicuo y no a secas (90º). Si bien eléctricamente es lo mismo, conviene hacerlo así porque al momento de atacar el cobre con el ácido es mas probable que una pista se corte si su ángulo es abrupto que si lo es suave. Nuevamente podemos apreciar que no es mas que una copia del circuito eléctrico anterior. Imprimimos el circuito sobre un papel y paso 1 concluido. 2. Corte del trozo de circuito impreso: Esto no es mas que marcar sobre la placa virgen un par de líneas por donde con una sierra de 24 dientes por pulgada cortaremos.

Es conveniente hacerlo sobre un banco inclinado de corte para que sea mas fácil mantener la rectitud de la línea.

Una vez cortado el trozo a utilizar lijar los bordes tanto de la cara de cobre como de la otra a fin de quitar las rebabas producidas por el corte. Con la ayuda de un taco de madera es mas fácil de aplicar la lija. 3. Preparar la superficie del cobre: Consiste en pulir la superficie de cobre virgen con un bollito de lana de acero (Virulana, en Argentina) para remover cualquier mancha, partículas de grasa o cualquier otra cosa que pueda afectar el funcionamiento del ácido. Recordemos que el ácido solo ataca metal, no haciéndolo con pintura, plástico o manchas de grasa. Por lo que donde este sucio el cobre resistirá y quedará sin atacar.

Como se ve en la foto es conveniente utilizar guantes de latex, del tipo utilizado para inspección bucal, para evitar que la grasitud de los dedos tome contacto con el cobre. La lana de acero debe ser frotada sobre la cara de cobre y preferentemente dando círculos, para facilitar la adherencia tanto de los Pads como de la tinta del marcador. 4. Pasar el dibujo al cobre: Consiste en hacer que el dibujo del impreso que tenemos sobre el papel quede sobre la cara de cobre y de alguna forma indeleble. Adicionalmente tendremos que tener cuidado de no tocar con nuestros dedos el cobre para evitar engrasarlo. Es por ello que en este paso también utilizaremos guantes de latex, pero cuidando que no queden en ellos restos de viruta de acero que puedan dañar el dibujo sobre el cobre.

Para este paso requeriremos un marcador fino indeleble, uno grueso, un lápiz blando (mina B), una o varias plantillas Logotyp de islas (esto depende de la cantidad de contactos del circuito así como del tipo de islas requeridas). Ambos marcadores deben ser de tinta permanente al solvente. Hasta ahora el mejor que hemos usado es el edding 3000. Es conveniente, antes de usar las plantillas Logotyp, probarlas sobre otra superficie para constatar que no estén vencidas. A nosotros nos paso que con la que arriba se ve a la izquierda (la de las líneas) no pegaba sobre el cobre y tuvimos que hacer todos los trazos rectos con marcador y regla. Lo mismo sucede con el marcador. Antes de aplicarlo sobre la placa hacer un par de trazos sobre un cartón (preferentemente brilloso) a fin de ablandar la tinta en la punta. Para aplicar los dibujos de las plantillas colocar la misma sobre la lámina de cobre y, con el lápiz frotar cada uno suavemente hasta que queden estampados sobre el circuito impreso.

Para afirmarlos colocar el papel de cera que trae cada plantilla y colocarlo sobre el dibujo recién aplicado. Pasar el dedo una o dos veces manteniendo el papel quieto y listo, dibujo afirmado.

Si por error se aplico un dibujo que no debía estar se lo puede quitar fácilmente raspándolo con un cortante filoso. No hay que preocuparse porque donde se paso el cortante quede raspado, puesto que el cobre no quedará en esa zona no nos interesa entonces como este antes de ser atacado. En las islas, sobre todo en las aplicadas por plantilla, es conveniente no tapar el punto central. Esto quedará como un pequeño orificio en el cobre que luego servirá como guía cuando hagamos el perforado de la placa. Para hacer los trazos con marcador se pueden utilizar reglas y regletas plásticas caladas como las pizzini. Prestar cuidado cuando se apoya la regla sobre la placa para no dañar el dibujo. Una vez terminado el trabajo de pasar el dibujo al cobre será conveniente revisar el mismo a comparación con el dibujo sobre papel, para cerciorarse de que todo esta en orden. 5. Preparar el ácido: Antes de sumergir la placa en el ácido hay que tomar algunos recaudos y precauciones. También hay que seguir algunos pasos para que el ataque sea efectivo. Como dijimos arriba, el ácido empleado es Percloruro de Hierro, el cual se puede comprar en cualquier comercio del rubro.

Para que el ácido funcione correctamente y pueda actuar sobre el cobre debe estar a una temperatura comprendida entre 20 y 50 grados centígrados. Para mantenerlo en ese rango usaremos un calefactor eléctrico a resistencia, como el que se ve abajo.

Cabe aclarar que al ser una resistencia de alambre esta se encuentra "viva" con tensión de red en su recorrido, lo que obliga a separar al calefactor del fuentón al menos un centímetro. Para ello utilizamos dos ladrillos acostados los que se ven en la foto de arriba. Sobre esto se coloca el fuentón de aluminio, dentro del cual se colocará la batea plástica donde verteremos el ácido. En el fuentón colocar agua previamente calentada para que el ácido se caliente por el efecto "Baño María". Entre el fuentón y la batea es conveniente colocar dos separadores para que el metal caliente no entre en contacto directo con la batea plástica.

En la foto de arriba se observa como queda todo en su sitio listo para utilizar. Es muy importante respetar el rango de temperatura de trabajo. De ser inferior a 20ºC es posible que el ácido tarde mucho o que incluso no ataque el cobre. De estar a mas de 50ºC el ácido puede entrar en hervor provocando que moléculas de cloruro se desprendan del compuesto. De ser respiradas pueden causar fuertes afecciones respiratorias e incluso dejar internado al que lo inhale. El sitio donde se vaya a usar el compuesto deberá estar completamente ventilado, de ser posible con aire forzado constante. Aclaraciones pertinentes: Si el ácido toma contacto con la ropa la mancha es permanente. No se quita con nada. Si entra en contacto con la piel, lavar con abundante agua y jabón. Si entra en contacto con la vista lavar con solución ocular y acudir de inmediato a un servicio de urgencia ocular. De no tratarse adecuadamente una herida por este ácido puede causar ulceraciones en el globo ocular. Ante ingesta concurrir de inmediato a un gastroenterólogo. En ambos casos explicar detalladamente al profesional de que se trata el ácido para que éste pueda actuar como corresponda. 6. Ataque químico: Una vez que el ácido esta en temperatura colocamos la placa de circuito impreso flotando, con la cara de cobre hacia abajo y lo dejamos así durante 15 minutos.

Ahí lo dejamos tranquilo y de no ser estrictamente necesario nos vamos a otra parte para evitar respirar tan feo bao tóxico. Al cabo de los 15 minutos, con un guante de latex, levantamos la placa de circuito impreso y observamos como va todo. Si es necesario sumergir la placa en agua para observar en detalle es posible hacerlo, pero no frotar ni tocar con los dedos el dibujo para evitar dañarlo. Si el cobre que debía irse aún permanece colocar la placa al ácido otros 10 minutos mas y repetir inmersiones de 10 minutos hasta que el circuito impreso quede completo. Si en alguna de las observaciones se nota que una pista corre peligro de cortarse secar cuidadosamente solo en esa zona y aplicar marcador para protegerla de la acción oxidante del ácido. Una forma práctica de ver si el ácido comenzó a "comer" el cobre es iluminando la batea desde arriba con un potente reflector. Si se ve la silueta de las pistas marcada es clara señal de buen funcionamiento. Si se ve todo opaco quiere decir que aún no comenzó el ataque químico. Una vez que el ácido atacó todas las partes no deseadas del cobre sacar de la batea, colocarla en un recipiente lleno de agua, llevarla hasta la pileta de lavar mas próxima y dejarla bajo agua corriente durante 10 minutos. Luego, secar con papel para cocina y quitar el marcador con solvente. De ser necesario pulir suavemente con viruta de acero.

Una vez hecho esto tendremos las pistas ya definidas sobre el impreso. 7. Prueba de continuidad: Con un probador de continuidad verificar que todas las pistas lleguen enteras de una isla a otra. En caso de haber una pista cortada estañarla desde donde se interrumpe hasta el otro lado y colocar sobre ella un fino alambre telefónico. De ser una pista ancha de potencia colocar alambre mas grueso o varios uno junto a otro. Si no se tiene un probador de continuidad una batería de 9V con un zumbador auto-oscilado en serie y un juego de puntas para tester pueden ser se gran ayuda. Colocar todo en serie de manera que, al juntar las puntas, se accione el zumbador. Comprobado el correcto funcionamiento eléctrico de la plaqueta es hora de pasar al perforado. 8. Perforado: Para que los componentes puedan ser soldados se deben hacer orificios en las islas por donde el terminal de componente pasará.

Un taladro de banco es de gran ayuda sobre todo para cuando son varios agujeros. Para los orificios de resistencias comunes, capacitores y semiconductores de baja potencia se debe usar una mecha (broca) de 0.75mm de espesor. Para orificios de bornes o donde se suelden espadines o pines una de 1mm es adecuada. Aquí será de suma utilidad atinarle al orificio central de la isla para que quede la hilera de perforaciones lo mas pareja que sea posible.

Quizás sea necesario comprar un adaptador dado que la mayoría de los taladros de banco tienen un mandril que toma mechas desde 1.5mm en adelante. Y luego vendrá el dolor de cabeza porque centrar el adaptador y el mandril no es tarea simple. Hay que prestar atención a que este bien centrado, porque de no estarlo el agujero saldrá de cualquier forma, si es que sale. 9. Acabado final: Con el mismo bollito de viruta de acero que veníamos trabajando hay que quitar las rebabas de todas las perforaciones para que quede bien lisa la superficie de soldado y la cara de componentes. Luego de esto comprobar por última vez la continuidad eléctrica de las pistas y reparar lo que sea necesario.

Hasta aquí hemos llegado y tenemos ahora si la plaqueta lista para soldarle los componentes. Siempre hay que seguir la regla de oro, montar primero los componentes de menor espesor, comenzando si los hay por los puentes de alambre. Luego le siguen los diodos, resistencias, pequeños capacitores, transistores, pines de conexión y zócalos de circuitos integrados. Siempre es bien visto montar zócalos para los circuitos integrados puesto que luego, cuando sea necesario

reemplazarlos en futuras reparaciones será un simple quitar uno y colocar otro sin siquiera usar soldador. Además, el desoldar y soldar una plaqueta hace que la pista vaya perdiendo adherencia al plástico y al cabo de varias reparaciones la isla sede al igual que las pistas que de ella salen.

En la foto se observan puentes de alambre, resistencias, capacitores, zócalos para circuitos integrados, algunos diodos LED y un cristal.

Fabricación de circuitos impresos por José Manuel García.

Indice. 1.

1. Introducción.

1.

2. Materiales.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Preparación de la placa. Preparación del fotolito. La insoladora. Productos químicos. Fotograbado. Mecanizado. Soldadura de los componentes.

Introducción. Aunque fabricar una placa de circuito impreso pueda parecer una cuestión baladí para quien haya hecho unas cuantas, para el novato puede ser fuente de enormes quebraderos de cabeza que, en muchos casos, terminan por desilusionarlo. Dar el salto desde el montaje de kits prefabricados, puerta de entrada a la Electrónica para mucha gente, puede ser muy gratificante por la posibilidad de crear diseños propios, pero será decepcionante si no se domina el proceso técnico que permita llevar a la práctica lo que se ha diseñado. Este artículo no pretende ser la biblia de la fabricación de circuitos impresos, sino una descripción de la forma en que yo lo hago, con materiales baratos y fáciles de encontrar, y con resultados comprobados.

