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En el mundo de la electrónica, se necesita una plataforma llamada circuito impreso o PCB del inglés printed circuit board donde colocar los componentes electrónicos dispuestos de una manera tal que cumplan una función de diseño. Este circuito impreso se concibe para dejar de forma prolija y final un proyecto ya sea para presentacion o para producción en masa.

Existen muchas formas de hacer un PCB, desde la manera casera hecha en casa, relativamente fácil y económica (por ser una sola pieza) pero más que nada rápida a procesos complejos automatizados para producción en masa … y cuando digo en masa hablo de miles de placas por dia, millones por mes.

Qué es un Circuito Impreso PCB

Vamos a ponernos en contexto para las personas que vienen del mundo de la programación neta o del mundo maker y entusiasta que recién comienza y luego saldrá del propio contexto lo que es un circuito impreso.

En la actualidad entusiasta, está muy de moda usar protoboard y cablecitos, usar módulos de placas que nos ofrecen muchas soluciones conexionado entre si, todo ateniéndose a la teoría que hacer una circuito impreso es complicado, y no lo es, pero es mas lento que montar todo en un proto.

Pasos para elaborar un circuito impreso

Te presento los pasos a seguir para realizar un circuito impreso o PCB. Si quieres ahorrarte la lectura hace click en cada uno para ir directo al método.

  1. Preparación de la placa. Click aquí.
  2. Imprimir el circuito a la placa. Click aquí.
  3. Retirar el cobre excedente para dibujar el circuito. Click aquí.
  4. Serigrafiado. Click aquí.
  5. Realizar todos los agujeros. Click aquí.
  6. Soldar componentes. Click aquí.

Seguro no estabas pensando esto y te estabas salteando un paso mental: ¿Cuál método usar para cada paso?

Seguro tampoco pensaste en ¿Que material de PCB es mejor para mi circuito? Existen varios materiales para hacer un circuito impreso, antes de poner manos a la obra, decidí en material hacerlo.

Pasos para hacer un proyecto electrónico

Antes de enumerar los pasos a seguir para desarrollar un PCB, tenes que tener en cuenta muchas consideraciones ANTES de hacer el circuito impreso. Tenes que asegurarte por todos los medios que puedas que el circuito funciona.

  1. Realizar el circuito en papel
  2. Simular el circuito en computadora
  3. Montar un protoboard con el circuito
  4. Soldar una placa universal
  5. Diseñar el circuito en un CAD de PC
  6. Fabricar el PCB.

Esta recomendación viene de la experiencia, que dicta que cuando haces un circuito impreso, este no anda o no anda como lo habías diseñado. El porque no es simple de transmitir pero haremos un esfuerzo.

1- Circuito en papel

Tranquilamente podrías ahorrarte este paso y hacerlo directo en la PC, pero la teoría es la misma. Plasmar el circuito y mirarlo desde lejos, para analizar si te falta o sobra un transistor o resistencia por la experiencia y por el conocimiento.

2- Simulación

La simulación es muy importante, para asegurarnos que el circuito diseñado hace lo que pensábamos y mejorarlo en todos los aspectos que queramos, sobre todo matemáticos. Hablamos de variables como respuesta en frecuencia, amplificación, piso de ruido etc, aun asi, si tu circuito es tan simple como un transistor y resistencias para adaptar el voltaje de un canal lógico o adaptar la corriente para excitar un relé, aun asi lo tenes que hacer para no tener sorpresas cuando ya no puedas hacer nada y hayas gastado plata. A no ser que sea un circuito que VOS hayas hecho antes muchas veces y ya sepas que funciona.

3- Protoboard

Montar el circuito ya simulado en un proto nos da un panorama mas fisico y realista de la cosa, por ejemplo, que tan alejados debemos colocar los componentes uno de otro comparados con el tamaño físico de los mismos. Por ejemplo en muchos circuitos digitales, debemos colocar un capacitor lo más cerca posible del chip para filtrar ruido. Que tan cerca o lejos del chip lo da la experiencia simplemente colocándolo más lejos o más cerca y ver como anda la cosa.

OJO: Cuando trabajamos en circuitos de alta frecuencia, el protoboard no suele comportarse como queremos, y debemos pasar si o si a un circuito impreso o multiperforada.

4- Placa universal

La placa universal, es una placa con agujeros perforados y cobre, para realizar un «circuito impreso» sin todo el proceso que conlleva. Este paso podría obviarse según el tipo de circuito que lleves a cabo, la mayoría de las veces no será obligatorio. Pero si hablamos de filtros, radio frecuencia, o incluso simples circuitos digitales que requieren calibracion analoica por resistencias y capacitores, este paso es obligado para terminar de tunear estos componentes finales, dado que el protoboard posee capacitancias parásitas por como está construido. Realizar el circuito en la placa universal, permite deshacerte de esas capacidades parásitas, lo que lo convierte en un paso necesario.

