Fabricación sencilla de PCB’s

1. Introducción
2. Material necesario
3. Preparativos
4. Insolación y revelado
5. Atacado
6. Taladrado y soldado
7. Fallos más frecuentes y posibles causas
8. Enlaces a otras secciones

1. Introducción
La fabricación de circuitos impresos PCB’s es algo imprescindible para cualquier aficionado a la electrónica, ya que dará pie a poder realizar de forma práctica todos aquellos proyectos que se tenían en mente y seguir maquinando en nuevos inventos y modificar los existentes. En esta página me centraré en explicar cómo hago yo mis circuitos, hay otras formas pero ésta me da unos resultados excelentes. En concreto hablaré de la fabricación por método fotográfico positivo con atacador rápido.

2. Material necesario
Los materiales que yo utilizo para la fabricación de los PCB’s son fáciles de encontrar y no excesivamente caros. Hay material específico para algunas acciones pero viendo el resultado obtenido con ambos la diferencia de precio no queda justificada.

Taladro miniatura: para hacer los agujeros donde irán montados los componentes. Es importante que sea de una marca fiable para poder encontrar repuestos en caso de avería. Las marcas recomendables son Proxxon, Black & Decker o la que yo uso, una Dremel Multipro. A la hora de la compra fíjate bien en la pieza que sujeta las brocas, debe garantizar un agarre perfecto a éstas para que no se descentren y “bailen” mientras hacemos el taladro. El precio oscila por los 70€.

Brocas: para metal y de grosores comprendidos entre los 0.7 mm para los pads y 3 mm para el mecanizado. Imprescindibles las de 0.8, 1 y 1.2 mm. El precio varía con el diámetro, cuanto más finas más caras. Las de 0.7mm son las más caras y salen por 1.40 €. Ten varias de repuesto porque se parten fácilmente y con el desgaste dejan rebabas en el PCB.

Soldador: debe ser tipo lápiz y de unos 30 Watios de potencia. Una buena marca es JBC y el precio es de unos 15€. No olvides el estaño, que viene en bobinas graduadas por peso entre 100 g y 1 Kg. El kilo sale a menos de 18€ para el hilo de 1mm de diámetro. Con el rollo de 500 g. tienes para una buena temporada.

soldador para PCB

Insoladora: las venden ya hechas pero a unos precios prohibitivos por eso recomiendo que te la construyas tú mismo como yo hice por menos de 45 €.

insoladora PCB

Cubetas de plástico: en ellas haremos las reacciones químicas. Lo mejor es buscar unas en un todo a cien o como yo hice aprovechar los envases de helado de 1 litro. Ten en cuenta el tamaño de las placas que vas a realizar y que los bordes sean lo suficientemente altos como para no derramar nada al mover los líquidos. Una capacidad de 1 litro más o menos está bien.

Guantes de plástico y pinzas para coger las placas.

Polímetro: para comprobar la continuidad de las pistas. Si todavía no tienes uno cómprate uno bueno porque lo vas a usar con frecuencia. Salen por unos 30 €.

Placas sensibilizadas positivas: salen por unos 2 € las de 100 x 100 mm de una cara, pero las puedes comprar más grandes e ir cortando a medida que las necesites. Las Covenco KP son muy buenas pero el barniz fotosensible que tienen es de un color dorado que contrasta poco con el del cobre y a la hora del revelado estaremos con una luz muy tenue por eso habrá que estar especialmente atento. Yo utilizo unas de la marca Freak que tienen un barniz verde oscuro que contrasta muy bien. También puedes sensibilizar tú mismo las placas de cobre con un barniz fotosensible como el Positiv-20 de Kontak-Chemie.

placas

Agua fuerte: lo venden en droguerías y supermercados como ácido clorhídrico o salfumant. La botella de litro sale por 60 céntimos.

