En el último artículo, prometía explicar el proceso de fabricación de placas de circuito impreso. Aunque esta técnica, no es estrictamente necesaria para el aficionado a los trenes en miniatura, si es conveniente conocerla si uno pretende, como es mi caso, meterse en honduras electrónicas para el manejo de los trenes. Por otra parte, mi intención es publicar aquí los esquemas de circuitos impresos de los distintos elementos que voy a ir construyendo, de manera que si algún lector quiere reproducirlos, lo pueda hacer. En ese caso, necesitará conocer esta técnica que le permitirá crear sus propias tarjetas de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board).
Quiero aclarar que yo voy a explicar el proceso empleando una "insoladora". Este aparato es relativamente caro, pero a mi me parece completamente imprescindible si se quiere obtener un resultado correcto. Además, con un poco de habilidad es posible construir una insoladora artesanal.
Circulan por Internet varias páginas en las que se explican otros procedimientos para fabricar PCB's. Uno de los más extendidos consiste en emplear una impresora laser para hacer una impresión del circuito, y después transferirlo a la placa de cobre con una plancha de ropa. No dudo que sea eficaz, pero yo he probado a hacerlo y no he conseguido resultados aceptables. Pienso que depende mucho del tipo de papel sobre el que se imprima, y en algún caso se habla de cargar la impresora laser con papel para imprimir fotografías en impresoras de chorro de tinta. Supongo que se trata de que el toner agarre muy mal sobre el papel, para que luego sea fácil de desprender y transferir al cobre. Mis pruebas las hice con papel normal, y por eso seguramente salió mal, pero la impresora no era mía, y no quería arriesgarme a meter un papel que pudiera producir algún problema.
Otro procedimiento es dibujar a mano el circuito sobre la placa de cobre con un rotulador de tinta permanente (Por ejemplo EDDING 2000). Este procedimiento si funciona bien, pero yo quiero ver quién es capaz de dibujar a mano las pistas y los contactos para un circuito integrado. Por otra parte, si hay que repetir el circuito, hay que volver a dibujar a mano, lo cual ya es horrible. Sólo recomiendo este sistema para una pequeña prueba.
En todo caso lo primero que hay que tener es un dibujo exacto a tamaño real del circuito que queremos fabricar. Como ya he comentado, yo utilizo el programa PaintShopPro, que es un software para dibujo y fotografía, pero no está pensado para el diseño de circuitos. Sin embargo yo me apaño muy bien con él, y acabo antes que tratando de entender el funcionamiento de alguno de los programas específicos para esta función. En la imagen de la derecha podemos ver el dibujo del circuito que voy a construir en esta ocasión. Los bordes externos de la placa tienen exactamente 10 x 10 cm, que es una medida normal para placas. Como se ve, a diferencia del circuito del artículo anterior, este circuito tiene "mucho negro". En realidad el negro corresponde a lo que quedará como pistas de cobre, de manera que lo que se pretende al hacer un diseño así, es que la mayor parte del cobre quede en la placa. Luego veremos la razón.
Este diseño se imprime con una impresora de chorro de tinta sobre un soporte para transparencias, tal como veíamos en el artículo anterior. Es importante que la impresión quede lo más densa posible, para lo cual conviene experimentar con las distintas opciones de tipos de papel. Concretamente, en mi impresora EPSON 880 la mayor densidad la he conseguido ajustando la impresión como "Glosy Film" en lugar de "Transparency" que parece que sería lo apropiado.
Una vez obtenida esta transparencia, que denominamos fotolito, comienza el "proceso químico" Como se utilizan varios líquidos yo lo hago en la cocina, donde dispongo de agua corriente y superficies fácilmente limpiables. En la imagen adjunta vemos los elementos necesarios: El fotolito, y a su derecha la placa sensibilizada que vamos a utilizar. Más a la derecha tenemos tres recipientes, que de izquierda a derecha son: revelador, disolvente y flux. Estos recipientes son muy prácticos ya que están perfectamente cerrados, y en la parte superior llevan una esponja, de forma muy parecida a algunos limpiadores de calzado. Son de la marca "
SENO" y se pueden comprar en tiendas de electrónica.
Arriba vemos dos cubetas (son dos fiambreras corrientes de plástico) unas pinzas de plástico, guantes desechables, y un frasco con disolución de cloruro férrico.
A la derecha vemos la insoladora abierta. Conviene encenderla durante unos cinco minutos para que los tubos alcancen la temperatura de trabajo y tengamos siempre resultados comparables.
