Circuitos impresos su estructura y fabricación

Estructura de una placa fotosensible positiva

Film protector

Este film tiene como función proteger de los rayos UV (ultravioleta) la capa fotosensible.

La capa fotosensible

Propiedades fundamentales:

• Resistente a los ácidos.
• Es vulnerable a los rayos UV.

La capa fotosensible tiene un espesor aproximado de 4~6µm (micras), sirve para la protección del cobre frente al agente de grabado que es un ácido.

Cobre

La capa de cobre tiene un espesor que puede oscilar entre 0,025 y 0,07 mm.

Material de soporte

Los materiales más usados son la baquelita y la fibra de vidrio, aunque también existen otros materiales como:

• Poliamidas de vidrio
• Kevlar
• Compuestos de cuarzo
• Aluminas (cerámicas)
• Invar-cobre

Baquelita

La baquelita (laminado de papel y compuestos fenólicos) es la base más utilizada en equipos de consumo, debido a su coste reducido.

Fibra de vidrio

La fibra de vidrio es un compuesto muy utilizado debido a su facilidad de mecanizado y su ligereza. Como inconveniente podemos citar su mala conductividad térmica.

Poliamidas de vidrio

Este compuesto tiene unas características similares a las de la fibra de vidrio pero su conductividad térmica es mucho mayor. El inconveniente de este soporte es su precio, cuatro veces mayor al de la fibra de vidrio.

El kevlar

Este material es el más ligero, pero, a su vez tiene cono inconveniente su difícil mecanizado y es propenso a la absorción de agua.

Compuestos de cuarzo

Las ventajas principales de este material son su conductividad térmica y sus propiedades dieléctricas. Como inconveniente podemos citar la dificultad para mecanizar.

Las Alúminas (cerámicas)

Estos se utilizan en la fabricación de circuitos híbridos y en aplicaciones militares de alta fiabilidad. Como inconveniente tenemos que es un material pesado, frágil y dificil de mecanizar además la implantación de pistas es muy laborioso.

El invar-Cobre

Este material tiene unas características especiales ya que es un material configurable, únicamente variando la proporción de cobre e invar. El inconveniente es que es un material difícil de fabricar y caro.

Fabricación de circuitos impresos

Es sencilla, rápida y eficaz. A continuación se exponen unos cuantos pasos para su preparación:

• Insolación
• Revelado
• Grabado o atacado
• Mecanizado

Insolación

Se hace por medio de una fuente de rayos UV, normalmente tubos fluorescentes. Estos equipos de llaman insoladoras. Según las características de la fuente (potencia de los tubos), el tiempo de exposición puede variar entre 2,5 y 4 minutos. Con el tiempo los tubos de UV se envejecen y van perdiendo eficacia, por lo que puede ser necesario incrementar los tiempos de exposición (lo más adecuado en estos casos es sustituir los tubos por unos nuevos).

Procedimiento:

• Quitar el film protector (1) de la placa a insolar.
• Poner el fotolito o cliché del circuito a realizar sobre la parte fotosensible (2).ejemplo
• Depositar sobre la fuente de luz UV entre 2,5 y 4 minutos. ejemplo

Revelado

En esta fase vamos a retirar el sobrante de la capa fotosensible, para ello usaremos una disolución cáustica. Podemos usar un preparado casero o comprar en cualquier tienda de electrónica un sobrecito con el compuesto cáustico.

Procedimiento para realizar la disolución de forma casera:

• Buscar un bote de un litro de capacidad, puede ser de plástico o de cristal pero en ningún caso metálico.
• Pesar unos 9 gramos de sosa cáustica (se puede comprar en cualquier droguería, su coste es de unos 0.6 Euros)
• Llenarlo de agua del grifo caliente unos 25ºC y añadirle la sosa.
• Cerrar el bote y agitar suavemente para que se disuelva la sosa, después abrir el bote por que la reacción puede soltar algunos vapores. Observarás que se calienta algo más el agua pero es normal. (Este paso se debe de realizar en una zona con buena ventilación)

Procedimiento para realizar la disolución con el compuesto comercial:

• Buscar un bote de un litro de capacidad, puede ser de plástico o de cristal pero en ningún caso metálico.
• Llenarlo de agua del grifo caliente unos 25ºC y añadirle el compuesto del sobrecito que hemos adquirido en el comercio.
• Cerrar el bote y agitar suavemente para que se disuelva la sosa, después abrir el bote por que la reacción puede soltar algunos vapores. Observarás que se calienta algo más el agua pero es normal. (Este paso se debe de realizar en una zona con buena ventilación)

Procedimiento del revelado:

• Verter un poco de revelador en una de las cubetas (no importa la cantidad pero asegúrate que la placa está cubierta).
• Sumergir la placa con el lado fotosensible hacia arriba y agitar un poco.
• Con el revelador a unos 20ºC, el revelado dura unos 15 o 30 segundos, verás que aparece el dibujo del circuito y el resto de la capa fotosensible desaparece.
• Aclarar la placa con abundante agua del grifo para detener la acción del revelador.
• IMPORTANTE: CUANDO TENGAS QUE TIRAR LOS LíQUIDOS PRIMERO DILUYELOS CON ABUNDANTE AGUA PARA FRENAR SU ACCIÓN.

