martes, 7 de junio de 2011

Manejo de multiples displays de siete segmentos con PIC

articulo.php?idart=80. Allí podrás conseguir informacion mas detallada sobre la descarga de los archivos de código del microcontrolador y los archivos de simulación.

Resumen

Como ya en artículos anteriores se vio el manejo de un display digital de siete segmentos. En esta practica se muestra un circuito de ejemplo para el manejo de dos o mas displays. Los displays digitales, aunque han sido un poco desplazados por las nuevas tecnologías como LCD, no dejan de ser útiles sobre todo en ambientes con baja iluminación ya que estos tienen luz propia y son muy resaltantes. El método de control es bastante sencillo y solamente requiere de conocimientos básicos de microcontroladores. En esta practica se vera como manejar varios displays digitales mediante un teclado de 3x4 en el que al presionar cada tecla se visualizara en el display y cuando se presiona asterisco se decrementa el contador mientras que al presionar el numeral se incrementa. La diferencia de este articulo con respecto a los anteriores radica en que el contador es de dos dígitos y no de uno solo. Se puede hacer de varios dígitos solamente variando unas pocas líneas de código para hacer los cambios.

Materiales utilizados

Microcontrolador PIC18F2550
Cristal de 4MHz
7 Resistencias de 300ohm
3 Resistencias de 10K
2 Display digital ánodo común

Herramientas utilizadas

MPLAB IDE
Compilador C18
PICKIT (o cualquier otro programador de microcontroladores PIC)
Proteus 7.4 SP3 (o superior)

Descripción

El circuito consta de un microcontrolador que es quien se encarga de realizar la decodificación para convertir un valor numérico en formato binario a un valor numérico en formato 7 segmentos, dicha rutina se puede conseguir en la parte inferior de este articulo en la sección de archivos adjuntos. El circuito es bastante sencillo solamente se tienen que conectar directamente los displays a las salidas del microcontrolador con sus respectivas resistencias limitadoras. En la rutina de decodificación se puede elegir entre display de ánodo común y cátodo común para que el usuario pueda hacer cambios con solo ajustar los valores dentro del código fácilmente y no tener que modificar el hardware para ello.

Por otro lado la conexión del teclado matricial es bastante sencilla, como se puede apreciar en el siguiente diagrama las columnas están dispuestas como entradas mientras que las filas están dispuestas como salidas, esto es para hacer un muestreo constante de cada una de las columnas del teclado en busca de alguna tecla pulsada por el usuario, cuando esta halla sido pulsada, la rutina de control se encarga de verificar cual de todas fue la que se pulso y realizar la acción pertinente.

El código del programa ha sido implementado de la manera mas modular posible, se han hecho dos rutinas, una para descodificar el display y otra para descodificar el teclado, cada una con sus respectivos archivos de encabezado.

Gráfico 1. Circuito para el manejo de dos displays digitales.

Como se puede apreciar el circuito tiene mucho parecido al articulo con nombre Manejo de display 7 segmentos y teclado matricial, la diferencia radica en la disposición de dos displays en lugar de uno y la forma de manejar dos o mas displays digitales consiste en alimentar todos los pines correspondientes a los leds de los displays de forma común mientras que sus terminales comunes son conmutadas sincronizadamente de modo de poder "engañar" al ojo humano, en términos sencillos, mientras el displays de las decenas esta mostrando un numero, el otro esta apagado porque el terminal común esta desactivado y no circula ninguna corriente, luego este estado se invierte, se muestra el valor que deseamos para las unidades y activamos el terminal común de las unidades, esto sucede tan rápido (a razón de 100 veces por segundo) que el ojo humano logra percibir esto como si estuvieran encendidos todos los displays a la vez). Para manejar mas de dos displays se sigue la misma secuencia en la que se mostrara un dígito por vez pero de manera muy rápida.

Algoritmo implementado

Gráfico 2. Diagrama de flujo del cuerpo principal del microcontrolador

En este primer diagrama se puede apreciar que simplemente se realizan constantemente unas validaciones de las teclas que se han presionado, esto es, para verificar si se presiono la tecla numeral o asterisco e incrementar y decrementar respectivamente el contador que mostrara el valor en los displays. Además de esto se hace una validación para asignar el valor de la tecla presionada (diferente de numeral o asterisco) al contador.

Inicialmente se puede notar que se configura el timer 0 en modo de interrupciones para generar la secuencia de cambios de los displays, esta rutina de interrupciones esta descrita en el siguiente gráfico.

Gráfico 3. Diagrama de bloques de la rutina de servicio de interrupciones.

En este gráfico lo primero que se hace es una conversión del contador en un formato de cadena (String) de este modo podremos tener 01 en lugar de 1, 02 en lugar de 2 y así sucesivamente, debido a que debemos rellenar el otro display con algún valor, sin embargo si el usuario lo desea se pueden hacer validaciones para que el cero no sea mostrado del lado derecho y así utilizaremos solamente un display.

En este caso debido a que manejamos solamente dos displays, haremos la validación con una sola variable indicando dos posibles estados que son, esta es la variable unidades, (obviamente si unidades es off quiere decir que se esta trabajando con las decenas) en el caso de que esta este en off entonces pondremos en el puerto el valor de la decena correspondiente y pondremos unidades en el puerto indicado en este caso (Puerto D) y viceversa.

Para trabajar con mas de dos dígitos, es conveniente utilizar una variable contador, donde el valor de esta indicaría en que dígito se encuentra, y esta a su vez mostraría el dígito correspondiente en la cadena obtenida en la conversión de un entero a string de la variable contador. Esto puede ser hecho con una instrucción switch que se encargue de la selección de los dígitos.

Algunos cambios

En el caso de querer hacer una rutina para manejo de multiples displays, es recomendable hacer uso del circuito integrado ULN2003, el cual tiene internamente 7 transistores. Este es muy util para este tipo de aplicaciones ya que nos permite ahorrarnos espacio y hacer el circuito mucho mas simple.

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Campo eléctrico

NOTA: este articulo ha sido extraído del original proveniente del sitio web varper-tech.com en la dirección http://varper-tech.com/articulo.php?idart=48. Allí podrás conseguir informacion mas detallada sobre la descarga de los archivos de código del microcontrolador y los archivos de simulación.

El campo eléctrico

El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.

La expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, por:

pero aquélla es precisamente la definición de E y, por tanto, ésta será también su expresión matemática

Puesto que se trata de una fuerza electrostática estará aplicada en P, dirigida a lo largo de la recta que une la carga central Q y el punto genérico P, en donde se sitúa la carga unidad, y su sentido será atractivo o repulsivo según Q sea negativa o positiva respectivamente.

Si la carga testigo es distinta de la unidad, es posible no obstante determinar el valor de la fuerza por unidad de carga en la forma:

Donde F es la fuerza calculada mediante la ley de Coulomb entre la carga central Q y la carga de prueba o testigo q empleada como elemento detector del campo. Es decir:

E=KQq/rª /=KQ/rª

expresión idéntica a la (9.2).

A partir del valor de E debido a Q en un punto P y de la carga q situada en él, es posible determinar la fuerza F en la forma

F = q · E (9.4)

Expresión que indica que la fuerza entre Q y q es igual a q veces el valor de la intensidad de campo E en el punto P.

Esta forma de describir las fuerzas del campo y su variación con la posición hace más sencillos los cálculos, particularmente cuando se ha de trabajar con campos debidos a muchas cargas.

La unidad de intensidad de campo E es el cociente entre la unidad de fuerza y la unidad de carga; en el SI equivale, por tanto, al newton (N)/coulomb (C).

Representación del campo eléctrico

Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, las líneas de fuerza indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado.

Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

APLICACIÓN DEL CONCEPTO DE INTENSIDAD DE CAMPO

La intensidad de campo E, como fuerza por unidad de carga, es una magnitud que admite una representación vectorial. Además está relacionada con la fuerza de modo que conociendo el valor de E en un punto es posible determinar la fuerza que experimentaría una carga distinta de la unidad si se la situara en dicho punto, y viceversa.

Se trata ahora de determinar la intensidad de campo eléctrico debido a una carga puntual Q = 1,6 · 10-6 C en un punto P situado a una distancia de 0,4 m de la carga y de dibujar en dicho punto el vector que lo representa. ¿Cuál sería la fuerza eléctrica que se ejercería sobre otra carga q = 3 · 10-8 C si se la situara en P? Tómese como medio el vacío con K = 9 · 109 N m2/C2.

El módulo de la intensidad de campo E debido a una carga puntual Q viene dada por la expresión:

Dicho valor depende de la carga central Q y de la distancia al punto P, pero en él no aparece para nada la carga que se sitúa en P por ser ésta, siempre que se utiliza este concepto, la carga unidad positiva. Sustituyendo en la anterior expresión se tiene:

Por tratarse de una fuerza debida a una carga positiva también sobre la unidad de carga positiva será repulsiva y el vector correspondiente estará aplicado en P y dirigido sobre la recta que une Q con P en el sentido que se aleja de la carga central Q.

Conociendo la fuerza por unidad de carga, el cálculo de la fuerza sobre una carga diferente de la unidad se reduce a multiplicar E por el valor de la carga q que se sitúa en P:

F = q · E = 9 ·104 · 3 · 10-8 = 2,7 · 10-3 N

Gráfico 1. Representación del campo eléctrico.

LA SUPERPOSICIÓN DE LOS CAMPOS ELÉCTRICOS

La descripción de la influencia de una carga aislada en términos de campos puede generalizarse al caso de un sistema formado por dos o más cargas y extenderse posteriormente al estudio de un cuerpo cargado. La experiencia demuestra que las influencias de las cargas aisladas que constituyen el sistema son aditivas, es decir, se suman o superponen vectorialmente. Así, la intensidad de campo E en un punto cualquiera del espacio que rodea dos cargas Q1 y Q2 será la suma vectorial de las intensidades E1 y E2debidas a cada una de las cargas individualmente consideradas.

Este principio de superposición se refleja en el mapa de líneas de fuerza correspondiente. Tanto si las cargas son de igual signo como si son de signos opuestos, la distorsión de las líneas de fuerza, respecto de la forma radial que tendrían si las cargas estuvieran solitarias, es máxima en la zona central, es decir, en la región más cercana a ambas. Si las cargas tienen la misma magnitud, el mapa resulta simétrico respecto de la línea media que separa ambas cargas. En caso contrario, la influencia en el espacio, que será predominante para una de ellas, da lugar a una distribución asimétrica de líneas de fuerza.

Gráfico 2. Interacción entre cargas positivas y negativas.

Gráfico 3. Interacción entre dos cargas positivas.

