PRÁCTICA 7-8. FABRICACIÓN DE CIRCUITO IMPRESO

Transcripción

1 PRÁCTICA 7-8. FABRICACIÓN DE CIRCUITO IMPRESO 1. Objetivo En la práctica 7 se pretende enseñar al alumno la fabricación de una placa de circuito impreso, o PCB (Printed Circuit Board). El proceso completo consta del diseño del fotolito, la insolación de la placa, el revelado, y el ataque del cobre. El proceso se completa con el taladrado de la placa y la soldadura de los componentes. En la práctica 8 se probará en el laboratorio el funcionamiento correcto del circuito. 2. Material necesario para el revelado del circuito El material necesario para la fabricación de un circuito impreso es el siguiente: 1. Placa de PCB positiva de dos caras 2. Insoladora UV 3. Líquido revelador (sosa cáustica mezclada con agua) 4. Agua oxigenada (H2O2) 110 vols 5. Aguafuerte (ácido clorhídrico, o salfumán) 6. Agua corriente El material se encuentra disponible en la sala de revelado del Departamento de Ingeniería Electrónica, por lo que no es necesario que el alumno lo adquiera. 3. Circuito a fabricar Se va a fabricar un circuito cronómetro cuenta atrás configurable por usuario. El esquemático y el pcb del circuito se adjunta en este enunciado. El usuario podrá configurar el tiempo que cuenta el cronómetro mediante unos jumpers con los que indicará el número de decenas de segundos que contará el cronómetro. Cuando el contador llega a cero, un zumbador se encargará de indicar el final de la cuenta mediante un pitido. La alimentación del circuito puede estar en el rango 3-5 voltios con lo que se puede alimentar de forma externa con dos o tres pilas de 1.5 voltios. Internamente, el circuito está construido gracias al integrado 74HC191N que es un contador reversible de cuatro bits. Para conocer su comportamiento, descargue el datasheet de dicho componente. Para contar se usa un 74HC191N para las unidades de segundo y otro para las decenas de segundo. Se insta al alumno que analice el esquemático y los datasheets de los componentes del circuito para comprender el funcionamiento del mismo. 1

2 4. Proceso de construcción del PCB El proceso de fabricación de una placa de circuito impreso se basa en la fotolitografía y la soldadura, y consta de los siguientes pasos: 1. Impresión del fotolito de la placa El diseño se habrá hecho previamente con un programa específico de diseño de circuitos. Los más conocidos son Accel EDA1, P-CAD2, Orcad3 y EagleCAD4. Casi todos proporcionan una versión limitada de prueba. EagleCAD incluso tiene una versión totalmente gratuita. Si el circuito es muy simple se puede realizar con un programa de dibujo cualquiera. Se debe imprimir el diseño en un papel de transparencia o en un papel vegetal. Para transparencia se obtienen mejores resultados con una impresora de inyección que con una impresora láser. Para un papel vegetal, es mejor una impresora láser. 2. Placa con resina fotosensible positiva Se trata de una placa de material plástico (normalmente fibra de vidrio) cubierta de cobre por una o por las dos caras, y tratada con una resina fotosensible. La resina está protegida de la luz con un adhesivo opaco. Para usar la placa hay que quitar el adhesivo en un ambiente con poca luz, o con una luz que no dañe la resina (por ejemplo, luz roja). 3. Insolación El fotolito debe mantenerse unido a la placa para evitar que se desplace durante la insolación. El fotolito y la placa se introducen en la insoladora para exponer la zona que no se encuentra tapada por la tinta a la radiación ultravioleta. El tiempo de exposición depende del tipo de fotorresina y de la intensidad luminosa, y normalmente es del orden de dos minutos. 4. Revelado La placa se introduce en un baño con revelador, hasta que se aprecie que los dibujos del fotolito se han transferido a la resina. 5. Ataque del cobre La solución atacante está compuesta por dos partes de agua, una parte de agua oxigenada, y una parte de aguafuerte. Se sumerge la placa en la solución hasta que el cobre no protegido por la resina se ha disuelto. La manipulación de estos componentes químicos es peligrosa y debe hacerse con cuidado. 6. Eliminación de la resina sobrante Con acetona se elimina la resina sobrante, que aún sigue cubriendo el cobre de la placa. 7. Taladrado Hay que abrir las vías pasantes donde se insertarán los componentes y se soldarán. El grosor de la broca a usar depende del componente. Las más normales son las de 0.8 ó 0.9 mm, y para componentes más gruesos hasta de 2 mm. 8. Soldadura Hay que ir soldando los componentes con estaño uno a uno empezando por las vías y continuando por aquellos que tengan menos altura. El proceso de soldadura comienza por acercar el soldador a la zona de soldadura, calentar el cobre de la zona y luego acercar el 2

3 estaño para realizar la soldadura. Los soldadores alcanzan altas temperaturas con lo que el proceso hay que realizarlo con cuidado. 9. Puesta en marcha del circuito Una vez todos los componentes están soldados hay que comenzar a probar la funcionalidad del circuito. Lo primero a comprobar es que no existe un cortocircuito entre Vcc y GND. Para comprobarlo, no poner ningún integrado, alimentar la placa y comprobar que la tensión Vcc no se viene abajo y que se encuentra en todos los puntos de alimentación del circuito. Luego, comprobar la funcionalidad del oscilador poniendo inicialmente el potenciómetro en un valor intermedio de 25kΩ aproximadamente. Finalmente, añadir todos los demás integrados y comprobar el funcionamiento del cronómetro. Si no funcionara correctamente, utilizar un osciloscopio para visualizar las señales internas del circuito para localizar el error. Para ello, se aconseja desconectar el oscilador NE555 e introducir una señal de reloj de 1kHz para facilitar la tarea. 5. Lista de componentes El circuito que se ha diseñado y que se va a montar es un circuito cronómetro cuenta atrás configurable por el usuario. Para realizar este montaje será necesaria la compra de los siguientes componentes. La compra del material se podrá efectuar en cualquier tienda especializada de electrónica (recomendamos M. Leon). Por tanto, antes de asistir a la práctica 8 todos los alumnos deberán efectuar la compra de los componentes por parejas. El circuito final será propiedad de cada pareja de alumnos. 1 oscilador NE555 2 resistencias de 1kΩ 1 potenciómetro azul de 50kΩ 1 condensador electrolítico de 33μF 8 leds 8 resistencias de 2k2Ω 2 contadores de 4 bits 74HC191N 2 integrados 74HC08 (puertas AND) 1 integrado 74HC00 (puertas NAND) 1 zumbador azul para montaje en PCB 1 conector de dos pines (conectores de tornillo de color verde o naranja) 2 zócalos DIP16 de pines torneados 3 zócalos DIP14 de pines torneados 1 zócalo DIP8 de pines torneados 4 jumpers 3

4 PCB DEL CIRCUITO CUENTA ATRAS 4

5 ESQUEMÁTICO DEL CIRCUITO CUENTA ATRAS 5