Diseño de circuitos Impresos
A la hora de diseñar circuitos impresos hoy en día contamos con aplicaciones de software que nos permiten lograr diseños profesionales.
El software de diseño de circuitos impresos ha evolucionado enormemente hoy en día, así contamos con multitud de versiones tanto profesionales como hobbystas.
Cuando yo empecé con el diseño de circuitos impresos en el colegio secundario allá por el año 1996 no disponía de una PC, eso era un lujo, entonces usábamos pintura de uñas, o si disponíamos de suficiente dinero, los Letraset. Luego un par de años después aparecieron los fibrones indelebles y al solvente con los cuales la tarea se hizo más fácil.
Ya en la universidad en el año 2000 tomé contacto con el diseño asistido por computadora CAD, y el método del papel satinado impreso con impresora láser. En esa época las impresoras láser eran aún más caras que una PC, entonces imprimíamos en impresora chorro de tinta y lo hacíamos fotocopiar en el papel satinado. Si tenías suficiente dinero podías acceder al Press N Peel una versión más sofisticada. Por supuesto siempre estaba disponible las placas sensibilizadas para hacer por el método de revelado fotográfico (muy caro para hobby), o la serigrafía que hoy todavía se usa para imprimir remeras (muy caro para hobby también).
El primer software de diseño de PC que usé fue el Protel 99, en esa época las opciones disponibles eran contadas con los dedos de una mano.
más adelante ya en el año 2010 aproximadamente el protel 99 era ya imposible de hacerlo correr en los windows actuales, por lo que tuve que buscar otra opción. Por supuesto el protel había evolucionado al Altium, pero es un software de pago bajo windows (bastante costoso), y yo ya había migrado a Linux, Había logrado sostener el protel 99 en Linux bajo Wine pero era ya algo obsoleto y muy difícil de seguir sosteniendo en las nuevas versiones de Linux o windows.
En ese momento las opciones disponibles habían aumentado, había versiones de pago, freeware (gratis con restricciones) y shareware (de prueba por 30 días) y software libre.
Debido a que en el trabajo utilizaba windows y en forma personal Linux es que me decidí por el Eagle PCB, en ese momento tenía versión para Linux y para windows, es freeware y se puede actualizar a la versión de pago de ser necesario. Hasta el día de hoy sigo utilizando Eagle PCB ya que lo manejo bastante bien y para la gran mayoría de mis proyectos la restricción de 2 capas y PCB de 80x100mm me es suficiente. Incluso eso me hace ser más eficiente en el diseño del PCB al tener una limitación de espacio.
Hace aproximadamente unos 4/5 años (año 2015/2016) se empezó a popularizar la fabricación de PCB profesionales de bajo costo en China con la popularización de los "Makers" y la comunidad de "Makers" que es una forma marketinera de llamarle a las personas que, como yo, nos construimos nuestros propios circuitos muchas veces desde cero, en fin hobbystas de la electrónica.
Esto ha llevado a una nueva y enorme industria con mucho dinero de por medio, Blogs y Youtubers que generan dinero, antes éramos unos pocos locos y solo disponíamos de revistas de electrónica y algunas páginas web. Hoy es una industria que mueve mucho dinero.
Hoy la oferta de software para diseño de PCB es enorme, hay cientos de programas para diseñar y hacer PCB, los hay Online, cada blogger, youtuber, distribuidores de componentes y kit ofrece la suya (que le genera dinero aunque la ofrezca gratis) o promociona alguna en particular, innumerables fabricantes que ofrecen el servicio en China (aunque estos tercerizan a una de las pocas fábricas que hay).
En Argentina todavía nos resulta caro hacer fabricar los circuitos impresos, para nosotros el dólar es una moneda cara, y sumado a eso hay restricciones que tienden a desalentar las compras al exterior, una aduana sumamente burocrática, tiempos de procesamiento de los paquetes de más de 60 días, e impuestos sobre las compras al exterior que superan el 50% de lo que compramos.
El proceso de diseño de un circuito impreso no es fácil, es difícil combinar un diseño 2D (en la pantalla) con la realidad 3D (en nuestra cabeza), aunque hoy eso se está solucionando con librerías 3D de componentes para ver cómo queda la placa. Que los componentes no se interfieran o se molesten entre los conectores cables etc. no es fácil, muchas veces cometeremos errores y será necesario hacer una nueva placa de PCB corregida. Es interesante disponer de un método fácil y barato de hacer una placa para ver si todo está correcto antes de mandarla a fabricar, o en el caso del hobby como placa final. Este método que hace ya 20 años existe con la impresora láser es del que voy a hablar.
