1.2. Circuitos impresos

1.2.- CIRCUITOS IMPRESOS1.2.1.- INTRODUCCIN Hace algunas dcadas atrs, para realizar un circuito electrnico, como por ejemplo para un receptor de radio, receptor de televisin, alarmas, etc. se recurra a lo que entonces se conoca: el cableado con hilo conductor y otras tcnicas . Estos sistemas daban lugar a gran cantidad de averas, adems de la complejidad y voluminosidad de los montajes. La implantacin de los circuitos impresos facilit y simplific enormemente las tareas de montaje y reparacin de circuitos electrnicos. 1.2.2.- CIRCUITO IMPRESO Son los cables de interconexin entre los distintos terminales de los componentes que forman un equipo electrnico. Tales cables tienen la particularidad de ser planos y que se encuentran pegados a una placa que les sirve de soporte. Habitualmente la misma placa sirve de soporte para los componentes electrnicos.

Figura 1 corte de una placa de baquelita de una cara

Figura 2. Circuito impreso terminado, sin componentes

La placa virgen es una placa para la realizacin de circuitos impresos consiste en una plancha base aislante de cartn endurecido, bakelita o fibra de vidrio de diversos espesores; los ms comunes son unos 1.5mm (suelen construirse en espesores que van desde 0.5mm hasta 30mm) y sobre la cual se ha depositado una fina lmina de cobre que est firmemente pegada a la base aislante. En 1DISEO ELECTRNICO DIGITAL

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

Figura 3. Placa virgen

Existen en el mercado varios tipos de placas, atendiendo a caractersticas como el material empleado en el soporte, el nmero de caras de cobre y si estn sensibilizadas (tienen un recubrimiento de barniz fotosensible): Placa de baquelita de 1 cara Placa de baquelita de 1 cara sensibilizada Placa de fibra de vidrio de 1 cara Placa de fibra de vidrio de 2 caras Placa de fibra de vidrio de 1 cara sensibilizada Placa de fibra de vidrio de 2 caras sensibilizadas Estn colocadas por tipos y por orden de precio.

Figura 4. Presentaciones comerciales de las placas

Sobre la capa de cobre un recubrimiento que puede ser una capa de barniz fotosensible (placas sensibilizadas o fotosensibles) o bien la tinta del rotulador que se utiliza para dibujar las pistas, y que mediante un proceso de atacado de la placa, se transforma la capa uniforme de cobre en una serie de pistas de cobre que interconectarn los diferentes componentes entre s, formando el 2DISEO ELECTRNICO DIGITAL

circuito real, Despus de ese proceso, se taladra la placa para poder introducir los terminales de los componentes y soldarlos a las pistas de cobre, de tal forma que el resultado sea similar a ste:

Figura 5. Detalle de cmo se incrustan los elementos en la placa.

Observamos cmo el cobre est cortado en algunas zonas, lo que permite conectar entre s slo los componentes que nos interesen. En otras zonas vemos que el cobre sirve de unin elctrica entre dos componentes, como es el caso del dibujo. Los terminales de los componentes estn unidos al cobre mediante soldaduras hechas con estao. Vemos aqu una placa de fibra de vidrio, con unas cuantas resistencias, algunos condensadores y transistores ya colocados. En todos ellos observamos cmo sus terminales estn introducidos por los taladros que se han practicado a la placa.

Figura 6. Vista de la cara de componentes en un circuito impreso

Si le damos la vuelta a la placa vemos los terminales de los componentes asomando, ya cortados y a punto de ser soldados. En la foto se observan claramente las pistas de cobre que unen los diversos componentes, as como las zonas donde el cobre se ha eliminado.

Figura 7. Vista de la cara de las pistas en una placa

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1.2.3. TIPOS DE CIRCUITOS IMPRESOS: De acuerdo a la forma en la que estn dispuestos los conductores sobre un soporte los circuitos impresos se pueden clasificar en: -Monocapa. -Doblecapa. -Multicapa. Pero existen otras posibles clasificaciones que tambin nos interesan como por ejemplo en funcin de la rigidez podemos dividir los materiales en: -Slidos o rgidos. -Flexibles. En un circuito impreso MONOCAPA nicamente disponemos de una placa conductora adherida a un soporte que suele ser un dielctrico o material aislante (fibra de vidrio, cermica, bakelita, etc.). Un circuito impreso BICAPA o doble capa puede contener una mayor cantidad de elementos debido a que dispone de dos placas conductoras una a cada lado del soporte. Mediante unos agujeros metalizados llamados TALADROS se pueden relacionar las dos capas conductoras lo que resulta de gran utilidad para evitar conexiones externas (cables). Los circuitos MULTICAPA son de gran utilidad cuando queremos integrar un gran nmero de componentes en un mismo circuito y mejoran la relacin de costos del mismo, pero presentan entre otros inconvenientes la imposibilidad de simularlos.