Trataré también de incidir en los fallos que habitualmente pueden dar al traste con un diseño, para que quien lea estas líneas no tenga que tropezar en las mismas piedras que yo. De cualquier forma, estoy abierto a sugerencias. Para ello y para consultar cualquier aspecto que no está claro, pongo a vuestra disposición mi dirección de email. Partiremos de la base de que el circuito ya ha sido diseñado, es decir, sólo trataremos de cómo pasar de un diseño en papel o soporte informático a un circuito terminado.

Materiales. Los materiales que voy a describir se entienden como los estrictamente necesarios para llevar a buen término la fabricación de un circuito. Evidentemente existen materiales mucho más sofisticados destinados a la fabricación profesional, pero su coste no queda justificado para la fabricación de un prototipo. En cada caso pondré un precio orientativo, basado en el precio al que yo lo compro. Entre los materiales, algunos son fungibles o de un solo uso, es decir que se gastan cada vez que se hace un circuito, y otros son fijos, es decir que servirán para muchos circuitos. Estos últimos suponen una inversión inicial que se irá amortizando poco a poco, conforme vayamos haciendo más circuitos. Por ellos empezaremos: - Soldador: Se va a utilizar mucho, por lo que debería ser de buena calidad. Para la mayoría de los casos interesa que sea de potencia media, entre 20W y 30W, del tipo de lápiz (los de pistola no sirven para esto), a ser posible con la carcasa conectada a tierra, con punta de aleación de larga duración mejor que de cobre, de unos 2mm de grosor (en la punta). Yo utilizo y recomiendo el JBC 30-S, que cuesta unas 2.000 pesetas. - Taladro miniatura: Se pueden encontrar con gran variedad de precios en tiendas de material para modelismo o bricolaje. La única característica que yo considero imprescindible es que el mandril (porta brocas) sea de buena calidad y garantice el correcto centrado de las brocas. Algunos modelos baratos llevan un mandril parecido un portaminas cuyos resultados son muy malos. Mucho mejor si es como el de un taladro grande pero en miniatura, es decir, con 3 garras que se cierran sobre la broca en paralelo. Debe incluir un adaptador a la tensión de red. Marcas

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fiables, entre otras, son Dremel o Proxxon. Yo utilizo este último, y su precio ronda las 10.000 pesetas. Brocas: Imprescindibles las de 0.7mm, que sirven para la mayoría de componentes, y varias de otros tamaños para ciertos componentes de patas más gruesas, entre 0.9mm y 2mm. Su precio es de unas 150 pesetas por broca, y habrá que substituirlas cuando pierdan filo o se partan. Las brocas poco afiladas se descentran con facilidad y producen agujeros con una rebaba muy acusada. Sierra: Para cortar la placa virgen (es más barato comprar piezas grandes e ir cortando trozos según necesidades). Sirve una simple segueta de marquetería (500 pesetas), pero yo utilizo una sierra de calar montada invertida sobre un banco, con una hoja para metales. Los precios son muy variables, pero una sierra de calar normalita, junto con la sujeción para montarla invertida, puede rondar las 10.000 pesetas. Insoladora: Las venden a precios desorbitados en diferentes tamaños, pero se la puede fabricar uno mismo con cuatro maderas y una lámina de metacrilato o plexiglás, y montarle varios tubos fluorescentes con sus correspondientes balastos y cebadores. Yo adapté una maleta vieja y en total me costó menos de 10.000 pesetas. Se puede prescindir de la insoladora e insolar los circuitos con la luz del sol, pero de esta forma no podremos fijar el tiempo de exposición, puesto que dependerá de la fuerza con que ilumine el sol ese día y a esa hora. Por otro lado se pueden utilizar tubos fluorescentes normales de luz día en lugar de los de rayos ultravioleta, aunque el tiempo de exposición se incrementará notablemente. Dos placas de vidrio de 3mm o 5mm de grosor: Servirán para aprisionar el fotolito y la placa de circuito impreso durante su insolación. Su tamaño debería ser el del mayor circuito que se piense fabricar, pero que quepa en la insoladora. En la práctica, es raro fabricar placas más allá del tamaño cuartilla o A5 (21cm x 15cm). Es conveniente encargarlos con los filos matados o biselados para evitar cortes. Se pueden comprar en cualquier cristalería por menos de 1.000 pesetas. 4 pinzas sujeta-papeles pequeñas. Salen por unas 50 pesetas cada una. Cubeta para atacado: Yo recomiendo una fiambrera de plástico (mucho más barata que una cubeta de laboratorio) cuadrada ó rectangular de unos 8cm de fondo y de aproximadamente 15cm x 21cm (tamaño cuartilla). Su precio rondará las 300 pesetas. Cubeta de revelado: Recomiendo una fiambrera, del mismo

tamaño que la usada para atacado pero con más fondo, unos 15cm, para que le quepa sin dificultad un litro de agua. - Jarra para medida de líquidos: Sirve una de cocina, de las que llevan una graduación para líquidos, al menos de 100 en 100 ml. Se encuentran en los “todo a 100” por 300 pesetas. En cuanto a materiales fungibles, tenemos los siguientes: - Placa fotosensibilizada positiva: Es una placa normal, de fibra de vidrio, que sobre la cara o caras de cobre trae una capa de barniz fotosensible positivo, es decir, que las partes eliminadas serán las expuestas a la luz. Viene con una lámina de plástico adhesivo que la protege de la luz durante su manipulación y cortado. Su precio es algo mayor que si aplicamos nosotros mismos una laca fotosensible, pero es más cómodo, y los resultados obtenidos mucho mejores y más predecibles, ya que la capa de barniz es totalmente uniforme y sin imperfecciones. Una vez que se conoce el tiempo de exposición para una determinada marca y una determinada insoladora, éste será siempre el mismo. Yo recomiendo la de marca Covenco de tipo KP. Su precio anda por las 1.500 pesetas la de simple cara y 2.000 pesetas la de doble cara, para piezas de 20cm x 30cm de fibra de vidrio. - Material de soporte para realizar los fotolitos: si el fotolito está impreso en papel habrá que fotocopiarlo sobre transparencia. Si está en soporte informático, lo mejor es imprimirlo directamente sobre una transparencia especial para el tipo de impresora que tengamos. En general, se obtienen mejores resultados con impresoras de inyección que con láser. Las transparencias para inyección de tinta salen aproximadamente a 100 pesetas (2.000 pesetas el paquete de 20). - Aguafuerte: La utilizaremos para atacar la placa, ya que reacciona con el cobre destruyéndolo. Se vende en droguerías y grandes superficies en botellas de 1 litro, con este nombre o como Salfumant. También se encuentra en garrafas de 5 litros como “reductor del pH”. En definitiva es ácido clorhídrico en una concentración entre el 22% y el 25%. Su precio es de unas 150 pesetas por litro, y utilizaremos, por ejemplo, 100ml para atacar una placa de 10cm x 15cm, así que sale bastante barato. - Agua oxigenada: La utilizaremos para activar el aguafuerte en el atacado. Se puede comprar en droguerías, grandes superficies y farmacias (más cara). Se trata de peróxido de hidrógeno de 10 volúmenes y se encuentra en botes de 250ml, 500ml ó 1000ml, pero no es conveniente comprarlo en botes grandes, porque

pierde actividad al contacto con el aire, así que si dejamos un restillo en una botella de un litro unos días, se convertirá en agua. Los botes de un cuarto de litro cuestan unas 75 pesetas, es decir, 300 pesetas por litro. Se utilizará en la misma proporción que el aguafuerte, así que también sale barato. - Sosa cáustica: La venden en droguerías en forma de escamas o en polvo. Suele venir en bolsas de 250g ó 1Kg. Cuesta unas 400 pesetas por kilogramo y en cada placa se gastan sólo 12g, así que con 1Kg hay para toda la vida. - Guantes de goma, de un solo uso. El paquete de 10 cuesta 200 pesetas y sirven para más de un uso. Atentos porque hay de 3 medidas, así que buscad los adecuados. - Estaño para soldar: Es en realidad una mezcla de estaño, plata, plomo y mercurio en distintas proporciones, y suele llevar añadida una resina detergente para que a la vez que se suelda se limpien las zonas soldadas, de forma que se adhiera mejor. Viene en bobinas de distintos pesos, desde 100g a 1Kg, y para electrónica es recomendable que sea de buena calidad y fino, de 1mm de diámetro. Cuesta unas 2.500 pesetas por kilogramo, pero con un rollo de 500g tienes para muchísimos circuitos. Hasta aquí lo estrictamente necesario para fabricar circuitos impresos por fotograbado, pero existen otros elementos muy recomendables y casi necesarios para cualquier aficionado a la electrónica: - Laca protectora, especial para circuitos impresos. Viene en spray y se aplica al circuito acabado por la cara de cobre, protegiéndolo de oxidaciones y ralladuras. Se va con el calor del soldador, por lo que permite resoldar y hacer reparaciones posteriores. Yo he utilizado varias, pero recomiendo la Plastik 70 de Kontakt Chemie por su resistencia y secado rápido. Su precio es de 800 pesetas pero da para muchos circuitos. - Polímetro digital: Muy útil para comprobar que las pistas del circuito no tengan cortes ni cortocircuitos. Además es necesario para el ajuste de muchos circuitos y para verificar componentes dudosos. Cualquiera de calidad media, con medida de resistencia y tensión alterna y continua es válido. Si dispone de zumbador para la medida de continuidad, mucho mejor. Por encima de 5.000 pesetas se puede encontrar un buen aparato. - Tenazas y alicates pequeños para conformar y cortar el sobrante de las patas de los componentes. No los compréis en tiendas de Electrónica, son mucho más baratos en ferreterías, pero siempre

de buena calidad, aunque cuesten algo más caros. Los de las ofertas de Continente al final los tienes que tirar y comprar unos buenos. - Destornillador de ajustador: son de plástico y sólo tienen la pala metálica, y sirven para ajustar potenciómetros y bobinas. Un juego de tres puede salir por 500 pesetas.

Preparación de la placa. Como ya he comentado, se puede comprar placa virgen sin fotosensibilizar y aplicar uno mismo una laca fotosensible, pero este sistema no produce buenos resultados. Yo lo he intentado y no fui capaz de conseguir una capa uniforme, de poco grosor y sin burbujas ni impurezas, como sería deseable. De cualquier forma y puesto que es un método que no domino, no puedo recomendarlo ni explicar su uso. La placa que venden con el barniz fotosensible ya aplicado trae protegida la cara o caras sensibles, por una lámina de plástico opaco, ya que la luz ambiente, con el tiempo, ataca dicho barniz fotosensible. Al comprarla, es importante fijarse en que ese plástico protector no tenga desgarros u otras imperfecciones que hayan dejado al descubierto el barniz, ya que estas zonas habrán quedado veladas. Si tenemos una placa con alguna imperfección, habrá que utilizarla de forma que dicha imperfección quede en una zona del circuito en la que no haya pistas, o simplemente no utilizar esa zona. De cualquier forma, la placa Covenco KP, que yo he recomendado (figura 1), trae una lámina de protección bastante eficaz y, salvo que haya sido maltratada, no suele traer imperfecciones.