No voy a entrar en detalle de como se usa el Eagle PCB o cualquier otro soft (como dije hoy hay miles de tutoriales con la popularización de los "makers"), solo les voy a comentar que cualquier soft genera los archivos Gerber que son universales y esos archivos son los que se envían a los fabricantes de PCB para que construyan la placa, así que, cualquier soft que usemos siempre podremos mandarlo a fabricar en cualquier lugar, o imprimirlo en una impresora.
El método de la impresión laser y papel satinado es el método por lejos más económico para hacer una o muy pocas unidades de una placa PCB. Pero es un método en extremo artesanal, y requiere una curva de aprendizaje, con este tutorial pretendo acortarles esa curva de aprendizaje transfiriéndoles mis técnicas para hacerlo, por supuesto en otros tutoriales encontraran variaciones de esas técnicas, pero al final en todas el resultado es el mismo.
Comencemos con el primer paso, imprimir el diseño de las pistas de la placa. Podemos parir directamente del Software o de un archivo PDF. Tenemos que tener en cuenta la orientación de la vista de la placa. Esto es si la vemos al derecho o espejada (como si la fibra de vidrio o el pertinax fuesen transparentes y vemos el cobre del lado opuesto).
Para hacer la transferencia del tóner a la placa necesitamos la vista espejada. Si en el archivo está la vista normal deberemos espejarlo mediante algún software, yo uso inkscape, me permite editar los archivos PDF. En Eagle tiene una opción para imprimir "Mirror" que hace el espejado, en Eagle si el diseño es sobre la capa "bottom layer" ya lo estamos viendo espejado. Para cambiar el tamaño al imprimir están las opciones de escala en el cuadro de diálogo de la impresora. Si el PDF está correctamente generado no necesitaremos más que imprimir con la opción escala 100%, desactivar la opción ajustar a la página si se encuentra activada. Imprimir una página común de prueba para corroborar las medidas con una regla, o con algún componente que sepamos es el correcto, Transistor, regulador, circuito integrado, conector, etc.
Una vez impresa la hoja de papel satinado es muy importante no tocar el área impresa con los dedos, ya que la grasa hará que luego no se adhiera correctamente al cobre.
Una vez recortada la placa a una medida parecida, yo recomiendo dejar 5mm alrededor de margen ya que a los bordes siempre se dificulta la adhesión del tóner o a veces se corre un poquito el papel cuando lo fijamos. Luego limpiamos la placa virgen con virulana fina, esto la deja más áspera permitiendo que el toner se fije mejor, saca el óxido y la grasitud que pueda tener. Una vez limpia no tocar con los dedos ya que la grasa dificulta la adhesión del tóner.
Ahora si fijaremos la impresión contra el cobre de la placa y usaremos cinta de papel para sostenerla en su lugar. No usaremos cinta de plástico porque se derrite con el calor.
Ahora toca aplicar el calor, el cual lo haremos con una plancha de planchar ropa (u otro método similar) a 3/4 de temperatura y acá es donde la experiencia debe adquirirla cada uno para saber cuándo está listo. Yo generalmente aplico un poco de presión al planchar la placa y le pongo entremedio una hoja de servilleta de papel para que corra más fácil la plancha y voy combinando movimientos circulares con movimientos lineales, prestando especial atención en los bordes donde generalmente me falla la adhesión.
Una vez "planchada" la placa hay que remover el papel, para esto se sumerge en agua limpia y se espera hasta que todo el papel absorba agua, con esto queda fácil de remover con los dedos, no usar las uñas u objetos afilados que puedan romper el tóner. Asegurarse que no queden restos de papel en el cobre limpio (no hay problema si queda papel sobre el tóner).
Si en el proceso de remover el papel se levanta el toner y no queda bien, podemos limpiar de nuevo con virulana y volver a repetir el proceso hasta que quede bien.
Lista la placa se procede a ponerla en ácido que remueve el cobre y esperar hasta que se complete. El ácido que se usa es el cloruro férrico, que es bastante inocuo (comparado con otros ácidos como el clorhídrico), es cloro con óxido de hierro y se suele usar en la potabilización del agua. Obviamente tendremos que tener precaución de guardarlo lejos de los niños (Y POR FAVOR NO LO PONGAN EN UN EVASE DE BEBIDA COLA), dibujen una calavera u otra advertencia. Sigan las disposiciones locales para su vertido al finalizar su vida útil. Usar en lugar ventilado.
El Cloruro férrico no se tira se puede utilizar muchas veces hasta que ya demora muchísimo en hacer la placa. Se puede calentar hasta unos 45 grados centígrados para acelerar el proceso (las reacciones químicas se aceleran con la temperatura), si lo calientan mucho se puede evaporar.
Se limpia la placa con agua y virulana hasta que no quedan más rastros de tóner ni de ácido.
