Diseño de Circuitos Impresos

Introducción.

Un circuto impreso, básicamente, tiene la función de conectar eléctricamente un determinado grupo de componentes eléctrico y/o electrónicos de un determinado sistema. Una función especialmente importante, ya que puede ser la causa de muchos fallos de funcionamiento. Por este motivo, se deben estudiar y diseñar correctamente, para poder obtener un sistema electrónico que sea eficiente y fiable.

En esta sección os intetaremos facilitar el proceso de diseño de placas de circuito impreso utilizando un software gratuito muy interesante, KiCAD. Este artículo va dirigido a todos aquellos aficionados a la electrónica, investigadores e inventores independientes que desean o necesitan diseñar y/o fabricar sus propios circuitos para poder llevar adelante sus hobbies y/o proyectos profesionales y/o personales.

Partiendo del esquema electrónico, y conociendo sus características principales, que nos permitirán determinar al grosor mínimo de las pistas, la separación mínima entre las pistas, distribución de los componentes y conectores, etc....

Antes de dedicarse al diseño de nuestro circuito impreso es conveniente asegurarse de que el circuito que pretendemos fabricar funciona correctamente, es decir que se ha provado con placas Protoboard y se han realizado los ajustes pertinentes. Ya que, una vez fabricada la placa de circuito impreso será más dificir la sustitución o inclusión, de determinados componentes.

Equema Electrónico.

Una vez tenemos diseñado y verificado, nuesto circuito, lo que tenemos que hacer es pasarlo al EESchema, que es el edior de esquemas electrónicos de KiCAD, lógicamente podeis utilizar cualquier otor editor de esquemas electrónicos que os permita crear ficheros netlist adecuados al editor de pcbs que deseais utilizar. En este caso yo utilizaré el PCBNew, también incluido en KiCAD.

Es la imagen siguiente, podeis ver un temporizador especialmente diseñado para una insoladora.

EESchema nos permite generar fácilmente los ficheros netlist necesarios para la edición de la nuestra placa de circuito impreso con PCBNew. También incluye una pequeña aplicación denominada CvPCB, que facilita la asociación de los componentes del esquema con las plantillas de componentes (footprints) que utilizaremos en PCBNew.

La selección de las plantillas (huellas, o footprints) de los componentes la tendremos que realizar en función de las características físicas de los componentes seleccionados durante el diseño de nuestro circuito. Es decir, debemos tener claras las dimensiones físicas, especialmente el diámetro de los pins y la distancia entre ellos. Esto es especialemente importante en circuitos integrados, conectores y transformadores que no dejan margen de error.

Por otra parte, también es importante el diámetro de los pads (puntos de soldadura), cuanto mayores sean menos problemas tendremos en caso de repetidas soldaduras/desoldaduras de algún componente. Aunque siempre tendremos la limitación impuesta por la presencia de pads vecinos y la conveniencia de tener que pasar alguna pista entre pads.

Distribución de Conectores, Mandos y Componentes.

Llegados a este punto, ahora lo que tenemos que hacer, es definir la distribución de los componentes, en el siguiente orden:

- Conectores, que normalmente colocaremos en la periferia de la placa para facilitar su manipulación, aunque algunos conectores, podremos colocarlos en el interior.

-Componentes de ajuste, como potenciómetros, interruptores, etc.. en función de la accesibilidad que deseamos para cada uno de ellos. Según la complegidad de nuestros esquema electrónico, puede ser conveniente realizar una placa con los dispositivos de ajuste y control independiente de la placa principal, y conectarlar mediante el uso de cables y conectores adecuados. O bién, instalar los componentes de ajuste en un panel de control y conectar a la placa principal, mediante cables soldados o con conectores.

- Dispositivos de potencia con disipador de calor. Hay que colocarlos en zonas periféricas que queden lo más aireadas posibles y de forma que no transmitan calor de los otros componentes.

- Componentes voluminosos, cono transformadores, condensadores, etc...

- Circuitos integrados y demás componentes activos.

- Resistencias y condensadores pequeños.

Trazado de Pistas.