Figura 1 El plástico protector no se retirará hasta el momento de insolar, así que toda la manipulación se hará con él puesto. Cuando cortemos un trozo de una placa mayor, se hará siempre de forma que la cara que apoye sobre la mesa sea la menos frágil, es decir la que no es fotosensible (figura 2). Si es de doble cara, recomiendo añadir una protección adicional a una de las caras, por ejemplo pegando sobre ella tiras de cinta de pintor gruesa hasta cubrir toda su superficie, y utilizar esta cara para apoyar la placa sobre la mesa. Si la placa es de simple cara, intentaremos orientar los dientes de la sierra de forma que no levanten el barniz (los dientes de sierra suelen tener una forma tal que sólo cortan en un sentido). Si es de doble cara, hay que procurar cortar poco a poco, con una sierra de dientes finos, para no dañar el barniz. Si el corte se hace con sierra de calar, se pueden utilizar hojas de cortar metales, que tienen dientes pequeños, a ser posible a poca velocidad, para evitar que la placa se caliente, ya que un calor excesivo estropea el barniz fotosensible y la capa protectora.

Figura 2 Para tener una guía, trazaremos las líneas de corte con un rotulador sobre el plástico protector. Si la placa final va a tener una forma irregular, por ejemplo con las esquinas biseladas o con un gran agujero interior para un altavoz, haremos sólo los cortes regulares, de forma que la placa quede cuadrada o rectangular, y dejaremos el resto de cortes para cuando la placa esté terminada. Si algunas pistas del trazado quedan muy cerca o en contacto con el borde de la placa (a menos de 1mm), es conveniente cortar la placa un poco más grande y eliminar el sobrante cuando esté terminada. Con frecuencia, las placas que venden tienen imperfecciones en las zonas cercanas a los bordes (unos 5mm), así que es mejor eliminar esta parte. Una vez que tenemos la placa cortada, hay que eliminar las rebabas e imperfecciones producidas durante el corte. Para ello pondremos un pliego

de lija de grano medio-fino sobre una superficie plana, por ejemplo el suelo. Primero se pasará la placa por todos sus bordes, formando ángulo recto con la lija, y moviéndola en la dirección longitudinal de la placa y en los dos sentidos, como se indica en la figura 3-A. Luego se trata de hacer un pequeño bisel en cada borde respecto a las dos caras para eliminar las rebabas, para lo cual se pasará la placa con una inclinación de unos 45º sobre la lija, moviéndola en la dirección transversal de la placa y en un solo sentido, para no levantar el barniz, como indica la figura 3-B. Esto se hará por las dos caras, tengan o no barniz fotosensible. En las fotos de las figuras 4 y 5 quizás se aprecie mejor la forma correcta de hacerlo.

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Preparación del fotolito. El fotolito es una lámina de papel o acetato (transparencia) en el que está impreso el trazado de pistas que queremos transportar a la placa de circuito impreso. Como utilizaremos placa fotosensible positiva, la impresión en la placa será una copia exacta del fotolito. La finalidad del fotolito es permitir que la luz ultravioleta incida sobre las zonas que queremos eliminar pero no sobre las que queremos conservar. Por tanto, lo ideal sería que fuera totalmente transparente a los rayos ultravioleta en las zonas claras y totalmente opaco en las zonas obscuras. Poder acercarnos a este comportamiento ideal depende en gran medida de los materiales y técnicas utilizadas. En cuanto a lo que hay impreso en el fotolito, además del trazado que forma el circuito es conveniente que haya algún texto, no sólo para poder identificar el fotolito o la placa, sino para saber por qué cara estamos viendo el fotolito, ya que si lo ponemos por la cara que no es, obtendremos una imagen especular de la original. Además, debe haber algún tipo de marcas que permitan centrar bien la placa sobre el fotolito en condiciones de poca luz, que es como habrá que hacerlo. Yo añado un par de recuadros concéntricos separados unos milímetros que enmarcan el trazado, de forma que pueda centrar la placa en ese marco. El trazado sobre el papel o sobre una transparencia debe ser una imagen especular de lo que queremos que quede impreso en la placa, porque durante la insolación es la cara impresa del fotolito la que quedará en contacto con la placa, para evitar que la luz incida en zonas que no queremos por difusión a través de la transparencia. Por eso el texto escrito en el fotolito está siempre invertido, para que luego al transferirse a la placa quede correctamente. Aunque existen productos que incrementan la transparencia del papel blanco para poder utilizarlo como base del fotolito, sus resultados no son muy buenos y su utilización es bastante engorrosa, porque deterioran algunas tintas, deforman ligeramente el papel y no eliminan algunas irregularidades de éste, así que yo utilizo siempre transparencias como soporte. Existen transparencias específicas para cada método de impresión. Comentaré los tres tipos más utilizados, para trazado a mano con estilógrafo (Rotring), para impresión láser o fotocopia (son las mismas), y para impresión por inyección de tinta. Las transparencias para estilógrafo se encuentran en papelerías técnicas a unas 30 pesetas por lámina de tamaño A4. Si se tiene práctica en

el uso de los estilógrafos se consiguen resultados muy buenos. Se puede combinar el trazado a tinta con elementos transferibles, como pistas, pads etc. Este método es muy laborioso y el fotolito conseguido es enormemente frágil, ya que la tinta y los adhesivos se rayan con gran facilidad. Sin embargo el contraste conseguido es muy bueno, porque tanto la tinta china como los adhesivos son de una opacidad casi absoluta, y puede ser un buen sistema para circuitos muy simples. El segundo método es válido cuando se dispone del trazado en papel y se pretende convertirlo en transparencia. El sistema es tan simple (o tan complejo) como fotocopiar el trazado sobre transparencia especial para copiadora. Hay sin embargo varios problemas relacionados con este método. En primer lugar la opacidad del trazado no suele ser muy buena, sobre todo para grandes zonas obscuras, en las que suele quedar una región interior con muy poco tonner (tinta de las fotocopiadoras e impresoras láser). Otro problema es que si la copiadora no es de gran calidad, suele aparecer un leve obscurecimiento de las zonas transparentes, lo que reduce el contraste. Pero el problema mayor quizás sea la deformación que introducen la mayoría de copiadoras debida a imperfecciones en el sistema óptico. De todas formas es el único método válido si el trazado está en papel y no se dispone de scanner. En caso contrario, lo mejor es escanearlo e imprimirlo como se explica más adelante. Aún en el caso de que el scanner sea tan malo que deforme el trazado (poco habitual incluso en los peores scanners de sobremesa), siempre se puede retocar el tamaño y aumentar el contraste con Photoshop o programas similares. Para mí lo ideal es disponer del trazado en soporte informático. Una precaución importante es verificar que el tamaño al que se imprime es el correcto, ya que determinados formatos como el GIF o el BMP no almacenan información de tamaño, así que habrá que editarlos con Photoshop (o similar) y guardarlos en un formato que sí lo haga. Yo utilizo y recomiendo el formato TIF por su enorme calidad y un tamaño no demasiado grande (permite compresión LZW). Además es un estándar reconocido por la mayoría de programas, con lo cual es exportable. De todas formas, cualquier formato que conserve el tamaño original es válido. Si se puede editar el fichero, es conveniente convertirlo a blanco y negro, para asegurarnos que el fondo es totalmente blanco y no gris claro. Una vez que tenemos el fichero preparado, sólo tenemos que abrirlo con un programa que recupere su tamaño original para imprimirlo. Yo utilizo Adobe Photoshop, pero el propio Kodak Imaging que viene entre los accesorios de Windows 98 sirve también. Si se utilizan otros programas habrá que verificar que impriman al tamaño correcto. Por ejemplo,

ACDSee no lo hace. Se puede imprimir con láser, pero los mejores resultados se obtienen con inyección de tinta, configurando la impresora para papel fotográfico y aumentando el nivel de tinta o la intensidad del negro al máximo. La impresión en láser adolece de algunos de los fallos de las fotocopiadoras en cuanto a contraste y saturación. En cada caso habrá que utilizar transparencias adecuadas al tipo de impresora. Yo he conseguido los mejores resultados con una impresora de inyección (en concreto una HP Desk Jet 930C) utilizando transparencias Epson, que salen a unas 100 pesetas por formato A4 (2.000 pesetas una caja de 20). Éstas tienen un granulado finísimo y una adherencia muy buena, pero se pueden usar otras marcas con resultados parecidos. Las que menos me gustan son las Apli, pues su granulado es muy grueso. Las transparencias para inyección de tinta tardan bastante en secar completamente, (recomiendo dejarlas secar en un sitio limpio durante 24 horas), así que es conveniente prepararlas antes de empezar a cortar la placa y demás, para que a la hora de insolar estén secas. Una vez terminado, se recorta dejando que sobre un poco de transparencia, para poder manejarlo sin tocar la zona del trazado con los dedos. En la figura 6 se puede ver un fotolito acabado.

Figura 6 Los fotolitos se pueden utilizar tantas veces como se quiera si se tratan con mimo para que no se rayen. Yo los guardo de uno en uno, entre dos hojas de papel, para que no se deformen ni se ensucien.

La insoladora. Básicamente, una insoladora no es más que una fuente de luz ultravioleta. Para su construcción, normalmente se utilizan tubos fluorescentes especiales, cuya luz es, en su mayor parte, ultravioleta. Sin embargo, otras fuentes de luz, como el sol, los tubos fluorescentes de luz día (los habituales de uso doméstico) o las lámparas de incandescencia ultravioletas, también emiten cierta cantidad de luz ultravioleta, aunque

tienen inconvenientes que las hacen poco recomendables: las lámparas de incandescencia disipan tanto calor que pueden llegar a estropear el fotolito ó el barniz fotosensible, y obligarían a añadir sistemas de ventilación forzada a la insoladora; la luz del sol es tan variable que hace imposible fijar unos tiempos de exposición fiables, y obliga a trabajar sólo de día y sin nubes; los fluorescentes de luz día se pueden utilizar aunque la proporción de ultravioletas de su espectro luminoso sea pequeña, ya que, aún siendo alto, el tiempo de exposición será siempre el mismo. Se puede comprar una insoladora a un precio muy alto, o construirla como yo hice, por menos de 10.000 pesetas. Teniendo en cuenta que la insoladora servirá para siempre, este precio no es excesivo. No voy a explicar cómo hacer una, sino cómo construí la mía, y daré algunos consejos para quien quiera hacerlo. Como base, hará falta una caja en la que quepan los tubos, los balastos (reactancias) y los cebadores, con tapa (los ultravioletas son perjudiciales, sobre todo para la vista). Yo utilicé una maleta de herramientas vieja que casualmente tenía el largo justo de los tubos de 15W con sus casquillos porta tubos, unos 46cm, pero se puede hacer una caja de madera ex profeso. Los tubos deben estar lo menos separados posible, y todos a la misma altura, de forma que la luz incida por igual en toda la placa. Según esta separación y la mayor superficie que queramos insolar, se calculará el número de tubos necesarios. Yo puse 5 tubos separados 3.5cm (como los tubos tienen un diámetro de 2.6cm, la distancia entre tubo y tubo es de sólo 9mm), con lo que tengo una superficie iluminada de aproximadamente 17cm x 40cm. Se pueden poner más tubos, pero no es habitual fabricar placas mayores. Fijé los casquillos en las paredes laterales con tornillos a una altura tal que una vez colocado el protector de metacrilato quedara desde éste hasta los tubos una distancia de 2cm. Separé esta parte del resto de la caja mediante un tabique de aglomerado en el que dejé unos agujeros en los extremos para pasar los cables, y pinté todo este recinto con esmalte sintético blanco brillante para facilitar la reflexión de la luz. Al otro lado del tabique fijé cinco balastos de 20W y cinco porta-cebadores. En el fondo de la caja fijé un conector de tensión de red (robado a una fuente de alimentación de PC averiada) y un interruptor. Dejé espacio suficiente por si en el futuro quería añadir un temporizador electrónico. Los cinco tubos llevan cableado independiente, cada uno con su balasto y su cebador (el esquema de cómo se conecta suele venir dibujado en el balasto), con cable de alumbrado de 1mm 2 y todos en paralelo al conector de tensión de red pasando por el interruptor.

