Diseño de Circuitos Impresos

1Autor: ngel Luis DC

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1.-Introduccin

2.-Terminologa

3.-Placas de circuitos impresos

4.-Materiales utilizados para el diseo.

5.-Disposicin de los componentes

6.-Proceso de diseo

7.-Herramientas y materiales para la construccin del circuito

8.-Confeccin de la placa

9.- Montaje manual

10.-Insoladora

11.-Ejemplo de diseo

Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosIndice

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos Impresos

1. Introduccin

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos Impresos1. Introduccin

Desde hace varios aos, la realizacin de los circuitos electrnicos se implementa sobre un soporte rgido que lleva situados los conductores sobre l de forma pegada y sujeta, el circuito impreso, a esto se le conoce como placa del circuito.

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos Impresos1. Introduccin

Existen dos formas de fabricarlos: manual o con insoladora.

La manual es utilizada cuando el circuito a realizar es sencillo y no se requieren varias unidades.

Con insoladora es utilizado cuando se requieren grandes series y un acabado profesional. Aqu se emplean placas fotosensibles bien positivas o bien negativas.

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2. Terminologa

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos Impresos2. Terminologa

Cuando fabricamos circuito impresos a los distintos elementos del circuito se les da un nombre; los ms comunes son:

Capas (Layers) Simple cara

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Capas (Layers). Doble capa. Multicapa.

Pistas y Planos (Trace y Planes)

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Pin y PadPads trmicos (thermal relief pads)Taladros (holes)Vas (via). Enterrada (buried), Ciega (blind)

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Serigrafa (silkscreen) y Solder

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Conector de borde (edge connector, finger connector)

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Puntos de test (En una sola cara)

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Wire wrapping

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3. Placas de circuitos impresos

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosPlacas de circuitos impresos

Una placa virgen, consiste en una plancha base aislante (cartn endurecido, baquelita, fibra de vidrio o plstico flexible), que servir de soporte, y sobre una de las caras o las dos, se deposita una fina lmina de cobre firmemente pegada al aislante que cubre completamente al soporte.

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosPlacas de circuitos impresos

Existen placas de una cara y de doble cara y las ms comunes son de baquelita o de fibra de vidrio.

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4. Materiales utilizados para el diseo

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosMateriales utilizados para el diseo

-Lapiceros o portaminas de dureza media (HB) para realizar los bocetos del diseo. No conviene que las minas sean extremadamente duras, pues, al principio suele ser necesario borrar muy a menudo.

-Regla, escuadra, goma de borrar y el resto de tiles de dibujo que se consideren necesarios.

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosMateriales utilizados para el diseo

-Hojas de papel milimetrado. Lo mejor es usar una hoja graduada en pulgada; los componentes electrnicos se disean en pulgadas por lo que los terminales de los mismos coinciden generalmente con las intersecciones de la cuadrcula de ste papel.

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5. Disposicin de los componentes

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosDisposicin de los componentes

Los componentes se colocan de dos formas en el circuito impreso: posicin horizontal o tumbado y vertical.

Por el primer mtodo se emplean cuando no hay problemas de espacio apareciendo el circuito ms claro y pudiendo hacer mediciones con ms facilidad.

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Por el segundo mtodo (vertical) se utiliza cuando el circuito deba quedar lo ms pequeo posible y no tengamos problemas de altura. Estos dos mtodos podemos mezclarlos.

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TRANSISTORES BIPOLARESTRANSISTORES BIPOLARESDisposicin de los componentes

Todos los componentes se colocarn paralelos a los bordes de la placa.

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TRANSISTORES BIPOLARESTRANSISTORES BIPOLARESDisposicin de los componentes

Como norma general, se deben dejar, una o dos dcimas de pulgada depatilla entre el cuerpo de los componentes y el punto de soldadura correspondiente.

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Los trazos de las pistas deben ser rectos formando ngulos unos con otros de 90 y 45.

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TRANSISTORES BIPOLARESTRANSISTORES BIPOLARESConsejos tiles

No se unirn pistas con ngulos de 90; cuando sea necesario efectuar un giro en una pista, se har con ngulos de 135; si es necesario realizar una bifurcacin en la pista, se har suavizando los ngulos con sendos tringulos a cada lado.

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En caso de que forzosamente deban ser curvos se usarn plantillas adecuadas.

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Entre pistas prximas y entre pistas y puntos de soldadura se observar una distancia que depender de la tensin elctrica que se prevea que exista entre ellas; como norma general, se dejar una distancia mnima de unos 0,8 mm

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En casos de diseos complejos, la distancia entre pistas prximas y entre pistas y puntos de soldadura se podr disminuir hasta 0,4 mm. En algunas ocasiones ser preciso cortar una porcin de ciertos puntos de soldadura para que se cumpla esta norma.

