Construyendo circuitos impresos

Todo aficionado a la electrónica o al modding, tarde o temprano, se encuentra con la necesidad de fabricar sus propios circuitos impresos. En general, esta tarea parece muy complicada, pero en realidad es un trabajo que podemos llevar a buen término con facilidad. A lo largo de este artículo aprenderemos a desarrollar placas de circuito impreso (PCB, por Printed Circuit Board) para nuestros proyectos, utilizando elementos de fácil adquisición y con un acabado muy profesional. Sobre ellas montaremos los componentes de nuestros proyectos de electrónica y, si somos prolijos, resultarán indistinguibles de una placa comercial.

Materiales necesarios

Antes de comenzar, debemos asegurarnos de tener a mano todo lo necesario para llevar a cabo nuestro PCB:

Impresora láser o fotocopiadora. El toner de la impresión formará las pistas de nuestro PCB, así que el dibujo, realizado con algún programa especializado o incluso con el mismísimo Paint incluido en Windows, debe imprimirse con tecnología láser. Si no disponemos de una, podemos usar cualquier impresora y luego llevar el impreso a una fotocopiadora para hacer una copia, ya que las fotocopias también se hacen con toner y así obtendremos un original para nuestro PCB.
Placa de PCB virgen, del tamaño adecuado para el proyecto. Generalmente se consigue fabricada en pertinax o sobre fibra de vidrio; cualquiera de las dos sirve. Hay que prestar atención a que solo una de sus caras esté recubierta de cobre, salvo que queramos hacer un circuito impreso de doble faz.
Un cuarto de litro de percloruro férrico, que es el elemento que atacará la superficie de cobre para eliminar todas las partes que no necesitamos.
Algo de polvo limpiador y lana de acero, de las que se usan para lavar los cacharros de cocina, para dejar bien limpia y desengrasada la superficie de la placa.
Alguna hoja de papel ilustración, como explicaremos más adelante.
Herramientas y accesorios: una agujereadora con una broca de 1.00 mm y otra de 0.75 mm, un recipiente plástico en el que entre la placa, uno metálico en el que entre el recipiente plástico, una sierra para cortar metales y una plancha de ropa.

Construyendo circuitos impresos — Percloruro férrico.

Consejos antes de imprimir

En este punto, debemos tener en cuenta un par de consejos para que el resultado final sea óptimo. En primer lugar, la escala del dibujo debe ser la adecuada para que, cuando montemos los componentes en el PCB, las medidas coincidan. Por ejemplo, la separación estándar entre dos pines consecutivos de un circuito integrado es de 0.1 pulgada (2,54 mm). Si nos atenemos a esto, no tendremos problemas. En segundo lugar, como veremos más adelante, al transferir el dibujo del papel al cobre la imagen quedará invertida, como si la viéramos en un espejo, así que debemos tener esto en cuenta al dibujarla en el ordenador para no terminar con una imagen invertida en el PCB. No conviene imprimir el circuito con la opción de economía de tinta activada, ya que necesitamos una buena cantidad de toner en la copia, porque es lo que se va a transferir al cobre.

Si nuestra impresora no es láser, como dijimos antes, llevaremos la impresión a una fotocopiadora y haremos una copia cuidando que la escala sea exactamente 1:1 (no todas las fotocopias son idénticas al original) y que la copia no presente rayas ni cortes, ya que, de ser así, esas imperfecciones se transferirán al PCB. Si no estamos conformes con la calidad de la fotocopia, hagamos sacar otra hasta que veamos que no tiene defectos.

Respecto del papel a utilizar, los mejores resultados los he obtenido con papel ilustración, que es un papel de mayor calidad que la resma común, con un grano más fino y ligeramente satinado. En este punto, lo mejor es hacer algunas pruebas hasta encontrar el adecuado antes de comprar grandes cantidades de papel.

Preparación y transferencia del circuito

Una vez cortada la placa virgen a las medidas de nuestro PCB con la sierra de cortar metales, comenzaremos la limpieza concienzuda de la placa para que quede libre de suciedad, grasa, etc. Utilizaremos para ello el polvo limpiador y la lana de acero, que debe ser lo más fina posible para que no queden rayas. Algún agente químico puede resultar útil, como por ejemplo un limpia metales y un trapo en lugar de la lana de acero. Podemos probar distintos métodos, de acuerdo con los elementos que tengamos a mano. Mientras llevamos a cabo esta tarea, podemos aprovechar a enchufar la plancha para que vaya tomando temperatura.

