Cómo hacer PCB en casa

Para cualquier entusiasta de la electrónica, fabricar PCB para un proyecto electrónico puede ser muy divertido. Una placa de circuito impreso o PCB no solo ayuda a construir proyectos de circuitos compactos, sino que también garantiza el funcionamiento del circuito a prueba de fallas y más preciso.

En esta publicación, aprendemos de manera integral un proceso paso a paso para hacer pequeños PCB de bricolaje en casa con el mínimo esfuerzo y la máxima precisión.

Procedimientos de bricolaje paso a paso

Básicamente, implica los siguientes pasos cruciales:

1. Cortar laminado revestido de cobre en el tamaño adecuado.
2. Perforación de muescas para perforar agujeros para los cables de los componentes, según el esquema.
3. Dibujar almohadillas alrededor de las muescas con pintura resistente al grabado y unir las almohadillas a través de las pistas con pintura resistente al grabado.
4. Sumergir el tablero pintado en una solución de cloruro férrico, hasta que el químico corroe el cobre expuesto, dejando intactas las secciones del diseño pintado.
5. Secar la tabla y restregar la pintura resistente al grabado de las pistas y las almohadillas.
6. Taladrar agujeros en las muescas.
7. Pulido del tablero terminado con papel de lija fino.
8. Utilizando el PCB listo para ensamblar y soldar las piezas.

Ahora analicemos los pasos anteriores en detalle. El primer paso en la producción de PCB sería adquirir los recursos y artículos esenciales. Nos vamos a centrar en todas aquellas cosas que son fundamentales.

Materiales necesarios para fabricar PCB

Para comenzar el proceso, primero reuniremos todos los ingredientes o materiales vitales necesarios para la fabricación de PCB. Se necesitarán las siguientes cosas fundamentales para la producción

• Laminado revestido de cobre
• Solución de cloruro férrico
• Etch Resist Chemical o pintura.
• Pincel para pintar o bolígrafo
• Recipiente para grabar la PCB
• Taladro y broca.
• Removedor de grabador
• Estropajo, papel de cocina

Revestido de cobre Laminado

El elemento más básico será el revestimiento de cobre para fabricar solo la placa de circuito impreso, y encontrará una variedad de estos.

El material base (aislante) es generalmente fibra de vidrio o SRBP (hoja de papel de resina adherida), y esta última suele ser la opción más asequible.

Sin embargo, la fibra de vidrio se ha convertido en la más utilizada entre los consumidores comerciales y recreativos, ya que está equipada con un par de aspectos positivos.

La primera es básicamente que es más resistente y por eso menos susceptible a doblarse y romperse que el SRBP. La durabilidad mejorada también es muy útil para placas que soportan piezas pesadas, por ejemplo, transformadores.

Un beneficio adicional es que la fibra de vidrio es translúcida y, por lo tanto, generalmente nos permite ver las rutas de cobre a través del área superior (componente) de la placa, lo que a menudo vale la pena al examinar y encontrar fallas.

Dicho esto, el estándar de las placas SRBP es más que satisfactorio para muchos requisitos. Las campañas de marketing generalmente hacen referencia al tablero como 1 mm, 1,6 mm, etc., y esto en realidad se refiere al grosor del material base.

Espesor del tablero

Naturalmente, las placas más gruesas (alrededor de 1,6 a 2 mm) tienden a ser más robustas en comparación con los modelos más delgados (alrededor de 1 mm), sin embargo, las placas de calidad más pesada solo son cruciales para PCB grandes, o donde es probable que se instalen piezas pesadas en la placa.

En la mayoría de las aplicaciones, el grosor del tablero tiene poca importancia.

Ocasionalmente, es probable que se elija un tablero laminado de cobre con una calidad de una onza, o posiblemente de dos onzas, que corresponde al peso del cobre en un pie cuadrado de tablero.

La mayoría de los circuitos se ocupan de corrientes bastante bajas, y tablero regular de una onza es casi todo lo que se necesita. En realidad, una tabla de una onza suele ser satisfactoria incluso para circuitos que involucran corrientes formidables.

