EL CIRCUITO IMPRESO

Hace algún tiempo, para la construcción de un circuito electrónico, bien fuera un receptor de radio, receptor de televisión, alarmas, etc.,  se debía recurrir a la técnica que entonces se conocía: el cableado con hilo conductor, directamente sobre el chasis. Dicho sistema daba lugar a gran cantidad de averías, además de la complejidad y voluminosidad de los montajes, cosa que por otra parte no parecía tener mucha importancia, además de los problemas que representaba seguir las señales a la hora de reparar una avería. Las nuevas técnicas implantaron los circuitos impresos lo que facilitó y simplificó enormemente las tareas de montaje y reparación de circuitos electrónicos, además de la muy estimable flexibilidad que le conferiría dicho sistema a los montajes.

Vamos a tratar de aclarar las dudas que, puedan tener los que se inician en el mundo de la electrónica ya que antes o después, necesitan trazar sus propios modelos o montajes con circuitos impresos.  

Personalmente, siempre aconsejé que los esquemas que se tracen, necesariamente se deben probar previamente mediante el montaje con hilo conductor adecuado (sección 0'5 a 0'8 m/m) y en su caso zócalos si se trata de circuitos integrados, para evitar el sobre calentamiento de los mismos a la hora de soldar sus patillas, con esto se detectan los principales errores de bulto, bien por disposición de los componentes o sus dimensiones, incluso en algunos casos, errores de diseño.

Una vez comprobado que el montaje está correctamente planificado, antes de pasar a comprobar que  funciona, sería muy conveniente disponer de una fuente de alimentación regulada en corriente a demás de tensión, de manera que, podamos controlar la corriente que atraviesa el circuito y asegurarnos que los consumos están dentro del margen previsto. En la lección 3 de estas páginas, se contempla el tema de fuentes. Cuando todo esté comprobado, entramos en la fase de pasar todo lo experimentado a la placa de circuito impreso. El trazado, pero antes veamos:

LA PLACA VIRGEN

Era necesario pensar en principio en la conveniencia de una superficie plana, sobre la cual 'colocar' o sujetar de alguna manera los diferentes elementos que componían el circuito del esquema electrónico. Pronto se llegaría a la conclusión de utilizar una superficie aislante a la cual aplicarle los cables que unirían los mencionados componentes. Esta idea fue perfeccionándose y posteriormente se llegó a una placa de cartón endurecido a la que se le proveía solidariamente de una fina capa de cobre por una de sus caras, posteriormente se pasó a utilizar bakelita y al final fibra de vidrio como elementos aislantes, de diversos espesores; los más comunes son unos 2 mm, aunque la tendencia es bajar a los más profesionales de 0'8 mm.

El hecho de disponer de una cara con la mencionada capa de cobre de forma uniforme, se le da en llamar placa virgen.

 En la figura 1 se puede ver el corte de una placa virgen de circuito impreso, es decir, sin taladrar ni atacar por el ácido.

Fig. 1

Debido a la complejidad que iban adquiriendo los montajes, se paso a crear el circuito de doble cara, los cuales disponían las dos caras del material aislante cubiertas de cobre, de esta manera se obtenía una mayor superficie a la hora de diseñar los circuitos, pero aquí contemplaremos el de simple cara. Posteriormente y debido a la necesidad de espacio y dicho de otra forma, para reducir superficie, se pasó a la multicapa, que sería como entrelazar varias de estas, como un bocadillo. Pero esto no lo vamos a contemplar en este artículo.

HERRAMIENTAS Y OBJETOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DE UN CIRCUITO IMPRESO

Para diseñar un circuito impreso nos serviremos de lo siguiente:

Para empezar vamos a practicar un poco, es recomendable, aunque al lector le pueda parecer una perdida de tiempo estos ejercicios elementales (es muy importante que los no iniciados, se los tomen en serio, de ello dependerá su habilidad posterior).

Los elementos que es preciso disponer son unos pocos componentes muy económicos, como unas pocas resistencias, un trozo de placa virgen, un rotulador, con el que trazar las pistas (lo que antiguamente eran los hilos conductores), primero entraremos en el posicionamiento de los componentes, detalles concretos, motivos y sus consecuencias. 