Interacción entre cargas de distintos valores

Gráfico 4. Interacción entre cargas de diferentes valores.

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Electroiman

NOTA: este articulo ha sido extraído del original proveniente del sitio web varper-tech.com en la dirección http://varper-tech.com/articulo.php?idart=16. Allí podrás conseguir informacion mas detallada sobre la descarga de los archivos de código del microcontrolador y los archivos de simulación.

Introducción

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

En 1819, el físico danés Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el electricista británico William Sturgeon inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Sturgeon demostró su potencia levantando 4 kg con un trozo de hierro de 200 g envuelto en cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Sturgeon podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.

Gráfico 1. Campo magnético alrededor de un conductor por el cual circulan cargas eléctricas.

La corriente (I) fluyendo por un cable produce un campo magnético (B) en torno a él. El campo se orienta según la regla de la mano derecha.

El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando además se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo» de material paramagnético o ferromagnético (normalmente hierro dulce o ferrita) dentro de la bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina.

Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección de la corriente que circula por la bobina, el pulgar indica la dirección del campo dentro de la misma. El lado del imán del que salen las líneas de campo se define como «polo norte».

Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando ésta está sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida de potencia en forma de calor.

Electroimán e imán permanente

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energía eléctrica para mantener el campo.

Cuando una corriente pasa por la bobina, pequeñas regiones magnéticas dentro del material, llamados dominios magnéticos, se alinean con el campo aplicado, haciendo que la fuerza del campo magnético aumente. Si la corriente se incrementa, todos los dominios terminarán alineándose, condición que se denomina saturación. Cuando el núcleo se satura, un mayor aumento de la corriente sólo provocará un incremento relativamente pequeño del campo magnético. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por sí mismos. En este caso, parte del campo magnético original persistirá incluso después de que se retire la corriente, haciendo que el núcleo se comporte como un imán permanente. Este fenómeno, llamado remanencia, se debe a la histéresis del material. Aplicar una corriente alterna decreciente a la bobina, retirar el núcleo y golpearlo o calentarlo por encima de su punto de Curie reorientará los dominios, haciendo que el campo residual se debilite o desaparezca.

En aplicaciones donde no se necesita un campo magnético variable, los imanes permanentes suelen ser superiores. Además, es posible fabricar imanes permanentes que producen campos magnéticos más fuertes que un electroimán de tamaño similar.

Dispositivos que usan electroimanes

Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magnético variable rápida o fácilmente. Muchas de estas aplicaciones implican la deflección de haces de partículas cargadas, como en los casos del tubo de rayos catódicos y el espectrómetro de masa.

Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles. En algunos tranvías, los frenos electromagnéticos se adhieren directamente a los rieles. Se usan electroimanes muy potentes en grúas para levantar pesados bloques de hierro y acero, y para separar magnéticamente metales en chatarrerías y centros de reciclaje. Los trenes de levitación magnética usan poderosos electroimanes para flotar sin tocar la pista. Algunos trenes usan fuerzas atractivas, mientras otros emplean fuerzas repulsivas.

Los electroimanes se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un campo magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magnético itinerante que impulse la armadura. Aunque la plata es el mejor conductor de la electricidad, el cobre es usado más a menudo debido a su relativo bajo costo, y a veces se emplea aluminio para reducir el peso.

Fuerza sobre los materiales ferromagnéticos

Calcular la fuerza sobre materiales ferromagnéticos es, en general, bastante complejo. Esto se debe a las líneas de campo de contorno y a las complejas geometrías. Puede simularse usando análisis de elementos finitos. Sin embargo, es posible estimar la fuerza máxima bajo condiciones específicas. Si el campo magnético está confinado dentro de un material de alta permeabilidad, como es el caso de ciertas aleaciones de acero, la fuerza máxima viene dada por:

$F = \frac{B^2 A}{2 \mu_o}$

Donde:

F es la fuerza en newtons;
B es el campo magnético en teslas;
A es el área de las caras de los polos en m²;
μo es la permeabilidad magnética del espacio libre.

En el caso del espacio libre (aire), $\mu_o = 4 \pi \cdot 10^{-7}\,\mbox{H}\cdot \mbox{m}^{-1}$ , siendo la fuerza por unidad de área (presión):

$P \approx 398 \, \mathrm{kPa}$ , para B = 1 tesla

$P \approx 1592 \, \mathrm{kPa}$ , para B = 2 teslas

En un circuito magnético cerrado:

$B = \frac{\mu N I}{L}$

Donde:

N es el número de vueltas del cable en torno al electroimán;
I es la corriente en amperios;
L es la longitud del circuito magnético.

Sustituyendo, se obtiene:

$F = \frac{\mu N^2 I^2 A}{2 L^2}$

Por su fuerza se usan para levantar contenedores de más de 25 Toneladas, más el peso de la carga y vehículos.

Para construir un electroimán fuerte, se prefiere un circuito magnético corto con una gran superficie. La mayoría de los materiales ferromagnéticos se saturan sobre 1 a 2 teslas. Esto sucede a una intensidad de campo de $H\approx$ 787 amperios×vueltas/metro.

Por esta razón, no hay motivos para construir un electroimán con una intensidad de campo mayor. Los electroimanes industriales usados para levantar peso se diseñan con las caras de ambos polos en un lado (el inferior). Eso confina las líneas de campo para maximizar el campo magnético. Es como un cilindro dentro de otro. Muchos altavoces usan una geometría parecida, aunque las líneas de campo son radiales al cilindro interior más que perpendiculares a la cara.

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Corriente alterna

NOTA: este articulo ha sido extraído del original proveniente del sitio web varper-tech.com en la dirección http://varper-tech.com/articulo.php?idart=72. Allí podrás conseguir informacion mas detallada sobre la descarga de los archivos de código del microcontrolador y los archivos de simulación.

Introdución a la corriente alterna

Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Gráfico 1. Circuito de corriente directa.

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa. Veamos un ejemplo práctico que ayudará a comprender mejor el concepto de corriente alterna:

Gráfico 2. Circuito de corriente alterna.

Corriente alterna pulsante de un ciclo por segundo o hertz (Hz) .

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo. En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.

Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos por segundo o hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.

Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.

En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.

Formas diferentes de corriente alterna

De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:

Rectangular o pulsante
Triangular
Diente de sierra
Sinusoidal o senoidal

Gráfico 3. (A) Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente de sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal.

De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal.

Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos eléctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.

La onda con la que se representa gráficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la función matemática de seno.

En la siguiente figura se puede ver la representación gráfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

Gráfico 4. Forma de onda senoidal.

De donde:

A = Amplitud de onda
P = Pico o cresta
N = Nodo o valor cero
V = Valle o vientre
T = Período

Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama también valor de pico o valor de cresta.

Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor.

Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”.

Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.

Período: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula:

T = 1 / F

Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es más que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y, matemáticamente, se representa de la manera siguiente:

F = 1 / T

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Circuito impreso

NOTA: este articulo ha sido extraído del original proveniente del sitio web varper-tech.com en la dirección http://varper-tech.com/articulo.php?idart=32. Allí podrás conseguir informacion mas detallada sobre la descarga de los archivos de código del microcontrolador y los archivos de simulación.

Historia

El inventor del circuito impreso es probablemente el ingeniero austriaco Paul Eisler (1907-1995) quien, mientras trabajaba en Inglaterra, hizo uno alrededor de 1936, como parte de una radio. Alrededor de 1943, los Estados Unidos comenzaron a usar esta tecnología en gran escala para fabricar radios que fuesen robustas, para la Segunda Guerra Mundial. Después de la guerra, en 1948, EE.UU. liberó la invención para el uso comercial. Los circuitos impresos no se volvieron populares en la electrónica de consumo hasta mediados de 1950, cuando el proceso de Auto-Ensamblaje fue desarrollado por la Armada de los Estados Unidos.

Antes que los circuitos impresos (y por un tiempo después de su invención), la conexión punto a punto era la más usada. Para prototipos, o producción de pequeñas cantidades, el método 'wire wrap' puede considerarse más eficiente..

Originalmente, cada componente electrónico tenía patas de alambre, y el circuito impreso tenía orificios taladrados para cada pata del componente. Las patas de los componentes atravesaban los orificios y eran soldadas a las pistas del circuito impreso. Este método de ensamblaje es llamado through-hole ( "a través del orificio", por su nombre en inglés). En 1949, Moe Abramson y Stanilus F. Danko, de la United States Army Signal Corps desarrollaron el proceso de Autoensamblaje, en donde las patas de los componentes eran insertadas en una lámina de cobre con el patrón de interconexión, y luego eran soldadas. Con el desarrollo de la laminación de tarjetas y técnicas de grabados, este concepto evolucionó en el proceso estándar de fabricación de circuitos impresos usado en la actualidad. La soldadura se puede hacer automáticamente pasando la tarjeta sobre un flujo de soldadura derretida, en una máquina de soldadura por ola.

Sin embargo, las patas y orificios son un desperdicio. Es costoso perforar los orificios, y el largo adicional de las patas es eliminado. En vez de utilizar partes through-hole, a menudo se utilizan dispositivo de montaje superficial. Vea Tecnología de montaje superficial más abajo.

Tipos de circuitos impresos

Multicapa: Es lo más habitual en productos comerciales. Suele tener entre 8 y 10 capas, de las cuales algunas están enterradas en el sustrato.

2-sided plated holes: Es un diseño muy complicado de bajo coste con taladros metalizados que nos permite hacer pasos de cara.

Single-sided non-plated holes: Es un PCB con agujeros sin metalizar. Se usa en diseños de bajo coste y sencillos.

2-sided non-plated holes: Diseño sencillo con taladros sin metalizar. Sustrato de fibras de vidrio y resina. Hay que soldar por los dos lados para que haya continuidad.

Composición física

La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por entre una a dieciséis capas conductoras, separadas y soportadas por capas de material aislante (sustrato) laminadas (pegadas) entre sí.

Las capas pueden conectarse a través de orificios, llamados vías. Los orificios pueden ser electorecubiertos, o se pueden utilizar pequeños remaches. Los circuitos impresos de alta densidad pueden tener vías ciegas, que son visibles en sólo un lado de la tarjeta, o vías enterradas, que no son visibles en el exterior de la tarjeta.

Sustratos

Los sustratos de los circuitos impresos utilizados en la electrónica de consumo de bajo costo, se hacen de papel impregnados de resina fenólica, a menudo llamados por su nombre comercial Pértinax. Usan designaciones como XXXP, XXXPC y FR-2. El material es de bajo costo, fácil de mecanizar y causa menos desgaste de las herramientas que los sustratos de fibra de vidrio reforzados. Las letras "FR" en la designación del material indican "retardante de llama" (Flame Retardant en inglés).