La pintura de Etch Resist

El método fundamental por el cual se fabrica una placa de circuito impreso suele ser cubrir las regiones de cobre que son necesarias en la placa completa a través de una resistencia de grabado, y luego sumergir la placa en un grabador que elimina las regiones de cobre no deseadas (descubiertas). .

Posteriormente, se quita la capa protectora de grabado para exponer las pistas y almohadillas de cobre.

Cualquier pintura que sea capaz de mantener el grabador alejado del diseño de cobre durante el proceso de grabado puede emplearse como resistencia.

Personalmente, prefiero usar esmaltes de uñas o esmalte de uñas, se puede usar cualquier marca barata y funcionará muy bien como una resistencia al grabado.

Propiedades de Etch Resist

Profesionalmente, probablemente las resistencias más utilizadas sean las pinturas y tintas impermeables. Las variedades solubles en agua definitivamente no son aptas para su propósito simplemente porque se disuelven y se lavan en la solución de grabado.

Una pintura o tinta que se seca rápidamente es más ventajosa porque elimina la necesidad de esperar mucho tiempo antes de que se pueda grabar el tablero.

Incluso los patrones de circuito impreso más básicos parecen tener una gran cantidad de pistas de cobre delgadas dentro de un área relativamente compacta de la placa hoy en día, y se hace necesario un pincel competente para crear líneas extremadamente finas.

Dibujar el diseño de la pista

Una solución simple sería utilizar un bolígrafo de punta de fibra desgastada a modo de pincel, lo que puede ayudar a desarrollar resultados finales sobresalientes, aunque puede que no parezca un medio excelente para solucionar el problema. Una forma más fácil de implementar la resistencia es utilizar uno de los bolígrafos de resistencia de grabado disponibles en el mercado que se pueden comprar fácilmente en cualquier distribuidor de piezas electrónicas.

Cualquier tipo de bolígrafo que utilice tinta a base de alcohol y una punta afilada debería funcionar con esta aplicación. En caso de que no esté seguro de la idoneidad de un bolígrafo, puede extraer fácilmente algunos rastros sobre un tablero laminado de cobre desechado y luego grabar el tablero para verificar si la tinta mantiene el grabador correctamente.

Un tipo adicional de resistencia son los Transferencias resistentes al grabado al frote que están disponibles en varios comerciantes de componentes y que a menudo pueden proporcionar resultados verdaderamente excepcionales y especializados, como se demuestra en el siguiente ejemplo.

En realidad, es posible que descubra que hay muchos productos químicos que se pueden aplicar como grabador, pero la mayoría de ellos son peligrosos por alguna razón u otra y es probable que no sean adecuados para tableros diseñados para el hogar.

El grabador

El grabador es un químico que reacciona con el área de cobre expuesta del laminado de cobre y lo rompe del tablero. Se utiliza para quitar las zonas de cobre del tablero que no están pintadas por la capa protectora contra el grabado y las zonas que no contribuyen al trazado de las pistas ni a las almohadillas.

El grabador que se emplea normalmente para los tableros desarrollados en el hogar es el cloruro férrico y, aunque es menos peligroso en comparación con la mayoría de las opciones, es un producto químico que debe implementarse con precaución.

Por lo tanto, siempre debe enjuagarse rápidamente con agua corriente del grifo en caso de que se derrame algo en la piel. Asegúrese de no almacenar cloruro férrico en recipientes metálicos, ya que este químico es reactivo a los metales y hace que el metal sea poroso y causa fugas.

Como el cloruro férrico es tóxico (y en el transcurso de muchos usos se transforma progresivamente en cloruro de cobre, que también es extremadamente venenoso), obviamente debe almacenarse lejos de alimentos y utensilios, etc.

Tipos de cloruro férrico

El cloruro férrico se puede obtener en una variedad de formas diferentes. Probablemente, el tipo más útil de tener es una solución del producto químico lista para usar. Muchos proveedores de componentes lo comercializan en forma líquida, típicamente en envases de 250 ml y en forma concentrada.