Lo primero que tenemos que hacer, antes de proceder al trazado de las pistas, es determinar la anchura mínima que deberían tener, especialmente si estamos diseñando una fuente de alimentación, o algún dispositivo de electrónica de potencia, como convertidores conmutados, drivers de motores, etc....

Para esto, necesitamos conocer los valores medios de las corrientes que circularán las pistas de nuestro circuito. Que deberíais conocer si habeis deiñado del circuito vosotros mismos, o que podeis determinar fácilmente con cualquier software de simulación, o simplemente, podeis hacer las medicioces en vustras primeras pruebas con ProtoBoard.

Seguidamente os presento un tabla que os permiirá conocer la anchura de una mínima de una pista y de la elevación de temperatura que podeis admitir.

Anchura de pista en mmIncr.de TºAdmisible

Cu 35 µm10ºC20ºC30ºC

0.36 mm 0.9 A 1.2 A 1.8 A

0.4 1 1.3 1.9

0.72 1.8 2.7 3.5

1.14 2.7 3.8 4.6

1.78 3.7 5.2 6.2

2.5 4.7 6.8 8.2

3.5 5.7 8.3 10.5

4.5 7 9.7 12

5.8 7 11.2 14

7.1 9.1 13 16.1

La separación entre pistas vendrá condicionada por las diferencias de potencial máximas entre pistas, detalle especialmente importante cuando trabajamos al tensiones elevadas, 220 V, 380 Vac, o incluso miles de voltios de los ionizadores, generadores de ozono y dispositivos similares. Seguidamente teneis la tabla para determinar la separación mínima ente pistas.

Dif. de Potencial en VoltiosSeparación en mm

DDP < 50 0.5

50 < DDP < 100 0.7

100 < DDP < 170 1

180 < DDP < 250 1.2

250 < DDP < 500 3

En el caso de les circuitos RF (Radio Frecuencia), o circuitos en los que utilizamos lógica circuitos integrados con frecuencias de reloj elevadas, hay que tener en cuenta posibles problemas de transmisión: acoplamientos entre pistas e impedancias características de la línea.

Por otra parte también tenemos que tener en cuenta la resistencia de la conexión, ya que lo típico es tener pistas de cobre de un grosor de 35 µm. Este dato es especialmente importate si estamos diseñando un driver para un motor de un vehículo eléctrico que manejar corrientes superiores a los 200 Amperios. Donde puede ser conveniente el uso de placas de circuito impreso con una capa de cobre de mayor grosor.

Ahora ya podemos empezar a tazar pistas. Empezando por los de mayor corriente, ya que serán las más anchas. Seguiremos por las de mayor tensión. I finalemente trazaremos las demás pistas. Es conveniente enviatar el uso de una segunda cara de pistas, simplemente para facilitar la fabricación de circuito impreso. I en caso de ser necesario por la complejidad del esquemas electrónico, procuraremos utilizarla para realizar puentes, es decir, las pistas deben empezar i terminar en la cara de soldaduras. Aplicando esta ténica, si tenemos pocos puentes, poderemos realizarlos con hilos rígidos, y nos ahorraremos la complicación extra de realizar una placa de circuitos impreso de dos caras. Además de envitar problemas de soldadura y/o desoldadura. Ya que es conveniente tener en cuenta, que estamos hablando de prototipos y que posiblemente se ha escapado algún detalle, y por tanto tendremos que sustituir algún componente, ya sea por deterioro del mismo, o por mejora de diseño.

Una vez finalizado todo el trazado de pista, crearemos un plano de masa. Esto rellenará muchos de los espacios en blanco de nuestra placa aumentado el grosor de la pista de masa (GND) tanto como sea posible en cada punto. Con esto reduciremos considereblemente la cantidad de cobre que tendremos que eliminar de la placa, el tiempo de atacado, la cantidad de atacador a utilizar ( y por tanto la contaminación) y como nó, el coste económico en atacador.

Servicios.

Una vez terminado el diseño de las pistas, ya puedes proceder a fabricarte tú circuito impreso. Que no sabes como? Nosotros te lo fabricamos, envianos los ficheros que has generado con KiCAD, Proteus o tú programa de diseño y te enviaremos un presupuesto. Para más información sobre nuestro servicio de fabricación de prototipos (pequeñas series) de circuitos impresos, puedes visitas nuestra página de Productos y Servicios.

