Voy a comentar los pasos y materiales que uso para realizar una placa
de circuito impreso en casa, con los cuales obtengo un buen resultado
ya que más de un 90% de placas salen bien y me permite hacer
pistas de hasta 0.25 mm, que son necesarias cuando se usan componentes
pequeños smd como microcontroladores y otros circuitos
integrados, por lo que podremos hacer prácticamente cualquier
pcb de 1 a 2 caras en casa sin necesidad de tener que encargarlo.
Para realizar un pcb lo primero es un software para su diseño,
yo he usado dos el Orcad y el Eagle, y después de haber
realizado varias placas con ambos me quedo con el Eagle. Además
se puede obtener una versión gratuita que permite hacer placas
de hasta 80 mm x 100 mm con restricciones de dos layers máximo y
una hoja de esquemático. Si se quiere la versión completa
comprarlo es bastante más barato que otras alternativas, y si se
quiere no comprarlo también es bastante sencillo... Pero por su
facilidad de uso y por tener una opción gratuita que nos
pemitirá realizar muchas placas es una clara elección,
además se puede bajar de su página web muchas librerias
de componentes subidad por usuarios, que nos ahorrarán un tiempo
en hacer los footprints. Se puede obtener en http://www.cadsoft.de y la
versión de Linux es tan fácil de usar y funciona igual de
bien que la de windows.
Cuando abrimos el programa nos encontramos una pantalla como la siguiente:
Para realizar una placa debemos crear un nuevo proyecto, en este caso
pic, en el creearemos un nuevo schematic y lo añadiremos al
proyecto, del cual posteriormente generaremos la placa del circuito
impreso, pero todo esto y como usarlo viene en el manual que se puede
descargar de la dirección anterior, además es muy
sencillo de usar.
En el esquemático situaremos los componentes y dibujaremos las
conexiones entre ellos, para después generar la placa a partir
de él dando al quinto botón (una puerta y un
integrado). Mediante el comando add vamos buscando y añadiendo
componentes de la libreria para luego hacer sus conexiones mediante el
comando wire o el botón de una recta al lado de la T.
Lo siguiente es hacer la placa para sacar un fotolito, para ello
tendremos que colocar los componentes (su posición física
real) y trazar las pistas de las conexiones anteriores entre ellos
(manual del Eagle), el resultado final debe de ser algo así:
Para ello debemos seguir algunas normas para relizar circuitos
impresos, como evitar ángulos rectos en las pistas, respetar
distancias entre componentes y pistas ya que si las ponemos muy juntas
luego no vamos a poder hacerlas, cálcular el ancho de pista en
función de la corriente que debe llevar (
http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/
), evitar búcles de tierra y muchas reglas más que
habrá que pensar en ellas si el circuito no funciona...
Una placa puede tener varias capas, en casa por lo general sólo
podremos hacer hasta dos, una por un lado de la cara y la otra por el
otro. Cuando las pistas las dibujamos en rojo significa que las pistas
y los componentes van ambos por la misma cara, y cuando las dibujamos
en azul las pistas van por una cara y los componentes por el otro, por
lo que a la hora de colocar el fotolito sobre la placa de cobre debemos
darle la vuelta, es decir escribimos unas letras en azul y estas deben
quedar en la placa real que puedan leerse de forma normal (de
izquierda a derecha).
Si nos queda alguna pista sin trazar como en la placa de arriba al lado
de R8 porque no hay manera tirar la pista sin que corte a otra, haremos
un puente, es decir realizarmos la placa sin la pista y luego la unimos
mediante un cable, hay que dejar espacio para soldar el cable. Una vez
tengamos todo le damos a Display/hide layers.. en view hasta que
tengamos lo que debe ir sobre el cobre, algo así:
Y le damos al botón de imprimir, o bien en papel para llevarlo a
una imprenta o sitio de fotocopias donde nos hagan una transparencia
con el circuito, o imprimimos directamente en una transparencia
mediante una impresora laser. Yo uso una impresora laser de
resolución 1200x600 creo recordar (de las baratas que hay ahora)
y debo colocar dos fotolitos sobre el cobre para que no pase la luz. Lo
que sale caro es el papel de transparencia, que puede costar 40 euros
100 hojas.
El fotolito debe de quedar algo así:
En el de abajo se puede observar lo de las letras, como lleva
componentes que van por la otra cara a la de las pistas (los cuadrados
de 4 patas) se han dibujado letras en azul, para colocarlo sobre el
cobre habría que darle la vuelta, de tal forma que las letras se
leyesen igual que las de arriba. En este caso en especial se puede
colocar y se ha colocado de las dos formas, ya que el componente que va
por la otra cara se puede girar (un sentido representa una
colocación de los sensores y el otro otra), pero por lo general
esto nunca ocurre y si lo colocamos mal no servirá el pcb.