Los sustratos para los circuitos impresos utilizados en la electrónica industrial y de consumo de alto costo, están hechos típicamente de un material designado FR-4. Éstos consisten de un material de fibra de vidrio, impregnados con una resina epóxica resistente a las llamas. Pueden ser mecanizados, pero debido al contenido de vidrio abrasivo, requiere de herramientas hechas de carburo de tungsteno en la producción de altos volúmenes. Debido al reforzamiento de la fibra de vidrio, exhibe una resistencia a la flexión y a las trizaduras, alrededor de 5 veces más alta que el Pertinax, aunque a un costo más alto.

Los sustratos para los circuitos impresos de circuitos de radio frequencia de alta potencia usan plásticos con una constante dieléctrica (permitividad) baja, tales como Rogers® 4000, Rogers® Duroid, DuPont Teflón (tipos GT y GX), poliamida, poliestireno y poliestireno entrecruzado. Típicamente tienen propiedades mecánicas más pobres, pero se considera que es un compromiso de ingeniería aceptable, en vista de su desempeño eléctrico superior.

Los circuitos impresos utilizados en el vacío o en gravedad cero, como en una nave espacial, al ser incapaces de contar con el enfriamiento por convección, a menudo tienen un núcleo grueso de cobre o aluminio para disipar el calor de los componentes electrónicos.

No todas las tarjetas usan materiales rígidos. Algunas son diseñadas para ser muy o ligeramente flexibles, usando DuPont's Kapton film de poliamida y otros. Esta clase de tarjetas, a veces llamadas circuitos flexibles, o circuitos rígido-flexibles, respectivamente, son difíciles de crear, pero tienen muchas aplicaciones. A veces son flexibles para ahorrar espacio (los circuitos impresos dentro de las cámaras y audífonos son casi siempre circuitos flexibles, de tal forma que puedan doblarse en el espacio disponible limitado. En ocasiones, la parte flexible del circuito impreso se utiliza como cable o conexión móvil hacia otra tarjeta o dispositivo. Un ejemplo de esta última aplicación es el cable que conecta el cabezal en una impresora de inyección de tinta.

Las características básicas del sustrato son:

Mecánicas:

Suficientemente rígidos para mantener los componentes.
Fácil de taladrar.
Sin problemas de laminado.

Químicas:

Metalizado de los taladros.
Retardante de las llamas.
No absorbe demasiada humedad.

Térmicas:

Disipa bien el calor.
Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa.
Capaz de soportar el calor en la soldadura.
Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura.

Eléctricas:

Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas .
Punto de ruptura dieléctrica alto.

Diseño

Usualmente un ingeniero eléctrico o electrónico diseña el circuito y un especialista diseña el circuito impreso. El diseñador debe obedecer numerosas normas para diseñar un circuito impreso que funcione correctamente y que al mismo tiempo sea barato de fabricar.

Diseño electrónico automatizado

Los diseñadores de circuitos impresos a menudo utilizan programas de diseño electrónico automatizado (EDA por sus siglas en inglés), para distribuir e interconectar los componentes. Estos programas almacenan información relacionada con el diseño, facilita la edición, y puede también automatizar tareas repetitivas.

La primera etapa es convertir el esquemático en una lista de nodos (o net list en inglés). La lista de nodos es una lista de las patas y nodos del circuito, a los que se conectan las patas de los componentes. Usualmente el programa de captura de esquemáticos, utilizado por el diseñador del circuito, es responsable de la generación de la lista de nodos, y esta lista es posteriormente importada en el programa de ruteo.

El siguiente paso es determinar la posición de cada componente. La forma sencilla de hacer esto es especificar una rejilla de filas y columnas, donde los dispositivos deberían ir. Luego, el programa asigna la pata 1 de cada dispositivo en la lista de componentes, a una posición en la rejilla. Típicamente, el operador puede asistir a la rutina de posicionamiento automático al especificar ciertas zonas de la tarjeta, donde determinados grupos de componentes deben ir. Por ejemplo, las partes asociadas con el subcircuito de la fuente de alimentación se le podría asignar una zona cercana a la entrada al conector de alimentación. En otros casos, los componentes pueden ser posicionados manualmente, ya sea para optimizar el desempeño del circuito, o para poner componentes tales como perillas, interruptores y conectores, según lo requiere el diseño mecánico del sistema.

El computador luego expande la lista de componentes en una lista completa de las patas para la tarjeta, utilizando plantillas de una biblioteca de footprints asociados a cada tipo de componentes. Cada footprint es un mapa de las patas de un dispositivo, usualmente con la distribución de los pad y perforaciones recomendadas. La biblioteca permite que los footprintsean dibujados sólo una vez, y luego compartidos por todos los dispositivos de ese tipo.

En algunos sistemas, los pads de alta corriente son identificados en la biblioteca de dispositivos, y los nodos asociados son etiquetados para llamar la atención del diseñador del circuito impreso. Las corrientes elevadas requieren de pistas más anchas, y el diseñador usualmente determina este ancho.

Luego el programa combina la lista de nodos (ordenada por el nombre de las patas) con la lista de patas (ordenada por el nombre de las patas), transfiriendo las coordenas físicas de la lista de patas a la lista de nodos. La lista de nodos es luego reordenada, por el nombre del nodo.

Algunos sistemas pueden optimizar el diseño al intercambiar la posición de las partes y compuertas lógicas para reducir el largo de las pistas de cobre. Algunos sistemas también detectan automáticamente las patas de alimentación de los dispositivos, y generan pistas o vías al plano de alimentación o conductor más cercano.

Luego el programa trata de rutear cada nodo en la lista de señales-patas, encontrando secuencias de conexión en las capas disponibles. A menudo algunas capas son asignadas a la alimentación y a la tierra, y se conocen como plano de alimentación y tierra respectivamente. Estos planos ayudan a blindar los circuitos del ruido.

El problema de ruteo es equivalente al problema del vendedor viajero, y es por lo tanto NP-completo, y no se presta para una solución perfecta. Un algoritmo práctico de ruteo es elegir la pata más lejana del centro de la tarjeta, y luego usar un algoritmo codicioso para seleccionar la siguiente pata más cercana con la señal del mismo nombre.

Después del ruteo automático, usualmente hay una lista de nodos que deben ser ruteados manualmente.

Una vez ruteado, el sistema puede tener un conjunto de estrategias para reducir el costo de producción del circuito impreso. Por ejemplo, una rutina podría suprimir las vías innecesarias (cada vía es una perforación, que cuesta dinero). Otras podrían redondear los bordes de las pistas, y ensanchar o mover las pistas para mantener el espacio entre éstas dentro de un margen seguro. Otra estrategia podría ser ajustar grandes áreas de cobre de tal forma que ellas formen nodos, o juntar áreas vacías en áreas de cobre. Esto permite reducir la contaminación de los productos químicos utilizados durante el grabado y acelerar la velocidad de producción.

Algunos sistemas tienen comprobación de reglas de diseño para validar la conectividad eléctrica y separación entre las distintas partes, compatibilidad electromagnética, reglas para la manufactura, ensamblaje y prueba de las tarjetas, flujo de calor y otro tipo de errores.

La serigrafía, máscara antisoldante y plantilla para la pasta de soldar, a menudo se diseñan como capas auxiliares.

Manufactura

Patrones

La gran mayoría de las tarjetas para circuitos impresos se hacen adhiriendo una capa de cobre sobre todo el sustrato, a veces en ambos lados (creando un circuito impreso virgen), y luego retirando el cobre no deseado después de aplicar una máscara temporal (por ejemplo, grabándola con percloruro férrico), dejando sólo las pistas de cobre deseado. Algunos pocos circuitos impresos son fabricados alagregar las pistas al sustrato, a través de un proceso complejo de electrorecubrimiento múltiple. Algunos circuitos impresos tienen capas con pistas en el interior de éste, y son llamados cicuitos impresos multicapas. Éstos son formados al aglomerar tarjetas delgadas que son procesadas en forma separada. Después de que la tarjeta ha sido fabricada, los componentes electrónicos se sueldan a la tarjeta.

Hay varios métodos típicos para la producción de circuitos impresos:

La impresión serigráfica utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la capa de cobre. Los grabados posteriores retiran el cobre no deseado. Alternativamente, la tinta puede ser conductiva, y se imprime en una tarjeta virgen no conductiva. Esta última técnica también se utiliza en la fabricación de circuitos híbridos.
El fotograbado utiliza una fotomecánica y grabado químico para eliminar la capa de cobre del sustrato. La fotomecánica usualmete se prepara con un fotoplotter, a partir de los datos producidos por un programa para el diseño de circuitos impresos. Algunas veces se utilizan transparencias impresas en una impresora Láser como fotoherramientas de baja resolución.
El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para quitar el cobre del sustrato. Una fresa para circuitos impresos funciona en forma similar a un plotter, recibiendo comandos desde un programa que controla el cabezal de la fresa los ejes x, y y z. Los datos para controlar la máquina son generados por el programa de diseño, y son almacenados en un archivo en formato HPGL o Gerber.
La impresión en material termosensible para transferir a través de calor a la placa de cobre. En algunos sitios comentan de uso de papel glossy (fotográfico), y en otros de uso de papel con cera como los papeles en los que vienen los autoadesivos.

Tanto el recubrimiento con tinta, como el fotograbado requieren de un proceso de atacado químico, en el cual el cobre excedente es eliminado, quedando únicamente el patrón deseado.

Atacado

El atacado de la placa virgen se puede realizar de diferentes maneras. La mayoría de los procesos utilizan ácidos o corrosivos para eliminar el cobre excedente. Existen métodos de galvanoplastia que funcionan de manera rápida, pero con el inconveniente de que es necesario atacar al ácido la placa después del galvanizado, ya que no se elimina todo el cobre.

Los químicos más utilizados son el cloruro Ferrico, el sulfuro de amonio, el ácido clorhídrico mezclado con agua y peróxido de hidrógeno. Existen formulaciones de ataque de tipo alcalino y de tipo ácido. Según el tipo de circuito a fabricar, se considera más conveniente un tipo de formulación u otro.

Para la fabricación industrial de circuitos impresos es conveniente utilizar máquinas con transporte de rodillos y cámaras de aspersión de los líquidos de ataque, que cuentan con control de temperatura, de presión y de velocidad de transporte. También es necesario que cuenten con extracción y lavado de gases.

Perforado

Las perforaciones, o vías, del circuito impreso se taladran con pequeñas brocas hechas de carburo tungsteno. El perforado es realizado por maquinaria automatizada, controlada por una cinta de perforaciones o archivo de perforaciones. Estos archivos generados por computador son también llamados taladros controlados por computador (NCD por sus siglas en inglés) o archivos Excellon. El archivo de perforaciones describe la posición y tamaño de cada perforación taladrada.