Debe diluirlo un poco antes de usarlo, según las pautas que se encuentran en la botella. Es posible que no requiera mucha dilución, y una botella de 250 ml normalmente permite solo 500 ml o un litro después de diluirla con agua.

Algunas empresas pueden proporcionar el cloruro férrico en forma de cristales, también conocido como 'roca de cloruro férrico' a veces. Esta etiqueta es muy adecuada, ya que en esta forma ciertamente parece trozos de roca amarilla en lugar de pequeños cristales agradables, que son bastante sólidos como una roca.

En este tipo, el cloruro férrico normalmente está disponible en paquetes de 500 g, lo que es suficiente para generar un litro de solución de grabado.

También puede obtener esto en paquetes más grandes, pero dado que 500 g es suficiente para grabar una gran cantidad de tablas de tamaño regular y puede sobrevivir fácilmente incluso a un constructor diligente durante mucho tiempo, lo más probable es que no sea gratificante obtener un paquete más grande de 500 g en total.

Cómo crear una solución de cloruro férrico

En condiciones cristalinas, el cloruro férrico no se disolverá fácilmente en particular, sin embargo, cuando se agita constantemente, tarde o temprano puede descomponerse por completo, y con una mezcla constante puede derretirse con bastante rapidez.

Por último, pero no menos importante, el cloruro férrico se puede adquirir en forma anhidra, lo que básicamente significa que es cloruro férrico genuino prácticamente sin material de agua. Poseerá un ligero grado de agua en su forma cristalina como un aparte.

Lo que realmente hace que este tipo de cloruro férrico sea tan difícil de trabajar es el efecto de calentamiento que se genera cuando se mezcla con agua. Incluso si comienza con agua enfriada, puede calentarse bastante rápidamente hasta un nivel en el que el recipiente se vuelve muy caliente al tacto, lo que representa un peligro de derretimiento para los recipientes de plástico.

Una preocupación más es que el químico se disuelva adecuadamente y cree una formulación de grabado decente. Por alguna razón, es posible que termine con una gran cantidad de producto químico que nunca se descompondrá, y también una solución que parece cloruro férrico pero que tiene muy poco o ningún potencial de grabado.

Por eso se debe emplear agua fría (idealmente refrigerada o con hielo). Además, es posible que haya una pequeña cantidad de producto químico que no se derrita, que se puede filtrar del líquido o, como no parece impedir el grabado, simplemente se puede dejar en la solución.

Tamaño de la broca

El siguiente ingrediente importante para la fabricación de PCB en casa es la broca, que se requiere para perforar agujeros en el PCB para los cables de los componentes.

El diámetro típico de los orificios de los cables de los componentes es de 1 mm, aunque varios componentes, como resistencias preestablecidas, condensadores electrolíticos grandes, etc., exigen un diámetro un poco mayor. Un diámetro de agujero de aproximadamente 1,4 mm es apropiado para este tipo de componentes.

Por lo general, se recomienda utilizar un diámetro de menos de 1 mm para semiconductores y otros componentes que tienen cables más delgados. 0,7 mm o 0,8 mm parecen ser un diámetro aceptable para estos componentes.

En caso de que tenga acceso a brocas de alta calidad, deben ser bastante resistentes.

Sin embargo, las brocas de alrededor de 0,7 mm a 1,4 mm de diámetro pueden ser bastante débiles y deben manipularse con bastante cuidado.

Si se mantienen con una presión vertical recta hacia abajo, puede estar bien, pero si la orientación no se mantiene en ángulo recto con la tabla, no se creará un orificio adecuado, lo que es muy posible que la broca se parta en dos.

Por esa razón, debe tener un cuidado realista al perforar orificios con dichas brocas y, preferiblemente, la máquina debe usarse con un soporte ajustable como se muestra a continuación.

Hasta ahora hemos discutido las cosas clave que son necesarias al hacer una placa de circuito impreso, y puede haber algunas otras probabilidades y fines que podrían ser esenciales.

