Construyendo circuitos impresos

A lo largo de este artículo aprenderemos a desarrollar placas de circuito impreso (PCB, por Printed Circuit Board) para nuestros proyectos, utilizando para ello elementos de fácil adquisición, y que tendrán un acabado muy profesional. Sobre ellas montaremos los componentes de nuestros proyectos de electrónica, y si somos prolijos, resultaran indistinguibles de uno comercial. Antes de comenzar, debemos asegurarnos de tener a mano todo lo necesario para llevar a cabo nuestro PCB.

En primer lugar, necesitamos una impresora láser o una fotocopiadora. Como veremos mas adelante, el toner de la impresión es el que formara las pistas de nuestro PCB, así que el dibujo de las pistas que podemos realizar con algún programa especializado, o hasta con el mismísimo Saint incluido en Windows debe ser impreso con una impresora de tecnología láser. Si no disponemos de una, podemos usar cualquier impresora, y luego llevar el impreso a una fotocopiadora y hacer una copia. Las fotocopias también son hechas mediante toner, por lo que mediante este procedimiento nos haremos de un original para nuestro PCB.
También deberemos comprar en una tienda especializada en componentes electrónicos (donde compramos los demás componentes para nuestros circuitos) una placa de PCB virgen, del tamaño adecuado para nuestro proyecto. Estas placas generalmente se consiguen fabricadas en pertinax o sobre fibra de vidrio. Cualquiera de las dos sirve. Prestar atención a que tenga solo una de sus caras cabreadas, salvo que queramos hacer un circuito impreso de doble faz.
También compraremos un cuarto litro de percloruro férrico, que es el elemento que atacara la superficie de cobre, para eliminar todas las partes que no necesitamos.
Para acondicionar la placa virgen vamos a necesitar algún polvo limpiador y un poco de lana de acero, de los mismos que se utilizan para lavar los cacharros de cocina, que utilizaremos para dejar bien limpia y desengrasada la superficie de la placa.
Deberemos tener a mano alguna hoja de papel ilustración, como explicaremos mas adelante.
Por ultimo, necesitamos algunas herramientas o accesorios, como ser una agujereadora, con una broca de 1.00 mm y otra de 0.75 mm, un recipiente plástico en el que entre nuestra placa, uno metálico en el que entre el recipiente plástico, una sierra de cortar metales y una plancha, de las usadas normalmente para planchar nuestra ropa.

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

Dibujamos el PCB en el ordenador.
Una vez cortada la placa virgen a las medidas de nuestro PCB con la sierra de cortar metales, comenzaremos la limpieza concienzuda la placa de circuito impreso virgen, para que quede libre de suciedad, grasa, etc. Utilizaremos para ello el polvo limpiador y la lana de acero, que debe ser lo mas fina posible para que no queden rayas. Algún agente químico puede resultar útil, como por ejemplo un limpia metales y un trapo en lugar de la lana de acero. Podemos probar distintos métodos, de acuerdo a los elementos que tengamos a mano. Mientras llevamos a cabo esta tarea, podemos aprovechar a enchufar la plancha para que vaya tomando temperatura.
Una vez que el cobre esta limpio, alinearemos sobre el PCB el papel con la impresión que hemos hecho, con las pistas hacia el cobre (debemos ver la parte sin imprimir), de manera que cuando apliquemos calor, el toner se funda y se transfiera al cobre.
Con la plancha bien caliente, y con cuidado de no mover el papel (puede ser una buena idea agarrarlo por detrás del PCB con alguna cinta adhesiva) “planchamos” la hoja durante uno o dos minutos, aunque este tiempo puede variar de acuerdo al tipo de toner y la temperatura exacta de la plancha, con lo que casi todo el toner habrá pasado de la hoja de papel a la cara de cobre del PCB.