Si después de leer este pequeño artículo no te atreves a diseñar tus propios circuitos impresos, no te preocupes, puedes enviarnos el que esquema electrónico del circuito que quieres o necestias montar, y te enviaremos un presupuesto por hacerte el diseño de la placa, y fabricarla, si así lo deseas.

Por otra parte, también puedes realizar el diseño tú mismo, y nosotros te lo revisamos, aportandote nuestra experiencia.

Puedes contactornos a través de la siguiente dirección de correo electrónico, sje@tinet.org.

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Crear PCB por insolacion

A la hora de realizar un circuito es necesario disponer un metodo para realizar la PCB, preferiblemente un metodo rapido y depurado que nos permita centrarnos en el desarrollo de la placa. Primero creandola en el ordenador y luego soldando componentes, pero no perdiendo tiempo en corregir errores en la realizacion de la pcb.

En esta ocasión, voy a mostrar como creo mis PCB:

-Diseño del esquema en Altium designer

-Diseño de la PCB en Altium designer.

Preferiblemente enrutando manualmente las pistas para poder definir las preferencias de diseño (pistas cortas en los bucles de realimentacion, planos de masa alejados de otras señales, puentes preferiblemente con las señales de alimentación y no con señales analógicas... depende del diseño)

-Impresion del fotolito en una hoja blanca normal

Preferiblemente imprimimos en mirror, para asi que la parte impresa este en contacto con la PCB.

Cortamos el fotolito mas o menos hasta su tamaño original y también la PCB.

Yo corto la PCB con una sierra de metal y luego repaso los laterales con una lima de grano gordo de metal. Esto es importante porque en el caso de que queden salientes (que después de cortar quedan) el fotolito no se pegara bien a la PCB por lo que se insolara mal.

-Impregnamos el fotolito con el spray Transparent 21 y procedemos a insolar.

Con luz tenue (tampoco es necesario estar a oscuras, pero sobre todo que no incida luz directamente sobre la PCB.

El tiempo de exposición varia desde 1:30 hasta 2:40 según me parezca (aleatorio XD). Normalmente lo dejo 1:30 pero el insolado es mas leve y el barniz fotosensible se va con mas dificultad en el revelado.

Si se deja poco tiempo las partes blancas (o transparentes según el fotolito usado) no se insolan tanto como debieran y luego tenemos que corregirlo en el revelado o en el atacado.

Si se deja mucho el barniz se va rápidamente por lo que hay realizar el proceso de revelado con rapidez, siendo preferible, si hay una pequeña zona definida mal insolada, rascar con una cuchilla para eliminar barniz a revelar mas tiempo.

-Revelado: sosa caustica

Lavamos el fotolito con agua y jabón (yo lo suelo hacer frotando el jabón con las manos) para eliminar restos del spray usado así como grasa, que dificultan tanto el revelado como el atacado.

Luego, introducimos la PCB en un recipiente con sosa disuelta en agua (como unos 10/20g con una placa de tamaño como 10x15cm. La cantidad es aproximada y no es importante, si hay poca se revelara poco a poco y si hay mucha lo hara rápidamente. Como umbral maximo, nunca tiene que ser opaca o muy blanca la disolución. Si es muy opaca es que tiene mucha sosa y hay que tener cuidado al revelar). Disuelta, no pueden quedar perlas de sosa encima de la placa, si ocurre, eliminara todo el barniz a su alrededor y también las pistas.

La PCB tiene que quedar con las pistas bien definidas y en el resto color cobre. El barniz se quedara en las pistas y en el resto se desprenderá poco a poco, poniéndose rojo en el caso de las PCB que uso, y luego desprendiéndose como si fuera una fina capa de piel que estaba pegada.

Si se pone rojo pero no se despega, probablemente el tiempo de insolacion ha sido insuficiente o la sosa es poca.

Ya no podemos volver a insolar, pero si añadir un poco mas de sosa y también repasar con un pincel impregnado en una disolución de sosa en agua (en mas concentración que antes) las zonas que queramos corregir. Después lavamos con agua la zona para que la sosa no siga trabajando.