Antes de empezar a trazar cualquier pista, es preferible posicionar los diferentes componentes que integran el montaje del esquema, unos al lado de los otros con las separaciones que consideremos adecuadas, todo esto lo debemos hacer sobre una hoja cuadriculada de papel como guía de nuestro trabajo, tomaremos nota marcando sobre el papel su disposición. 

Deberíamos hacer otra traza en otro papel,  volviendo a posicionar los distintos elementos, de forma diferente, buscando una mejor distribución de los mismos, tratando de imaginar el paso de las pista y el espacio que necesitaremos para su trazado, disipación de calor si lo necesitara, además de la conveniencia de esa disposición a la hora de su montaje, tanto sobre el circuito impreso como en vistas al sitio donde debe instalarse y funcionar.

Obsérvese en la figura 2, la equidistancia entre las resistencias, su paralelismo y agrupamiento, en cada caso, se ha procurado que formen un conjunto compacto dentro de lo posible. En definitiva, a modo de guía hay una forma de mejorar el diseño propiamente dicho, se trata de alinear la posición de los diferentes componentes, tanto en vertical como en horizontal y sus paralelos, de forma que por ejemplo, las resistencias en paralelo entre sí y que al menos un terminal de los dos o los dos, alineados con los correspondientes a los de las otras resistencias, lo mismo con los condensadores cerámicos, los zócalos, los transistores y así sucesivamente con todos y cada uno de los componentes.

Fig. 2

En el caso de tener que cruzar alguna pista, ¡¡OJO, esto es imposible!! Nunca se deben cruzar pistas. Es evidente que si llegamos a un caso similar, nos hace falta reconsiderar la disposición de los componentes para evitarlo. 

Sí, pero, aún sí, seme cruzan un par de pistas.

Bueno, si realmente son unas pocas pistas, cabe la solución de disponer de un 'pad' (bueno, terminal) en una de ellas antes y después del 'cruce', que posteriormente pasará por la otra cara de la placa, evitando así, el cruce físico, en la figura se representa por las líneas azules, que son los hilos por la cara de los componentes.

Al filo de lo que se ha dicho en el párrafo anterior y en la mencionada figura 2, se puede observar el terminal central del condensador C2 que, no está en la perpendicular del resto de las salidas. Bien, esto es lo que se quiere decir, si lo hubiera estado, también lo estarían los otros dos terminales con respecto a los 'pad' del hilo que esta marcado en azul y que se encuentra en vertical justo debajo.

EL TRAZADO

Para trazar las pistas, recomendamos utilizar a ser posible un rotulador de tinta lavable, o sea, que no la elimine al lavarla con agua y además se recomienda también utilizar uno de trazo fino, entre 1 y 2 milímetros de diámetro o similar, no mayor, ya que las pistas pueden en algún momento pasar unas muy cerca de otras, incluso una pista entre dos patillas de in circuito integrado. Cualquier punto del esquema puede servirnos de partida. También, se puede utilizar los transferibles de diferentes marcas y tipo que se encuentran en los comercios de electrónica .

Algunas cosas ya se han dicho, no obstante las vamos a repetir. Prestar mucha atención con las pistas, tanto al trazarlas como después de terminadas con el paso por ácido, ya que no deben cortocircuitarse unas con otras ni tener cortes entre sí.

  1 · Un esquema eléctrico. El cual consiste en una representación de símbolos normalizados unidos por unas líneas más gruesas que, representan las conexiones (conductores), y los 'pad', los puntos finales donde se taladrará para soldar el terminal. Como ejemplo vemos el esquema reflejado en la figura 2.

 2 · Unos pocos componentes para disponer de elementos de referencia, a la hora de trazar las pistas.

 3 · Una hoja de papel cuadriculado en décimas de pulgada, a ser posible. El motivo de utilizar este tipo de cuadrícula es que los componentes se fabrican siguiendo unas normas basadas en dicha cuadrícula en décimas de pulgada.