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El ancho de las pistas depender de la intensidad que vaya a circular por ella. Se tendr en cuenta que 0,8 mm puede soportar, dependiendo del espesor de la pista, alrededor de 2 Amperios, 2 mm, unos 5 Amperios y 4,5mm, unos 10 Amperios. En general, se realizarn pistas de unos 2 mm aproximadamente.

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La distancia entre pistas y los bordes de la placa ser de dos dcimas de pulgada, aproximadamente unos 5 mm.

No pasarn pistas entre dos terminales de componentes activos (transistores, tiristores, etc.) a no ser que se conecten a otro terminal del mismo o que sea imprescindible.

Se debe prever la sujecin de la placa a un chasis o caja; para ello se dispondr de taladros de 3,5 o 4 mm en las esquinas de la placa.

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Para taladrar la placa se usarn brocas de 1 a 1,5mm segn el dimetro de los terminales de los componentes.

Para las entradas y salidas se usarn espadines con separacin entre ellos de 5mmm.

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6. Proceso de diseo

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosProceso de diseo

1.-Partimos del esquema elctrico o electrnico que queremos implementar.

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2.-Adquirimos todos los componentes que vamos a utilizar, incluidos los terminales de conexin y regletas, u obtenemos sus dimensiones reales de catlogos de fabricantes.

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3.-Se doble el papel milimetrado por su parte blanca y se situamos los componentes sobre la hoja cuadriculada, de modo que los terminales de los componentes coincidan con la interseccin de las lneas.

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4.-Marcamos los puntos de los terminales sobre la hoja de papel. As obtenemos el circuito visto por el lado de los componentes.

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5.- En la otra parte de la hoja marcamos estos mismos puntos dejando un crculo central sin dibujar, dibujamos los puntos de soldadura (pads) sobre la hoja de papel, ser de forma circular con un dimetro de al menos, el doble del ancho de la pista que en l termina.

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5.-Trazaremos las pistas entre estos puntos con trazos de 2mm y as tendremos el circuito visto por el lado de las soldaduras.

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6.-Al terminar el diseo sobre l delimitaremos este obteniendo el tamao de la placa y procederemos a cortarla.

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7.-Continuamos serigrafiando la cara de componentes, con la silueta de los componentes que vamos a colocar y a dems colocamos su nombre de referencia para identificarlos.

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7. Herramientas y materiales para la construccin del circuito

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosHerramientas y materiales

Para realizar la construccin necesitaremos las herramientas y materiales siguiente:Herramientas:- Punzn- Alicates de punta plana- Alicates de corte- Soldador electrnico (de unos 30 w de potencia) con soporte- Pinzas de plstico- Tijeras- Taladro y broca de 0,9 mm, 1 mm, 1,25 mm, 1,5 mm , 4 mm dependiendo del grosor de las patillas de los elementos y de los agujeros que haya que realizar.

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosHerramientas y materiales

Materiales:- Los componentes del circuito-Rotuladores de tinta permanente resistentes al ataque del cido. Pueden ser de distintosgrosores 0,4 mm 1,2 mm segn el tipo de lneaa trazar- Placa virgen de circuito impreso del tamaoadecuado- Agua oxigenada de 110 volmenes- Salfumn- Esparto metlico- Estao para soldar (de 60% Sn y 40% Pb)- Agua abundante- Barniz protector- Bandeja de plstico- Celo

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8. Confeccin de la placa

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosConfeccin de la placa

Cortamos un trozo de placa virgen del tamao del diseo obtenido anteriormente. Es conveniente cortar un trozo ligeramente mayor con el objeto de limar los bordes y dejarlos en perfecto estado.

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Situamos con cinta aislante la placa encima del diseo, de manera que la cara de baquelita est en contacto con la cara de componentes del diseo. Esta es la posicin que debe tener la placa cuando est terminada.

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Damos la vuelta a la placa y el papel juntos. Con ayuda de un punzn, se marcan con suavidad los centros de los agujeros por la cara de pistas (cobre).

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Prestar especial atencin a no profundizar con el punzn sobre el soporte aislante o se quebrar. Para esta tarea utilizar la mano y nunca el martillo.

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Una vez marcados todos, se separan placa y papel, y se pasa al taladrado de todos los agujeros con las brocas correspondientes.

Terminado el taladrado, se lijan suavemente los agujeros realizados para eliminar las rebabas.

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Se limpia el cobre de la placa dejndolo libre de todo tipo de suciedad. Para limpiarlo podemos lijar la superficie con una lija de agua fina (N 400 ms o menos), para quitar posibles xidos.

Podemos usar tambin una esponja de aluminio o utilizar alcohol o disolvente para eliminar las grasa.

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Con un rotulador de tinta permanente resistente al ataque del cido, se transfiere el diseo.

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Tambin podemos utilizar transferibles para dibujar el diseo en el cobre.

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Los transferibles son muy tiles cuando queremos dibujar los pad de un circuito impreso.

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Otro mtodo usado para transferir el diseo al cobre es la unin mediante cinta adhesiva.