Sin embargo, estos son objetos domésticos típicamente básicos, y se darán a conocer a medida que avancemos en el curso de acción del grabado. Encontrará muchos métodos diferentes para fabricar una placa de circuito impreso.

A pesar de que todos ellos son fundamentalmente idénticos y las principales diferencias son solo la secuencia a través de la cual se realizan las diferentes medidas a lo largo del camino.

Por lo tanto, comenzaremos por considerar un enfoque de fabricación de una placa, después de lo cual se explicarán un par de técnicas alternativas.

Introducción a la fabricación de PCB

El primer paso sería verificar con el libro o la revista donde se presenta el circuito impreso para obtener las dimensiones correctas de la placa.

Por lo general, puede tener un esquema del circuito, un diagrama de superposición de componentes y el patrón de pista del circuito impreso reproducido en tamaño real, como se muestra en las siguientes 3 figuras respectivamente.

El tamaño del circuito impreso debe estar disponible en el texto o en el esquema, sin embargo, en muchos casos será necesario considerar las proporciones a través del patrón de pista de cobre de tamaño real.

Marque el límite del tablero finalizado en el lado de cobre del tablero laminado, luego tire de un conjunto adicional de líneas aproximadamente 2 mm más o menos en el lado exterior de la marca anterior.

Al cortar con cuidado entre estos contornos, debería poder generar una sección de tablero con una precisión decente y bordes rectos con problemas mínimos.

Los lados del tablero se pueden alisar con una pequeña lima plana y con un tablero de fibra de vidrio que elimine los extremos abrasivos que pueden ser indeseables.

Tenga en cuenta que las marcas deben hacerse en el lado de cobre de la tabla y aserrarse desde el mismo lado para evitar que el cobre se pele al cortar la tabla. Por lo tanto, asegúrese de cortar o perforar el tablero siempre desde el lado de cobre y no desde el lado laminado.

El siguiente paso sería dibujar las posiciones de los orificios para los componentes y, cuando sea adecuado, los orificios de ajuste para el montaje de la placa.

El método rápido para hacer esto es sujetar el dibujo esquemático sobre el tablero en la pista de cobre, alineando con precisión el dibujo y los bordes del tablero.

Luego, con un punzón o herramienta puntiaguda similar, marque con cuidado y precisión a través del esquema en el tablero perforando pequeñas hendiduras en el cobre.

No es necesariamente esencial marcar el tablero perforando con una herramienta puntiaguda, y una forma alternativa es simplemente alinear y pegar el dibujo al tablero con cinta de celofán, y luego profundizar en el dibujo que ahora actúa como marcadores de perforación.

Pintar las pistas con Etch Resist

Una vez que la tabla se recorta a la medida y se perforan todos los agujeros, la siguiente tarea es pintar la tabla con la capa protectora. Básicamente, esto implica limpiar el tablero lo más extensamente posible.

Se pueden obtener bloques de limpieza especiales en el mercado y aparentemente funcionan bastante bien. Los tableros laminados de cobre generalmente pueden mostrar algo de óxido y corrosión en la parte superior de la superficie de cobre, y es muy importante eliminarlos o, de lo contrario, esto puede evitar que el tablero se grabe correctamente.

Por lo tanto, se recomienda utilizar un agente de limpieza razonablemente potente que eliminará perfectamente todo el óxido, la suciedad y la corrosión de la superficie de cobre.

Una vez que la tabla se haya lavado por completo y la capa de cobre parezca reluciente, enjuague la tabla con agua tibia para eliminar cualquier resto del limpiador o ingrediente aceitoso. En este punto, asegúrese de no tocar la superficie de cobre, que de lo contrario podría causar marcas de dedos grasientos y ralentizar el proceso de grabado.

A continuación, tome la pintura resistente al grabado para tirar de las almohadillas de cobre alrededor de los orificios perforados para los cables de los componentes.