Si no se respeta la temperatura ni la concentración del revelador, se agrede anormalmente la capa fotosensible, 1 ó 2 de las 4~6 µm se destruirán, sin que el fenómeno se pueda controlar visualmente.
En tal caso, las pista ya no estarán suficientemente protegidas. Una parte del circuito destruida y se podría pensar que el proceso es la causa del mal estado (lo cual no es cierto).
En general al principio no somos consientes de un factor primordial: "LA TEMPERATURA DEL REVELADOR".

Grabado o atacado

En este paso vamos a proceder a retirar el cobre que ha quedado sin la protección de la capa fotosensible y que como podemos observar es nuestro dibujo de las pistas.
El grabado se hace por medio de ácido clorhídrico de 16% estabilizado activado con agua oxigenada 15%. Este proceso puede tardar entre unos 3 y 5 minutos.
También existe otro tipo de atacado que se realiza con percloruro férrico, este método es más lento y es recomendable el uso de una máquina de grabar, este método no se explicará en este manual, pero en cualquier tienda del ramo le explicarán el procedimiento.

Procedimiento para realizar los ácidos caseros:

• Comprar una botella de agua fuerte o sal fuma (se puede comprar en cualquier droguería, el coste aproximado es de unos 0.9 euros).
• Comprar una botella de agua oxigenada de 110 volúmenes en cualquier farmacia (normalmente no suelen tener, pero en medio día o uno como máx. te la traen. El coste suele estar en unos 6 euros).

Procedimiento para realizar los ácidos comerciales:

• En cualquier tienda de electrónica podemos comprar los ácidos rápidos. ejemplo
• Rellenar la botella de agua oxigenada con medio litro de agua del grifo (se recomienda agua destilada o desmineralizada).

Procedimiento de grabado con ácidos caseros:

• Para realizar la mezcla procedemos de la siguiente forma:
  • Se toma una parte de ácido y otra compuesta al 50% de agua del grifo y agua oxigenada 110 Vol.
  • NOTA: Si se nota que el grabado se produce con lentitud se puede sustituir la segunda parte por una parte de agua de grifo y otra de agua oxigenada 110 Vol.
• La mezcla la verteremos en una cubeta. ejemplo
• Sumergimos la placa con el lado de cobre hacia arriba. ejemplo
• Moveremos de la mezcla de un lado hacia el otro para favorecer el atacado. ejemplo
• Cuando se observe que ha desaparecido el cobre sobrante y sólo quedan las pistas del circuito, se sacará la placa y se lavará con abundante agua del grifo. ejemplo

Procedimiento de grabado con ácidos comerciales:

• Para realizar la mezcla procedemos de la siguiente forma:
  • Se toma una parte de ácido y otra de agua oxigenada.
• La mezcla la verteremos en una cubeta. ejemplo
• Sumergimos la placa con el lado de cobre hacia arriba. ejemplo
• Moveremos de la mezcla de un lado hacia el otro para favorecer el atacado. ejemplo
• Cuando se observe que ha desaparecido el cobre sobrante y sólo quedan las pistas del circuito, se sacará la placa y se lavará con abundante agua del grifo. ejemplo

IMPORTANTE: LA REACCIÓN QUE SE PRODUCE EN EL ATACADO DESPRENDE VAPORES NOCIVOS. SE DEBE DE REALIZAR EN UN CUARTO CON MUCHA VENTILACIÓN.

Mecanizado

Una vez terminado el proceso de grabado tendremos que limpiar la capa fotosensible que cubre el cobre del circuito, para ello podemos usar un algodón mojado con un poco de alcohol de quemar o en su defecto cualquier disolvente no abrasivo.
El siguiente paso que nos queda para terminar la placa es el taladrado para ello usaremos un soporte vertical donde alojar el taladro.
Los diámetros de las brocas necesarias para los componentes normalmente serán:
0,3 - 0,4 - 0,5 - 0,6 - 0,7 - 0,8 - 0,9 - 1 - 1,1 - 1,2 mm

Agradecimientos

• Manuel Barrios EA4ADI, por todo lo que sé sobre la fabricación de circuitos impresos de forma amateur.
• Mario Rafael, Por dejarme su cámara digital.
• Carlos Soria, Por su ayuda en la realización de las fotografías.