Para remover el papel del PCB deberemos sumergir todo en agua del grifo durante unos 5 o 10 minutos (depende del tipo de papel), y luego con los dedos iremos desmenuzando el papel hasta eliminarlo por completo del PCB. En este momento deberíamos tener la placa con el dibujo listo. Solo resta asegurarnos que todas las pistas y nodos se hayan calcado correctamente, y que no hayan quedado pedacitos de papel que puedan evitar la acción del percloruro, dando lugar a cortocircuitos en nuestro PCB terminado.

Limpiamos el toner de las pistas del PCB. PCB lavado luego del baño de percloruro.
Para ello, pondremos algo de agua en el recipiente metálico que mencionamos al principio de la nota, y dentro de el ponemos el recipiente plástico con el percloruro. Ponemos todo el conjunto en una hornalla de la cocina, a fuego mínimo, como para que el agua caliente a unos 40 o 50 grados el percloruro que se encuentra en el recipiente plástico. Esto hará las veces de un catalizador positivo, provocando que el percloruro ataque con mayor velocidad las zonas de cobre desnudo.
Ponemos la placa dentro del percloruro, y esperamos unos 5 o 10 minutos hasta que el cobre que esta sin cubrir desaparezca. A veces, da buen resultado mover suavemente la placa durante este tiempo, para evitar que el percloruro que ya se combino con el cobre se deposite sobre la placa y actúe como un “aislante” que evita el contacto del PCB con el percloruro sin combinar.
Esta operación no reviste peligro, pero por las dudas conviene llevarla a cabo en un lugar ventilado para no aspirar los vapores del percloruro férrico, y por supuesto evitar salpicaduras, ya que si bien el percloruro es inocuo para la piel, nos puede manchar permanentemente la ropa. Un vez que terminamos este proceso, lavamos todo con abundante agua.
El percloruro que utilizamos podemos guardarlo para otra placa, ya que en general, y dependiendo de la superficie del PCB realizado, se puede emplear varias veces. Cuando notemos que el tiempo necesario para acabar el trabajo es demasiado largo (25 o 30 minutos) será el momento de comprar otro bidón de percloruro.
Con la placa ya libre de percloruro, utilizamos nuevamente la lana de acero con el polvo limpiador para remover todos los restos de toner que hay sobre el PCB, y ya deberíamos tener nuestro PCB casi listo, restando solamente efectuar los agujeros para los componentes.
Para agujerear la placa, usaremos el taladro y las brocas, cuidando de que los agujeros queden centrados sobre los pads del PCB, y que el diámetro de los mismos sea el adecuado para los terminales de los componentes que usaremos. Agujeros demasiado grandes o pequeños impedirán que el resultado final sea prolijo.

PCB en el baño de percloruro.
Para dibujar el PCB en el ordenador, se puede utilizar programas comerciales de uso general, como Corel Draw, Autocad, o incluso el sencillo Paint, siempre cuidando de que las dimensiones de los objetos que dibujemos sean las correctas. No es mala idea imprimir en un papel común una copia y sobre ella “medir” los componentes para ver si las distancias entre pines son las adecuadas.
Existen programas específicos para la realización de PCB, como PCBWizard, Pad2Pad, FreePCB o Spicycle, algunos de ellos disponibles en forma gratuita. De todos modos, si nuestro proyecto no es muy complejo, se puede realizar el diseño del PCB tranquilamente sin necesidad de software especializado.
Por ultimo, cundo hagamos nuestros dibujos, podemos “pintar” los espacios que quedan entre componentes o entre pistas, para que sea menor la superficie que debe atacar el percloruro. Esto hará que el tiempo necesario para llevar a cabo la tarea sea menor, y que el percloruro nos sirva para un mayor número de placas. El liquido sobrante deberemos guardarlo bien tapado, en un lugar fresco y si es posible que no este expuesto a la luz del sol directa, para evitar que se degrade prematuramente.

 

FreePCB es un software muy adecuado para el diseño hogareño.

vía Construyendo circuitos impresos.