-Atacado: Acido clorhidrico (tambien llamado aguafuerte o salfumant) mas Agua oxigenada 110º.

Llenamos un recipiente con acido clorhidrico hasta que la PCB quede sumergida (procurar seleccionar los recipientes para no desperdiciar liquido, cuanto mas pequeño mejor) y echamos una cucharada (grande, sopera) de agua oxigenada. No es critico. Si echamos poca tardara mas en atacar y desaparecer el cobre de donde no tiene que haber, si echamos mucha tardara menos. La cantidad de agua oxigenada siempre es mucho menos que la se acido clorhidrico.

Introducimos la PCB.

Cuando la disolucion esta saturada del cobre que ha eliminado, esta se vuelve negra. Si echamos mas agua oxigenada y removemos volvera a hacerse transparente.

Al minuto de haber introducido la placa podemos cacarla y revisar si se ha oxidado toda la parte de la PCB donde no hay pistas (se pone rosa). Si no es así, podemos corregir las zonas de dos formas: o raspando con una cuchilla para eliminar el barniz que queda, o pasarle un pincel con sosa (fijándonos de que las pistas no se borren). También podemos ver si por el contrario se están borrando pistas, en cuyo caso limpiamos bien la zona y repintamos la pista con un rotulador de PCB (un rotulador indeleble como los Eding 3000, aunque los Pentel N50 tienen una tinta mas espesa, que es mejor).

Esto es importante porque eliminar cobre una vez la placa esta terminada es mas laborioso que eliminar ahora solo el barniz, y en el caso de una pista sin barniz, no solo es menos laborioso que hacerlo luego, es que luego no se puede corregir de forma tan elegante: luego hay que estañar la pista para intentar unirla o en el peor de los casos soldar encima un trozo de cable.

Introducimos nuevamente la PCB en la disolucion y a los 5 o 10 minutos volvemos a mirar, repitiendo el proceso anterior si fuera necesario.

Cuando solo queden unas pequeñas zonas donde sigue habiendo cobre, se puede echar unas gotas de agua oxigenada encima y luego remover el recipiente.

Cuando ya este perfectamente definida la sacamos.

-Taladrado

Limpiamos la placa con agua y procedemos a taladrar.

-Eliminar el barniz y lijar para evitar impurezas.

Con un estropajo de acero frotamos la PCB hasta que quede el color del cobre en las pistas. Si queda barniz no podremos soldar bien encima.

Lo hacemos por ambas caras, esto no solo sirve para quitar el barniz sino también para eliminar los residuos del taladrado. Al hacer el agujero quedan ambos lados de la PCB deformados, lo cual nos impide introducir bien el componente asi como soldar, al estar el pad con forma conica. Al pasar el estropajo eliminamos esto para que el pad quede perfectamente definido.

Hay que tener cuidado en el caso de que el pad sea pequeño (1mm) o las pistas sean pequeñas (1/2mm) porque podemos levantarlas con el estropajo. En este caso podria ser mejor no repasar con tanta efusividad , o incluso eliminar el barniz pasando un pincel impregnado con una disolución de sosa.

-Barnizar.

Con un pincel, repartimos barniz por todo el cobre. Esto evitara que el cobre se oxide. Igualmente dependiendo del barniz, algunos como el que yo uso, facilitan el soldado. 

Album: Creacion PCB

FUENTE;http://danirebollo.blogspot.com

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Cómo hacer una PCB casera

Son muchos los que se hacen esta pregunta, ¿cómo puedo hacerme una PCB en mi propia casa? Cuando empezamos en el mundo de la electrónica una protobard es más que suficiente, pero cuando se lleva a cabo un proyecto, siempre el circuito montado hay que trasladarlo a una PCB. Incluso en muchas ocasiones es más cómodo hacerse una PCB para las pruebas que utilizar la propia protoboard debido a su complejidad.

En este video tutorial se realiza una pequeña PCB, con diferentes tamaños de pistas.