Una vez que el cobre está limpio, alinearemos sobre el PCB el papel con la impresión que hemos hecho, con las pistas hacia el cobre (debemos ver la parte sin imprimir), de manera que, cuando apliquemos calor, el toner se funda y se transfiera al cobre.

Con la plancha bien caliente, y con cuidado de no mover el papel (puede ser una buena idea sujetarlo por detrás del PCB con alguna cinta adhesiva), “planchamos” la hoja durante uno o dos minutos, aunque este tiempo puede variar de acuerdo con el tipo de toner y la temperatura exacta de la plancha. Casi todo el toner habrá pasado de la hoja de papel a la cara de cobre del PCB.

Para remover el papel del PCB deberemos sumergir todo en agua del grifo durante unos 5 o 10 minutos (depende del tipo de papel), y luego con los dedos iremos desmenuzando el papel hasta eliminarlo por completo del PCB. En este momento deberíamos tener la placa con el dibujo listo. Solo resta asegurarnos de que todas las pistas y nodos se hayan calcado correctamente y de que no hayan quedado pedacitos de papel que puedan evitar la acción del percloruro, dando lugar a cortocircuitos en nuestro PCB terminado.

Ataque con percloruro férrico

Para atacar el cobre, pondremos algo de agua en el recipiente metálico que mencionamos al principio de la nota y, dentro de él, el recipiente plástico con el percloruro. Ponemos todo el conjunto en una hornalla de la cocina, a fuego mínimo, para que el agua caliente a unos 40 o 50 grados el percloruro que se encuentra en el recipiente plástico. Esto hará las veces de un catalizador positivo, provocando que el percloruro ataque con mayor velocidad las zonas de cobre desnudo.

Ponemos la placa dentro del percloruro y esperamos unos 5 o 10 minutos hasta que el cobre que está sin cubrir desaparezca. A veces da buen resultado mover suavemente la placa durante este tiempo, para evitar que el percloruro que ya se combinó con el cobre se deposite sobre la placa y actúe como un “aislante” que evita el contacto del PCB con el percloruro sin combinar.

Esta operación no reviste peligro, pero por las dudas conviene llevarla a cabo en un lugar ventilado para no aspirar los vapores del percloruro férrico y, por supuesto, evitar salpicaduras. Si bien el percloruro es inocuo para la piel, puede manchar permanentemente la ropa. Una vez que terminamos este proceso, lavamos todo con abundante agua.

El percloruro que utilizamos podemos guardarlo para otra placa, ya que en general, y dependiendo de la superficie del PCB realizado, se puede emplear varias veces. Cuando notemos que el tiempo necesario para acabar el trabajo es demasiado largo (25 o 30 minutos), será el momento de comprar otro bidón de percloruro.

Con la placa ya libre de percloruro, utilizamos nuevamente la lana de acero con el polvo limpiador para remover todos los restos de toner que hay sobre el PCB. Ya deberíamos tener nuestro PCB casi listo; solamente resta efectuar los agujeros para los componentes. Para agujerear la placa, usaremos el taladro y las brocas, cuidando de que los agujeros queden centrados sobre los pads del PCB y de que su diámetro sea el adecuado para los terminales de los componentes que usaremos. Agujeros demasiado grandes o pequeños impedirán que el resultado final sea prolijo.

Diseño del PCB en el ordenador

Para dibujar el PCB en el ordenador se pueden utilizar programas comerciales de uso general, como Corel Draw, Autocad o incluso el sencillo Paint, siempre cuidando de que las dimensiones de los objetos que dibujemos sean las correctas. No es mala idea imprimir en un papel común una copia y, sobre ella, “medir” los componentes para ver si las distancias entre pines son las adecuadas.

Existen programas específicos para la realización de PCB, como PCBWizard, Pad2Pad, FreePCB o Spicycle, algunos de ellos disponibles en forma gratuita. De todos modos, si nuestro proyecto no es muy complejo, se puede realizar el diseño del PCB tranquilamente sin necesidad de software especializado.

Por último, cuando hagamos nuestros dibujos, podemos “pintar” los espacios que quedan entre componentes o entre pistas, para que sea menor la superficie que debe atacar el percloruro. Esto hará que el tiempo necesario para llevar a cabo la tarea sea menor y que el percloruro nos sirva para un mayor número de placas. El líquido sobrante deberemos guardarlo bien tapado, en un lugar fresco y, si es posible, que no esté expuesto a la luz del sol directa, para evitar que se degrade prematuramente.