Se aplica resina u otro material de protección para que el cobre no se oxide y se perfora y queda la placa lista.
También pueden hacer la máscara de componentes con el mismo método.
Cuando yo empecé con el diseño de circuitos impresos en el colegio secundario allá por el año 1996 no disponía de una PC, eso era un lujo, entonces usábamos pintura de uñas, o si disponíamos de suficiente dinero, los Letraset. Luego un par de años después aparecieron los fibrones indelebles y al solvente con los cuales la tarea se hizo más fácil.
Ya en la universidad en el año 2000 tomé contacto con el diseño asistido por computadora CAD, y el método del papel satinado impreso con impresora láser. En esa época las impresoras láser eran aún más caras que una PC, entonces imprimíamos en impresora chorro de tinta y lo hacíamos fotocopiar en el papel satinado. Si tenías suficiente dinero podías acceder al Press N Peel una versión más sofisticada. Por supuesto siempre estaba disponible las placas sensibilizadas para hacer por el método de revelado fotográfico (muy caro para hobby), o la serigrafía que hoy todavía se usa para imprimir remeras (muy caro para hobby también).
El primer software de diseño de PC que usé fue el Protel 99, en esa época las opciones disponibles eran contadas con los dedos de una mano.
más adelante ya en el año 2010 aproximadamente el protel 99 era ya imposible de hacerlo correr en los windows actuales, por lo que tuve que buscar otra opción. Por supuesto el protel había evolucionado al Altium, pero es un software de pago bajo windows (bastante costoso), y yo ya había migrado a Linux, Había logrado sostener el protel 99 en Linux bajo Wine pero era ya algo obsoleto y muy difícil de seguir sosteniendo en las nuevas versiones de Linux o windows.
En ese momento las opciones disponibles habían aumentado, había versiones de pago, freeware (gratis con restricciones) y shareware (de prueba por 30 días) y software libre.
Debido a que en el trabajo utilizaba windows y en forma personal Linux es que me decidí por el Eagle PCB, en ese momento tenía versión para Linux y para windows, es freeware y se puede actualizar a la versión de pago de ser necesario. Hasta el día de hoy sigo utilizando Eagle PCB ya que lo manejo bastante bien y para la gran mayoría de mis proyectos la restricción de 2 capas y PCB de 80x100mm me es suficiente. Incluso eso me hace ser más eficiente en el diseño del PCB al tener una limitación de espacio.
Hace aproximadamente unos 4/5 años (año 2015/2016) se empezó a popularizar la fabricación de PCB profesionales de bajo costo en China con la popularización de los "Makers" y la comunidad de "Makers" que es una forma marketinera de llamarle a las personas que, como yo, nos construimos nuestros propios circuitos muchas veces desde cero, en fin hobbystas de la electrónica.
Esto ha llevado a una nueva y enorme industria con mucho dinero de por medio, Blogs y Youtubers que generan dinero, antes éramos unos pocos locos y solo disponíamos de revistas de electrónica y algunas páginas web. Hoy es una industria que mueve mucho dinero.
Hoy la oferta de software para diseño de PCB es enorme, hay cientos de programas para diseñar y hacer PCB, los hay Online, cada blogger, youtuber, distribuidores de componentes y kit ofrece la suya (que le genera dinero aunque la ofrezca gratis) o promociona alguna en particular, innumerables fabricantes que ofrecen el servicio en China (aunque estos tercerizan a una de las pocas fábricas que hay).
En Argentina todavía nos resulta caro hacer fabricar los circuitos impresos, para nosotros el dólar es una moneda cara, y sumado a eso hay restricciones que tienden a desalentar las compras al exterior, una aduana sumamente burocrática, tiempos de procesamiento de los paquetes de más de 60 días, e impuestos sobre las compras al exterior que superan el 50% de lo que compramos.
El proceso de diseño de un circuito impreso no es fácil, es difícil combinar un diseño 2D (en la pantalla) con la realidad 3D (en nuestra cabeza), aunque hoy eso se está solucionando con librerías 3D de componentes para ver cómo queda la placa. Que los componentes no se interfieran o se molesten entre los conectores cables etc. no es fácil, muchas veces cometeremos errores y será necesario hacer una nueva placa de PCB corregida. Es interesante disponer de un método fácil y barato de hacer una placa para ver si todo está correcto antes de mandarla a fabricar, o en el caso del hobby como placa final. Este método que hace ya 20 años existe con la impresora láser es del que voy a hablar.
No voy a entrar en detalle de como se usa el Eagle PCB o cualquier otro soft (como dije hoy hay miles de tutoriales con la popularización de los "makers"), solo les voy a comentar que cualquier soft genera los archivos Gerber que son universales y esos archivos son los que se envían a los fabricantes de PCB para que construyan la placa, así que, cualquier soft que usemos siempre podremos mandarlo a fabricar en cualquier lugar, o imprimirlo en una impresora.