Figura 8.- Corte transversal de un circuito impreso multicapa

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Adems son muy fiables, permiten el total control del proceso y eliminan errores pero tienen un tiempo de diseo muy largo, un test de inspeccin lento y una distribucin de niveles complicada. Es necesario comentar que los programas computacionales actuales permiten disear este tipo de circuitos impresos de una forma mucho ms sencilla y automtica, as como disponen de mtodos para simular los circuitos y hacer inspecciones de las conexiones. De todas maneras no existe una norma general que nos diga qu tipo de circuito impreso es mejor sino que escogeremos un tipo u otro en funcin de la aplicacin. Cuando se menciona la clasificacin en funcin de la rigidez del material, existen circuitos impresos rgidos, que son justamente los que son objeto de este estudio. Los circuito impresos flexibles, son circuitos impresos o pistas de cobre que se han adherido a una superficie plstica flexible y que se encuentran en aplicaciones especiales, por ejemplo es comn encontrar este tipo de circuitos en los tableros de automviles, en donde por su forma y requerimientos de adaptacin se ubican y se acomodan de acuerdo a la forma geomtrica que se requiera.

Figura 9. Circuito impreso flexible

1.2.4.- El diseo de pistas El diseo de pistas es un dibujo que representa las conexiones a realizar entre los distintos componentes del circuito. Puede obtenerse de diversas formas: Diseo por ordenador: Partiendo del esquema electrnico y usando un software como Altium (protel), Orcad, Tango, Ares, Eagle, etc. Despus se imprime el diseo de pistas en papel normal o en papel vegetal. Si es necesario, se puede imprimir en papel normal y fotocopiar en papel de acetato (transparencia) o en papel vegetal. Una revista o libro de electrnica: A menudo las revistas de electrnica muestran entre sus pginas el diseo de pistas del circuito. A no ser que la revista nos d la transparencia, por lo general siempre se fotocopiar la pgina donde venga el diseo de pistas en papel de acetato (transparencia) o en papel vegetal. Diseo a mano: Si el circuito es muy sencillo se pueden dibujar las pistas sobre un papel con un lpiz. Si es necesario, se puede fotocopiar en papel de acetato o en papel vegetal, aunque esto es un sistema muy precario y solo se recurrira a l en casos muy necesarios. 5DISEO ELECTRNICO DIGITAL

El diseo de pistas tendr una forma parecida a sta (foto de la izquierda):

Figura 10. Diseo de pista y circuito impreso tomado de revistas electrnicas

Normalmente se disea un circuito impreso partiendo de un esquema elctrico. Este esquema elctrico consiste en una representacin de smbolos normalizados unidos por unas lneas que representan las conexiones (conductores); al lado de cada componente se debe reflejar la denominacin de referencia y, optativamente, el valor del componente. A partir del esquema elctrico se procede a disear el circuito elctrico, tomando en consideracin ciertas normas que se vern ms adelante, para lo cual se utiliza un programa computacional que nos permita el trazado del circuito o tambin dibujar el esquema elctrico en el programa computacional, simularlo y luego utilizar funciones de auto ruteado, dependiendo de las capacidades que disponga el programa de diseo.

Figura 11. Fotolitos y sus respectivas placas de circuito impreso

En caso de realizarlo a mano es conveniente utilizar una hoja de papel cuadriculado en dcimas de pulgada. El motivo de utilizar este tipo de cuadrcula es que los componentes se fabrican 6DISEO ELECTRNICO DIGITAL

siguiendo este sistema de medida, sea la milsima de pulgada, la cual es adoptada como unidad de medida, tanto de los elementos, como de las pistas y dems detalles de la placa. Una milsima de pulgada corresponde a 1/1000 de pulgada, esto expresado en milmetros es; 1 pulgada = 25.4 mm 1 milsima de pulgada = 1/1000= 25.4/1000= 0.0254 mm Por ejemplo queremos saber cuntas milsimas de pulgada existen en dos milmetros, se procede de la siguiente forma: N_mil= 2/25.4*1000=78.74 mil (en dos milmetros hay 78.74 milsimas de pulgada) Si queremos saber cuntos milmetros hay en 60 mil, se realiza la siguiente operacin: N_milimetro= 60mil*0.0254 = 1.524 mm (en 60 milsimas de pulgada hay 1.524 milmetros). Es importante tener presente este tipo de conversin, debido a que estamos acostumbrados a las unidades de medidas mtricas, sobre todo al milmetro y muchas de las veces es conveniente realizar este tipo de conversiones para darnos una idea del tamao al que hace referencia cierta medida en unidades de milsima de pulgada..