Los tubos que utilicé son Philips TLD 15W/05 (700 pesetas cada uno), que son de ultravioletas, pero se pueden usar tubos de luz día. Los balastos de 220V y 10W a 22W (300 pesetas cada uno) y los cebadores de tipo FS-11, de 4W a 36W (100 pesetas cada uno). Con casquillos y portacebadores me salió todo por unas 7.000 pesetas y el resultado se puede ver en la figura 7.

Figura 7 Toda esta parte eléctrica va cubierta por una plancha de metacrilato (se puede usar plexiglás transparente) de 5mm de grosor, de 45cm x 32cm, sujeta a las caras anterior y posterior de la caja y al tabique intermedio por tornillos pasantes (cuidado al hacer los agujeros en el metacrilato, porque si se calienta se puede quebrar; lo mejor es hacerlo a muy baja velocidad con un taladro-atornillador). La tapa debe cerrar lo mejor posible para evitar que se escape la luz. En mi caso, como era una maleta, encaja a la perfección. Debe quedar en el interior un hueco de al menos 3cm hasta la plancha de metacrilato, para que quepa luego el circuito con los fotolitos, los cristales y demás, con la tapa cerrada. El interior lo pinte con esmalte negro mate para evitar la reflexión de la luz (importante cuando se hacen placas de doble cara). Es conveniente añadir algún tipo de cierre y un asa para hacer más cómodo su transporte y almacenaje cuando no se usa. La versión más barata de una insoladora podría ser una luminaria de dos tubos fluorescentes con difusor de plástico de las que suelen aparecer de oferta en grandes superficies por 3.000 ó 4.000 pesetas. Trae todo y al no ser ultravioleta no hace falta tapa. Sólo hay que ponerle un cable con un enchufe y colocarla invertida para tener una superficie iluminada aceptablemente. En fin, es una opción.

Productos químicos. Durante el proceso de fotograbado necesitaremos dos líquidos, el revelador y el atacador. Ambos se pueden comprar en tiendas de Electrónica a precios abusivos o fabricarlos uno mismo con un coste bajísimo, sin dificultad alguna y con resultados iguales o mejores que con los productos comerciales. Es IMPORTANTÍSIMO tomar todas las precauciones al trabajar con estos productos. Siempre se almacenarán cerrados, bajo llave y FUERA DEL ALCANCE DE LOS NIÑOS. Si se guardan en frascos no originales, el nombre del producto que contienen y la indicación “PELIGRO-VENENO” deben estar claramente visibles en el envase. De cualquier forma hay que evitar utilizar envases que resulten atractivos para un niño (refrescos, mermelada...). Su manipulación se hará en un lugar no accesible para otras personas ó animales domésticos, usando guantes de goma y, a ser posible, gafas protectoras. En todo momento hay que tener disponible una fuente de agua limpia abundante (un barreño lleno de agua vale). Si se producen salpicaduras en los ojos hay que lavarse INMEDIATAMENTE con agua fría abundante, durante varios minutos. Si se toman estas precauciones no hay peligro alguno (de hecho, todo lo que usaremos son productos de limpieza de uso habitual), pero no hay que dar facilidades a la mala suerte. El revelador es un líquido capaz de disolver muy rápido el barniz fotosensible cuando éste ha sido velado por exposición a la luz, pero muy lentamente si no lo ha sido. Por tanto, al bañar la placa insolada en revelador, el barniz desaparece de las zonas que no quedaron protegidas de la luz por el trazado del fotolito, pero permanecerá en el resto, quedando una copia de barniz idéntica al fotolito. Para fabricar el revelador hace falta sosa cáustica y agua. La sosa se compra en droguerías y viene en escamas o en polvo, en paquetes de 250g a 1Kg. Utilizaremos muy poca en cada ocasión, así que podemos guardar el resto en un bote hermético (el mayor enemigo de la sosa cáustica es la humedad). Utilizaremos en cada ocasión 12g de sosa, así que si no se dispone de una balanza de precisión, necesitamos una cuchara de medida, por ejemplo de las que vienen con las papillas para bebés. Pero antes que nada hay que tarar la cuchara. Para ello, se puede utilizar el siguiente

método tipo McGuiver: se coge una regla de 20cm ó 30cm y se pone en equilibrio sobre un lápiz. En un extremo se ponen 5 monedas de 25 pesetas (cada una pesa 2.4g así que 5 pesan justo 12g). En el otro extremo se pone una cazoleta hecha de papel. Se toma una cucharada de sosa y se va echando poco a poco en la cazoleta (si con una cucharada no es suficiente, se llena otra vez) hasta que la regla vuelva a estar en equilibrio. En este momento, tendremos en la cazoleta 12g de sosa, así que si hemos contado las cucharadas que echamos, ya tenemos tarada la cuchara. En mi caso era una cucharada y media. En sucesivas ocasiones sólo habrá que echar las mismas cucharadas, así que es conveniente apuntar cuantas eran y guardar la cuchara en el mismo bote que la sosa. El revelador se hará disolviendo en un litro de agua 12g de sosa. El agua no debe estar muy fría, porque entonces la sosa no actúa. Debería estar a unos 25ºC. Si no se dispone de termómetro, diré que 25ºC es un poco más caliente que el agua del grifo, aproximadamente el tipo de agua que sólo beberías si te estás muriendo de sed y no hay nada mejor a mano. De cualquier forma la temperatura no es crítica, siempre que esté entre 18ºC y 35ºC. En este agua se echan los 12g de sosa y se remueve de vez en cuando con algo de plástico. Tarda unos 10 ó 15 minutos en disolverse, así que se debe hacer con tiempo, pero pierde actividad al cabo de unas horas, por lo que tampoco es posible guardarlo ya mezclado. El atacador, es un líquido que reacciona con el cobre de las zonas no protegidas hasta hacerlo desaparecer. En las tiendas de componentes se encuentra de dos tipos. El que llaman atacador lento es cloruro férrico, que viene en bolas o terrones para mezclar con agua. Es sucio y lento, nada recomendable. El que venden como atacador rápido está compuesto por dos líquidos, uno es ácido clorhídrico y el otro agua oxigenada, ambos rebajados en una determinada proporción. Este atacador es bueno, pero caro. Yo fabrico mi atacador rápido mezclando aguafuerte (salfumant) y agua oxigenada (ambos para uso doméstico). Se encuentran en droguerías y supermercados. El agua oxigenada es mejor comprarla en botes pequeños, porque va perdiendo efectividad al contacto con el aire. No hace falta mucha cantidad. Por ejemplo, para una placa de 8cm x 15cm pondremos 100ml de aguafuerte y 100ml de agua oxigenada. Hay que mezclarlo en el momento de usarlo, porque en unas horas pierde actividad.

Fotograbado. Si me he alargado un poco en la explicación de cómo preparar los elementos necesarios, es porque de que todo esté bien preparado depende que el resultado final sea bueno. Por fin voy a explicar los pasos que sigo para fabricar una placa de circuito impreso. Quede claro que existen otras formas, pero esta es la que yo utilizo y los resultados son realmente buenos. Una vez preparada la placa fotosensibilizada virgen y el fotolito, recopilo los materiales que voy a utilizar: un trapo limpio y seco (para limpiar el polvo de la placa), un trapo viejo (para secar), unas pinzas de plástico, las dos cubetas para el atacador y el revelador, un barreño lleno de agua, unos guantes de goma, la jarra para medir líquidos, la sosa cáustica, el aguafuerte, el agua oxigenada, los dos vidrios para sujetar el fotolito a la placa y unas pinzas para presionar el conjunto (yo utilizo pinzas sujetapapeles, pero se pueden usar de las de tender la ropa). Pongo la insoladora en una mesita y la conecto a la red (apagada).

Figura 8

Figura 9

Me quito el reloj (el ácido clorhídrico ataca los metales), me pongo una bata y los guantes de goma. Preparo el revelador, vertiendo un litro de agua tibia y 12g de sosa cáustica en la cubeta con más fondo. Con unas pinzas de plástico lo remuevo de vez en cuando hasta que está completamente disuelta (cada vez que remuevo con las pinzas, las enjuago en el barreño). Preparo el atacador echando 100ml de aguafuerte y 100ml de agua oxigenada en la otra cubeta. Si la placa es muy grande o es de doble cara preparo el doble de atacador (200ml de aguafuerte y 200ml de agua oxigenada). Preparo una luz suave pero que permite ver con claridad,

concretamente una lámpara de mesa mirando hacia la pared cuando es de noche y unas rajitas en la persiana cuando es de día (no hace falta obscuridad total, ni lámpara roja de laboratorio ni nada parecido). Me enjuago las manos y me seco, sin quitarme los guantes. Con la habitación a media luz pongo uno de los vidrios en una mesa y sobre él el fotolito (figura 10), con la cara impresa mirando hacia arriba (los rótulos se verán invertidos). Retiro el plástico protector de la placa y le paso con suavidad un trapo seco para quitar los restos de aserrín y polvo que hayan quedado. Pongo la placa sobre el fotolito, con la cara fotosensible en contacto con la cara impresa del fotolito. Lo cuadro bien, usando como referencia las líneas auxiliares que añadí al trazado. Si la placa es de simple cara, coloco encima el otro vidrio, con cuidado de no desplazar la placa sobre el fotolito. Si la placa es de doble cara, antes de poner este segundo vidrio, pongo el fotolito correspondiente a la segunda cara, con la parte impresa hacia abajo (los rótulos aparecen sin invertir) y teniendo cuidado de que su orientación coincida con la del otro fotolito (normalmente pongo una marca en una esquina que debe coincidir en ambos fotolitos). Con ayuda de las líneas auxiliares lo centro perfectamente respecto a la placa, con cuidado de no desplazarla respecto al primer fotolito y pongo el segundo vidrio (figura 11). Sujeto el sandwich formado por los vidrios, la placa y el fotolito (o los fotolitos) con cuatro pinzas sujeta-papeles y lo coloco en la insoladora.

Figura 10

Figura 11

Cierro la insoladora y la enciendo durante 5 minutos (figura 12). Si la placa es de doble cara, le doy la vuelta al sandwich y enciendo otros 5 minutos. Estos tiempos son válidos para mi insoladora, y los obtuve haciendo pruebas, pero variarán para cada insoladora, así que en cada caso habrá que encontrar el tiempo característico para el equipo concreto del que se dispone. Una vez averiguado, es bueno apuntarlo para la próxima vez. De cualquier forma, si el fotolito es bueno, es decir que las partes oscuras son opacas, es mejor sobreexponer un poco la placa que quedarse corto.