Cuando se requieren vías muy pequeñas, taladrar con brocas es costoso, debido a la alta tasa de uso y fragilidad de éstas. En estos casos, las vías pueden se evaporadas por un láser. Las vías perforadas de esta forma usualmente tienen una terminación de menor calidad al interior del orificio. Estas perforaciones se llaman micro vías.

También es posible, a través de taladrado con control de profundidad, perforado láser, o pre-taladrando las láminas individuales antes de la laminación, producir perforaciones que conectan sólo algunas de las capas de cobre, en vez de atravesar la tarjeta completa. Estas perforaciones se llaman vías ciegas cuando conectan una capa interna con una de las capas exteriores, o vías enterradas cuando conectan dos capas internas.

Las paredes de los orificios, para tarjetas con dos o más capas, son metalizadas con cobre para formar, orificios metalizados, que conectan eléctricamente las capas conductoras del circuito impreso.

Estañado y máscara antisoldante

Los pads y superficies en las cuales se montarán los componentes, usualmente se metalizan, ya que el cobre al desnudo no es soldable fácilmente. Tradicionalmente, todo el cobre expuesto era metalizado con soldadura. Esta soldadura solía ser una aleación de plomo-estaño, sin embargo, se están utilizando nuevos compuestos para cumplir con la directiva RoHS de la UE, la cual restringe el uso de plomo. Los conectores de borde, que se hacen en los lados de las tarjetas, a menudo se metalizan con oro. El metalizado con oro a veces se hace en la tarjeta completa.

Las áreas que no deben ser soldadas pueden ser recubiertas con un polímero resistente a la soldadura, el cual evita cortocircuitos entre las patas cercanas de un componente.

Serigrafía

Los dibujos y texto se pueden imprimir en las superficies exteriores de un circuito impreso a través de la serigrafía. Cuando el espacio lo permite, el texto de la serigrafía puede indicar los nombres de los componentes, la configuración de los interruptores, puntos de prueba, y otras características útiles en el ensamblaje, prueba y servicio de la tarjeta. También puede imprimirse a través de tecnología de impresión digital por chorro de tinta (inkjet/Printar) y volcar información variable sobre el circuito (serialización, codigos de barra, información de trazabilidad).

Montaje

En las tarjetas through hole (a través del orificio), las patas de los componentes se insertan en los orificios, y son fijadas eléctrica y mecánicamente a la tarjeta con soldadura.

Con la tecnología de montaje superficial, los componentes se sueldan a los pads en las capas exteriores de la tarjetas. A menudo esta tecnología se combina con componentesthrough hole, debido a que algunos componentes están disponibles sólo en un formato.

Pruebas y verificación

Las tarjetas sin componentes pueden ser sometidas a pruebas al desnudo, donde se verifica cada conexión definida en el netlist en la tarjeta finalizada. Para facilitar las pruebas en producciones de volúmenes grandes, se usa una Cama de clavos para hacer contacto con las áreas de cobre u orificios en uno o ambos lados de la tarjeta. Un computador le indica a la unidad de pruebas eléctricas, que envíe una pequeña corriente eléctrica a través de cada contacto de la cama de clavos, y que verifique que esta corriente se reciba en el otro extremo del contacto. Para volúmenes medianos o pequeños, se utilizan unidades de prueba con un cabezal volante que hace contacto con las pistas de cobre y los orificios para verificar la conectividad de la placa verificada.

Protección y paquete

Los circuitos impresos que se utilizan en ambientes extremos, usualmente tienen un recubrimiento, el cual se aplica sumergiendo la tarjeta o a través de un aerosol, después de que los componentes han sido soldados. El recubrimiento previene la corrosión y las corrientes de fuga o cortocircuitos producto de la condensación. Los primeros recubrimientos utilizados eran ceras. Los recubrimientos modernos están constituidos por soluciones de goma silicosa, poliuretano, acrílico o resina epóxica. Algunos son plásticos aplicados en una cámara al vacío.

Tecnología de montaje superficial

La tecnología de montaje superficial fue desarrollada en la década de 1960, ganó impulso en Japón en la década de 1980, y se hizo popular en todo el mundo a mediados de la década de 1990.

Los componentes fueron mecánicamente rediseñados para tener pequeñas pestañas metálicas que podían ser soldadas directamente a la superficie de los circuitos impresos. Los componentes se hicieron mucho más pequeños, y el uso de componentes en ambos lados de las tarjetas se hizo mucho más común, permitiendo una densidad de componentes mucho mayor.

El montaje superficial o de superficie se presta para un alto grado de automatización, reduciendo el costo en mano de obra y aumentando las tasas de producción. Estos dispositivos pueden reducir su tamaño entre una cuarta a una décima parte, y su costo entre la mitad y la cuarta parte, comparado con componentes through hole.

Listado de maquinas industriales que intervienen en la fabricación de PCB

Perforadoras de control numérico con cambio automático de mechas
Perforadora de control numérico 6 de 4 cabezales
Laminadora
Iluminadora de 2 x 1000W de una bandeja doble faz
Iluminadora 60/75 de 2 x 5000W de doble bandeja doble faz
Reveladora de fotopolímeros de 4 cámaras
Desplacadora de fotopolímeros de 4 cámaras
Grabadora amoniacal de 2 cámaras + doble enjuague
Grabadora amoniacal
Impresoras serigráficas semiautomáticas
Impresora
Pulidoras simple
Pulidora
Fotoploter de película continua de triple rayo láser
Reveladora continua de películas fotográficas
Router de control numérico de 1 cabezal de capacidad de 600 x 600 mm
Perforadora / apinadora de doble cabezal
Compresores de pistón seco de 10 HP
Compresor de tornillo de 30 HP
Guillotina
Hornos de secado
Afiladora de mechas de vidia de 6 piedras
Máquina de V-scoring
Reveladora con 2 cámaras de enjuague
Máquina Bonding de cuatro cabezales

Fabricación de un circuito impreso

Aunque fabricar una placa de circuito impreso pueda parecer una cuestión sencilla para quien haya hecho unas cuantas, para el novato puede ser fuente de enormes quebraderos de cabeza que, en muchos casos, terminan por desilusionarlo. Dar el salto desde el montaje de kits prefabricados, puerta de entrada a la Electrónica para mucha gente, puede ser muy gratificante por la posibilidad de crear diseños propios, pero será decepcionante si no se domina el proceso técnico que permita llevar a la práctica lo que se ha diseñado.

Materiales.

Los materiales que describiremos se entienden como los estrictamente necesarios para llevar a buen término la fabricación de un circuito. Evidentemente existen materiales mucho más sofisticados destinados a la fabricación profesional, pero su coste no queda justificado para la fabricación de un prototipo. Entre los materiales, algunos son fungibles o de un solo uso, es decir que se gastan cada vez que se hace un circuito, y otros son fijos, es decir que servirán para muchos circuitos. Estos últimos suponen una inversión inicial que se irá amortizando poco a poco, conforme vayamos haciendo más circuitos. Por ellos empezaremos:

Soldador: Se va a utilizar mucho, por lo que debería ser de buena calidad. Para la mayoría de los casos interesa que sea de potencia media, entre 20W y 30W, del tipo de lápiz (los de pistola no sirven para esto), a ser posible con la carcasa conectada a tierra, con punta de aleación de larga duración mejor que de cobre, de unos 2mm de grosor (en la punta).
Taladro miniatura: Se pueden encontrar con gran variedad de precios en tiendas de material para modelismo o bricolaje. La única característica que yo considero imprescindible es que el mandril (porta brocas) sea de buena calidad y garantice el correcto centrado de las brocas. Algunos modelos baratos llevan un mandril parecido un portaminas cuyos resultados son muy malos. Mucho mejor si es como el de un taladro grande pero en miniatura, es decir, con 3 garras que se cierran sobre la broca en paralelo. Debe incluir un adaptador a la tensión de red.
Brocas: Imprescindibles las de 0.7mm, que sirven para la mayoría de componentes, y varias de otros tamaños para ciertos componentes de patas más gruesas, entre 0.9mm y 2mm. Las brocas poco afiladas se descentran con facilidad y producen agujeros con una rebaba muy acusada.
Sierra: Para cortar la placa virgen (es más barato comprar piezas grandes e ir cortando trozos según necesidades). Sirve una simple segueta de marquetería, pero yo utilizo una sierra de calar montada invertida sobre un banco, con una hoja para metales.
Insoladora: Las venden a precios desorbitados en diferentes tamaños, pero se la puede fabricar uno mismo con cuatro maderas y una lámina de metacrilato o plexiglás, y montarle varios tubos fluorescentes con sus correspondientes balastos y cebadores. Se puede prescindir de la insoladora e insolar los circuitos con la luz del sol, pero de esta forma no podremos fijar el tiempo de exposición, puesto que dependerá de la fuerza con que ilumine el sol ese día y a esa hora. Por otro lado se pueden utilizar tubos fluorescentes normales de luz día en lugar de los de rayos ultravioleta, aunque el tiempo de exposición se incrementará notablemente.
Dos placas de vidrio de 3mm o 5mm de grosor: Servirán para aprisionar el fotolito y la placa de circuito impreso durante su insolación. Su tamaño debería ser el del mayor circuito que se piense fabricar, pero que quepa en la insoladora. En la práctica, es raro fabricar placas más allá del tamaño cuartilla o A5 (21cm x 15cm). Es conveniente encargarlos con los filos matados o biselados para evitar cortes.
4 pinzas sujeta-papeles pequeñas.
Cubeta para atacado: Yo recomiendo una fiambrera de plástico (mucho más barata que una cubeta de laboratorio) cuadrada ó rectangular de unos 8cm de fondo y de aproximadamente 15cm x 21cm (tamaño cuartilla).
Cubeta de revelado: Recomiendo una fiambrera, del mismo tamaño que la usada para atacado pero con más fondo, unos 15cm, para que le quepa sin dificultad un litro de agua.
Jarra para medida de líquidos: Sirve una de cocina, de las que llevan una graduación para líquidos, al menos de 100 en 100 ml.