5- CAD en PC

Diseñar el layout del PCB en un CAD hoy es obligatorio. Si bien muchas veces se puede usar un mero marcador indeleble (que no se borra con el agua) no lo recomiendo para nada. Existen muchos, para todos los niveles y complejidades. Lo meritorio de usar un CAD, es que podemos modificar las pistas todo lo que queramos, hasta que logremos que se vea lindo, sea funcional, ocupe el espacio físico acorde a las necesidades y me repito… poder borrar y rehacer todo lo que querramos.

6- Manos a la obra

Por fin podemos hacer el PCB y es el motivo por el cual estás leyendo esto. En este aspectos, tenemos mucho por cubrir, muchas decisiones que tomar antes de ir al paso a paso, dado que después vienen los lamentos y frustraciones de porque no funciona nada o funciona MAL.

Métodos de elaboración de Circuitos Impresos

Con el correr del tiempo, muchos electronicos pusimos la cabeza a trabajar, para inventar métodos alternativos para realizar circuitos impresos. Cada uno de estos métodos tienen ventajas y desventajas que cada maker debe evaluar antes de elegir uno y seguir los pasos.

Existen diferentes métodos por cada uno de los pasos a realizar.

Preparación de la placa

Empecemos por el principio, debemos comprar una placa PCB y no te preocupes si el vendedor nos da una fea, oxidada, rayada y llena de grasa, tu única preocupación es que las rayaduras no sean profundas y que tenga continuidad de cobre. Ahora tenemos una placa PCB en nuestras manos y mirando bien, nos damos cuenta de que tiene dos problemas que tenemos que resolver.

  • ÓXIDO: Evita que el ácido «se coma» el cobre.
  • GRASA: Evita que el ácido «se coma» el cobre y además que la transferencia del circuito quede bien pegada al cobre.

Es por esto que debemos removerlos y por suerte hay un solo proceso para ambos a la vez. Con una esponja de acero, alambre, estropajo o como lo llamen en tu país más un poco de detergente, frotamos la superficie hasta que limpiar el óxido y la grasa.

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Esponja de Acero
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Virulana
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Esponja

Una vez removido el óxido (cuando no veas mas ocido) puede que quede grasa y no tiene sentido que sigamos con la esponja de acero, podemos seguir con ella, pero te recomiendo usar una esponja natural para evitar abrasividad no necesaria en la placa.

Para saber si la placa no contiene grasa, simplemente la le ponemos agua y ésta debe expandirse por toda la placa, sin dejar ninguna superficie «seca».

Imprimir el circuito a la placa

Este paso consta de transferir la forma de tu circuito esquemático a la placa, para posteriormente remover el cobre. Claramente, debemos tener el circuito esquemático ya sea en papel o en un archivo porque lo hiciste en CAD, teniendo esto en mente, ahora debemos imprimirlo físicamente en la placa. Hablemos de estos métodos.

Método Marcador

Con una REGLA y un marcador INDELEBLE (a prueba de agua) dibujamos a mano todas las pistas y pads como querramos.

Cómo Hacer 1 Circuito impreso - en PCB o Pertinax 5
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Esta técnica, queda reservada para circuito pequeños, de pocos componentes y claramente para hacer una sola placa.

Método de Plancha

La técnica de planchado es la más usada en el planeta y es el motivo por el cual en la jerga electrónica hacer un circuito impreso se le llama «planchar el circuito». Es el método más usado debido que comparando costo-velocidad-eficacia-calidad queda balanceado de una manera perfecta. Obvio que todo tiene práctica y destreza artesanal inherente a cada persona.

Para este método nos encontramos con tres sustrato para realizar el cometido. Los ordeno de peor a mejor. Para los tre métodos, es necesario usar tinta de impresora tipo toner.

Papel común de impresora

El papel común de impresora es la tentación, es barato y todos tenemos en casa. Funciona, pero la transferencia no se realiza de manera eficaz, siempre quedan pedazos de circuito en el papel y la culpa la tiene la porosidad del mismo. Es por eso que tiene un mejor uso el papel acerado, acero viene de cera. Lo que debemos hacer es imprimir el circuito esquemático en este papel y transferirlo al cobre.

Papel de acerado

El papel encerado o encerado, es el típico papel donde vienen pegados los calcos o calcomanías. Este tipo de papel lo podemos encontrar en el Contact, es un film de colores o transparente, que se despega y se usa para forrar libros o cuadernos.