Una vez que tenemos nuestro fotolito lo siguiente es pasarlo a un trozo
de cobre, y aquí hay varias formas de hacerlo, yo voy a poner lo
que uso y me da buen resultado, y los materiales que empleo y donde
obtenerlos.
Lo primero es una insoladora, que sirve para pasar nuestro fotolito a
la placa de cobre. Una insoladora por lo general se suele construir y
obtener muy buenos resultados, son unos fluorescentes o diodos leds
dentro de una caja, yo compre una que no es muy cara ya que es algo que
utilizo bastante, y después de unas cuantas placas se amortiza.
Uso la siguiente comprada en amidata o farnell, no recuerdo: Código RS555-279
La imagen creo que es el modelo medio, el modelo que yo tengo el
pequeño no lleva el temporizador electrónico si no
mecánico. Por 165 euros no es tontería y nos permite
hacer la mayoría de las placas para robots con 245 mm x 150 mm
de área de exposición.
Las placas de cobre listas para insolar que uso: Código RS292-6926
Son unas placas muy finas de 0.4 mm y 35 um de cobre, muy resistentes y
que se pueden cortar con unas simples tijeras y dar cualquier forma.
Por lo que tenemos una placa fácil de trabajar, resistente que
no ocupa y no pesa, si la placa no va a ser a la vez base del robot yo
creo que son ideales. Para pasar el circuito debemos colocar el
fotolito sobre la placa en la posición correcta (lo de las
letras), lo hacemos sin que le de una luz directa de un flexo o con
poca luz de forma rápida, ya que la placa pierde la
protección cuando le da la luz, yo lo hago con la luz del techo
y no pasa nada. Lo podemos fijar con un poquito de celo para que no se
mueva y una vez hecho esto la metemos en la insoladora.
Lo importante del insolado es el tiempo que debe estar la placa dentro
de la insoladora, su tiempo de insolado, depende del tipo, marca, model
de placas que usemos y es algo crítico, si insolamos de
menos o de mas las placas saldrán mal, por lo que cuando
tengamos una placa que nunca hayamos usado lo mejor es usar
pequeños trozos de prueba con distintos tiempos de insolado y
ver como salen. Para estas placas en esa insoladora a mi me salen bien
metiendolas 3 minutos.
Una vez que hemos insolado la placa debemos de revelarla, mediante el
insolado y revelado lo que hacemos es quitar la película que
protege al cobre en aquellas zonas que han estado expuestas a la luz de
la insoladora, para después meter el trozo de placa en el
ácido y que este se coma todo el cobre de la placa que no ha
quedado protegido, obteniendo de esta forma nuestro fotolito grabado en
cobre.
Siguiendo de compras por amidata dos cosas que vienen bien pero no son necesarias son las siguientes:
Juego de 3 bandejas, una para el revelador, otra para el ácido y otra para agua. Código RS555-572
Con esto nos evitaremos tener que estar buscando donde echar los
líquidos, ya que el ácido todo lo que toca lo ensucia
bastante, y seguro que habrá alguna forma de quitarlo, pero yo
todavía no la he descubierto.
Pero vamos a lo necesario, el revelador. El revelador lo tenemos que
preparar en casa y lo mejor es comprar un bote de estos. Código
RS690-849
En las instrucciones pone que hay que echar 50 gr por un litro de agua
caliente, por lo que echaremos sobre una bandeja de las anteriores un
litro de agua de grifo caliente a la temperatura que indica más
o menos y 50 gramos de revelador. Es importante que esté
caliente ya que la temperatura influye bastante en el tiempo del
revelado, y este tiempo es tan crítico como el de
insolación, si lo dejamos poco no removeremos la película
protectora del cobre y si lo dejamos más de la cuenta nos
comeremos la película sobre el cobre. Por lo que es mejor
tenerlo a la temperatura indicada al revelar los circuitos, si todo va
bien el proceso es casi instántaneo, en unos pocos segundos
tendremos dibujado nuestro fotolito en negro sobre la placa de cobre y
lista para meterla en el agua y al ácido. Yo el revelador no lo
suelo guardar, como con un bote de esos da para hacer 10 veces placas y
aprovecho para hacer todas las placas que tenga que hacer de una
vez, lo hago nuevo cada vez que me pongo, no sé si se
podrá guardar. Importante tiempo de revelado y temperatura.
Una vez con el trozo de cobre revelado lo tenemos que meter en
ácido para que se coma el cobre que no queremos y nos deje las
pistas que nos interesa. Como ácido yo uso cloruro
férrico, si se toca con la mano no pasa nada, la única
pega es que el proceso es lento, de 10 a 30 min en que se coma una
placa y donde cae mancha.