Figura 12 Ahora desarmo el sandwich con cuidado de no rayar el barniz ni los fotolitos y meto la placa en el revelador. Agitándola suavemente, al poco tiempo (entre 30 y 60 segundos) el barniz fotosensible de las zonas insoladas se pone oscuro y empieza a desprenderse rápidamente. Cuando deja de desprenderse barniz (atentos porque si se deja pasar demasiado tiempo empezará a disolverse el barniz de las zonas que queremos conservar), saco la placa del revelador y la lavo agitándola suavemente en el barreño de agua limpia. Yo recomiendo hacer todo esto con las manos (con guantes, por supuesto), sujetando la placa por una esquina o una zona no utilizada para el trazado, porque todo ocurre bastante rápido y con las pinzas puede no dar tiempo a sacar la placa del revelador. Además el barniz es bastante frágil, y las pinzas, aún siendo de plástico lo pueden rayar. A continuación vamos a atacar la placa. Si es de simple cara, bastará con echarla en la cubeta de atacador, con la cara de cobre hacia arriba y agitar la cubeta suavemente para producir una especie de ola que poco a poco se va llevando el cobre de las zonas que han quedado libres de barniz. Si la insolación y el revelado se hicieron bien, el atacador tomará un color verdoso, el trazado del circuito aparecerá de color dorado y el resto de la cara de cobre de un tono rosa oscuro (figura 13). Cuando ha desaparecido todo el cobre de estas zonas, se lava la placa en el barreño. La reacción entre el atacador y el cobre desprende gases que en proporciones muy altas pueden ser peligrosos (en su mayor parte es hidrógeno, muy inflamable, ya que la reacción de ácido clorhídrico con cobre produce cloruro cúprico, que le da el color verde al atacador, e hidrógeno, que se desprende en forma gaseosa). Con placas pequeñas la cantidad desprendida no tiene importancia, pero el atacado de placas muy grandes se debe hacer en un lugar aireado para evitar riesgos.

Figura 13 Si la placa es de doble cara, este método puede hacer que el barniz de la cara que queda debajo se raye, o que esa cara no sea atacada convenientemente. Para evitarlo, antes de meter la placa en el atacador, preparo cuatro separadores. Para hacer un separador, corto un trocito de macarrón de plástico flexible de 1cm de diámetro y 1cm de largo y le hago un corte longitudinal con un cutter, de forma que su sección tenga la forma de una letra “C” cerrada. Forzando esa C a que se abra, la coloco sujetando la placa por una esquina o una zona no utilizada para el trazado. De la misma forma pongo las otras tres, que actuarán como separadores (figura 14) para que la cara inferior de la placa no roce en el fondo de la cubeta y el atacador pueda fluir por debajo. Ahora echo la placa en la cubeta de atacador y actúo igual que para las placas de simple cara. Cuando en la cara superior ya se ha eliminado el cobre de las zonas libres de barniz, le doy la vuelta. Si en la otra cara todavía queda cobre, sigo agitando hasta que se elimina. Luego la lavo en el barreño.

Figura 14 Ahora hay que eliminar el barniz fotosensible que ha quedado en la placa. He visto varios métodos recomendados en distintas publicaciones, desde lavarla con estropajo y detergente en polvo tipo Vim hasta eliminarlo con acetona, pero a mí se me ocurrió otro método más simple y menos agresivo (quizás haya más gente que lo use pero no he leído nada al respecto). Seco la placa y la pongo sin fotolito ni vidrios ni nada en la

insoladora por 5 minutos. Luego la pongo otros 5 minutos por el otro lado, incluso si es de simple cara (por su proceso de fabricación, la mayoría de las placas llevan barniz fotosensible por las dos caras, aunque sólo tengan una cara de cobre). Luego la meto unos minutos en el revelador que había quedado y se elimina todo el barniz, ya que todo él ha estado expuesto a la luz ultravioleta. Además, la placa queda totalmente limpia por el efecto detergente de la sosa. Sólo queda lavarla con agua y secarla para tener el circuito impreso (figura 15).

Figura 15 Por último, con un polímetro compruebo que las pistas conducen en todas sus ramas, y que no hay cortocircuitos entre pistas cercanas. Habitualmente, si los pasos anteriores se han hecho bien, la comprobación no detecta ningún error, pero si los hubiera, se pueden reparar cortando con un cutter los cortocircuitos o puenteando alguna pista defectuosa con un hilo de cobre. Si los fallos son muchos, es mejor rehacer la placa, ahora que aún no hemos llevado a cabo la parte más laboriosa. Es normal que las primeras placas que se fabrican no salgan demasiado bien por distintos motivos. En general la causa está en el desconocimiento inicial del equipo utilizado. A continuación expongo los fallos más comunes y sus posibles causas: Fallo: Al poner la placa en revelador no se ve obscurecerse ni desprenderse el barniz fotosensible en ninguna zona.

Causa: La placa no ha sido correctamente insolada o revelada. Hay que asegurarse de que la insoladora funciona, que hemos expuesto la cara fotosensible y que el revelador tenga la adecuada proporción de sosa y no esté demasiado frío. Si todo

Fallo:

Causa: eso está bien, elevar el tiempo de exposición. Al poner la placa en No se ha revelado la placa por las mismas atacador, toda la superficie causas que en el caso anterior. de cobre queda de color dorado. Al poner la placa en La placa se ha velado por revelador se obscurece y se sobreexposición, ha estado demasiado desprende todo el barniz tiempo en revelador o éste tiene una fotosensible. temperatura o una concentración de sosa excesivas. También puede ocurrir si la placa ha estado mal almacenada (una luz muy tenue durante varios meses puede velarla). Otra causa puede ser que las zonas oscuras del fotolito no sean suficientemente opacas. Al poner la placa en La placa se ha velado por las mismas atacador, todo el cobre toma causas que en el caso anterior. un color rosa oscuro. Al atacar la placa, el trazado La placa ha estado poco tiempo de pistas aparece más insolándose o en revelador, o la grueso que en el fotolito y temperatura o la concentración de éste no se elimina el cobre de son demasiado bajas. algunas zonas. Al atacar la placa, el trazado El atacador ha perdido actividad ó hace de pistas aparece bien falta más atacador. Normalmente es definido en color dorado y suficiente con añadir agua oxigenada el resto toma un color rosa nueva oscuro, pero no se elimina el cobre de algunas zonas. Al atacar la placa, el trazado La placa ha estado demasiado tiempo en de pistas aparece más fino la insoladora o en el revelador, o éste que en el original o con estaba demasiado caliente o demasiado algunas zonas perdidas. concentrado. Puede que la cara impresa del fotolito no estuviera totalmente pegada a la cara fotosensible de la plcaca. La placa ha salido bien en El fotolito no estaba suficientemente una zona y mal en otra. presionado contra la placa o la insoladora no distribuye bien la luz. Puede que la placa haya estado mal almacenada y se

Fallo:

Causa: haya velado parcialmente. En las zonas cercanas a los No se eliminaron correctamente las bordes de la placa, el rebabas producidas durante el corte de la trazado está deformado. placa. El trazado aparece invertido Fallo en la orientación del fotolito. o no coincide con el de la otra cara.

Mecanizado. El primer paso es cortar las partes sobrantes de la placa si las hubiera. Ahora resulta mucho más fácil cortar la placa, ya que el cobre ha sido eliminado, y además no hay que andar cuidando de que el barniz fotosensible no se estropee. A continuación ponemos la placa con la cara de cobre hacia arriba sobre un tablero de madera, y la sujetamos con unas chinchetas, sin traspasar la placa, poniendo las chinchetas en los bordes para que sujeten la placa con la cabeza (ver figura 17). Como ya se dijo, será casi necesario disponer de una taladradora miniatura (figura 16). En caso contrario, si tenemos que hacer los taladros con una taladradora más grande, habrá que someterse a las limitaciones que ésta impone en cuanto a precisión y tamaño mínimo de las brocas que admite a la hora de diseñar el circuito. Existen unas brocas cuya parte final está rectificada, de forma que el diámetro de taladrado es inferior al del vástago, lo que permite utilizarlas con taladradoras más grandes y, aunque son algo caras, puede ser una solución si no se quiere adquirir una taladradora miniatura.

Figura 16

Con la ayuda de un punzón afilado marcamos el cobre levemente en el lugar donde habrá que hacer todos y cada uno de los taladros (normalmente el centro de cada pad o bahía del trazado) como se indica en la figura 17. No es necesario ni conveniente apretar demasiado, porque corremos el riesgo de desprender el trozo de cobre. Lo mismo puede ocurrir si las marcas se hacen con un puntero y un martillo (método recomendado por otra gente). Estas pequeñas hendiduras nos van a permitir hacer luego los taladros con precisión, sin que la broca baile. Si se dispone de una columna de taladrado miniatura, no hará falta tomar tantas precauciones, pero en caso contrario es casi imprescindible. Hacer los taladros en su sitio exacto no es sólo una cuestión estética; por ejemplo, un zócalo forzado puede dar lugar a falsos contactos que son muy difíciles de localizar y corregir.

Figura 17 Con la broca de 0.7mm montada en la taladradora, se hacen todos los agujeros (aunque su diámetro deba ser mayor), aprovechando las hendiduras que habíamos practicado para no desviarnos (figura 18). Ahora, con brocas de distintos grosores agrandamos los agujeros destinados a patillas más gruesas. Los agujeros alargados se pueden hacer practicando varios taladros en línea y utilizando luego la broca a modo de fresadora para unirlos.

Figura 18 Cuando la placa es de simple cara y la broca está muy afilada, los agujeros quedan perfectos, sin rebabas de cobre. En otro caso, aparecen rebabas alrededor de los agujeros. Ningún método es perfecto para eliminarlas, pues todos tienen inconvenientes. Yo personalmente no suelo eliminar las rebabas, ya que quedarán ocultas por el estaño al soldar sobre ellas, pero a veces se hace totalmente necesario, por ejemplo cuando un componente apoya sobre la placa de tal manera que una rebaba haría que quedara cojo. En estos casos utilizo un trozo de lija muy fina, (lija al agua para acabados, pero usada sin agua), y la muevo en círculos irregulares sin apretar demasiado. Hay que tener cuidado de no lijar tanto que se corte alguna pista, pero no es complicado. Una vez lijado, con una brochita seca se pueden eliminar las limaduras que hayan quedado. Antes de pasar a la soldadura de los componentes, pruebo que todos aquellos que tengan patas distintas de lo normal entren bien en sus agujeros, haciendo las rectificaciones necesarias. Hacerlo cuando ya tenemos unos cuantos componentes soldados es mucho más engorroso.

Soldadura de los componentes. Antes de empezar a soldar es muy conveniente reunir todos los componentes en una cajita. De esta forma, si nos equivocamos al colocar un componente, es más fácil detectarlo. Por ejemplo, si ponemos una resistencia de 22K donde debería ir una de 2K2, al final nos faltará una resistencia de 22K y nos sobrará una de 2K2, con lo que será fácil localizar donde está el fallo. Prepararemos el soldador (figura 19). En general, uno de 25W ó 30W con punta de 2mm sirve para casi todo, pero si vamos a utilizar

componentes de montaje superficial habrá que usar uno de 12W ó 15W con punta de 1mm. Yo recomiendo soldadores con punta de aleación de larga duración, ya que no se deforma con el tiempo. Su mantenimiento consiste únicamente en retirar de vez en cuando los restos de resina y suciedad de la punta y reestañarla. Yo lo hago rozando la punta caliente con la parte roma de un cutter (para no rayarla) por todo su perímetro; luego fundo sobre ella un poco de estaño y sacudo el soldador hacia el suelo para eliminar el exceso de estaño (quedan unas salpicaduras que no se adhieren al suelo). Las puntas de cobre se tratan de una forma parecida, pero de vez en cuando hay que limarlas en frío para que recuperen su forma, ya que la resina del estaño, aunque lentamente, corroe el cobre, de forma que la punta se desgasta y se deforma.