En cuanto a materiales fungibles, tenemos los siguientes:

Placa fotosensibilizada positiva: Es una placa normal, de fibra de vidrio, que sobre la cara o caras de cobre trae una capa de barniz fotosensible positivo, es decir, que las partes eliminadas serán las expuestas a la luz. Viene con una lámina de plástico adhesivo que la protege de la luz durante su manipulación y cortado. Su precio es algo mayor que si aplicamos nosotros mismos una laca fotosensible, pero es más cómodo, y los resultados obtenidos mucho mejores y más predecibles, ya que la capa de barniz es totalmente uniforme y sin imperfecciones. Una vez que se conoce el tiempo de exposición para una determinada marca y una determinada insoladora, éste será siempre el mismo. Yo recomiendo la de marca Covenco de tipo KP.
Material de soporte para realizar los fotolitos: si el fotolito está impreso en papel habrá que fotocopiarlo sobre transparencia. Si está en soporte informático, lo mejor es imprimirlo directamente sobre una transparencia especial para el tipo de impresora que tengamos. En general, se obtienen mejores resultados con impresoras de inyección que con láser.
Aguafuerte: La utilizaremos para atacar la placa, ya que reacciona con el cobre destruyéndolo. Se vende en droguerías y grandes superficies en botellas de 1 litro, con este nombre o como Salfumant. También se encuentra en garrafas de 5 litros como “reductor del pH”. En definitiva es ácido clorhídrico en una concentración entre el 22% y el 25%.
Agua oxigenada: La utilizaremos para activar el aguafuerte en el atacado. Se puede comprar en droguerías, grandes superficies y farmacias (más cara). Se trata de peróxido de hidrógeno de 10 volúmenes y se encuentra en botes de 250ml, 500ml ó 1000ml, pero no es conveniente comprarlo en botes grandes, porque pierde actividad al contacto con el aire, así que si dejamos un restillo en una botella de un litro unos días, se convertirá en agua.
Sosa cáustica: La venden en droguerías en forma de escamas o en polvo. Suele venir en bolsas de 250g ó 1Kg.
Guantes de goma, de un solo uso.
Estaño para soldar: Es en realidad una mezcla de estaño, plata, plomo y mercurio en distintas proporciones, y suele llevar añadida una resina detergente para que a la vez que se suelda se limpien las zonas soldadas, de forma que se adhiera mejor. Viene en bobinas de distintos pesos, desde 100g a 1Kg, y para electrónica es recomendable que sea de buena calidad y fino, de 1mm de diámetro.

Hasta aquí lo estrictamente necesario para fabricar circuitos impresos por fotograbado, pero existen otros elementos muy recomendables y casi necesarios para cualquier aficionado a la electrónica:

Laca protectora, especial para circuitos impresos. Viene en spray y se aplica al circuito acabado por la cara de cobre, protegiéndolo de oxidaciones y ralladuras. Se va con el calor del soldador, por lo que permite resoldar y hacer reparaciones posteriores. Yo he utilizado varias, pero recomiendo la Plastik 70 de Kontakt Chemie por su resistencia y secado rápido.
Polímetro digital: Muy útil para comprobar que las pistas del circuito no tengan cortes ni cortocircuitos. Además es necesario para el ajuste de muchos circuitos y para verificar componentes dudosos. Cualquiera de calidad media, con medida de resistencia y tensión alterna y continua es válido. Si dispone de zumbador para la medida de continuidad, mucho mejor.
Tenazas y alicates pequeños para conformar y cortar el sobrante de las patas de los componentes. No los compréis en tiendas de Electrónica, son mucho más baratos en ferreterías, pero siempre de buena calidad, aunque cuesten algo más caros. Los de las ofertas de Continente al final los tienes que tirar y comprar unos buenos.
Destornillador de ajustador: son de plástico y sólo tienen la pala metálica, y sirven para ajustar potenciómetros y bobinas.

Preparación de la placa.

Como ya he comentado, se puede comprar placa virgen sin fotosensibilizar y aplicar uno mismo una laca fotosensible, pero este sistema no produce buenos resultados. Yo lo he intentado y no fui capaz de conseguir una capa uniforme, de poco grosor y sin burbujas ni impurezas, como sería deseable. De cualquier forma y puesto que es un método que no domino, no puedo recomendarlo ni explicar su uso.

La placa que venden con el barniz fotosensible ya aplicado trae protegida la cara o caras sensibles, por una lámina de plástico opaco, ya que la luz ambiente, con el tiempo, ataca dicho barniz fotosensible. Al comprarla, es importante fijarse en que ese plástico protector no tenga desgarros u otras imperfecciones que hayan dejado al descubierto el barniz, ya que estas zonas habrán quedado veladas. Si tenemos una placa con alguna imperfección, habrá que utilizarla de forma que dicha imperfección quede en una zona del circuito en la que no haya pistas, o simplemente no utilizar esa zona. De cualquier forma, la placa Covenco KP, que yo he recomendado (figura 1), trae una lámina de protección bastante eficaz y, salvo que haya sido maltratada, no suele traer imperfecciones.

Grafico 1. Muestra de la placa virgen.

El plástico protector no se retirará hasta el momento de insolar, así que toda la manipulación se hará con él puesto. Cuando cortemos un trozo de una placa mayor, se hará siempre de forma que la cara que apoye sobre la mesa sea la menos frágil, es decir la que no es fotosensible (figura 2). Si es de doble cara, recomiendo añadir una protección adicional a una de las caras, por ejemplo pegando sobre ella tiras de cinta de pintor gruesa hasta cubrir toda su superficie, y utilizar esta cara para apoyar la placa sobre la mesa. Si la placa es de simple cara, intentaremos orientar los dientes de la sierra de forma que no levanten el barniz (los dientes de sierra suelen tener una forma tal que sólo cortan en un sentido). Si es de doble cara, hay que procurar cortar poco a poco, con una sierra de dientes finos, para no dañar el barniz. Si el corte se hace con sierra de calar, se pueden utilizar hojas de cortar metales, que tienen dientes pequeños, a ser posible a poca velocidad, para evitar que la placa se caliente, ya que un calor excesivo estropea el barniz fotosensible y la capa protectora.

Gráfico 2. Sierra cortadora.

Para tener una guía, trazaremos las líneas de corte con un rotulador sobre el plástico protector. Si la placa final va a tener una forma irregular, por ejemplo con las esquinas biseladas o con un gran agujero interior para un altavoz, haremos sólo los cortes regulares, de forma que la placa quede cuadrada o rectangular, y dejaremos el resto de cortes para cuando la placa esté terminada. Si algunas pistas del trazado quedan muy cerca o en contacto con el borde de la placa (a menos de 1mm), es conveniente cortar la placa un poco más grande y eliminar el sobrante cuando esté terminada. Con frecuencia, las placas que venden tienen imperfecciones en las zonas cercanas a los bordes (unos 5mm), así que es mejor eliminar esta parte.

Una vez que tenemos la placa cortada, hay que eliminar las rebabas e imperfecciones producidas durante el corte. Para ello pondremos un pliego de lija de grano medio-fino sobre una superficie plana, por ejemplo el suelo. Primero se pasará la placa por todos sus bordes, formando ángulo recto con la lija, y moviéndola en la dirección longitudinal de la placa y en los dos sentidos, como se indica en la figura 3-A. Luego se trata de hacer un pequeño bisel en cada borde respecto a las dos caras para eliminar las rebabas, para lo cual se pasará la placa con una inclinación de unos 45º sobre la lija, moviéndola en la dirección transversal de la placa y en un solo sentido, para no levantar el barniz, como indica la figura 3-B. Esto se hará por las dos caras, tengan o no barniz fotosensible. En las fotos de las figuras 4 y 5 quizás se aprecie mejor la forma correcta de hacerlo.

Gráfico 3. Forma de lijar la placa y sus bordes.

Preparación del fotolito.

El fotolito es una lámina de papel o acetato (transparencia) en el que está impreso el trazado de pistas que queremos transportar a la placa de circuito impreso. Como utilizaremos placa fotosensible positiva, la impresión en la placa será una copia exacta del fotolito. La finalidad del fotolito es permitir que la luz ultravioleta incida sobre las zonas que queremos eliminar pero no sobre las que queremos conservar. Por tanto, lo ideal sería que fuera totalmente transparente a los rayos ultravioleta en las zonas claras y totalmente opaco en las zonas obscuras. Poder acercarnos a este comportamiento ideal depende en gran medida de los materiales y técnicas utilizadas.

En cuanto a lo que hay impreso en el fotolito, además del trazado que forma el circuito es conveniente que haya algún texto, no sólo para poder identificar el fotolito o la placa, sino para saber por qué cara estamos viendo el fotolito, ya que si lo ponemos por la cara que no es, obtendremos una imagen especular de la original. Además, debe haber algún tipo de marcas que permitan centrar bien la placa sobre el fotolito en condiciones de poca luz, que es como habrá que hacerlo. Yo añado un par de recuadros concéntricos separados unos milímetros que enmarcan el trazado, de forma que pueda centrar la placa en ese marco.

El trazado sobre el papel o sobre una transparencia debe ser una imagen especular de lo que queremos que quede impreso en la placa, porque durante la insolación es la cara impresa del fotolito la que quedará en contacto con la placa, para evitar que la luz incida en zonas que no queremos por difusión a través de la transparencia. Por eso el texto escrito en el fotolito está siempre invertido, para que luego al transferirse a la placa quede correctamente.

Aunque existen productos que incrementan la transparencia del papel blanco para poder utilizarlo como base del fotolito, sus resultados no son muy buenos y su utilización es bastante engorrosa, porque deterioran algunas tintas, deforman ligeramente el papel y no eliminan algunas irregularidades de éste, así que yo utilizo siempre transparencias como soporte. Existen transparencias específicas para cada método de impresión. Comentaré los tres tipos más utilizados, para trazado a mano con estilógrafo (Rotring), para impresión láser o fotocopia (son las mismas), y para impresión por inyección de tinta.

Si se tiene práctica en el uso de los estilógrafos se consiguen resultados muy buenos. Se puede combinar el trazado a tinta con elementos transferibles, como pistas, pads etc. Este método es muy laborioso y el fotolito conseguido es enormemente frágil, ya que la tinta y los adhesivos se rayan con gran facilidad. Sin embargo el contraste conseguido es muy bueno, porque tanto la tinta china como los adhesivos son de una opacidad casi absoluta, y puede ser un buen sistema para circuitos muy simples.

El segundo método es válido cuando se dispone del trazado en papel y se pretende convertirlo en transparencia. El sistema es tan simple (o tan complejo) como fotocopiar el trazado sobre transparencia especial para copiadora. Hay sin embargo varios problemas relacionados con este método. En primer lugar la opacidad del trazado no suele ser muy buena, sobre todo para grandes zonas obscuras, en las que suele quedar una región interior con muy poco tonner (tinta de las fotocopiadoras e impresoras láser). Otro problema es que si la copiadora no es de gran calidad, suele aparecer un leve obscurecimiento de las zonas transparentes, lo que reduce el contraste. Pero el problema mayor quizás sea la deformación que introducen la mayoría de copiadoras debida a imperfecciones en el sistema óptico. De todas formas es el único método válido si el trazado está en papel y no se dispone de scanner. En caso contrario, lo mejor es escanearlo e imprimirlo como se explica más adelante. Aún en el caso de que el scanner sea tan malo que deforme el trazado (poco habitual incluso en los peores scanners de sobremesa), siempre se puede retocar el tamaño y aumentar el contraste con Photoshop o programas similares.