Material que se necesita:

-Placa fotosensible

-Revelador

-Agua oxigenada

-Fotolito

-Cloruro férrico (no necesario, si se usa agua fuerte y agua oxigenada)

Opcional: Una insoladora (casera en nuestro caso). Se puede insolar al sol también, pero los tiempos serán diferentes.

Consejos: Realizar la practica en un lugar abierto, donde haya buena ventilación, usar guantes y pinza de plástico.

Con este material, estamos listos para realizar una PCB casera en nuestra propia casa.

Descarga Fotolito

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Cómo hacer una placa PCB

Como ya hemos anunciado en anteriores post, os esperan muchas novedades en BricoGeek.com y hoy es un día especial. 

Estrenamos nuestra nueva sección de tutoriales donde iremos poniendo tanto proyectos que iremos realizando, como también los vuestros para compartir vuestras azañas con miles de visitantes asíduos a vuestra web favorita de DIY. 

Os invitamos a enviarnos vuestros proyectos y darlos a conocer, asi que si tienes un proyecto que has realizado y quieres compartirlo,  

Pero esto no es todo... vuestros proyectos serán bien recibidos y en breve organizaremos un concurso que seguro que os gustará... así que atentos :) 

La primera entrega de nuestra série de tutoriales trata sobre un clásico: Cómo hacer una placa PCB y os invitamos a leerlo y comentarnos vuestras impresiones, sugerencias. 

Este pequeño tutorial pretende mostrar todo el proceso de confección artesanal de una placa de circuito impreso, desde el diseño de las pistas, el proceso de insolación, agujereado y el proceso de atacado químico. Una vez realizados estos pasos, montamos y soldamos todos los componentes asi como también la colocación final.

Se pueden utilizar muchos programas para realizar las pistas. Entre los más utilizados están el Eagle y el PCB Express que es el que he usado en este tutorial. Una vez tenemos el diseño, imprimimos un fotolito transparente y nos queda de esta forma:

En este punto savemos las dimensiones físicas de la placa y podemos cortar un trozo de placa photosensible aproximadamente del mismo tamaño. Más adelante, haceremos algunos ajustes cortando lo sobrante.

Cojemos nuestra insoladora favorita o casera y colocamos el conjunto de forma adecuada. Hay que prestar especial atención sobre el lado que debemos exponer. Por ese motivo siempre se suele tener escrito en el diseño de la PCB algún texto que nos indique el lado corecto. Esto es un fallo común y hay que prestarle atención ya que podemos insolar una placa que luego no nos valga para nada.

Estas placas dispone de un plastico protector que evita que la plafa se exponga a la luz y quede unutilizable. Debemos retirlarla justo antes de poder la placa en la insoladora. Es conveniente, una vez retirado el plastico, ser rápidos para comenzar la insolación.

La duración del proceso de insolación varía en función de la potencia de los tubos actínicos y del tipo de placa que usemos. Por lo normal, ese tiempo suele ser de entre 3 y 8 minutos. En mi caso, con 4 tubos actínitos de 8 Watios, debo esperar unos 3 minutos a que la placa esté lista. Mientras tanto, nos tomamos una fanta mientras miramos algo en el PC ... :)

Bien, tras esos angustiosos minutos, ya tenemos nuestra placa lista y aparentemente sin ningún cambio físico. Es la hora de bañarla en un revelador durante también unos minutos. Hay que ir moviendo la placa como si estuviesemos revelando una foto (de hehco, el proceso es el mismo). Veremos que poco a poco, como por arte de magia, las pistas comenzarán a aparecer.

Cuando veamos que las pistas estan perfectamente definidas, podemos retirarla y comenzar el atacado químico.

Yo siempre tengo las dos cubetas una al lado de la otra (revelador y mezcla de ázido y agua axigenada) por comodidad. Según saco del revelador, ya meto la placa en el ácido.

Póco a poco el ácido se comerá el cobre que ha sido "tocado" por la luz pero no el que está protegido por la pequeña película que define las pistas. Debemos agitar y mover un poco la placa durante este proceso para ayudar a dispersar el cobre sobrante. Hay quien usa el ácido caliente (calentado a baño maría a unos 30 grados) para el atacado químico. Esto asegura que el proceso sea corto en tiempo, pero yo prefiero hacerlo en frio (temperatura ambiente) ya que asi podemos ir con calma y controlar si necesitamos más tiempo o no.