4 · Deberá empezarse por disponer sobre una cuadrícula con las mismas medidas, en la cual se dibujaran en primer lugar los agujeros de anclaje y después todos y cada uno de los componentes a utilizar en el montaje, de manera que se pueda corregir cualquier defecto de forma, es decir, procurando si es posible la disposición de los elementos de forma que sigan un curso evidente, como el recorrido de la corriente, de izquierda a derecha y de arriba a bajo, tiene que tener una forma compacta y si es posible que guarde cierto estilo sin perder de vista hacerlo lo más sencillo posible, no queda muy de recibo que cada componente aparezca en un lugar sin sentido.

5 · Aunque lo correcto es utilizar una regla o plantilla de círculos y un  rotulador, personalmente recomiendo unas hojas de 'transferencias' con puntos y líneas que existen a tal efecto, los cuales permiten una rápida colocación y suficiente calidad, tanto para transferir sobre una hoja de acetato transparente como para hacerlo directamente sobre la capa de cobre.

6 · Lo verdaderamente importante para el acabado del diseño final, radica en que el trazado (sea por el medio que sea), debe ser lo más opaco posible y sobre todo los trazos han de ser rectos, paralelos entre sí o perpendiculares en su caso, guardando una mínima distancia de 2 décimas (0'2) de pulgada entre dos trazos contiguos, procurar no trazar ángulos rectos, optar por curvas o trazos a 45º, como puede apreciarse en la figura 2.

7 ·  Cuidar el espaciado entre los diferentes elementos que intervienen en el esquema, teniendo en cuenta si en algún caso llevan refrigerador o el tipo de cápsula que tiene el componente, ya que luego no podremos colocarlo en su sitio.

Hay una regla que suele cumplirse bastante, 'si te parece que todo esta correcto, búscale el error, que no te sorprenda, evítalo'. Es decir, revisa cada pista, desde donde viene y a donde va, si es preciso enumera cada patilla de cada componente y asegúrate de que todo esta donde debe estar.

Hay dos tipos de placas que podemos encontrar:

a) - Utilizando placas emulsionadas.

1 - Cuando se utiliza una placa virgen con emulsión fotográfica, para realizar el trazado debe utilizar una hoja de acetato transparente. Se puede utilizar tanto el rotulador como las hojas de transferencias mencionadas. Puede trazar las pistas en el acetato, desde el punto de vista de los componentes o si tiene suficiente práctica desde la cara de las soldaduras, es decir, la cara inversa, la cara de las pistas de cobre. Es una buena practica poner una leyenda ('esta cara, en contacto con el cobre') que diga qué cara irá pagada al cobre.

Fig. 3

2 -Trace las pistas con sumo cuidado y cautela, asegúrese de no cometer errores, eliminar los trazos puede ser un grave problema, una vez terminado, vuelva a repasar el esquema, pista por pista, y las uniones de las patillas de los componentes a los que debe conectarse y pads. Luego pasará a la fase de insolación de la placa virgen, con la ayuda del acetato. Esto se trata con más detalle en el manual o tutorial que puede hallar en este enlace. Si ya lo ha visto puede seguir en el punto b).

3 - A la hora de aplicar la insoladora, ponga el acetato según lo haya diseñado, y como se ha indicado allí. La cara adecuada en contacto con el cobre, revise que los agujeros de anclaje de la placa, están en sus sitios, el conjunto del acetato y la placa virgen emulsionada deben ser fijados entre sí con un trozo de cinta transparente de pegar como de 'celo', formando un todo y proceda a la insolación.

4 - La insolación propiamente dicha, puede ser producida dependiendo de las dimensiones del circuito por 3 tubos de luz fría de 40W por 40cm de largo, puestos debajo de un cristal, sobre el cual se posicionará el conjunto del acetato y la placa virgen emulsionada . Pasados de 5 a 7 minutos, depende del tipo de emulsión utilizada por el fabricante (el cual suele dar una tabla de tiempos), se retirará el acetato y placa, quitar la luz y pasar a la siguiente fase.