Figura 19 El proceso de soldar un componente consta de tres pasos: insertar el componente, soldar sus patas y cortar la parte sobrante de éstas. Si el mecanizado de la placa se ha hecho bien, no habrá ninguna dificultad en insertar los componentes. Sólo hay que darle forma a las patas para que el componente entre con suavidad y hacer que entren por los agujeros destinados a ellas. Con un poco de práctica esto se hace muy rápido, y con un poco más de práctica se aprende a darles una forma tal que al dar la vuelta a la placa para soldar, el componente no se salga de su sitio. En general los componentes deben entrar a fondo, hasta estar en contacto con la placa, pero hay excepciones: componentes que se calienten mucho (para facilitar su refrigeración se deja un espacio entre ellos y la placa), la mayoría de transistores, reguladores, puentes rectificadores, circuitos integrados sin zócalo, etc. Al insertar los componentes es muy importante ponerlos en la postura que indica el esquema, ya que la mayoría tienen polaridad (de hecho, salvo las resistencias y algunos condensadores, el resto tienen que ir en una postura determinada). Una vez insertado el componente hay que soldarlo. Para ello, ponemos la punta del soldador en diagonal, de forma que haga contacto con la pata y la zona de cobre que hay alrededor, y luego le acercamos el hilo

de estaño, que debe fundirse y distribuirse él solo por todo el pad de cobre. Una soldadura correcta debe tener forma de carpa de circo, en la cúspide de la cual sobresale la pata del componente como se indica en la figura 20-A. Nunca debe dejarse una soldadura con forma abombada o esferoide como la de la figura 20-B, pues puede ser lo que se llama una soldadura fría o falsa soldadura, en la que no hay contacto eléctrico entre la pata y el estaño, porque ha quedado una película de resina que recubre y aisla eléctricamente la pata del estaño. Este error se produce o bien porque la pata no se había calentado lo suficiente, de forma que la resina no se ha volatilizado, o porque se ha puesto demasiado estaño o un estaño de muy mala calidad. Añadiendo estaño nuevo y limpio es fácil retirar el exceso con la punta del soldador. El último paso es cortar el sobrante de la pata, con unas tenacillas, justo por encima de la soldadura.

Figura 20 En cuanto al orden en que se deben colocar los componentes, se puede hacer según dos criterios, atendiendo al tipo de componente, o a la situación de éste. El ponerlos según su situación es casi obligado en circuitos con gran densidad de componentes, ya que si se han puesto todos los que rodean a otro, resultará difícil insertar este último, así que es mejor empezar por un extremo e ir poniendo componentes hasta llegar al otro extremo. Sin embargo, unos componentes son más sensibles que otros al calor y la electricidad estática producidos durante la soldadura de los demás componentes, así que sería lógico dejarlos para el final, para minimizar el riesgo. Siguiendo este método, el orden de colocación más o menos sería el siguiente: primero pasos de cara o vías, puentes, zócalos, test-points, jumpers y conectores (figura 21); después resistencias, condensadores, diodos, puentes rectificadores, cristales y resonadores de cuarzo, bobinas y transistores bipolares (figura 22); por último se pondrían integrados que vayan sin zócalo y transistores MOS. Yo utilizo, como la mayoría de aficionados, una mezcla de los dos métodos en mayor o menor proporción según el circuito, aunque dejar para el final circuitos integrados soldados y

transistores MOS es obligado. Los componentes que van sobre zócalo no se montan hasta que el circuito está totalmente acabado (figura 23).

Figura 21

Figura 22

Por último, es conveniente aplicar a la cara de cobre una laca protectora, para evitar que se dañe o se oxide. Yo pongo cinta de pintor en el borde de la placa, a ras de la superficie, para proteger los componentes (sobre todo los conectores) y rocío la superficie con una capa fina de laca protectora en spray (figura 24).

Figura 23

Figura 24

Departamento de Electrónica Laboratorio de Circuitos Impresos Trabajos que se realizan: 

En el laboratorio se fabrican placas de circuitos impresos como tarea de apoyo a la docencia e investigación en la facultad. Cuando existe capacidad de fabricación sobrante, se realizan también trabajos solicitados por terceros.

Equipamiento: 

El laboratorio cuenta con una microfresadora ProtoMat® 91s de LPKF Laser & Electronics.

Pedido de trabajos: 



El pedido debe hacerse mediante correo dirigido a [email protected] acompañando los archivos electrónicos del layout de la placa, realizado con algún software de diseño (OrCad). Los trabajos son pagos, con el objeto de cubrir el costo de materiales y permitir su reposición. Al efecto, el solicitante recibe un correo en respuesta a su pedido, donde se le indica el monto que debe abonar por



tesorería de la Facultad y el plazo estimado de ejecución del pedido. Una vez confirmado el pago se procede a cumplimentar el trabajo solicitado. A tener en cuenta: o El tamaño máximo de placas es 26 cm x 18 cm. o Materiales utilizados: Placa epoxi (fibra) - Placa pertinax (fenólica). o Tipos de trabajo: Simple faz - Doble faz. o Las placas se entregan pulidas y con una capa protectora de Colofonia. o Las placas se entregan agujereadas segun corresponda. o Se cuenta con la posibilidad de realizar agujeros through hole. Consulte por este tipo de trabajo. o En caso de ser el trabajo un practico para la asignatura "Laboratorio de Microcomputadoras" de la carrera de electrónica, consulte en el departamento por la posibilidad de ser financiado. o Todas las consultas se atienden por la direccion de mail del laboratorio.

Breves instructivos para realizar el diseño de la placa en OrCad: Manual_de_OrCAD_Capture Manual_de_OrCAD_Layout 1-Luego de realizada la placa siguiendo ambos instructivos, ya lo puede mandar a [email protected] para que la placa sea presupuestada. 2-Ambos instructivos fueron descargados del CENTRO DE ESTUDIOS SUPERIORES CNAM DE ZARAGOZA. Agradecemos el material." Nota 1: La máquina (LPKF ProtoMat 9.1s) es una fresadora manejada por control numérico. Como tal, tiene ciertas características que la diferencian de otras técnicas de fabricación de prototipos. Por ejemplo, el corto tiempo de fabricacíón y eliminación de procesos artesanales dependientes de la persona que fabrica el prototipo dentro del laboratorio. Por lo tanto, salvo que haya un error de diseño por parte del cliente, la placa pedida será una copia fiel del prototipo deseado. Es posible realizar calados (cortes externos e internos) de la forma que se desee (tareas dificil con otras técnicas), se pueden realizar pistas de hasta 0.2 mm (mínimo) con una separación minima entre pistas de 0.3 mm. Se cuenta con gran variedad de herramientas de agujereado. A la vez se puede decir que el costo principal de fabricación está en las fresas que se utilizan. Es por esto que el precio fínal será función de la densidad de pistas casi en su totalidad. Esto hace que en el 99% de los casos, se fresen las pistas sin retirar el cobre empobrecido (Ver Fotos). El cobre empobrecido es el cobre restante que queda en la placa luego de ser fresadas las pistas y NO esta conectado a masa (aunque no estaría de más conectarlo). Se debe aclarar que en casi la totalidad de los casos, esto NO BAJA LA CALIDAD DEL PROTOTIPO. Existen casos muy especiales en donde no se puede tener el cobre empobrecido (por lo menos en algunas zonas de la placa por alguna razón, como en la fijacion de disipadores a la placa misma). Para estos casos se dispone de herramientas especiales que desgastan el cobre empobrecido (que aumentan

en cierta medida el precio final). Esto debe ser aclarado al momento de realizar el pedido DE LO CONTRARIO SE REALIZA EL PROCESO DE FABRICACION STANDARD.

Nota 2:

Cuando el cliente pide un presupuesto, éste es reenviado durante las 24 a 48 hs de recibido. El cliente NO PUEDE HACER CAMBIOS EN EL DISEÑO LUEGO DE HABER RECIBIDO EL PRESUPUESTO (si lo hace, se debe pedir un nuevo presupuesto). Esto no es una regla impuesta sin sentido, la simple razón es que el Laboratorio de Circuitos Impresos se basa en los archivos pedidos para presupuestar (y se los deja listos ya que en caso de recibir confirmación se logran minimizar en gran medida los tiempos de entrega). Por lo tanto, si el cliente deseara hacer algun cambio en el diseño luego de pedido de presupuesto, se debe pedir uno nuevo.

PCBs Fabrication Methods

Printed Circuit Board (PCB) is a mechanical assembly consisting of layers of fiberglass sheet laminated with etched copper patterns. It is used to mount electronic parts in a rigid manner suitable for packaging. Also known as a Printed Wiring Board (PWB).

[Project] [Different methods to make PCBs] [Final work] [Bibliography/Reference]

Project [Electric Scheme] [Part List - Bill of Materials] [Choose components from Data Sheets] [Choose Board type and dimension] [Draw the PCB layout] [Draw Fabrication scheme] [Draw Assembly scheme]

Schematic Diagram A schematic diagram must be made available that shows the connection of the parts on the board. Each part on the schematic should have a reference designator that matches the one shown on the Bill of Materials (BOM). Many schematic layout programs will allow automatic generation of the BOM.

Part List - Bill of Materials (BOM) The parts to be mounted on the PCB should be detailed on the parts list. Each part should be identified by a unique reference designator and a part description (i.e. a resistor might be shown as reference designator "R1" with a description of "1/2 Watt Carbon Film resistor"). Any additional information useful to the assembly process can

be included on this list, such as mounting hardware, part spacers, connector shrouds, or any other material not shown in the schematic diagram.

Choose components from Data Sheets Part manufacturers provide data sheets to be used by the circuit designer to select parts for the circuit. If we are to be able to design the PCB, these sheets should also have the physical dimensions of the part included. Normally you could find datasheets from manufacturers web sites. If each part type to be used on the board does not have a data sheet, you should procure a sample part you can measure to define this data yourself. This measurment method is far less accurate than using the part manufacturer's information, especially if there is a large tolerance on the part, but it is better than just guessing.

Choose Board type and dimension [Material] [Layers]

A functional PCB is not a finished product. It will always require connections to the outside world to get power, exchange information, or display results. It will need to fit into a case or slide into a rack to perform it's function. There may be areas that will require height restrictions on the board (such as a battery holder molded into the case or rails in a rack the board is supposed to slide into). Tooling holes and keep-out areas may be required in the board for assembly or manufacturing processes. All these outside factors need to be defined before the board can be designed, including the maximum dimensions of the board and the locations of connectors, displays, mounting brackets, or any other external features. The function of a PCB includes the thickness of the

copper laminated to the surfaces. The amount of current carried by the board dictates the thickness of this copper foil. Normally the thickness of the copper foil is standard. Also you can choose between different board types for material and number of layers: Material [Fibreglass] [Phenolic]

o

Fibreglass Fibreglass-resin laminate (FR4). A rigid PCB of thickness 1.6mm (conventional) or 0.8mm.

o

Phenolic As distinct from Fibreglass, Phenolic is a cheaper PCB laminate material. A rigid PCB of thickness 1.6mm (conventional) or 0.8mm.