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Se dibujan los pads o puntos de soldadura con un circulo un poco ms grueso.

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Terminados los crculos se trazan las pistas, una vez terminadas es necesario esperar al secado de las pistas.

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A continuacin se procede al atacado. Para su realizacin se puede recurrir a varios tipos de atacadores (lquido atacador): el cloruro frrico (muy lento, pero poco corrosivo), el cido clorhdrico (rpido, pero muy corrosivo) u otros.

Se puede utilizar tambin una mezcla de salfumn, agua oxigenada de 110 vol. y agua del grifo. Todo ello en proporciones de dos partes de salfumn, una de agua oxigenada y otra de agua del grifo, una mayor concentracin de agua oxigenada acelera el proceso, mientras que una mayor concentracin de salfumn lo hace ms lento, pero garantiza el xito. El agua baja la concentracin total.

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CUIDADO!: El cido obtenido es muy corrosivo. Si no se maneja con cuidado puede provocar deterioros en la piel o la ropa, por lo que debe prestarse la mxima atencin cuando se manipule. A dems debe realizarse en un sitio con abundante agua y muy bien ventilado. Si, por accidente, el cido tocar la piel, ojos o boca, lavar inmediatamente con agua y acudir urgentemente a un mdico.

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Se sita el cido sobre una cubeta de plstico (ojo! nunca metlica) y se introduce la placa. Dejar actuar a la mezcla dando un ligero movimiento a la cubeta observando la placa.

En ocasiones la reaccin es muy rpida, y se producen muchos vapores en este caso retirar la placa para evitar que se pierdan las pistas y se malogre. Para manipular la placa utilizar pinzas de plstico, las pinzas metlicas se veran afectadas por el cido y se destruiran.

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Una vez que ha desaparecido todo el cobre, menos el oculto por las pistas, se retira la placa con cuidado, se coloca bajo el grifo y se lava con agua abundante. El cido puede utilizarse varias veces. Una vez que ya no es activo se diluye con mucho agua y se arroja por el desage.

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Cuando ya est seca la placa, se elimina la tinta que cubre el cobre; para ello se puede utilizar disolvente o un estropajo. Un vez seca se puede depositar una fina capa de barniz protector soldable, para evitar que se oxiden la pistas.

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Ahora serigrafiamos los elementos sobre la cara de componentes para conocer su ubicacin.

Con esto tenemos terminada la placa con el circuito.

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9. Montaje manual

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosMontaje manual

A continuacin pasamos a soldar los componentes sobre la misma. Empezaremos colocando los elementos que quedan pegados al soporte, resistencias, diodos, diacs ... por lo generan las resistencias deben estas separadas de la placa 1 mm, para conseguir esta separacin podemos utilizar un trozo de papel colocado bajo estas.

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Soldamos los terminales y los cortamos.

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Continuamos con el resto de elementos de mayor tamao, hasta terminar la placa.

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10. Insoladora

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosInsoladora

Una insoladora es un dispositivo que contiene uno o varios tubos de rayos ultra violeta, con el que atacaremos nuestras placas de circuito impreso fotosensibles y de esta manera conseguiremos placas con un acabado profesional.

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Una vez hecho el diseo, fotocopiamos el circuito deseado sobre una transparencia, y seleccionamos una placa (fotosentible positiva) de circuito impreso acorde al tamao del diseo como se muestra en la figura. Dado que existen varias calidades de transparencias (diferentes espesores), cabe destacar que se obtienen mejores resultados con las ms finas.

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Partimos de la base de tiempos de una insoladora comercial cuya potencia es de 60 watios. Para este aparato se estima un tiempo de insolacin de 2 minutos. Una sencilla regla de tres, cuya razn es 60/18 nos da un coeficiente de 3.33, lo que quiere decir que aplicaremos un tiempo de 2 x 3.33 = 6.66 minutos.

La aplicacin de esta regla no es estricta, si tenemos en cuenta que no slo influye la potencia lumnica, sino tambin la reflexin de la superficie de la insoladora (mayor con colores claros) as como la distancia del foco luminoso al objeto iluminado (la placa de circuito impreso). La insoladora comercial va provista de una superficie metlica reflectante en todo el habitculo que contiene a los tubos fluorescentes.

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Insolamos el diseo con el tiempo de exposicin determinado

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Revelamos la placa con sosa o algn revelador comercial.

Si la insolacin ha sido correcta, aparecer una imagen perfectamente definida a la hora de revelar la placa.

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Luego la limpiamos con agua y la dejamos secar.

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La introducimos en el cido y esperamos que el cobre sea eliminado sin eliminar las pistas.

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Limpiamos la placa con disolvente de tal forma que quede brillante

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As obtenemos las placas preparadas para ser taladradas y soldar los componentes.

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11.Ejemplo de diseo

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Diseo de Circuitos ImpresosDiseo de Circuitos ImpresosEjemplo de diseo

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