Cuando vemos que todas las pistas estan bien definidas, podemos sacar la placa del ácido y limpiarl aun poco con papel de cocina. A continuación le daremos un pequeño baño con agua para limpiarla bien. Yo suelo usar un estropajo normal y corriente para quitar los restos de resina que han quedado. Hay que frotar sin duramente y sin miedo. Acordaros de frotar con un estropajo ya que me tiene pasado de olvidarme de hacerlo y luego no hay dios quien suelde nada ya que luego el estaño no se pega a las pistas! :)

Cabe señalar que si las pistas son muy finas, es preferible frotar con un poco de algodon y acetona para no arrancarlas (gracias Paco por el repunte!)

(Nótese esta estupenda foto con macro y flash, donde se ven hasta las gotas de agua en el aire.... mencanta!)

Aqui tenemso el resultado final con un acabado casi perfecto. Al usar una placa de fibra de vidrio y no de baquelita, podemos usar un pequeño truco para ver si ha quedado algun resto de cobre sin quitar. Consiste en mirar a contra luz la placa y asi poder apreciar el más mínimo detalle (pistas cortadas y restos de cobre). En este caso, creo ha quedado muy bien!

Esta placa fue diseñada para la Mallo Lamp de otro tutorial y era necesario hacerla redonda. Con lo que Dremel en mano, nos podemos manos a la obra recortando los más grueso primero e ir dandole forma redonda.

Para definir bien el circulo, usamos una herramienta más fina para ir puliendo el borde. Me he guiado por el borde de cobre para ir consiguiendo un redondo perfecto. Ha lleva un rato, pero ha quedado absolutamente redondo.

Cómo no, necesitamos agujeros para insertar y soldar los componentes. Antes de taladras, necesitamos marca los pads con un punzón para que luego no se nos escape la pequeña broca.

En la mayoría de los casos, se deberían usar dos tipos de brocas: 1mm y 0.8mm. La de 1 miímetro se usa para las conexiopnes de cables gruesos como por ejemplo de alimentación. Para las patillas de los componentes, con 0.8 milímetros queda muy ajustado y perfecto. Hay que prestar atención ya que por ejemplo, las patillas de un regulador de tención LM7805 no cojen en un agujero de 0.8mm. Lo própio es ir haciendo primero los de 0.8 y leugo, para las patillas más gruesas, usar por encima la de 1mm.

Esta placa sólo lleva diodos LED, con lo que simplemente los insertamos en los agujeros para ir soldandolos en masa. Este punto también es importante ya que debemos prestar atención a la polaridad de los componentes. El el caso de un diodo LED, sin lo soldamos al rever y le aplicamos corriente, simplemente no funciona, pero en el caso de un regulador o incluso de un microcontrolador, lo estropearíamos de inmediato. Asi que cuidado cuidado y verificar bien la orientación antes de soldar.

Para trabajar de la forma más cómoda posible, es recomendable disponer de una pinza para sujerar la placa. Por supuesto, usaremos pasta FLUX sobre los pads para hacer unas soldaduras perfectas.

Las soldaduras deben de ser brillantes y sin mucho estaño ni poco. Cuanto menos tiempo estemos con el soldador sobre la placa, mejor. Esto es como todo, cuestión de ir cojiendo callo :)

Con la ayuda de una pinza cortante, vamos cortando las sobras de las patillas de los LEDs.

Y voiala, aqui tenemos nuestra placa perfectaente soldada, con sus conexiones y lista para colocar en su destino. Podemos ver los restos de pasta flux sobre la placa. Se pueden usar todo tipo de aerosoles de limpieza para quitarla. También hay resinas que se puede aplicar para proteger el cobre de la humedad y corrosión.

Bueno, solo nos queda colocar la placa en su sitio y ya tenemos nuestro proyecto practicamente funcionando:

Como veis, no es dificil hacer placas con aspecto profesional con muy poco. Espero que os guste este tutorial y no dudeis en hacer vuestros comentarios o sujerencias.

fuente;http://blog.bricogeek.com

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