1.2.5.- Normas bsicas para el diseo de circuitos impresos. Aunque cada caso requiere un tratamiento especial y cada Empresa tendr sus propias normas, se deben de tener en cuenta unas reglas bsicas que podran considerarse comunes entre los fabricantes y diseadores de circuitos impresos, que pasamos a enumerar: 1. 1. Trazo de Lneas. Las lneas de conduccin no deben tener cantos vivos. a. Para evitar que se pierdan en el momento de ser atacado el cobre. b. Con una lnea de ngulo V>90 se tiene el riesgo de formar bolsas de aire debajo de la mscara de soldadura, as el plotter suavice la curva. En el ngulo A se mantendr el rincn brusco.

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Cuando sea preciso efectuar un giro en una pista, se har con dos ngulos de 135; si es necesario ejecutar una bifurcacin en una pista, se har suavizando los ngulos con sendos tringulos a cada lado.

2. Se tratar de realizar un diseo lo ms sencillo posible; cuanto ms cortas sean las pistas y ms simple la distribucin de componentes, mejor resultar el diseo. 3. Los puntos de soldadura consistirn en crculos cuyo dimetro ser, al menos, el doble del ancho de la pista que en l termina. El dimetro de los agujeros denominado por d y el dimetro del pad (o va) de soldadura definido como dy, requieren un mnimo de diferencia para poder realizar la soldadura. dy d + 0,5 mm

Se debe considerar adicional a este valor cual ser el mtodo de fabricacin, si se lo realiza de manera casera o industrial, si es de manera casera se sugiere: dy d + 0,8 mm

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4. El ancho de las pistas depender de la intensidad que vaya a circular por ellas, se debe tomar en cuenta el espesor del cobre para la corriente a circular: Placa 18 um 1.8mm (70 mil) 1 Amp. Placa 35 um 1mm (40 mil) 1 Amp.

Placa 70 um 0.7mm (27 mil) 1 Amp. 5. Entre pistas prximas y entre pistas y puntos de soldadura, se observar una distancia que depender de la tensin elctrica que se prevea existir entre ellas; como norma general, se dejar una distancia mnima de unos 0,8 mm; en casos de diseos complejos, se podr disminuir los 0,8 mm hasta 0,4 mm. En algunas ocasiones ser preciso cortar una porcin de ciertos puntos de soldadura para que se cumpla esta norma Este es un factor importante a la hora de disear circuitos, ya que si la diferencia de potencial entre dos pistas es muy elevada y la distancia entre ellas muy reducida pueden producirse arcos voltaicos. Es por ello que deben seguirse las siguientes especificaciones cuando se trata de niveles elevados de tensin, para evitar ste tipo de fenmenos que pueden producir malos funcionamientos en el circuito. Tensin de cresta 0-150V 151-300V 301-500V >500V Espacio mnimo 0.5mm 1mm 2mm 0.05mm por cada voltio suplementario

La separacin entre conductores tambin va a depender del tipo de seales que se utilicen y de la corriente que debe soportar el conductor. 6. La distancia mnima entre pistas y los bordes de la placa ser de dos dcimas de pulgada, aproximadamente unos 5 mm. 7. Todos los componentes se colocarn paralelos a los bordes de la placa 8. No se podrn colocar pistas entre los bordes de la placa y los puntos de soldadura de terminales de entrada, salida o alimentacin, exceptuando la pista de masa. 9. No se pasarn pistas entre dos terminales de componentes activos (transistores, tiristores, etc.). 10. Se debe prever la sujecin de la placa a un chasis o caja; para ello se dispondr un taladro por lo general de 3,5 mm en cada esquina de la placa. 9DISEO ELECTRNICO DIGITAL