La primera operación es colocar el fotolito sobre el cristal de la impresora, (con la cara de componentes hacia arriba), es decir tal como normalmente lo dibujamos. Luego quitamos la lámina adhesiva que protege la placa y la colocamos encima del fotolito, ajustando exactamente la posición. Para esto, conviene que el fotolito tenga marcas de alineación.
En la imagen adjunta vemos el momento de colocar la placa sobre el fotolito, naturalmente con la cara sensible hacia abajo.
Cerramos la tapa de la insoladora y ajustamos el tiempo de exposición. El tiempo depende de varios factores, sobre todo del tipo de emulsión que tenga la placa que estamos usando. Conviene utilizar siempre la misma marca para evitar sorpresas. Yo obtengo buenos resultados con una exposición de dos minutos.
A continuación viene el revelado. Utilizando los aplicadores de SENO, lo que hay que hacer es presionar la esponjilla contra la placa para que salga un poco de líquido, y a continuación extender este liquido por toda la placa. Se continúa frotando la placa con la esponja hasta que aparezca toda la imagen.
Lo que ocurre en el revelado es que la parte de emulsión que recibió la luz ultravioleta, se disuelve en el revelador, mientras que la parte que no recibió luz por estar protegida por el dibujo del fotolito, queda sobre el cobre, formando una máscara que protegerá estas zonas no expuestas, del atacado químico que haremos a continuación. Por lo tanto la parte que fue iluminada queda con el cobre a la vista, y la parte que fue protegida queda con una máscara de gelatina no disuelta.
Conviene cortar el revelado introduciendo la placa en la cubeta de agua, en cuanto la imagen sea clara y completa, Si insistimos demasiado tiempo, se debilitará la capa de protección. A continuación se enjuaga la placa bajo el chorro de agua.
El siguiente paso es el mas delicado. Se le suele llamar "atacado" y consiste en sumergir la placa en una disolución de cloruro férrico en agua (500 g de cloruro por litro de agua). El cloruro reacciona con el cobre disolviéndolo, pero respetando las zonas que están cubiertas por la máscara que hemos creado en el paso anterior .
El cloruro es una sustancia un tanto conflictiva, así que hay que tener cuidado con él. Por supuesto no hay que ingerirlo, y hay que evitar salpicaduras en los ojos. Si cae sobre la piel produce manchas amarillas que son bastante difíciles de quitar. Sobre la ropa, también produce manchas amarillas.
Conviene que la solución de cloruro esté un poco caliente (unos 40º) para que el proceso sea más rápido. Yo lo que hago, como se ve en la fotografía, es poner la cubeta en el fregadero, y abrir el grifo del agua caliente, sin que caiga agua sobre la cubeta. Así el agua calienta el fondo de la cubeta mientras se produce el proceso. Hay que agitar continuamente la cubeta durante todo el proceso. Con ayuda de las pinzas levantamos de vez en cuando la placa para observar el proceso que dura unos diez minutos.
Una vez que desaparezca todo el cobre no protegido, sacamos la placa y la enjuagamos en abundante agua corriente. La solución de cloruro se devuelve al frasco y puede usarse varias veces. En realidad el "desgaste" de la solución de cloruro depende de cuánto cobre "se ha comido". Por eso, conviene hacer los fotolitos "con mucho negro" ya que así habrá mucho menos cobre para disolver y el cloruro durará más. Además las áreas muy extensas de cobre tardan más en disolverse, lo que podría dar lugar a que el atacado resulte irregular.
El siguiente paso es eliminar la máscara, que protege las pistas para dejar el cobre a la vista. El juego de productos SENO incluye un disolvente para esta operación, que se hace de forma similar al revelado.
Después de esta operación y tras un nuevo lavado, tenemos ya la placa limpia, con sus pistas de cobre.
Conviene hacer una inspección para ver si se notan pistas que han sido atacadas o cualquier otro defecto. Normalmente, si las pistas han sido atacadas, puede deberse a dos causas: Si la exposición fue corta, seguramente tuvimos que insistir mucho en el revelado y debilitamos demasiado las máscaras de protección. Por el contrario, si la exposición fue demasiado larga, es posible que la luz haya atravesado las zonas oscuras del fotolito, y por lo tanto hayan quedado algo expuestas las zonas que había que proteger. Por eso es importante que el fotolito tenga un negro muy denso.
En la siguiente imagen vemos como queda una placa correctamente procesada. El cobre debe quedas liso y pulido, sin síntomas de atacado, y la parte sin cobre debe ser traslúcida y sin restos de cobre.