Agua oxigenada: la recomendada para estos menesteres es la de 110 volúmenes que es más concentrada que la 10 volúmenes que es la que hay en cualquier botiquín. Con ambas se produce la reacción sin embargo con la de 110 volúmenes la reacción es instantánea prácticamente y con la normal hay que esperar un par de minutos. Las venden en droguerías y farmacias. Pierde actividad con el tiempo y sobre todo con la exposición a la luz, por lo que es mejor comprar botellas de 1/4 ó 1/2 litro y mantenerlas a oscuras y bien cerradas. La de 110 volúmenes viene en botellas de litro pero en algunas farmacias te pueden hacer un preparado de menos cantidad. El litro de ésta última sale por 5 €.

Sosa cáustica: nos servirá para el revelado. Viene en botes de 1 Kg. en perlas y en bolsas de la misma cantidad en escamas. El bote sale por 2.40 € y la bolsa por 1.50 € y da igual usar uno que otro. A la hora de manipularlo debes tener en cuenta, a parte de que es muy abrasivo, que absorbe la humedad del ambiente y pierde actividad, por eso debes guardarlo en un bote bien cerrado si te decides por la bolsa de escamas. Para 1 litro de revelador usaremos 12 gramos de sosa, así que con 1 Kg. tenemos para toda la vida.

liquidos

Barniz: para proteger de la oxidación las pistas una vez soldados todos los componentes. Lo venden en spray y sale por 5 € el “Plastic 70″ de Kontakt-Chemie. Con un bote hay para muchos circuitos.

Trasparencias: en las que imprimiremos los fotolitos (diseño de las pistas). Dependiendo del tipo de impresión usaremos las especiales para inyección de tinta o las de láser y fotocopiadora. Las de inyección cuestan entre los 12 € de las Apli y los 30 € de las HP para el paquete de 20 unidades. Evidentemente hay una diferencia brutal en el acabado con las HP, aunque he oído que las Epson dan buenos resultados y no son tan caras. Las venden de forma individual en las papelerías por unos 0.60 €, pero ojo con la marca. En una hoja podemos imprimir varios circuitos, así que a fin de cuentas no sale tan caro comprar un paquete.

fotolitos PCB

Con todo esto en el armario ya nos podemos plantear la realización de nuestros propios PCB’s.

3. Preparativos
Lo primero es preparar el fotolito y para ello hay que tener en cuenta el método fotográfico elegido, positivo o negativo. Lo más habitual domésticamente es por positivo aunque industrialmente se realizan por negativo por un mejor acabado. La diferencia está precisamente en el fotolito, mientras que para el método por positivo (el que yo uso) las pistas deben de ir en color negro y el fondo en blanco, para el negativo esto es al contrario. Si nos decantamos por el positivo, la impresión de las pistas de la cara de abajo debe ir tal cual y las letras llevarán un “mirror”, es decir, que estarán al revés de forma que sólo serán legibles con un espejo. Para la cara de arriba (si es que la usas) será al contrario y del mismo modo que para la cara de abajo por el método negativo. De esta forma se asegura que la tinta quede en contacto directo con la placa porque aunque la transparencia sea fina se formarán reflexiones y sombras y las pistas podrán quedar más finas que en el diseño original. Si es posible los pads deberán dejarse son un punto en blanco para facilitarnos el trabajo a la hora de taladrar. En OrCad la opción se ofrece a la hora de imprimir como “keep drills open”.

4. Insolación y revelado
Con el fotolito ya listo deberemos preparar el revelador. Para ello pondremos un litro de agua a una temperatura entre 18ºC y 35ºC en un bote e introducimos 12 gramos de sosa. Agitamos hasta que quede disuelta por completo. Esta mezcla puede guardarse para más veces hasta que veas que deja de tener efectividad pero cuando lo vayas a utilizar recuerda que debe estar a esa temperatura aproximadamente porque si no no actuará. Yo lo que hago es verter lo que vaya a usar en la cubeta y calentarlo con un secador de pelo mientras la placa se insola. No olvides poner un letrero indicativo en esa botella con advertencias bien visibles de que es venenoso y corrosivo. Una vez listo el revelador lo vertemos en la cubeta, un poco más como para cubrir la placa y lo llevamos a una habitación en penumbra junto con la insoladora. No es necesaria luz roja, con una bombilla convencional de baja potencia que no apunte al área de trabajo es suficiente. Huye de las bombillas de bajo consumo y sobre todo de los tubos fluorescentes porque la luz que emiten tiene cierta cantidad de UVA que es lo que vela el barniz. Si no te queda más remedio pon una tulipa de color amarillo para que actúe como filtro de los ultravioleta.