Figura. Insoladora de rayos UV 1.2.6.- proceso de diseo Para proceder a disear una placa de circuito impreso, es necesario conocer el tamao y la forma fsica de los componentes, las cuales se pueden encontrar en la hoja de datos de los fabricantes, o, mejor an, disponer de ellos fisicamente. No existe una norma fija para comenzar el diseo, pero expondremos una de las que estimamos ms sencillas. 1. Numeramos los nodos del esquema del circuito electrnico, en funcin del nmero de patillas de cada componente 2. Colocacin de componentes en la cara de componentes. 3. Numeracin de nodos cara de componentes. 4. Simetra y numeracin de nodos en la cara de pistas. 5. Unin de nodos en la cara de pistas, segn esquema del circuito electrnico. 6. Rotular con bolgrafo permanente y meter en atacador rpido.

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1.2.7.- SOLDADURA DE LOS COMPONENTES La soldadura, que describiremos con detalle a continuacin, se efecta con el estao para electrnica, que no debe confundirse con el que se emplea en trabajos pesados. Se trata en realidad de una aleacin de estao y plomo (normalmente en relacin 60%- 40%), que contiene en su interior un "alma desoxidante" especial y que vende normalmente en electrnicas. El desoxidante tiene la misin de eliminar el oxido de las superficies a soldar, haciendo posible la adhesin de la aleacin de estao y plomo.

Para realizar el montaje de los elementos en la placa de circuito impreso, se recomienda seguir esta secuencia: 1.- preparacin de los componentes.

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1.2.8.- Doblar los terminales Los terminales (o "reforos") de los componentes que se montan en horizontal, por ejemplo las resistencias, se deben doblar en ngulo recto antes de insertarlos. El doblado no se debe hacer nunca demasiado cerca del componente, para evitar tensiones mecnicas internas que pueden causar roturas, especialmente en los diodos. Para evitar problemas se pueden utilizar los doblaterminales especiales de plstico, que garantizan un plegado correcto sin riesgos. Como alternativa, se puede inmovilizar el terminal mas prximo al componente con unos alicates de punta fina, doblndolo ms all del alicate.

1.2.9.- Soldadura y corte Una vez insertado el componente, conviene doblar ligeramente los terminales hacia fuera para mantenerlo inmvil en el circuito impreso. Se da la vuelta despus al circuito y se sueldan los terminales a las pistas de cobre. Finalmente con un alicate de corte se recortan los terminales, es decir se corta la parte que sobresale de la soldadura; conviene sujetarla con los dedos mientras se corta con el fin de que no salga volando al cortarla.

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1.2.10.- Integrados en el zcalo Para evitar daar los circuitos integrados en la soldadura, y permitir una fcil sustitucin, en lugar de soldarlos directamente se utiliza a menudo un zcalo de soporte. Antes de insertar un integrado en un zcalo, los pines deben estar verticales. Normalmente estn ligeramente inclinados hacia afuera. Un buen sistema para redirigirlos consiste en presionar el integrado contra una superficie rgida, por ejemplo la mesa de trabajo, como ilustra la figura.

Los transistores, diodos y circuitos integrados estn entre los componentes que ms fcilmente pueden resultar daados por un calor excesivo. Es aconsejable esperar algunos segundos entre una soldadura y otra, o al menos (para los integrados) soldar a pines alternos, como ilustra la figura.

1.2.11.- PRECAUCIONES: - Cuidado con el uso del soldador para evitar las quemaduras o materiales inflamables. - Cuidado con los vapores txicos generados al quemar el estao. - Limpiar la punta del soldador solo con la esponja hmeda. - Utilizar soldador tipo lpiz de 15w o 30w. - Dejar para el final la soldadura de los componentes ms sensibles. - No pegar a la placa los componentes para permitir la disipacin de calor. Proteger los ojos, soldando y desoldando, pueden saltar pequeas partculas de desoxidante y gotitas de estao fundido. 13DISEO ELECTRNICO DIGITAL

Con el alicate sucede, sin embargo, que el terminal cortado (con el extremo afilado por el corte) puede salir disparado a cierta velocidad. Por eso conviene proteger los ojos: quien no lleve gafas har bien en ponerse un par de protecciones. El plomo es venenoso, El plomo (contenido en el estao) es un metal toxico que puede causar serios problemas de salud y de retraso mental en los nios. Es aconsejable lavarse bien las manos despus de haber utilizado el estao. Las gotitas de estao se deben recoger, especialmente si hay nios; adems no se deben nunca limar, porque el polvo es nocivo por inhalacin.

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1.2. Circuitos impresos

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