Después de que las almohadillas se dibujen con resistencia al grabado, es hora de pintar las pistas de cobre para que unan las almohadillas según el diseño del circuito. Asegúrese siempre de mantener las manos alejadas de la superficie de cobre mientras hace esto. Comience desde el tablero por un borde y proceda sistemáticamente hacia el otro borde, en lugar de hacerlo al azar (lo que probablemente podría resultar en errores)

Para diseños de PCB complejos

Varios diseños de circuitos impresos contemporáneos pueden ser extremadamente sofisticados y difíciles de reproducir.

Al diseñar una placa de este tipo, se recomienda trabajar con un bolígrafo resistente de circuito impreso (o una alternativa adecuada) con una punta aún más fina. En lugares que pueden tener muchas pistas paralelas estrechas y compactas, debe tomar la ayuda de una regla para permitir trazar líneas rectas finas.

Si ve que las pistas o las almohadillas se fusionan entre sí, espere a que la resistencia se seque y luego utilice la punta de una brújula u otra punta afilada para raspar el exceso de resistencia superpuesta.

Tan pronto como se seque la resistencia y se inspeccione la PCB, la siguiente tarea es sumergir la placa en la solución de grabado hasta que finalmente se haya quitado todo el cobre expuesto.

Cómo ocurre el grabado en PCB

Esencialmente, lo que sucede durante el grabado es que el cobre toma el lugar del hierro en el cloruro férrico para formar cloruro de cobre, mientras que el hierro se precipita.

Al principio, el proceso de grabado ocurre bastante rápido y podría tomar solo unos minutos, pero a medida que el cloruro férrico se transforma progresivamente en cloruro de cobre, la acción de grabado se vuelve lenta y constante, y después de grabar varias tablas, se puede observar que el tiempo de grabado es bastante lento. prolongado, o no lograrse en absoluto.

En ese caso, el grabador deberá reemplazarse con un nuevo lote de solución de cloruro férrico. Como notará que el cloruro férrico tiene un color rojo-amarillo, mientras que el cloruro de cobre es de color azul, así que cuando encuentre que la solución de grabado se vuelve lentamente más verdosa, indicará que el químico se está acercando al final de su vida útil.

Mientras graba el tablero en casa en un plato pequeño, asegúrese de que el lado de cobre del tablero esté hacia arriba y el proceso se lleve a cabo en un plato no metálico de tamaño adecuado.

Es posible que desee agregar una cubierta decente en la parte superior y quitar la cubierta periódicamente para verificar el resultado hasta que termine el grabado. Un problema principal con este método es que tiende a formarse una capa de cloruro de hierro y cobre en la parte superior del tablero, lo que puede prolongar significativamente el tiempo de grabado. Esto se puede contrarrestar moviendo cuidadosamente el plato de vez en cuando para desplazar esta capa y acelerar el grabado.

Uso de recipientes especiales para grabar

En realidad, puede resultarle bastante fácil configurar un contenedor para habilitar la PCB cerca de una posición vertical con el lado de cobre de la placa hacia abajo.

En esta situación, el proceso de grabado ocurre muy rápido ya que el precipitado de hierro no puede formar una capa y tiende a caer hacia abajo alejándose del tablero. Esto asegura que el grabado no se vea obstaculizado. Aún así, la agitación periódica de la placa y el grabador puede ayudar a eliminar cualquier pequeño recubrimiento supresor que pueda desarrollarse, lo que permite un grabado aún más rápido.

La figura anterior muestra algunas opciones fáciles para lograr esto. En la Figura (a) se emplea un plato curvo que asegura que la tabla se mantenga en su lugar a través de las cuatro esquinas y no entre en contacto con el plato en ningún otro punto.

La técnica demostrada en (b) es una buena opción para PCB más grandes que pueden necesitar un plato bastante grande para permitir el procedimiento. El recipiente tiene que ser bastante grande, cualquier cosa similar a un tarro de café instantáneo clásico funcionaría.