Quita la capa protectora que recubre la placa sensible, pon el fotolito con las pistas en contacto directo a ésta y pon el conjunto sobre el cristal de la insoladora. Para que no queden bolsas de aire aprisiónalo, con libros por ejemplo. Pon a funcionar la insoladora y a esperar más o menos dependiendo de ésta. Cuando ya se haya insolado verás que el barniz fotosensible tiene el mismo color que al principio. Momento de ponerse los guantes y evitando la luz, meter la placa en el revelador con las pistas hacia arriba, verás como se van yendo las zonas que no son pistas. Mucho ojo en este punto, porque si el revelador está demasiado caliente o demasiado concentrado el viraje se hará muy deprisa y puede destrozarnos la placa dejándola sin el barniz. Un fotolito con las pistas muy opacas al trasluz nos evitará problemas. Hay quien pone dos fotolitos superpuestos para que la opacidad sea aún mayor. En cuanto se hallan limpiado de barniz la zonas que no son pistas retiraremos la placa inmediatamente y la lavaremos con abundante agua porque si no el revelador empezará a actuar sobre las pistas. Ya puedes encender la luz. Pues si te ha salido bien, enhorabuena porque acabas de pasar el proceso más complicado. Cuando tengas algo de práctica no tendrás ningún problema.

5. Atacado
Ahora llegamos al punto más vistoso del proceso de fabricación del PCB. Antes de nada dejar claro que es también el más peligroso porque usamos ácido clorhídrico y porque en la reacción se desprenden gases que contienen hidrógeno (explosivo) y cloro (tóxico), por ello buscaremos un lugar muy bien ventilado y en el que no nos moleste nadie. Ten en cuenta que incluso esos gases son capaces de atacar los metales de rejas, tuberías, etc. si hacemos la reacción cerca de los mismos muchas veces.

Una vez quitado el reloj y anillos nos ponemos los guantes y ponemos suficiente atacador en la cubeta para cubrir la placa. El atacador está compuesto por un 60% de salfumant, 30% de agua oxigenada de 110 volúmenes y un 10% de agua del grifo. Hecho esto introducimos la placa con las pistas hacia arriba con mucho cuidado de no salpicar y observamos que aquello empieza a burbujear como una aspirina, el líquido coge un color verde y que la cubeta se calienta un poco. Procura no inhalar los gases. En menos de 10 segundos el cobre que no estaba protegido por el barniz se ha ido y ya podemos sacar la placa y lavarla abundantemente con agua. Ya está lista para ser taladrada y apenas has tardado 15 minutos ¿eh? Si ves que el atacador no actúa basta con que añadas un poco de agua oxigenada. Este atacador pierde la actividad bastante pronto, lo que tarda en disociarse el oxígeno del agua oxigenada pero si quieres hacer varias placas seguidas no tendrás ningún problema.

Si todavía no vas a soldar los componentes puedes dejar el PCB hasta entonces con el barniz fotosensible sobre las pistas y así estarán protegidas de la oxidación, pero antes de soldar debes limpiar las pistas porque si no el estaño no se fija al pad al estar “manchado” por el barniz. Para la eliminación de éste yo utilizo el método menos agresivo para el cobre que consiste en velar el barniz poniéndolo en la insoladora o la luz del sol durante un rato y a continuación meterlo de nuevo en el revelador. Así el barniz se elimina de forma “natural” y no se raya el cobre como cuando se elimina con papel de lija, estropajo, etc. También puedes optar por limpiarla usando un paño mojado con acetona.