5 - El revelado, proceder según indica el fabricante utilizando los productos específicos previstos en el manual del fabricante, lavar abundantemente con agua al terminar, lleve cuidado con sus ojos.

b) - Bien, si únicamente tiene que hacer una placa y se decide a utilizar las hojas de transferencias y además hacerlo directamente sobre, éste debe estar muy bien limpio exento de grasa y huellas, es conveniente pasar algún tipo de abrasivo muy, muy fino o si no se dispone de abrasivo, utilizar bicarbonato sódico con un paño y frotar fuertemente.

Ciertamente este método es más rápido y más económico, pero conlleva con su realización la perdida del modelo original. Como siempre, cuando esté seguro de haber trazado correctamente todas las pistas, habrá llegado la fase del atacado por ácido del cobre sobrante.

ATACADO DEL COBRE CON ÁCIDO

Cuando disponga de la placa con el trazado finalizado, proceda del siguiente modo. Dependiendo de los circuitos que vaya a realizar, por una parte consiga una cantidad de 'AGUA FUERTE' o Ácido Sulfúrico (ClH) relativamente económico, sobre 1 litro y por otra parte la misma cantidad de 'AGUA OXIGENADA DE 100 VOLÚMENES', sí ha de ser de 100 volúmenes, suele venir en un frasco negro, le afecta la luz.

Estos son básicamente los elementos que componen el ácido que vamos a preparar. Debido a que la mezcla de estos productos tiene una vida útil limitada, es conveniente, realizar la mezcla mínima sin quedarse corto de ambos, en la proporción de 40 partes de ClH con 60 partes de agua potable, en un frasco (A) mejor de plástico y en otro 60 partes de Agua oxigenada 100v con 40 partes de agua potable frasco (B). Estas dos botellas, contienen por separado, su vida es bastante larga mientras no se mezclen entre sí.

Utilizando un recipiente bien sea de plástico (recomendado) o de cristal, no descuide las dimensiones del circuito, ha de permitir su inmersión completa en el ácido, en los laboratorios de fotografía le pueden orientar donde encontrar las pequeñas cubetas que ellos utilizan.

Ya tenemos todo dispuesto. Bien, debemos estar en un lugar bien ventilado y procurar no respirar los gases que se desprenden ya que pueden llegar a ser peligrosos, no salpique nada, ni ropa ni manos, en tal caso lavar abundantemente con agua corriente. 

Procedamos

Primero un poco de práctica, con un trozo de placa a la que se le hayan hecho unos trazos de prueba, nos dirá la concentración de la mezcla necesaria, ya que debe 'comerse' todo el cobre sin dejar rastro y sin tocar las pistas trazadas.

Deposite la placa del circuito en el fondo del recipiente o cubeta, con las pistas hacia arriba, para que no se estropeen, ahora vierta con mucho mucho cuidado, poco a poco parte del contenido de la botella (A), verá que la placa de cobre toma un color particular, sin perder tiempo, vierta la misma proporción del contenido de la otra botella (B), ahora dependiendo del calor ambiente, dele a la cubeta un movimiento de vaivén, sin que salpique el líquido, verá que súbitamente la mezcla junto con el cobre de la placa empieza a 'hervir', es la corrosión del mismo, esto si viera que es muy rápido, puede relentizarse añadiendo un poco de agua corriente (muy poca) al conjunto de la cubeta.

Hecha la prueba, procederemos a pasar por ácido el prototipo que hemos preparado con tanto cuidado, evitando en modo alguno que se rocen las superficies, esto ocasionaría inevitable cortes de las pistas, dando al traste con nuestra labor. 

Es recomendable y conveniente disponer de un par de gafas de plástico y guantes de látex, adecuados por seguridad personal y con mucho cuidado, evite salpicar ni ropa ni suelo. En caso fortuito de salpicaduras, lavar rápidamente con abundante agua corriente.

Empiece a poner en práctica lo que acabamos de explicar en los párrafos anteriores, si ha seguido el proceso y todo ha ocurrido como se esperaba, Ud. dispondrá de una placa de circuito impreso con toda garantía de calidad, no podía ser menos.

Actualizado 15/10/04