El método de la impresión laser y papel satinado es el método por lejos más económico para hacer una o muy pocas unidades de una placa PCB. Pero es un método en extremo artesanal, y requiere una curva de aprendizaje, con este tutorial pretendo acortarles esa curva de aprendizaje transfiriéndoles mis técnicas para hacerlo, por supuesto en otros tutoriales encontraran variaciones de esas técnicas, pero al final en todas el resultado es el mismo.
Comencemos con el primer paso, imprimir el diseño de las pistas de la placa. Podemos parir directamente del Software o de un archivo PDF. Tenemos que tener en cuenta la orientación de la vista de la placa. Esto es si la vemos al derecho o espejada (como si la fibra de vidrio o el pertinax fuesen transparentes y vemos el cobre del lado opuesto).
Para hacer la transferencia del tóner a la placa necesitamos la vista espejada. Si en el archivo está la vista normal deberemos espejarlo mediante algún software, yo uso inkscape, me permite editar los archivos PDF. En Eagle tiene una opción para imprimir "Mirror" que hace el espejado, en Eagle si el diseño es sobre la capa "bottom layer" ya lo estamos viendo espejado. Para cambiar el tamaño al imprimir están las opciones de escala en el cuadro de diálogo de la impresora. Si el PDF está correctamente generado no necesitaremos más que imprimir con la opción escala 100%, desactivar la opción ajustar a la página si se encuentra activada. Imprimir una página común de prueba para corroborar las medidas con una regla, o con algún componente que sepamos es el correcto, Transistor, regulador, circuito integrado, conector, etc.
Una vez impresa la hoja de papel satinado es muy importante no tocar el área impresa con los dedos, ya que la grasa hará que luego no se adhiera correctamente al cobre.
Una vez recortada la placa a una medida parecida, yo recomiendo dejar 5mm alrededor de margen ya que a los bordes siempre se dificulta la adhesión del tóner o a veces se corre un poquito el papel cuando lo fijamos. Luego limpiamos la placa virgen con virulana fina, esto la deja más áspera permitiendo que el toner se fije mejor, saca el óxido y la grasitud que pueda tener. Una vez limpia no tocar con los dedos ya que la grasa dificulta la adhesión del tóner.
Ahora si fijaremos la impresión contra el cobre de la placa y usaremos cinta de papel para sostenerla en su lugar. No usaremos cinta de plástico porque se derrite con el calor.
Ahora toca aplicar el calor, el cual lo haremos con una plancha de planchar ropa (u otro método similar) a 3/4 de temperatura y acá es donde la experiencia debe adquirirla cada uno para saber cuándo está listo. Yo generalmente aplico un poco de presión al planchar la placa y le pongo entremedio una hoja de servilleta de papel para que corra más fácil la plancha y voy combinando movimientos circulares con movimientos lineales, prestando especial atención en los bordes donde generalmente me falla la adhesión.
Una vez "planchada" la placa hay que remover el papel, para esto se sumerge en agua limpia y se espera hasta que todo el papel absorba agua, con esto queda fácil de remover con los dedos, no usar las uñas u objetos afilados que puedan romper el tóner. Asegurarse que no queden restos de papel en el cobre limpio (no hay problema si queda papel sobre el tóner).
Si en el proceso de remover el papel se levanta el toner y no queda bien, podemos limpiar de nuevo con virulana y volver a repetir el proceso hasta que quede bien.
Lista la placa se procede a ponerla en ácido que remueve el cobre y esperar hasta que se complete. El ácido que se usa es el cloruro férrico, que es bastante inocuo (comparado con otros ácidos como el clorhídrico), es cloro con óxido de hierro y se suele usar en la potabilización del agua. Obviamente tendremos que tener precaución de guardarlo lejos de los niños (Y POR FAVOR NO LO PONGAN EN UN EVASE DE BEBIDA COLA), dibujen una calavera u otra advertencia. Sigan las disposiciones locales para su vertido al finalizar su vida útil. Usar en lugar ventilado.
El Cloruro férrico no se tira se puede utilizar muchas veces hasta que ya demora muchísimo en hacer la placa. Se puede calentar hasta unos 45 grados centígrados para acelerar el proceso (las reacciones químicas se aceleran con la temperatura), si lo calientan mucho se puede evaporar.
Se limpia la placa con agua y virulana hasta que no quedan más rastros de tóner ni de ácido.
Se aplica resina u otro material de protección para que el cobre no se oxide y se perfora y queda la placa lista.
También pueden hacer la máscara de componentes con el mismo método.
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