Para prepararlo en medio litro de agua caliente en una bandeja de las
anteriores echamos una bolsa de estas que tienen 250 gramos de bolitas
de cloruro férrico, o las dos bolsas en un litro de agua es casi
mejor, así tenemos más ácido si vamos a meter
muchas placas ya que una vez que terminemos de hacer las placas echamos
este ácido en una botella y está preparado para la
próxima vez, lo único que tenemos que hacer es meter la
botella en un cubo de agua caliente antes de usarlo. La temperatura
influye en la velocidad con la que se come el cobre pero no es
crítico como en los casos anteriores, si está frío
(temperatura ambiente, no muy frío) pues tardaremos más
que si está caliente, pero se acabará comiendo el cobre.
Lo mejor es echar las placas y mover las bandeja suavemente para que se
produzcan olitas, e ir mirando cada rato como va la placa hasta que
veamos que se ha comido el cobre que queremos y está lista, si
lo dejamos de más pues se acabará comiendo todo. El
proceso es más lento que con otro tipo de atacantes, pero a mi
me sale bien así.
Una vez que el ácido se ha comido el cobre que queremos
limpiamos la placa para quitar la película protectora frotandola
con alcohol del botiquín y papel de baño, comprobamos la
continuidad de las pistas con un polímetro y después de
todo esto el resultado que obtenemos si todo ha salido bien será
algo como esto:
Las pistas de 0.25 mm que van al microcontrolador (el único circuito integrado que hay) salen sin problemas.
En este pcb se ve lo que digo de las letras, si tenemos componentes en
la cara opuesta a las pistas (misma cara pistas en rojo o top. Pistas
en una cara y componentes en otra, pistas en azul o bottom)
y hemos puesto las letras en azul este pcb estaría mal hecho,
deberíamos leer las letras como en el de arriba, un pcb
así no sirve de nada ya que las conexiones no se corresponden
con las conexiones del componente, habría que colocar el
componente en la cara de las pistas en lugar de en la otra. En este
caso no es erroeno porque el componente que uso se adapta a las dos
colocaciones del fotolito girandolo, lo único que hace es
cambiar la orientación del sensor, pero esto casi nunca
ocurrirá.
Resumiendo los pasos.
1. Creación del fotolito mediante soft e impresión de éste.
2. Colocación sobre la placa e insolado.
3. Revelado y enjuagar.
4 Atacado.
5. Limpiar la película protectora con alcohol.
6. Comprobar la continuidad de las pistas con un polímetro por si tenemos algún microcorte para estañarlo.
Ya está listo el pcb, ahora toca soldarlo, para esta tarea lo
mejor es hacerse con buenas herramientas ya que vamos a usar
componentes smd y necesitamos una buena precisión. Muchas son
las ventajas de usar componentes smd (componentes de montaje
superficial) sobre dip (componentes que atraviesan la placa), la
primera es la diferencia enorme de tamaño además son
mucho más fáciles y rápidos de soldar ya que no
debemos de estar girando constanmente la placa. Un micro como el de
abajo se suelda en un minuto o menos con las herramientas adecuadas y
no es necesario tener un pulso firme, vamos a mi me tiembla bastante el
pulso y soy capaz de soldarlo sin problemas, así que si yo lo
hago cualquiera lo puede hacer, por lo que el que dice que soldar
smd es un inconveniente, es que nunca lo ha soldado o ese día
tenía un soldador con punta de 3 mm... El dip resulta
útil para probar prototipos en la placa de pinchar (protoboard)
o para hacer puentes y pasar pistas a la vez que se usa el componente
como con las resistencias en el circuito anterior.
Diferencia de tamaño entre el mismo microcontrolador en dip y smd. Razón de peso.
Lo primero antes de ponernos a soldar es perforar la placa para
aquellos componentes que necesiten atravesarla, para ello lo mejor es
marcar con un punzón para que no se escape el taladro y
después taladrar para el diámetro respectivo de cada
componente. Lo más sencillo es usar un taladro de mano como el
de la foto..
En amidata se puede encontrar:
Taladro Código RS547-616
Juego de brocas Código RS240-3754
Una vez perforada situamos los componentes y pasamos a soldarlo. La
elección del soldador es muy importante, además de un
tamaño de punta los soldadores tienen una potencia, y si usamos
una potencia demasiado alta durante el periódo de tiempo que
tardemos en realizar la soldadura podemos quemar el componente,
hay que usar el soldador adecuado. Para soldar integrados y
pequeños componentes el mejor soldador que yo he encontrado es
el 14S de JBC (11 watios) con la punta de 0.5 mm no habrá smd
que se nos resista.