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papel de Contact

Lo que nos importa de este rollo, no es el film de plástico, sino el papel de desecho que tiramos a la basura. (la basura de unos es oro para otros). Lo que debemos hacer es imprimir el circuito esquemático en este papel y transferirlo al cobre.

El proceso parece trivial pero no lo es debido a que las hojas de contact no son de tamaño estándar:

  1. Imprimir el circuito sobre papel común
  2. Recortar papel contact del tamaño de tu circuito y pegarlo sobre el circuito impreso con cinta o pegamento.
  3. Volver a imprimir el circuito, teniendo en cuenta la posición original de la hoja. Recomendamos ponerle una marca en la esquina superior derecha o imprimir en el centro.
Papel transfer térmico

El papel transfer térmico es el tipo de sustrato semiprofesional que deberías usar para que tu circuito que pipi cucu. Normalmente viene en formato A4 para que lo puedas usar en tu impresora.

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una placa hecha con papel transfer
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Papel transfer

Siendo observador, vas a notar que un lado del papel brilla (acerado) y otro lado es opaco y poroso. Se debe imprimir sobre el lado brilloso.

Método por luz UV – papel fotoresistivo
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Este es el método más PRO por excelencia y consta de utilizar un papel film sensible a las luz UV. No te recomiendo usar este método a menos que requieras pistas muy finas, pistas muy cercanas entre ellas.

1- Separar el film protector con un pedazo de cinta

2- Pegar al cobre el papel fotoresistivo que acabamos de exponer. Es muy importante que no queden bolsas de aire. En caso de que te quedan bolsas de aire, con un alfiler o aguja pinchar el film y quitar el aire. Tene en cuenta que al momento de poner la placa en ácido, podrás sacar errores por haber pinchado el film.

3- Aplicar calor durante 30 a 60 segundos, con una plancha por ejemplo, para que el film quede bien pegado. Utilizar una hoja de papel entre el film y tu fuente calor. Vas a notar que el color del film se vuelve más oscuro.

4- Ahora debes imprimir tu circuito esquemático en NEGATIVO en una hoja transparente, puede ser una filmina o una hoja de acetato. Se debe imprimir en negativo, porque esto funciona con luz, más adelante te doy mas informacion.

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5- Ubicar la impresión de la filmina sobre la placa de cobre de manera que coincidan los bordes.

6 – Ahora debes meter este conjunto en una maquinola que emite LUZ UV para transferir el circuito del acetato al film planchado sobre el cobre.

Esta maquinola, la podes comprar o fabricar con un vidrio, una caja de madera y un detector de billete viejos o comprar un tubo UV o leds UV.

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7- Luego de unos 15 minutos ( depende de la potencia de la lámpara) vas a notar que en los tramos transparentes del film, en la placa encontramos un color diferente y esto es lo que hará que el ácido se coma el cobre o no. Pero antes debemos despegar el papel que planchamos. No te preocupes, sobre el cobre, quedara pegado el dibujo si hicimos todo bien.

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Según el tipo de film que elijas vas a necesitar un líquido revelador (metasilato sódico o soda caustica) por algunos segundos hasta que la parte expuesta a la luz de la superficie de cobre desaparece completamente. Luego lavar la placa con agua para quitar cualquier resto de revelador.

  • ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE GOMA Y ANTEOJOS PROTECTORES.
  • A PESAR DE UTILIZAR GUANTES, PUEDEN TENER POROS. DEBEN UTILIZARSE PINZAS DE PLÁSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOS EN LA MEZCLA.
  • SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLÁSTICO.

Elijas el método que elijas, estás en condición de pasar a remover el cobre que no queremos con un ataque químico, para lograr hacer el circuito.

Retirar el cobre excedente para dibujar el circuito.

Método por ácido percloruro férrico o perclórico

Ácido perclórico, percloruro ferrico, acido perclórico son solo algunos nombres que se le dan a este tipo de ácido, algunos son nombres químicamente incorrectos, pero eso no importa ahora, son los nombres con los que los puedes identificar en el mercado. Viene presentado en diferentes concentraciones y en distintos tamaños. Lo importante es que el líquido cubra totalmente a la placa.

El cloruro férrico disuelto al 40% p/v es bastante pesado, pero es con el que se obtienen resultados más precisos. De todas maneras, sólo recomiendo usarlo en caso de que se tengan muchas pistas de 10/1000 » o menos (temerario), y con separaciones de 15/1000″ o menos.

Es necesario calentarlo, es lento, huele mal, mancha todo con unas horribles manchas marrones que no se van nunca y es más caro. Se vende en tiendas de productos químicos.

  • ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE GOMA Y ANTEOJOS PROTECTORES.
  • A PESAR DE UTILIZAR GUANTES, PUEDEN TENER POROS. DEBEN UTILIZARSE PINZAS DE PLÁSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOS EN LA MEZCLA.
  • SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLÁSTICO
  • MUCHO CUIDADO CON LAS PINZAS PARA NO REMOVER EL DIBUJO DEL CIRCUITO DEL COBRE

Método Ácido Clorhídrico – Agua oxigenada

Este método es rapidísimo, sobre todo dependiendo de la pureza de los ingredientes. Desprende gases tóxicos que no hay que respirar ni permitir que tengan contacto con los ojos. Los dos productos son fáciles de encontrar, como el salfumán (ácido clorhídrico al 23%) y el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno 10 volúmenes, 3%) Con este agua oxigenada el proceso es muy lento, aparte de que acaba saliendo caro. Es mejor comprar agua oxigenada de 110 volúmenes. Se vende en tiendas de productos químicos.

  • EVITAR TODO CONTACTO CON LA PIEL, MUCOSAS, ROPA, ETC..
  • DEBE GUARDARSE LEJOS DEL ALCANCE DE TODO EL MUNDO. CUALQUIER CONFUSIÓN PUEDE TENER CONSECUENCIAS MUY GRAVES.
  • ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE GOMA Y GAFAS PROTECTORAS.
  • A PESAR DE UTILIZAR GUANTES, PUEDEN TENER POROS. DEBEN UTILIZARSE PINZAS DE PLÁSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOS EN LA MEZCLA.
  • SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLÁSTICO.

Es fácil suponer que si el agua oxigenada normal ya quema todo lo que encuentra, y está diluida al 3% y es muy estable, esta que está mucho más concentrada y es mucho menos estable, puede ser demoledor.

Las proporciones de la mezcla es bastante libre, todo el mundo te recomendará usa proporciones diferentes. Es cuestión de probar.

Esta mezcla no se puede almacenar en un recipiente cerrado (botella, garrafa,…), después del nuestro uso sigue reaccionando y puede explotar dentro del recipiente CERRADO. La mezcla es altamente corrosiva. No debe tirarse por el desagüe, al menos si se pretende seguir teniendo desagüe. Debe consultarse en algún centro de reciclaje o recogida de residuos local. No deben mezclarse NUNCA el revelador y el ácido.

Limpiado

Una vez removido el cobre que no queremos por el medios que quieras, debemos limpiar la placa, para remover el tonner o tinta del film fotorresistivo. Para esta tarea se puede usar ACETONA o TINNER. Es recomendable limpiar la placa SOLO unos momentos antes de soldar para protegerla de la grasa y óxido, nuestros enemigos en esta tarea.

Protección del cobre

Una vez limpia la plaqueta de circuito impreso, debemos protegerla del oxido y la grasa, ya tendrás la experiencia de hacer una placa, limpiarla y tirarla en un cajón. Meses después la agarras para soldarla y te das cuenta que hay marcas de huellas digitales oxidadas en el cobre.En esta etapa, el óxido impide que el estaño, a la hora de soldar, se pegue al cobre; ya que el estaño se pegue al cobre es bastante difícil sin flux.

Para esta protección usamos FLUX que puede ser líquido para pintar sobre la placa con pincel o en aerosol.

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Método CNC

Este post ya es lo bastante largo como para meter este método CNC aquí. Merece un post entero. Pero te adelanto cuál es la idea.

Existe una máquina llamada CNC – Corte Numérico Computarizado, que se parece a una impresora 3D que remueve todo el cobre que no queremos a partir del diseño en CAD que hicimos.

Serigrafía

La serigrafía, es una capa superior que nos indica los nombres , contornos de componentes, valores y cualquier otra información que le queramos agregar a la placa. Normalmente requiere de un proceso de impresión por láser, pero con el método de contact lo podemos hacer.

Estos acabados son hermosos y profesionales, pero caro, si lo queremos hacer en nuestra placa. Es por eso que siguiendo estos sencillos pasos, vas a tener algo funcional y prolijo.

  1. Imprimir (espejado) la capa de serigrafía del CAD que usaste que normalmente se llama SILK en papel acerado de contac.
  2. ubicar el papel sobre la placa, con cuidado de que lo que imprimiste que alineado con la ubicación real de los componentes.
  3. Aplicar calor de la plancha sobre el papel para que el tonner se transfiere del papel a la placa.
  4. Esperar a que se enfríe y retirar el papel suavemente.
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Agujereado

No me voy a explayar en esta etapa, podes usar una agujereadora de banco, un dremel, o una mecha manual.

Soldado

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