Carga electrónica (Parte 5): PCB

En esta parte voy a mostrar la PCB y describir mediante fotografías el proceso de fabricación de la misma.

PCB realizada en KiCad

PCB realizada en KiCad

PCB realizada en KiCad

A la hora de realizar la placa, he tratado de implementar algunas técnicas para minimizar el ruido eléctrico en la parte analógica. Para ello he utilizado una fuente de alimentación separada para cada electrónica (digital y analógica), he tratado de usar dos planos de masa independientes, uno para los circuitos digitales y otro para los analógicos, unidos en un solo punto (star ground) y he evitado el paso de pistas por debajo de los integrados (en la capa inferior), por lo que el plano de masa continuo debajo de los mismos ayuda a aislar o blindar un poco eléctricamente.

Los ficheros de la PCB en KiCad y los fotolitos se pueden descargar desde el repositorio.

Este proceso de fabricación lo he creado por los problemas que tenía con mi impresora, los negros no eran muy oscuros y aún poniendo un fotolito doble, no conseguía mucho contraste y se filtraba un poco de luz, haciendo imposible utilizar pistas muy próximas o integrados SMD muy pequeños. Con este sistema he conseguido realizar la huella de un STT23-6, integrado de 6 patillas que mide 2,2 x 2,7 milímetros (incluyendo las patillas) y una distancia entre pines de 0,95 mm.

Cara superior

Cara inferior

En estas dos fotografías se pueden ver las dos caras de la PCB impresa con una impresora de inyección de tinta, en papel fotográfico con brillo.

Colocación de forro para plastificar

Recorto la impresión y le pongo encima plástico para plastificar, pero solo en una cara. Lo pongo encima de una lámina de cobre para que no se enrolle dentro de la plastificadora.

Saliendo de la plastificadora

Resultado final

La tinta se traspasa al plástico

A continuación, dejando 1 o 2 minutos como mucho a que se enfríe un poco. Se despega del plástico y la mayoría de la tinta se transfiere al mismo, así como una finísima capa blanca de la superficie del papel.

Por la otra cara del plástico

Como se ve, el negro es bastante intenso, y si ponemos una linterna por detrás, observamos que el blanco deja pasar bastante luz.

Lo importante es la diferencia cuando se alumbra por detrás, entre el negro y el blanco es más notoria que imprimiendo en el panel cebolla, tanto con la de tinta, como con una láser. Hay más contraste.

Quitando la parte blanca entre los pines del integrado más pequeño

Raspo la capa blanquecina entre los pines más cercanos, el el integrado más pequeño de todos, para que pase mejor la luz.

Sándwich con dos copias por cara

Realizo dos copias para cada cara, con el fin de incrementar más el contraste, y creo un "sándwich".

PCBs para pruebas de insolado

Antes de meter la placa para insolarla, hay que averiguar el tiempo óptimo de exposición con estas dos capas por cara.

Cojo una placa con medidas universales ( de una cara) y la corto en 8 partes, indicando unos tiempos de exposición en la parte no fotosensible.

Placas insoladas

Después de insolarlas el tiempo especificado, se comparan los resultados. Como se ve, las de arriba con los tempos más cortos están peor, por lo que se descartan.

Las 4 mejores

De las 4 restantes, la cuarta es la que está mejor expuesta, si se observa entre las pistas, ha eliminado la capa fotosensible, mientras que conserva mayor contraste entre la parte naranja (conserva la capa fotosensible) y las zonas donde no hay dibujo. Y los filos de los pads se ven con más nitidez, más definidos.

Se trata de obtener la placa con la mayor cantidad de nitidez posible sin que empiece a deteriorar la parte que se quiere conservar. Si se siguiera exponiendo a la luz ultravioleta, empezaría a retirar la capa fotosensible de las partes que queremos que tengan cobre.

El tiempo de exposición es por lo tanto de 16 minutos. Pero se se mira en la parte de arriba a la derecha, el integrado más pequeño de la PCB tiene sus pads unidos, los tres de cada lado. Por eso se raspó entre los pads en las fotos anteriores, para que en la PCB final se consiga separarlos.

Insoladora (Luz ultravioleta)

Colocando los fotolitos

Se coloca la placa fotosensible por ambas caras entre los fotolitos y se expone 16 minutos por cada cara.

Revelando

Después se revela en el líquido revelador. Utilizo metasilicato sódico (comprado en RS componentes), viene en bolitas. Con una concentración de  25g cada 1/2 litro de agua.

Recomiendo calentar el agua antes para que se disuelvan más rápido. El proceso termina cuando se aprecia el dibujo como en la imagen anterior.

Llegados a este punto, con unos guantes de látex le doy suavemente con la yema del pulgar para retirar el material fotosensible que flota por encima, y compruebo que ha salido todo el que hay entre las pistas, tardando normalmente entre 2 y 3 minutos.

Deteniendo el revelado

Hasta obtener un resultado como se muestra en la imagen. La placa está sumergida en agua con un poco de bicarbonato para parar la reacción química de revelado.

Proceso de atacado

Se pone la PCB en una solución ácida para realizar el atacado. Utilizo una mezcla de una parte de salfuman (al 20%), una parte de agua oxigenada (110 volúmenes) y dos partes de agua.

Importante: añadir siempre primero el agua y después los demás componentes.
Con esta concentración el proceso dura entre 7 y 10 minutos.
Utilizo un contenedor de cristal con un tubo conectado a un motor de acuario para producir una corriente de burbujas, que eliminan las producidas por el atacado. Colocando la PCB de de esta forma, se ataca por igual ambas caras.

Detalle del integrado más pequeño

Aquí se puede ver el resultado, se ha conseguido separar los pads del integrado más pequeño.

El texto ha salido bien

Se hacen los agujeros en la PCB

Cobre a la vista

Se elimina la resina fotosensible con alcohol o acetona (funciona mucho más rápido).

Detalle (solo cobre)

Placa completa

Detalle del texto

Con los componentes soldados

Cara posterior

Una vez soldados los componentes y cables, se les da una manos de laca protectora para circuitos impresos. De esa manera se protege de la humedad, de la corrosión y la aísla eléctricamente.

Finalmente comentar que si disponemos de tiempo o queremos hacer más placas, una vez probada la anterior, se puede adaptar la realizada en KiCad y mandarla a fabricar profesionalmente. En China hay empresas con unos precios muy asequibles y de muy buena calidad.
Para muestra esta placa que se ve a continuación la realicé para un shield (placa de expansión) de Arduino y me tardó entorno a 1 semana si pagamos más por los portes, o unas 3 semanas con los gastos de envío más baratos. Cada una salió por unos 3 €.

Prototipo mediante CNC (deterioro tras 3 años con el cobre al aire)

Cara inferior

Placa final

Cara inferior

Cara superior

Cara inferior

Como se puede ver, la calidad es bastante buena, y todas las PCB vienen probadas eléctricamente, para asegurar que todas las pistas y pads están bien. También suelen ofrecer buenos precios en placas de 4 caras, ya imposibles de fabricar por uno mismo.