Para mí lo ideal es disponer del trazado en soporte informático. Una precaución importante es verificar que el tamaño al que se imprime es el correcto, ya que determinados formatos como el GIF o el BMP no almacenan información de tamaño, así que habrá que editarlos con Photoshop (o similar) y guardarlos en un formato que sí lo haga. Yo utilizo y recomiendo el formato TIF por su enorme calidad y un tamaño no demasiado grande (permite compresión LZW). Además es un estándar reconocido por la mayoría de programas, con lo cual es exportable. De todas formas, cualquier formato que conserve el tamaño original es válido. Si se puede editar el fichero, es conveniente convertirlo a blanco y negro, para asegurarnos que el fondo es totalmente blanco y no gris claro.

Una vez que tenemos el fichero preparado, sólo tenemos que abrirlo con un programa que recupere su tamaño original para imprimirlo. Yo utilizo Adobe Photoshop, pero el propio Kodak Imaging que viene entre los accesorios de Windows 98 sirve también. Si se utilizan otros programas habrá que verificar que impriman al tamaño correcto. Por ejemplo, ACDSee no lo hace. Se puede imprimir con láser, pero los mejores resultados se obtienen con inyección de tinta, configurando la impresora para papel fotográfico y aumentando el nivel de tinta o la intensidad del negro al máximo. La impresión en láser adolece de algunos de los fallos de las fotocopiadoras en cuanto a contraste y saturación. En cada caso habrá que utilizar transparencias adecuadas al tipo de impresora. Yo he conseguido los mejores resultados con una impresora de inyección (en concreto una HP Desk Jet 930C) utilizando transparencias Epson. Éstas tienen un granulado finísimo y una adherencia muy buena, pero se pueden usar otras marcas con resultados parecidos. Las que menos me gustan son las Apli, pues su granulado es muy grueso. Las transparencias para inyección de tinta tardan bastante en secar completamente, (recomiendo dejarlas secar en un sitio limpio durante 24 horas), así que es conveniente prepararlas antes de empezar a cortar la placa y demás, para que a la hora de insolar estén secas. Una vez terminado, se recorta dejando que sobre un poco de transparencia, para poder manejarlo sin tocar la zona del trazado con los dedos. En la figura 6 se puede ver un fotolito acabado.

Gráfico 4. Muestra del fotolito acabado.

Los fotolitos se pueden utilizar tantas veces como se quiera si se tratan con mimo para que no se rayen. Yo los guardo de uno en uno, entre dos hojas de papel, para que no se deformen ni se ensucien.

La insoladora.

Básicamente, una insoladora no es más que una fuente de luz ultravioleta. Para su construcción, normalmente se utilizan tubos fluorescentes especiales, cuya luz es, en su mayor parte, ultravioleta. Sin embargo, otras fuentes de luz, como el sol, los tubos fluorescentes de luz día (los habituales de uso doméstico) o las lámparas de incandescencia ultravioletas, también emiten cierta cantidad de luz ultravioleta, aunque tienen inconvenientes que las hacen poco recomendables: las lámparas de incandescencia disipan tanto calor que pueden llegar a estropear el fotolito ó el barniz fotosensible, y obligarían a añadir sistemas de ventilación forzada a la insoladora; la luz del sol es tan variable que hace imposible fijar unos tiempos de exposición fiables, y obliga a trabajar sólo de día y sin nubes; los fluorescentes de luz día se pueden utilizar aunque la proporción de ultravioletas de su espectro luminoso sea pequeña, ya que, aún siendo alto, el tiempo de exposición será siempre el mismo.

Se puede comprar una insoladora a un precio muy alto, o construirla como es en este caso. Teniendo en cuenta que la insoladora servirá para siempre, este precio no es excesivo. No voy a explicar cómo hacer una, sino cómo se construyo esta y daré algunos consejos para quien quiera hacerlo.

Como base, hará falta una caja en la que quepan los tubos, los balastos (reactancias) y los cebadores, con tapa (los ultravioletas son perjudiciales, sobre todo para la vista). Yo utilicé una maleta de herramientas vieja que casualmente tenía el largo justo de los tubos de 15W con sus casquillos porta tubos, unos 46cm, pero se puede hacer una caja de madera ex profeso. Los tubos deben estar lo menos separados posible, y todos a la misma altura, de forma que la luz incida por igual en toda la placa. Según esta separación y la mayor superficie que queramos insolar, se calculará el número de tubos necesarios. Yo puse 5 tubos separados 3.5cm (como los tubos tienen un diámetro de 2.6cm, la distancia entre tubo y tubo es de sólo 9mm), con lo que tengo una superficie iluminada de aproximadamente 17cm x 40cm. Se pueden poner más tubos, pero no es habitual fabricar placas mayores. Fijé los casquillos en las paredes laterales con tornillos a una altura tal que una vez colocado el protector de metacrilato quedara desde éste hasta los tubos una distancia de 2cm.

Separé esta parte del resto de la caja mediante un tabique de aglomerado en el que dejé unos agujeros en los extremos para pasar los cables, y pinté todo este recinto con esmalte sintético blanco brillante para facilitar la reflexión de la luz. Al otro lado del tabique fijé cinco balastos de 20W y cinco porta-cebadores. En el fondo de la caja fijé un conector de tensión de red (robado a una fuente de alimentación de PC averiada) y un interruptor. Dejé espacio suficiente por si en el futuro quería añadir un temporizador electrónico. Los cinco tubos llevan cableado independiente, cada uno con su balasto y su cebador (el esquema de cómo se conecta suele venir dibujado en el balasto), con cable de alumbrado de 1mm² y todos en paralelo al conector de tensión de red pasando por el interruptor.

Los tubos que utilicé son Philips TLD 15W/05 (700 pesetas cada uno), que son de ultravioletas, pero se pueden usar tubos de luz día. Los balastos de 220V y 10W a 22W (300 pesetas cada uno) y los cebadores de tipo FS-11, de 4W a 36W (100 pesetas cada uno). Con casquillos y porta-cebadores me salió todo por unas 7.000 pesetas y el resultado se puede ver en la figura 7.

Gráfico 5. Muestra del insolador.

Toda esta parte eléctrica va cubierta por una plancha de metacrilato (se puede usar plexiglás transparente) de 5mm de grosor, de 45cm x 32cm, sujeta a las caras anterior y posterior de la caja y al tabique intermedio por tornillos pasantes (cuidado al hacer los agujeros en el metacrilato, porque si se calienta se puede quebrar; lo mejor es hacerlo a muy baja velocidad con un taladro-atornillador).

La tapa debe cerrar lo mejor posible para evitar que se escape la luz. En mi caso, como era una maleta, encaja a la perfección. Debe quedar en el interior un hueco de al menos 3cm hasta la plancha de metacrilato, para que quepa luego el circuito con los fotolitos, los cristales y demás, con la tapa cerrada. El interior lo pinte con esmalte negro mate para evitar la reflexión de la luz (importante cuando se hacen placas de doble cara). Es conveniente añadir algún tipo de cierre y un asa para hacer más cómodo su transporte y almacenaje cuando no se usa.

La versión más barata de una insoladora podría ser una luminaria de dos tubos fluorescentes con difusor de plástico de las que suelen aparecer de oferta en grandes superficies por 3.000 ó 4.000 pesetas. Trae todo y al no ser ultravioleta no hace falta tapa. Sólo hay que ponerle un cable con un enchufe y colocarla invertida para tener una superficie iluminada aceptablemente. En fin, es una opción.

Productos químicos.

Durante el proceso de fotograbado necesitaremos dos líquidos, el revelador y el atacador. Ambos se pueden comprar en tiendas de Electrónica a precios abusivos o fabricarlos uno mismo con un coste bajísimo, sin dificultad alguna y con resultados iguales o mejores que con los productos comerciales.

El revelador es un líquido capaz de disolver muy rápido el barniz fotosensible cuando éste ha sido velado por exposición a la luz, pero muy lentamente si no lo ha sido. Por tanto, al bañar la placa insolada en revelador, el barniz desaparece de las zonas que no quedaron protegidas de la luz por el trazado del fotolito, pero permanecerá en el resto, quedando una copia de barniz idéntica al fotolito.

Para fabricar el revelador hace falta sosa cáustica y agua. La sosa se compra en droguerías y viene en escamas o en polvo, en paquetes de 250g a 1Kg. Utilizaremos muy poca en cada ocasión, así que podemos guardar el resto en un bote hermético (el mayor enemigo de la sosa cáustica es la humedad). Utilizaremos en cada ocasión 12g de sosa, así que si no se dispone de una balanza de precisión, necesitamos una cuchara de medida, por ejemplo de las que vienen con las papillas para bebés. Pero antes que nada hay que tarar la cuchara. Para ello, se puede utilizar el siguiente método tipo McGuiver: se coge una regla de 20cm ó 30cm y se pone en equilibrio sobre un lápiz. En un extremo se ponen 5 monedas de 25 pesetas (cada una pesa 2.4g así que 5 pesan justo 12g). En el otro extremo se pone una cazoleta hecha de papel. Se toma una cucharada de sosa y se va echando poco a poco en la cazoleta (si con una cucharada no es suficiente, se llena otra vez) hasta que la regla vuelva a estar en equilibrio. En este momento, tendremos en la cazoleta 12g de sosa, así que si hemos contado las cucharadas que echamos, ya tenemos tarada la cuchara. En mi caso era una cucharada y media. En sucesivas ocasiones sólo habrá que echar las mismas cucharadas, así que es conveniente apuntar cuantas eran y guardar la cuchara en el mismo bote que la sosa.

El revelador se hará disolviendo en un litro de agua 12g de sosa. El agua no debe estar muy fría, porque entonces la sosa no actúa. Debería estar a unos 25ºC. Si no se dispone de termómetro, diré que 25ºC es un poco más caliente que el agua del grifo, aproximadamente el tipo de agua que sólo beberías si te estás muriendo de sed y no hay nada mejor a mano. De cualquier forma la temperatura no es crítica, siempre que esté entre 18ºC y 35ºC. En este agua se echan los 12g de sosa y se remueve de vez en cuando con algo de plástico. Tarda unos 10 ó 15 minutos en disolverse, así que se debe hacer con tiempo, pero pierde actividad al cabo de unas horas, por lo que tampoco es posible guardarlo ya mezclado.