Un sitio donde adquirir el soldador a buen precio y la punta es en
www.divineo.es , también es recomendable comprar el soporte del
soldador, es muy cómodo y merece la pena ya que si cae de punta
ya podemos estar comprando otra. Al principio nadie lo compra por el
precio y al final la mayoría acaba con él..
Punta 0.5 mm. http://www.divineo.es/cgi-bin/div-es/acs026010
Sin salir de esa tienda hay más cosas que vienen bien comprar,
tener una buena herramienta es fundamental para trabajar, sino lo
único que harémos es perder el tiempo y el dinero.
Los alicates de corte de JBC para cortar la parte del componente que sobresale de la soldadura al atravesar la placa.
Flux, esto es casi obligatorio a la hora de soldar, mejora la
soldadura, ayuda a que corra el estaño y algún milagro
más, hay que aplicarlo cuando tenemos óxido, lo mejor es
pasarlo por la zona sobre la que vamos a soldar siempre, se nota
bastante en la soldadura.
Por último algo casi necesario es un soporte para sujetar la
placa mientras realizamos la soldadura, ya puede ser una pinza con
brazo, yo uso uno de esos que me resulta cómodo para trabajar.
Con esto podemos realizar casi cualquier soldadura, para soldar un
microcontrolador daremos flux sobre la superficie, estañamos un
pad (a donde va la pata) de la placa, a continuación pasamos a
colocar el microcontrolador sobre la placa con un pad en la placa
estañado. Una vez que esté perfectamente centrado
calentamos la parte de la placa estañada con el soldador para
fijar el microcontrolador a la placa y posteriormente pasamos a soldar
los demás puntos, calentando la pata y dando un poquito de
estaño. Para soldar una resistnecia, condensador u otro
componente lo hago de la misma forma, estaño un pad de la placa,
por ejemplo uno de los lados a donde va la resistencia, coloco la
resistencia en su sitio sobre la zona estañada y caliento
fijando esta zona y luego soldando la otra parte y repasando la
anterior si es necesario. Resulta bastante tápido y fácil
soldar smd, un tamaño smd de resistencias, diodos, condensadores
que a mi me gusta utilizar es el 1206 (medidas de ancho por largo en
una unidad que no recuerdo) que se ve en la foto. Con el micro,
integrados es importante limpiar la punta del soldador entre soldadura
y soldadura o pocas soldaduras, con una esponja húmeda que viene
en el soporte para no dejar estaño acumulado en la punta que nos
pueda unir las patas, y una vez soldado comprobar la continuidad con un
polímetro para detectar cualquier posible unión entre los
pines.
Si mientras soldamos se nos juntan un par de patas del micro con
estaño que es lo más normal , debemos desoldar usando
malla de desoldadura, esto es una tira metálica flexible (como
cable trenzado), cortamos un trozo y le damos un poco de flux, lo
colocamos sobre las dos pistas o patas unidas y calentamos sobre la
malla con el soldador y el estaño se pasará a la cinta
quitandose de las patas o pistas unidas.
Malla de desoldadura. http://www.divineo.es/cgi-bin/div-es/acs001014
Para desoldar una resistencia o condensador con calentar ambos lados
uno a continuación de otro varias veces suele moverse sin
problema. Para desoldar un integrado como el micro o cualquier otro lo
mejor es una estación de aire caliente que también se
puede obtener en esta página por unos 80 euros, yo uso una de
éstas para soldar y desoldar, más bien desoldar, aunque
si tenemos que soldar muchas resistencias o vamos a hacer varias placas
en serie lo mejor es soldar con la estación de aire caliente y
pasta de soldadura, ya que estar posicionando cada resistencia y
condensador y haciendo las soldaduras a mano si son muchos lleva
tiempo. Para desoldar/soldar con una de estas estaciones sólo
hay que pasar el chorro de aire caliente sobre las patas del
integrado, hacer una desoldadura de un micro grande resulta
rápido y sencillo. Una vez quitado limpiamos la zona de la placa
desoldada con malla de soldadura pasada por el flux, para llevarnos el
estaño que haya podido quedar y evitar pistas unidas.
Muchas herramientas de las anteriores no son del todo necesaria, pero
las amortizaremos a la larga ya que nos ahorrarán mucho tiempo
de trabajo y obtendremos buenos resultados. Siguiendo los pasos y con
un poco de práctica se puede hace cualquier pcb de una o dos
caras de uso común en los de robótica, obteniendo unos
resultados que desde mi punto de vista son buenos ya que nos permite
trabajar con micros y componentes smd.
Una imagne del robot hecho con estos dos pcbs siguiendo estos pasos y resultado final de la soldadura.
Para cualquier comentario, duda , corrección
Gracias por pasar por aquí, saludos.