Layers [Single side Laminate (conventional)] [Double sided Laminate] [Multi-Layer]

o

o

Single side Laminate One layer of copper. Normally the wire-leaded components must be mounted on only one side of the PCB, with all the leads through holes, soldered and clipped. You can also mount the components on the track surface using Surface Mount Technology (SMT) or Surface Mount devices (SMD). Surface mount circuitry is generally smaller than conventional. Surface mount is generally more suited to automated assembly than conventional. In practice, most boards are a mix of surface mount and conventional components. This can have its disadvantages as the two technologies require different methods of insertion and soldering. Conventional circuitry is generally easier to debug and repair. Double sided Laminate Two layers of copper, one each side of the board. The components must be mounted on only one side of the PCB but you can also mount components on both sides of the PCB. Normally only surface

mount circuitry would be mounted on both sides of a PCB. The components must be mounted using both through-holes tecnology or Surface Mount Technology (SMT) or Surface Mount devices (SMD). Conventional circuitry is generally easier to debug and repair. o

Multi-Layer A PCB Laminate may be manufactured with more than two layers of copper tracks by using a sandwich construction. The cost of the laminate reflects the number of layers. The extra layers may be used to route more complicated circuitry, and/or distribute the power supply more effectively.

Draw the PCB layout [Placing Components] [Placing Power and Ground Traces] [Placing Signal Traces] [Checking Your Work]

The PCB layout can be draw either manually or by ECAD (Electronic - Computer Aid Design) software. The manual process is useful and quick only for very easy PCBs, for more complex PCBs I suggest the second way. Nowadays inexpensive computer software can handle all aspect of PCBs pre-processing. Also is available expensive professional computer software that can direct control the fabrication processing tools (e.g.: drilling machine). A few general rules of thumb that can be used when laying out PC boards are: Placing Components Generally, it is best to place parts only on the top side of the board. First place all the components that need to be in specific locations. This includes connectors, switches, LEDs, mounting holes, heat sinks or any other item that mounts to an external location. Give careful of thought when placing component to minimize trace lengths. Put parts next to each other that connect to each other. Doing a good job here will make laying the traces much easier. Arrange ICs in only one or two orientations: up and down, or, right and left. Align each IC so that pin one is in the same place for each orientation, usually on the top or left sides. Position polarized parts (i.e. diodes, and electrolytic caps) with the positive leads all having the same orientation. Also use a square pad to mark the positive leads of these components. You will save a lot of time by leaving generous space between ICs for traces. Frequently the beginner runs out of room when routing traces. Leave 0.350" 0.500" between ICs, for large ICs allow even more. Parts not found in the component library can be made by placing a series of individual pads and then grouping them together. Place one pad for each lead of the component. It is very important to measure the pin spacing and pin diameters

as accurately as possible. Typically, dial or digital calipers are used for this job. When choosing a pad and hole size for the pin of component, keep in mind that the hole size refers to the drill size used when the board is made. After the hole is plated, the diameter will shrink by 0.005" - 0.007". To the pin diameter, add 0.008" or more when selecting a hole size. After placing all the components, print out a copy of the layout. Place each component on top of the layout. Check to insure that you have allowed enough space for every part to rest without touching each other. Placing Power and Ground Traces After the components are placed, the next step is to lay the power and ground traces. It is essential when working with ICs to have solid power and ground lines, using wide traces that connect to common rails for each supply. It is very important to avoid snaking or daisy chaining the power lines from part-to-part. One common configuration is to use the bottom layer of the PC board for both the power and ground traces. A power rail can be run along the front edge of the board and a ground rail along the rear edge. From these rails attach traces that run in between the ICs. The ground rail should be very wide, perhaps 0.100", and all the other supply lines must be 0.050". When using this configuration, the remainder of the bottom layer is then reserved for the vertical signal traces. Placing Signal Traces The process to connect the parts together is known as routing and can be done manually or automatically. If you use authorouter software it's a good idea to route critical signals by hand. This allows the signal to be routed with less bends and vias than if the authorouter does it. Some signals may require special treatment such as grounding or specific lengths that may be easier to do before authorouting than after. These traces should be flagged as fixed so the authorouter doesn't move them. When placing traces, it is always a good practice to make them as short and direct as possible. Use vias (also called feed-through holes) to move signals from one layer to the other. A via is a pad with a plated-through hole. Generally, the best strategy is to layout a board with vertical traces on one side and horizontal traces on the other. Add via where needed to connect a horizontal trace to a vertical trace on the opposite side. A good trace width for low current digital and analog signals is 0.012". Traces that carry significant current should be wider than signal traces. The table below gives rough guidelines of how wide to make a trace for a given amount of current. Trace Width [inches] Current [A] 0.010

0.3

0.015

0.4

0.020

0.7

0.025

1.0

0.050

2.0

0.100

4.0

0.150

6.0

When placing a trace, it is very important to think about the space between the trace and any adjacent traces or pads. You want to make sure that there is a minimum gap of 0.007" between items, 0.010" is better. Leaving less blank space runs the risk of a short developing in the board manufacturing process. It is also necessary to leave larger gaps when working with high voltage. It is a common practice to restrict the direction that traces run to horizontal, vertical, or at 45 degree angles. When placing narrow traces, 0.025" or less, avoid sharp right angle turns. The problem here is that in the board manufacturing process, the outside corner is often etched too narrow. The solution is to use two 45 degree bends with a short leg in between. It is good idea to place text on the top layer of your board, such as a product or company name. Text on the top layer can be helpful to insure that there is no confusion as to which layer is which when the board is manufactured. Checking Your Work After all the traces are placed, it is best to double check the routing of every signal to verify that nothing is missing or incorrectly wired. Do this by running through your schematic, one wire at a time. Carefully follow the path of each trace on your PC layout to verify that it is the same as on your schematic. After each trace is confirmed, mark that signal on the schematic with a yellow highlighter. Inspect your layout, both top and bottom, to insure that the gap between every item (pad to pad, pad to trace, trace to trace) is 0.007" or greater. Check for missing vias. An easy way to check for missing via is to first print the top layer, then print the bottom. Visually inspect each side for traces that don't connect to anything. When a missing via is found, insert one. Check for traces that cross each other. This is easily done by inspecting a printout of each layer. Metal components such as heat sinks, crystals, switches, batteries and connectors can cause shorts if they are place over traces on the top layer. Inspect for these shorts by placing all the metal components on a printout of the top layer. Then look for traces that run below the metal components.

Draw Fabrication scheme The fabrication drawing should show the dimensions of the board in reference to the datum tool hole. It should also show a graphic representation for each hole on the board,

using a different symbol for each hole size and including a table showing the quantity of each hole size. This drawing will be used by the board manufacturer in addition to the data files generated in the post-processing phase.

Draw Assembly scheme You may also need to create an assembly drawing to aid in building and repairing the board. This should show the outlines of the parts on the board, including their reference designators. It also should contain any special assembly instructions, such as mounting hardware and connector shells. Many companies require these drawings, others just use copies of the silkscreen legend.

Different methods to make PCBs [Etching] [Direct Plating] [Copper Removal] [Send Out]

Etching [Etching] [Manually] [Photographic] [Direct Etch] [Silkscreen]

Etching is probably the easiest and most cost effective. Etching is the process of chemically removing the unwanted copper from a plated board. You must put a mask or resist on the portions of the copper that you want to remain after the etch. These portions that remain on the board are the traces that carry electrical current between devices. Etching Possible etching solutions include the following: o

Ferric Chloride It's messy stuff but easier to get and cheaper than most alternatives. It attacks ANY metal including stainless steel, so when setting up a PCB etching area, use a plastic or ceramic sink, with plastic fittings & screws wherever possible, and seal any metal screws etc. with silicone. If copper water pipes may get splashed or dripped, sleeve or cover them in plastic. Fume extraction is not normally required, although a cover over the tank or tray when not in use is a good idea. You should always use the hexahydrate type of ferric chloride, which is light yellow, and comes as powder or granules, which should be dissolved in warm water until no more will dissolve. Adding a teaspoon of table salt helps to make the etchant clearer for easier inspection. Anhydrous ferric chloride is sometimes encountered, which is a green-brown powder. Avoid this stuff if at all possible use extreme caution, as it creates a lot of heat when dissolved - always add the powder very slowly to water, do not add water to the powder, and use gloves and safety glasses You may find that solution made from

o

anhydrous FeCl doesn't etch at all, if so, you need to add a small amount of hydrochloric acid and leave it for a day or two. Always take extreme care to avoid splashing when dissolving either type of FeCl - it tends to clump together and you often get big chunks coming out of the container & splashing into the solution. It will damage eyes and permanently stain clothing and pretty much anything else - use gloves and safety glasses and wash off any skin splashes immediately If you're making PCBs in a professional environment, where time is money, you really should get a heated bubble-etch tank. With fresh hot ferric chloride, a PCB will etch in well under 5 minutes, compared to up to an hour without heat or agitation. Fast etching also produces better edge quality and consistent line widths. If you aren't using a bubble tank, you need to agitate frequently to ensure even etching. Warm the etchant by putting the etching tray inside a larger tray filled with boiling water - you want the etchant to be at least 3060°C for sensible etch times. For more information on Ferric Chloride click here. Ammonium Persulphate. Sodium Persulphate Etchant is supplied as a dry, easily mixed etchant for copper clad printed circuit boards and other copper bearing materials. When used in conjunction with the catalyst, a very constant etch rate can be maintained throughout the life of the bath. After mixing, the bath has a practical life of about three (3) weeks and a copper capacity of approximately four to five (4-5) ounces of copper per gallon (29.96 - 37.45 grams / liter) of etchant. Sodium Persulphate Etchant, when compared to Ferric Chloride and other copper etchants, has several distinct advantages. Cleanliness: Sodium Persulphate will not stain clothes, skin or tanks. Rinsing: Sodium Persulphate rinses easily and leaves no residue in plain water. Etching speed: Sodium Persulphate attains a fast etching speed and with regular additions of the catalyst, maintains a relatively even etching rate throughout its entire mix life. However, as with all etchants, Sodium Persulphate has several disadvantages: Short active life: once Sodium Persulphate is mixed, it has a tank life of three (3) weeks, maximum, whether or not it is used. Aggressiveness: Sodium Persulphate will attack natural

fibers such as cotton, wool and linen. For more information on Ammonium Persulphate click here. There are different methods to prepare the board before the etching process: Manually (direct draw) One way to put a pattern on the board is the direct draw approach. Using either a resist pen to draw your circuit, or by using specialty tapes (dry tranfers), donuts and the lot, you layout your circuit traces directly onto the copper surface of the board. The pen technique relies on the waterproof nature of the ink and the tapes as an impervious plastic, both of which prevent the etchant from getting at the copper beneath, hence, all copper is etched away except for where the pattern has been drawn. This is the quickest way to get a circuit pattern on the board, but it is difficult to position the traces accurately, especially if you are using any IC packages in your design. Plus, since the ink doesn't apply uniformly, there is a risk that the traces will be etched away since the etchant can get to the copper through an extremely thin layer of resist. If you make a mistake you have to start all over again! For these reason, you can use this method only to make very easy low-definition PCBs or to retouch a bit your PCB before etching. Photographic [Photoresist PCB laminates] [Media for artwork] [Devices to draw the artwork] [Exposure] [Developing]

I suggest this method to producing consistently high quality PCBs quickly and efficiently, particularly for professional prototyping of production boards. In this method, a board is covered with a resist material that sets up when exposed to Ultra Violet light. To make a board this way, you must make a positive UV translucent artwork film of your layout pattern which is opaque where you want a circuit trace, and clear where you don't want a trace. After the photo positive film is made from your artwork, it is placed onto the photo sensitized board, and is exposed to the UV. The UV light transmits through the clear portions of the film and cures the photoresist. After that, the board is submerged into a developer bath that develops and remove the sensitized photoresist. The resist that is left is in the shape of the artwork that represents your circuit. The advantage to this approach is accurate and neat traces, and once you make the artwork film, it can be used over and over to make additional boards. You'll never get a good board without good artwork, so it is important to get the best possible quality at this stage. The most important thing is to get a clear sharp image with a very solid opaque black. Nowadays, artwork will almost always be drawn using either a dedicated PCB CAD program, or a suitable drawing / graphics package. The artwork must be printed such that the printed side will be in contact with the PCB surface when exposing, to avoid blurred edges. In practice this means that if you design the board as seen from the component side, the bottom (solder

side) layer should be printed the 'correct' way round, and the top side of a double-sided board must be printed mirrored. Artwork quality is very dependant on both the output device and the media used. Photoresist PCB laminates [Spray photo sensitive resist][Pre-coated photoresist fibreglass (FR4) board]

To transfer the image on the artwork film to the board you must use board treated with a special Photo Copying Paint (Photoresist). 