6. Taladrado y soldadura
Para hacer los agujeros de los pads donde irán insertados los componentes en el PCB utilizaremos el taladro miniatura con varios grosores de broca, todas ellas para metal. Empezaremos usando una broca de 0.7 mm. para hacer todos los agujeros. Si el fotolito tenía el centro del pad en blanco nos evitará tener que marcar éste con un punzón para que la broca no “baile” y además nos quedará perfectamente centrado. A continuación repasaremos con una broca de mayor diámetro los pads que lo necesiten, usando siempre la de menor grosor posible para “comer” la menor cantidad de cobre al pad. Antes de pasar a soldar comprobaremos que todos los componentes entran perfectamente, porque hacer luego un agujero entre componentes ya soldados es muy engorroso.

Antes de soldar los componentes, hay que tener en cuenta que la placa debe estar perfectamente limpia y libre de óxido (esto ocurre si hace varios días que hicimos el atacado). Para hacer la limpieza lo mejor es usar un estropajo con agua y jabón, preferiblemente “Ajax”, y frotar con cuidado hasta que las pistas brillen.

Para soldar empezaremos por los componentes de menor altura y dejaremos para el final los circuitos integrados, transistores y demás semiconductores. El soldador debe contar con conexión a toma de tierra para que las cargas electrostáticas no estropeen los componentes. Para soldar introducimos todas las patillas del componente en el pad, ponemos en contacto el soldador con el cobre y la patilla y aplicamos el estaño, que se funde inmediatamente y recubre todo el pad homogéneamente. El estaño debe quedar de un color brillante y no debe tener forma de bola o globo, porque si no se producirá la llamada soldadura fría que no produce contacto eléctrico entre la patilla y el pad. La forma adecuada que debe coger el estaño es similar a la de las carpas de los circos. Es importante no dejar en contacto demasiado tiempo el soldador con el componente porque lo podemos quemar (relativamente fácil con algunos transistores pequeños).

soldadura PCB

Una vez soldados todos los componentes en el PCB y cortados los trozos de patilla sobrantes procedemos a proteger la placa para que con el paso del tiempo la oxidación no destruya las pistas de cobre. Yo utilizo un spray protector, en concreto el “Plastic 70″ de Kontakt-Chemie. Puedes hacerte tu propio protector diluyendo un poco de perrubia en acetona y aplicarlo con un pincel. Solución muy barata pero tremendamente sucia porque lo deja todo pegajoso. El bote de spray da para muchos circuitos y la aplicación es limpia y cómoda.

Ya sólo queda probar el circuito y pensar en el siguiente proyecto. Si no has conseguido a la primera hacer la placa a la perfección no te desesperes, las primeras veces cuesta un poco, sobre todo si no lo has visto hacer nunca pero ya verás como al cabo de unos pocos intentos no tienes ningún problema. De todas formas puedes ponerte en contacto conmigo si tienes problemas o para hacerme cualquier comentario sobre la Web, que espero te sea de mucha utilidad.

7. Fallos frecuentes y posibles causas

  • El revelador no actúa:
    Comprueba que está aproximadamente a unos 30ºC.
    La concentración debe ser de 12 g. de sosa cáustica por litro de agua.
    Tal vez el tiempo de insolación ha sido insuficiente.
  • El revelador actúa demasiado rápido o las pistas desaparecen:
    La concentración o la temperatura son excesivas.
    El tiempo de insolación ha sido demasiado.
    La pistas del fotolito no eran lo suficientemente opacas.
  • El atacador no actúa:
    El agua oxigenada ha perdido fuerza, añade un poco más.
    No hemos metido la placa en el revelador el suficiente tiempo.
  • El atacador actúa demasiado rápido o se come las pistas:
    Demasiada agua oxigenada.
    Demasiado tiempo en el revelador.
    Exceso en la insolación o pistas del fotolito poco opacas.

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