Después viene un proceso que requiere un poco de paciencia. Se trata de taladrar los agujeros para los rabillos de los componentes. La herramienta ideal para esto es un minitaladro, tipo Dremel, con una broca de 1 mm. Situando la placa sobre una madera, se van perforando todos los taladros. Hay algunos componentes que requieren taladros un poco más gruesos, de 1,5 mm, y normalmente se necesita hacer algunos taladros de 3 mm para los tornillos de montaje.
Aparentemente hay que tener un pulso extraordinario para hacer esto bien, pero en realidad no es tanto. Yo utilizo un truco muy sencillo: El dibujo de los ojales que yo hago, lleva en el centro la zona blanca que correspondería al agujero. Como consecuencia, las pistas de cobre quedan con ojales que tienen en el centro una zona sin cobre donde se debe taladrar. Curiosamente el cobre queda con un ligero resalte sobre la base de la placa, de modo que el lugar que hay que perforar queda con un "reborde" de cobre que guía la broca, con lo que casi se va sola al centro exacto del ojal.
Por supuesto conviene que la broca esté bien afilada para no producir rebabas.
En el siguiente paso, si es necesario, recortamos la placa al tamaño requerido. Se suele recomendar que esto se haga con una sierra, pero yo he descubierto que unas tijeras de hojalatero también permiten realizar un corte limpio y es mucho más rápido. Los bordes se repasan frotándolos contra un papel de lija puesto sobre una superficie plana
Una vez terminado el "mecanizado", hay que limpiar muy bien todo el polvillo que queda sobre la placa, y entonces le aplicamos el tercero de los productos de SENO. Es una especie de barniz llamado "flux" que protege el cobre de la oxidación, y además facilita la soldadura. Si ponemos el flux antes de hacer los taladros, se forma un barrillo entre el flux y el polvo de los taladros.
Conviene dejar secar bien el flux, porque si no resulta pegajoso.
El siguiente paso es situar y soldar los componentes. Es sólo cuestión de paciencia y cuidado, y utilizar un buen soldador de punta fina y alambre de estaño de 0,5 mm.
Conviene inspeccionar las soldaduras con una buena lupa para asegurarse que han quedado perfectamente unidos los rabillos a las pistas de cobre
En un circuito como el que estamos fabricando que realmente no tiene mas que un par de circuitos integrados y conectores, podemos hacer una comprobación muy sencilla. Antes de poner los circuitos integrados en sus zócalos, podemos utilizar un polímetro en modo probador de continuidad, y asegurarnos de que cada pata de los zócalos se comunica con los correspondientes pines de los conectores.
Una vez efectuadas estas pruebas, se situarán los integrados en sus zócalos y el circuito quedará terminado
La última imagen muestra el circuito terminado con sus componentes colocados y los conectores que lo unirán al "mundo
exterior"
Quizá alguien se sienta un poco defraudado al ver la cantidad de "puentes" que presenta este circuito, formados por alambres sobre la superficie de la placa. Evidentemente no me he roto la cabeza para buscar recovecos por donde llevar las pistas para evitar los puentes, pero es que en un circuito como éste donde no hay más que dos integrados, sin componentes discretos que permitan "cruzar" por encima de las pistas es imposible realizar un diseño en un solo plano.
Evidentemente la solución "elegante" para resolver esto es hacer un circuito de doble cara, es decir con pistas de cobre por encima y por debajo de la placa. En este caso, todos esos puentes, serían las pistas de cobre de la parte superior.
Sin embargo, aparte de las cuestiones de elegancia, para mi, el circuito de doble capa no tiene ninguna ventaja y si varios inconvenientes: En primer lugar las placas son bastante más caras. Luego hay que hacer dos fotolitos, y además al hacer la exposición, asegurarse de que quedan perfectamente alineados. En una insoladora como la mía, hay que hacer dos exposiciones y consecuentemente dos revelados. Además la cara superior queda con muy poco cobre, con lo que se consume una importante cantidad de cloruro.
Todo eso es complicado, pero sobre todo, no hay ninguna ventaja. Se dirá que no hay que hacer puentes, pero en realidad hay que unir las pistas de una cara con las de la otra, lo cual requiere introducir unos cablecillos y hacer una soldadura por cada lado. En total se hace el doble número de soldaduras. Así que aunque en su día hice algunas placas de doble cara, he decidido que no merece la pena.
Y, a todo ésto,....¿Qué demonios es ese circuito COLA 02 que hemos construído? La solución en el próximo capitulo.
No es que haya decidido dar marcha atrás en los planes de mi maqueta. Simplemente he decidido el mecanismo para dar marcha atrás, y consecuentemente, marcha adelante a mis locomotoras.