Spray photo sensitive resist It's very hard to use, as you always get dust settling on the wet resist. I wouldn't recommend it unless you have access to a very clean and ventilated area or drying oven, or only want to make low-resolution PCBs. In any case, to use the positive photoresist spray you must: 0) Make a lot of practice. 1) Cleaning: Degrease the surface before application of product. 2) Application of the coating: Spray briefly the PC board in a subdued light from a distance of aprox. 20 cm until the coating will be visible. This work must be carried out in absolutely dust-free conditions. Then the coating must be dried (20°C = 24 h, better 70°C = 15 min). Note that the photoresist spray are normally EXTREMELY FLAMMABLE. Pre-coated photoresist fibreglass (FR4) board Always use good quality precoated photoresist fibreglass (FR4) board. Check carefully for scratches in the protective covering, and on the surface after peeling off the covering. You don't need darkroom or subdued lighting when handling boards, as long as you avoid direct sunlight, minimize unnecessary exposure, and develop immediately after UV exposure.

Media for artwork [Clear acetate OHP transparencies] [Polyester drafting film] [Tracing paper]

Contrary to what you may think, it is NOT necessary to use a transparent artwork medium, as long as it is reasonably translucent to UV. Less translucent materials may need a slightly longer exposure time. Line definition, black opaqueness and toner/ink retention are much more important. Possible print media include the following: 





Clear acetate OHP transparencies These may seem like the most obvious candidate, but are expensive, tend to crinkle or distort from laser printer heating, and toner/ink can crack off or get scratched very easily. Polyester drafting film It's good but expensive, the rough surface holds ink or toner well, and it has good dimensional stability. If used in a laser printer, use the thickest stuff you can get, as the thinner film tends to crinkle too much due to the fusing heat. Even thick film can distort slightly with some laser printers. Tracing paper Has good enough UV translucency and is nearly as good as drafting film for toner retention, and stays flatter under laserprinter heat than polyester or acetate film. It's cheap, easily available from office or art suppliers (usually in pads the same size as normal paper sizes). Get the thickest you can find but at least 90gsm (thinner stuff can crinkle), 120gsm is even better but harder to find.

Devices to draw the artwork [Manual Pen] [Dry Transfers] [Pen plotters] [Ink-jet printers] [Laser printers] [Typesetters]

Print device is fundamental to produce good artwork. Possible print devices include the following: 

Manual Pen It's not a real choice but you can use it to make very low definition PCBs or to retouch a bit your artwork (e.g. closing pinholes). The Pen must be a black permanent marker.



Dry Transfers

It's slow and expensive method but allows you to draw manually with a good precision or to retouch a bit your artwork.



Pen plotters Very fiddly and slow, you have to use expensive polyester drafting film (tracing paper is no good as ink flows along the fibres) and you need special inks and expensive ink pens with grooved tips to get acceptable results. Pens need frequent cleaning and clog very easily.



Ink-jet printers They are so cheap that it's certainly worth a try, and with as many different media types as you can find, but don't expect the same quality you can get from lasers. The main problem will be getting an opaque enough black. It may also be worth trying an inkjet print onto paper, which can then be photocopied onto tracing paper with a good quality copier.



Laser printers Easily the best all-round solution. Very affordable, fast and good quality. The printer used must have at least 600dpi resolution for all but the simplest PCBs, as you will usually be working in multiples of 0.025" (40 tracks per inch). 300DPI does not divide into 40, 600DPI does, so you get consistent spacing and linewidth. It is very important that the printer produces a good solid black with no toner pinholes. If you're planning to buy a printer for PCB use, do some test prints on tracing paper to check the quality first. If the printer has a density control, set it to 'blackest'. Even the best laser

printers don't generally cover large areas (e.g. ground planes) well, but this isn't usually a problem as long as fine tracks are solid. When using tracing paper or drafting film, always use manual paper feed, and set the straightest possible paper output path, to keep the artwork as flat as possible and minimise jamming. For small PCBs, remember you can usually save paper by cutting the sheet in half (e.g. cut A4 to A5) you may need to specify a vertical offset in your PCB software to make it print on the right part of the page. Some laser printers have poor dimensional accuracy, which can cause problems for large PCBs, but as long as any error is linear (e.g. does not vary across the page), it can be compensated by scaling the printout in software. The only time that print accuracy is likely to be a noticeable problem is when it causes misalignment of the sides on double-sided PCBs - this can usually be avoided by careful arrangement of the plots on the page to ensure the error is the same on both layers, for example choosing whether to mirror horizontally or vertically when reversing the top-side artwork. 

Typesetters For the best quality artwork, generate a Postscript file and take it to a DTP or typesetting service, and ask them to do a film of it. This will usually have a resolution of at least 2400DPI, absolutely opaque black and perfect sharpness. Cost is usually 'per page' regardless of area used, so if you can fit multiple copies of the PCB, or both sides onto one sheet, you'll save money. This is also a good way to do the occasional large PCB that won't fit your laser printer, sizes up to A3 are widely available and larger ones can also be done by more specialised services. Typeset artworks are good enough for production PCBs, but many PCB houses nowadays only accept gerber data, as it's easier for them to post-process for step & repeat etc.

Exposure

The photoresist board needs to be exposed to ultra-violet light through the artwork, using a UV exposure box. UV exposure units can easily be made using standard fluorescent lamp ballasts and UV tubes. For small PCBs, two or four 8 watt 12" tubes will be adequate, for larger (A3) units, four 15" 15 watt tubes are ideal. To determine the tube to glass spacing, place a sheet of tracing paper on the glass and adjust the distance to get the most even light level over the surface of the paper. Even illumination is a lot easier to obtain with 4-tube units. The UV tubes you need are those sold either as replacements for UV exposure units, insect killers or 'black light' tubes for disco lighting etc. They look white or occasionally black/blue when off, and light up with a light purple, which makes flourescent paper etc. glow brightly. DO NOT use shortwave UV lamps like EPROM eraser tubes or germicidal lamps, which have clear glass these emit short-wave UV which can cause eye and skin damage. A timer which switches off the UV lamps automatically is essential, and should allow exposure times from 2 to 10 minutes in 15-30 second increments. It is useful if the timer has an audible indication when the timing period has completed. A timer from a scrap microwave oven would be ideal. Short-term eye exposure to the correct type of UV lamp is not harmful, but can cause

discomfort, especially with bigger units. Use glass sheet rather than plastic for the top of the UV unit, as it will flex less and be less prone to scratches. If you do a lot of double-sided PCBs, it may be worth making a double-sided exposure unit, where the PCB can be sandwitched between two light sources to expose both sides simultaneously. You will need to experiment to find the required exposure time for a particular UV unit and laminate type, expose a test piece in 30 second increments from 2 to 8 minutes, develop and use the time which gave the best image. Generally speaking, overexposure is better than underexposure. For a single-sided PCB, place the artwork with toner side up on the UV box glass, peel off the protective film from the laminate and place it sensitive side down on top of the artwork. The laminate must be pressed firmly down to ensure good contact all over the artwork, and this can be done either by placing weights on the back of the laminate, or by fitting the UV box with a hinged lid lined with foam rubber, which can be used to clamp the PCB and artwork. To expose double-sided PCBs, print the solder side artwork as normal, and the component side mirrored. Place the two sheets together with the toner sides facing, and carefully line them up, checking all over the board area for correct alignment, using the holes in the pads as a guide. A light box is very handy here, but it can

be done with daylight by holding the sheets on the surface of a window. If printing errors have caused slight mis-registration, align the sheets to 'avarage' the error across the whole PCB, to avoid breaking tracks when drilling. When they are correctly aligned, staple the sheets together on two opposite sides (3 sides for big PCBs), about 10mm from the edge of the board, forming a sleeve or envelope. The gap between the board edge and staples is important to stop the paper distorting at the edge. Use the smallest stapler you can find, so the thickness of the staple is not much more than that of the PCB. If you do not have a double-sided exposure unit, expose each side in turn, covering up the top side with a reasonably light-proof soft cover when exposing the underside (rubber mouse mats are ideal for this). Be very careful when turning the board over, to avoid the laminate slipping inside the artwork envelope and ruining the alignment. After exposure, you can usually see a feint image of the pattern in the photosensitive layer. Developing [Sodium Hydroxide] [Silicate Based Product]

After exposure you have to remove the sensitized photoresist in order to unprotect the copper to remove. This process is called developing. Possible developer solutions include the following: 

Sodium Hydroxide Sodium Hydroxide is a very bad choice, it's completely and utterly dreadful stuff for developing PCBs. Sodium Hydroxide is caustic, very sensitive to both temperature and concentration, and made-up solution doesn't last long. Too



weak and it doesn't develop at all, too strong and it strips all the resist off. It's almost impossible to get reliable and consistent results, especially so if making PCBs in an environment with large temperature variations (garage, shed etc), as is often the case for such messy activities as PCB making. Silicate Based Product Silicate based product comes as a liquid concentrate. This stuff has huge advantages over sodium hydroxide, most importantly is very hard to overdevelop. You can leave the board in for several times the normal developing time without noticeable degredation. This also means it's not temperature critical, no risk of stripping at warmer temperatures. Made-up solution also has a very long shelf-life, and lasts until it's used up, the concentrate lasts for at least a couple of years. The lack of over-developing problems allows you to make the solution up really strong for very fast developing. The recommended mix is 1 part developer to 9 parts water, but you can make it stronger to develop in few seconds without the risk of over-development damage. You can check for correct development by dipping the board in the ferric chloride very briefly, the exposed copper should turn dull pink almost instantly. If any shiny copper coloured areas remain, rinse and develop for a few more seconds. If the board was under-exposed, you can get a thin layer of resist which isn't removed by the developer. You can often remove this by gently wiping with dry paper towel, which is just abrasive enough to remove the film without damaging the pattern. You can either use a photographic developing tray or a vertical tank for developing, a tray makes it easier to see the progress of the development. You don't need a heated tray or tank unless the solution is really cold (