Probablemente se necesitará una gran cantidad de grabador para llenar prácticamente el frasco. Esto puede parecer un poco caro al principio, sin embargo, el grabador ciertamente durará proporcionalmente más tiempo en comparación con una cantidad menor.

Alternativamente, se puede diluir una cantidad menor de grabador con una mayor cantidad de agua, pero esto podría desacelerar considerablemente el grabado y no es aconsejable.

Para tableros sustancialmente grandes, el único método funcional de grabar el tablero podría ser emplear un plato plano grande (como un plato fotográfico) con el lado de cobre hacia arriba. Puede acostumbrarse a la agitación frecuente para acelerar el tiempo de grabado.

Se verá que el grabado ocurre más rápido en áreas donde hay regiones más pequeñas de cobre abierto, y tomará mucho más tiempo en áreas del tablero donde hay áreas relativamente más amplias de cobre abierto. El grabado también se realiza más rápidamente alrededor de los perímetros del tablero.

En la parte superior se muestra un método que suele funcionar de forma más eficaz y, por lo general, mucho más fácil en la práctica. Aquí se colocan un par de varillas de madera o de plástico a lo largo del plato, en lados opuestos. Estos son relativamente más largos que el plato para permitir que descansen encima. Luego, el tablero se cuelga de las varillas sostenidas por un par de piezas de alambre, una en cada extremo del tablero.

En la Figura se muestra un solo cable para una mejor comprensión. Si se usa alambre de cobre, asegúrese de que sea un alambre de cobre súper esmaltado con un grosor de 18 SWG. Los cables se unen a las varillas simplemente girando los extremos alrededor del diámetro de la varilla una o dos veces.

Después de que termine el grabado

Cuando el grabado parezca estar completo, debe examinar minuciosamente la placa para asegurarse de que no queden bolsas de cobre abiertas y buscar partes de la placa donde las pistas de cobre y las almohadillas estén dibujadas de cerca (por ejemplo, agrupaciones de almohadillas de CI) .

Una vez que haya confirmado que el grabado se ha realizado por completo, mantenga la tabla en posición vertical sobre la solución de grabado durante unos momentos para permitir que el grabador que gotea se salga de la tabla y luego limpie la tabla con un papel de seda o un trapo.

Además, es una buena decisión mantener un papel de cocina cerca durante todo el proceso de grabado para garantizar que los restos de la solución de grabado se puedan limpiar de las pinzas o los guantes cuando sea necesario. Luego, la tabla debe lavarse cuidadosamente con agua para eliminar cualquier resto final de solución de grabado.

Eliminar la resistencia

Finalmente, al final, la resistencia que se adhiere al cobre debe eliminarse, que de lo contrario podría obstaculizar seriamente el proceso de soldadura en las almohadillas de cobre. Puede adquirir cualquier removedor de resistencias estándar, y esto puede ser en forma de un espíritu ligero que descompondrá la mayoría de pinturas y tintas.

También puede ser factible obtener bloques de pulido de circuitos impresos que resulten igualmente adecuados para fregar la capa protectora. Una técnica más es intentar usar un estropajo o polvo, y esta es básicamente una de las actividades más sencillas de la producción de circuitos impresos que ciertamente no debería presentar ningún tipo de desafío.

Para permitir el ensamblaje final de los componentes en la PCB lista con una soldadura perfecta y absolutamente sin juntas 'secas', las pistas de cobre y las almohadillas deben pulirse hasta obtener un acabado brillante antes de que se pueda realmente comenzar la soldadura de los componentes.

A ti

Como se explicó anteriormente, aparentemente hacer PCB en casa parece bastante simple, y es solo cuestión de unas pocas horas crear PCB de calidad profesional sobresalientes utilizando materiales de bricolaje listos para usar del mercado. Dicho esto, el proceso puede requerir cierta precaución y precisión para lograr los resultados deseados, de modo que el proyecto de circuito previsto se lleve a cabo con éxito.

Si tiene alguna duda con respecto al tema, háganoslo saber a través de los comentarios a continuación, ¡estaremos encantados de ayudarlo!