El atacador, es un líquido que reacciona con el cobre de las zonas no protegidas hasta hacerlo desaparecer. En las tiendas de componentes se encuentra de dos tipos. El que llaman atacador lento es cloruro férrico, que viene en bolas o terrones para mezclar con agua. Es sucio y lento, nada recomendable. El que venden como atacador rápido está compuesto por dos líquidos, uno es ácido clorhídrico y el otro agua oxigenada, ambos rebajados en una determinada proporción. Este atacador es bueno, pero caro.

Yo fabrico mi atacador rápido mezclando aguafuerte (salfumant) y agua oxigenada (ambos para uso doméstico). Se encuentran en droguerías y supermercados. El agua oxigenada es mejor comprarla en botes pequeños, porque va perdiendo efectividad al contacto con el aire. No hace falta mucha cantidad. Por ejemplo, para una placa de 8cm x 15cm pondremos 100ml de aguafuerte y 100ml de agua oxigenada. Hay que mezclarlo en el momento de usarlo, porque en unas horas pierde actividad.

Fotograbado.

Si me he alargado un poco en la explicación de cómo preparar los elementos necesarios, es porque de que todo esté bien preparado depende que el resultado final sea bueno. Por fin voy a explicar los pasos que sigo para fabricar una placa de circuito impreso. Quede claro que existen otras formas, pero esta es la que yo utilizo y los resultados son realmente buenos.

Una vez preparada la placa fotosensibilizada virgen y el fotolito, recopilo los materiales que voy a utilizar: un trapo limpio y seco (para limpiar el polvo de la placa), un trapo viejo (para secar), unas pinzas de plástico, las dos cubetas para el atacador y el revelador, un barreño lleno de agua, unos guantes de goma, la jarra para medir líquidos, la sosa cáustica, el aguafuerte, el agua oxigenada, los dos vidrios para sujetar el fotolito a la placa y unas pinzas para presionar el conjunto (yo utilizo pinzas sujeta-papeles, pero se pueden usar de las de tender la ropa). Pongo la insoladora en una mesita y la conecto a la red (apagada).

Gráfico 7. Productos químicos utilizados para la fabricación de un circuito impreso.

Me quito el reloj (el ácido clorhídrico ataca los metales), me pongo una bata y los guantes de goma. Preparo el revelador, vertiendo un litro de agua tibia y 12g de sosa cáustica en la cubeta con más fondo. Con unas pinzas de plástico lo remuevo de vez en cuando hasta que está completamente disuelta (cada vez que remuevo con las pinzas, las enjuago en el barreño). Preparo el atacador echando 100ml de aguafuerte y 100ml de agua oxigenada en la otra cubeta. Si la placa es muy grande o es de doble cara preparo el doble de atacador (200ml de aguafuerte y 200ml de agua oxigenada). Preparo una luz suave pero que permite ver con claridad, concretamente una lámpara de mesa mirando hacia la pared cuando es de noche y unas rajitas en la persiana cuando es de día (no hace falta obscuridad total, ni lámpara roja de laboratorio ni nada parecido). Me enjuago las manos y me seco, sin quitarme los guantes.

Con la habitación a media luz pongo uno de los vidrios en una mesa y sobre él el fotolito (figura 10), con la cara impresa mirando hacia arriba (los rótulos se verán invertidos). Retiro el plástico protector de la placa y le paso con suavidad un trapo seco para quitar los restos de aserrín y polvo que hayan quedado. Pongo la placa sobre el fotolito, con la cara fotosensible en contacto con la cara impresa del fotolito. Lo cuadro bien, usando como referencia las líneas auxiliares que añadí al trazado. Si la placa es de simple cara, coloco encima el otro vidrio, con cuidado de no desplazar la placa sobre el fotolito. Si la placa es de doble cara, antes de poner este segundo vidrio, pongo el fotolito correspondiente a la segunda cara, con la parte impresa hacia abajo (los rótulos aparecen sin invertir) y teniendo cuidado de que su orientación coincida con la del otro fotolito (normalmente pongo una marca en una esquina que debe coincidir en ambos fotolitos). Con ayuda de las líneas auxiliares lo centro perfectamente respecto a la placa, con cuidado de no desplazarla respecto al primer fotolito y pongo el segundo vidrio (figura 11). Sujeto el sandwich formado por los vidrios, la placa y el fotolito (o los fotolitos) con cuatro pinzas sujeta-papeles y lo coloco en la insoladora.

Gráfico 8. Fotolitos con la placa superpuesta.

Cierro la insoladora y la enciendo durante 5 minutos (figura 12). Si la placa es de doble cara, le doy la vuelta al sandwich y enciendo otros 5 minutos. Estos tiempos son válidos para mi insoladora, y los obtuve haciendo pruebas, pero variarán para cada insoladora, así que en cada caso habrá que encontrar el tiempo característico para el equipo concreto del que se dispone. Una vez averiguado, es bueno apuntarlo para la próxima vez. De cualquier forma, si el fotolito es bueno, es decir que las partes oscuras son opacas, es mejor sobreexponer un poco la placa que quedarse corto.

Gráfico 9. Placa en proceso de insolación.

Ahora desarmo el sandwich con cuidado de no rayar el barniz ni los fotolitos y meto la placa en el revelador. Agitándola suavemente, al poco tiempo (entre 30 y 60 segundos) el barniz fotosensible de las zonas insoladas se pone oscuro y empieza a desprenderse rápidamente. Cuando deja de desprenderse barniz (atentos porque si se deja pasar demasiado tiempo empezará a disolverse el barniz de las zonas que queremos conservar), saco la placa del revelador y la lavo agitándola suavemente en el barreño de agua limpia. Yo recomiendo hacer todo esto con las manos (con guantes, por supuesto), sujetando la placa por una esquina o una zona no utilizada para el trazado, porque todo ocurre bastante rápido y con las pinzas puede no dar tiempo a sacar la placa del revelador. Además el barniz es bastante frágil, y las pinzas, aún siendo de plástico lo pueden rayar.

A continuación vamos a atacar la placa. Si es de simple cara, bastará con echarla en la cubeta de atacador, con la cara de cobre hacia arriba y agitar la cubeta suavemente para producir una especie de ola que poco a poco se va llevando el cobre de las zonas que han quedado libres de barniz. Si la insolación y el revelado se hicieron bien, el atacador tomará un color verdoso, el trazado del circuito aparecerá de color dorado y el resto de la cara de cobre de un tono rosa oscuro (figura 13). Cuando ha desaparecido todo el cobre de estas zonas, se lava la placa en el barreño. La reacción entre el atacador y el cobre desprende gases que en proporciones muy altas pueden ser peligrosos (en su mayor parte es hidrógeno, muy inflamable, ya que la reacción de ácido clorhídrico con cobre produce cloruro cúprico, que le da el color verde al atacador, e hidrógeno, que se desprende en forma gaseosa). Con placas pequeñas la cantidad desprendida no tiene importancia, pero el atacado de placas muy grandes se debe hacer en un lugar aireado para evitar riesgos.

Gráfico 10. Placa grabada.

Si la placa es de doble cara, este método puede hacer que el barniz de la cara que queda debajo se raye, o que esa cara no sea atacada convenientemente. Para evitarlo, antes de meter la placa en el atacador, preparo cuatro separadores. Para hacer un separador, corto un trocito de macarrón de plástico flexible de 1cm de diámetro y 1cm de largo y le hago un corte longitudinal con un cutter, de forma que su sección tenga la forma de una letra “C” cerrada. Forzando esa C a que se abra, la coloco sujetando la placa por una esquina o una zona no utilizada para el trazado. De la misma forma pongo las otras tres, que actuarán como separadores (figura 14) para que la cara inferior de la placa no roce en el fondo de la cubeta y el atacador pueda fluir por debajo. Ahora echo la placa en la cubeta de atacador y actúo igual que para las placas de simple cara. Cuando en la cara superior ya se ha eliminado el cobre de las zonas libres de barniz, le doy la vuelta. Si en la otra cara todavía queda cobre, sigo agitando hasta que se elimina. Luego la lavo en el barreño.

Gráfico 11. Preparación para el baño.

Ahora hay que eliminar el barniz fotosensible que ha quedado en la placa. He visto varios métodos recomendados en distintas publicaciones, desde lavarla con estropajo y detergente en polvo tipo Vim hasta eliminarlo con acetona, pero a mí se me ocurrió otro método más simple y menos agresivo (quizás haya más gente que lo use pero no he leído nada al respecto). Seco la placa y la pongo sin fotolito ni vidrios ni nada en la insoladora por 5 minutos. Luego la pongo otros 5 minutos por el otro lado, incluso si es de simple cara (por su proceso de fabricación, la mayoría de las placas llevan barniz fotosensible por las dos caras, aunque sólo tengan una cara de cobre). Luego la meto unos minutos en el revelador que había quedado y se elimina todo el barniz, ya que todo él ha estado expuesto a la luz ultravioleta. Además, la placa queda totalmente limpia por el efecto detergente de la sosa. Sólo queda lavarla con agua y secarla para tener el circuito impreso (figura 15).

Gráfico 12. Placa terminada.

Por último, con un polímetro compruebo que las pistas conducen en todas sus ramas, y que no hay cortocircuitos entre pistas cercanas. Habitualmente, si los pasos anteriores se han hecho bien, la comprobación no detecta ningún error, pero si los hubiera, se pueden reparar cortando con un cutter los cortocircuitos o puenteando alguna pista defectuosa con un hilo de cobre. Si los fallos son muchos, es mejor rehacer la placa, ahora que aún no hemos llevado a cabo la parte más laboriosa.

Es normal que las primeras placas que se fabrican no salgan demasiado bien por distintos motivos. En general la causa está en el desconocimiento inicial del equipo utilizado. A continuación expongo los fallos más comunes y sus posibles causas:

Fallo:	Causa:
Al poner la placa en revelador no se ve obscurecerse ni desprenderse el barniz fotosensible en ninguna zona.	La placa no ha sido correctamente insolada o revelada. Hay que asegurarse de que la insoladora funciona, que hemos expuesto la cara fotosensible y que el revelador tenga la adecuada proporción de sosa y no esté demasiado frío. Si todo eso está bien, elevar el tiempo de exposición.
Al poner la placa en atacador, toda la superficie de cobre queda de color dorado.	No se ha revelado la placa por las mismas causas que en el caso anterior.
Al poner la placa en revelador se obscurece y se desprende todo el barniz fotosensible.	La placa se ha velado por sobreexposición, ha estado demasiado tiempo en revelador o éste tiene una temperatura o una concentración de sosa excesivas. También puede ocurrir si la placa ha estado mal almacenada (una luz muy tenue durante varios meses puede velarla). Otra causa puede ser que las zonas oscuras del fotolito no sean suficientemente opacas.
Al poner la placa en atacador, todo el cobre toma un color rosa oscuro.	La placa se ha velado por las mismas causas que en el caso anterior.
Al atacar la placa, el trazado de pistas aparece más grueso que en el fotolito y no se elimina el cobre de algunas zonas.	La placa ha estado poco tiempo insolándose o en revelador, o la temperatura o la concentración de éste son demasiado bajas.
Al atacar la placa, el trazado de pistas aparece bien definido en color dorado y el resto toma un color rosa oscuro, pero no se elimina el cobre de algunas zonas.	El atacador ha perdido actividad ó hace falta más atacador. Normalmente es suficiente con añadir agua oxigenada nueva
Al atacar la placa, el trazado de pistas aparece más fino que en el original o con algunas zonas perdidas.	La placa ha estado demasiado tiempo en la insoladora o en el revelador, o éste estaba demasiado caliente o demasiado concentrado. Puede que la cara impresa del fotolito no estuviera totalmente pegada a la cara fotosensible de la plcaca.
La placa ha salido bien en una zona y mal en otra.	El fotolito no estaba suficientemente presionado contra la placa o la insoladora no distribuye bien la luz. Puede que la placa haya estado mal almacenada y se haya velado parcialmente.
En las zonas cercanas a los bordes de la placa, el trazado está deformado.	No se eliminaron correctamente las rebabas producidas durante el corte de la placa.
El trazado aparece invertido o no coincide con el de la otra cara.	Fallo en la orientación del fotolito.

Mecanizado.

El primer paso es cortar las partes sobrantes de la placa si las hubiera. Ahora resulta mucho más fácil cortar la placa, ya que el cobre ha sido eliminado, y además no hay que andar cuidando de que el barniz fotosensible no se estropee. A continuación ponemos la placa con la cara de cobre hacia arriba sobre un tablero de madera, y la sujetamos con unas chinchetas, sin traspasar la placa, poniendo las chinchetas en los bordes para que sujeten la placa con la cabeza (ver figura 17).

Como ya se dijo, será casi necesario disponer de una taladradora miniatura (figura 16). En caso contrario, si tenemos que hacer los taladros con una taladradora más grande, habrá que someterse a las limitaciones que ésta impone en cuanto a precisión y tamaño mínimo de las brocas que admite a la hora de diseñar el circuito. Existen unas brocas cuya parte final está rectificada, de forma que el diámetro de taladrado es inferior al del vástago, lo que permite utilizarlas con taladradoras más grandes y, aunque son algo caras, puede ser una solución si no se quiere adquirir una taladradora miniatura.

Gráfico 13. Taladro para perforaciones.

Con la ayuda de un punzón afilado marcamos el cobre levemente en el lugar donde habrá que hacer todos y cada uno de los taladros (normalmente el centro de cada pad o bahía del trazado) como se indica en la figura 17. No es necesario ni conveniente apretar demasiado, porque corremos el riesgo de desprender el trozo de cobre. Lo mismo puede ocurrir si las marcas se hacen con un puntero y un martillo (método recomendado por otra gente). Estas pequeñas hendiduras nos van a permitir hacer luego los taladros con precisión, sin que la broca baile. Si se dispone de una columna de taladrado miniatura, no hará falta tomar tantas precauciones, pero en caso contrario es casi imprescindible. Hacer los taladros en su sitio exacto no es sólo una cuestión estética; por ejemplo, un zócalo forzado puede dar lugar a falsos contactos que son muy difíciles de localizar y corregir.

Gráfico 14. Limpiando falsos contactos.

Con la broca de 0.7mm montada en la taladradora, se hacen todos los agujeros (aunque su diámetro deba ser mayor), aprovechando las hendiduras que habíamos practicado para no desviarnos (figura 18). Ahora, con brocas de distintos grosores agrandamos los agujeros destinados a patillas más gruesas. Los agujeros alargados se pueden hacer practicando varios taladros en línea y utilizando luego la broca a modo de fresadora para unirlos.

Gráfico 15. Proceso de taladrado.

Cuando la placa es de simple cara y la broca está muy afilada, los agujeros quedan perfectos, sin rebabas de cobre. En otro caso, aparecen rebabas alrededor de los agujeros. Ningún método es perfecto para eliminarlas, pues todos tienen inconvenientes. Yo personalmente no suelo eliminar las rebabas, ya que quedarán ocultas por el estaño al soldar sobre ellas, pero a veces se hace totalmente necesario, por ejemplo cuando un componente apoya sobre la placa de tal manera que una rebaba haría que quedara cojo. En estos casos utilizo un trozo de lija muy fina, (lija al agua para acabados, pero usada sin agua), y la muevo en círculos irregulares sin apretar demasiado. Hay que tener cuidado de no lijar tanto que se corte alguna pista, pero no es complicado. Una vez lijado, con una brochita seca se pueden eliminar las limaduras que hayan quedado.

Antes de pasar a la soldadura de los componentes, pruebo que todos aquellos que tengan patas distintas de lo normal entren bien en sus agujeros, haciendo las rectificaciones necesarias. Hacerlo cuando ya tenemos unos cuantos componentes soldados es mucho más engorroso.

Soldadura de los componentes.

Antes de empezar a soldar es muy conveniente reunir todos los componentes en una cajita. De esta forma, si nos equivocamos al colocar un componente, es más fácil detectarlo. Por ejemplo, si ponemos una resistencia de 22K donde debería ir una de 2K2, al final nos faltará una resistencia de 22K y nos sobrará una de 2K2, con lo que será fácil localizar donde está el fallo.

Prepararemos el soldador (figura 19). En general, uno de 25W ó 30W con punta de 2mm sirve para casi todo, pero si vamos a utilizar componentes de montaje superficial habrá que usar uno de 12W ó 15W con punta de 1mm. Yo recomiendo soldadores con punta de aleación de larga duración, ya que no se deforma con el tiempo. Su mantenimiento consiste únicamente en retirar de vez en cuando los restos de resina y suciedad de la punta y reestañarla. Yo lo hago rozando la punta caliente con la parte roma de un cutter (para no rayarla) por todo su perímetro; luego fundo sobre ella un poco de estaño y sacudo el soldador hacia el suelo para eliminar el exceso de estaño (quedan unas salpicaduras que no se adhieren al suelo). Las puntas de cobre se tratan de una forma parecida, pero de vez en cuando hay que limarlas en frío para que recuperen su forma, ya que la resina del estaño, aunque lentamente, corroe el cobre, de forma que la punta se desgasta y se deforma.

Gráfico 16. Soldador y estaño.

El proceso de soldar un componente consta de tres pasos: insertar el componente, soldar sus patas y cortar la parte sobrante de éstas. Si el mecanizado de la placa se ha hecho bien, no habrá ninguna dificultad en insertar los componentes. Sólo hay que darle forma a las patas para que el componente entre con suavidad y hacer que entren por los agujeros destinados a ellas. Con un poco de práctica esto se hace muy rápido, y con un poco más de práctica se aprende a darles una forma tal que al dar la vuelta a la placa para soldar, el componente no se salga de su sitio. En general los componentes deben entrar a fondo, hasta estar en contacto con la placa, pero hay excepciones: componentes que se calienten mucho (para facilitar su refrigeración se deja un espacio entre ellos y la placa), la mayoría de transistores, reguladores, puentes rectificadores, circuitos integrados sin zócalo, etc. Al insertar los componentes es muy importante ponerlos en la postura que indica el esquema, ya que la mayoría tienen polaridad (de hecho, salvo las resistencias y algunos condensadores, el resto tienen que ir en una postura determinada).

Una vez insertado el componente hay que soldarlo. Para ello, ponemos la punta del soldador en diagonal, de forma que haga contacto con la pata y la zona de cobre que hay alrededor, y luego le acercamos el hilo de estaño, que debe fundirse y distribuirse él solo por todo el pad de cobre. Una soldadura correcta debe tener forma de carpa de circo, en la cúspide de la cual sobresale la pata del componente como se indica en la figura 20-A. Nunca debe dejarse una soldadura con forma abombada o esferoide como la de la figura 20-B, pues puede ser lo que se llama una soldadura fría o falsa soldadura, en la que no hay contacto eléctrico entre la pata y el estaño, porque ha quedado una película de resina que recubre y aisla eléctricamente la pata del estaño. Este error se produce o bien porque la pata no se había calentado lo suficiente, de forma que la resina no se ha volatilizado, o porque se ha puesto demasiado estaño o un estaño de muy mala calidad. Añadiendo estaño nuevo y limpio es fácil retirar el exceso con la punta del soldador. El último paso es cortar el sobrante de la pata, con unas tenacillas, justo por encima de la soldadura.

Gráfico 17. Forma correcta de soldadura (A), forma incorrecta (B).

En cuanto al orden en que se deben colocar los componentes, se puede hacer según dos criterios, atendiendo al tipo de componente, o a la situación de éste. El ponerlos según su situación es casi obligado en circuitos con gran densidad de componentes, ya que si se han puesto todos los que rodean a otro, resultará difícil insertar este último, así que es mejor empezar por un extremo e ir poniendo componentes hasta llegar al otro extremo. Sin embargo, unos componentes son más sensibles que otros al calor y la electricidad estática producidos durante la soldadura de los demás componentes, así que sería lógico dejarlos para el final, para minimizar el riesgo. Siguiendo este método, el orden de colocación más o menos sería el siguiente: primero pasos de cara o vías, puentes, zócalos, test-points, jumpers y conectores (figura 21); después resistencias, condensadores, diodos, puentes rectificadores, cristales y resonadores de cuarzo, bobinas y transistores bipolares (figura 22); por último se pondrían integrados que vayan sin zócalo y transistores MOS. Yo utilizo, como la mayoría de aficionados, una mezcla de los dos métodos en mayor o menor proporción según el circuito, aunque dejar para el final circuitos integrados soldados y transistores MOS es obligado. Los componentes que van sobre zócalo no se montan hasta que el circuito está totalmente acabado (figura 23).

Gráfico 18. Algunos ejemplos de circuitos impresos terminados.

Por último, es conveniente aplicar a la cara de cobre una laca protectora, para evitar que se dañe o se oxide. Yo pongo cinta de pintor en el borde de la placa, a ras de la superficie, para proteger los componentes (sobre todo los conectores) y rocío la superficie con una capa fina de laca protectora en spray (figura 24).

Gráfico 19. Ejemplos de circuitos impresos ya montados.

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