grabado

MONTAJE E INSTALACION DE DISPOSITIVOS ELECTRICOS Y ELECTRONICOS I E.E.T.N°1 Berazategui

JJGaldós 2009 Grabado de PCB Página 1

Escuela de Educación Técnica N°1 – Berazategui

Módulo: Montaje e instalación de dispositivos eléctricos y electrónicos

Curso: 2° Polimodal

GRABADO DE PLACAS PARA CIRCUITO IMPRESO

INTRODUCCIÓN

Existen dos formas básicas de remover el cobre no deseado de una placa para circuitos electrónicos: por grabado

(etching) mecánico y grabado químico.

GRABADO MECANICO

Involucra el uso de máquinas herramienta de control numérico, con herramientas de corte de gran precisión que

remueven el cobre que está entre trazas. Esta tarea también se puede realizar con herramientas de ablación por láser

La gran ventaja de este método es la ausencia de contaminación ambiental con substancias tóxicas y corrosivas

necesarias para el grabado químico. Es una técnica que se está imponiendo en la última década y muchas empresas

del primer mundo la están adoptando para prototipos.

Otra ventaja es que no se requiere imprimir una serigrafía o un photorresist en cada placa.

El mayor inconveniente de esta técnica es que para placas de gran complejidad el costo del equipo es muy alto.

Como consecuencia muchas empresas han adoptado algunos procesos basados en electrólisis o electroerosión.

Los diámetros típicos de las herramientas utilizadas son de 0.25 a 1.27 mm

PASOS A SEGUIR PARA UN GRABADO MECÁNICO DE PCB:

1. Realizar el diseño del PCB usando un software compatible con la máquina herramienta (Normalmente se

vende con la misma o esta acepta el formato de un soft como el PROTEL o el ORCAD). Luego generar

con un post-procesador el formato necesario para que la máquina identifique los pads y tracks a realizar.

2. Montar el substrato (la placa a procesar) en la máquina (Obviamente será necesario leer el manual de la

misma).

3. Insertar la herramienta del calibre correspondiente para taladrar las vias.

4. Dar inicio al funcionamiento de la herramienta.

5. Si se desea, antes de realizar los tracks, se pueden metalizar las vías necesarias.

6. Insertar la herramienta que se usará para los espacios y realizar el proceso en cada cara

7. Revisar cuidadosamente y eliminar rebabas y sobrantes de material.

GRABADO QUIMICO

Antes de empezar, habría que hablar de algunos principios éticos:

Es fundamentalmente nocivo para el medio ambiente tirar desechos químicos

tóxicos por el drenaje, fuera del ambiente de trabajo o en él, en el fondo de la

casa, o en la calle. El cuidado del medio ambiente es compromiso de todos.



PRINCIPIO BASICO

La fabricación de placas por ataque químico, consiste en:

a) Imprimir sobre la cara de cobre el diseño de tracks y pads deseado por alguna de las técnicas existentes y con

impresión indeleble

b) Someter a la placa impresionada con algún mordente o elemento que ataque al cobre y no a la impresión.

El mordente mas usado por los principiantes y en pequeñas producciones es el Cloruro férrico. El uso de este

popular producto es descartado en la industria, ya que no puede reciclarse o regenerarse económicamente. Sin

embargo es el producto menos peligroso que se puede usar en estas aplicaciones.

Se debe aclarar que el mordentado no se produce solo en sentido vertical, sino que también se produce un ataque

horizontal. Para fines de prototipos esto no representa una dificultad.

CLORURO FERRICO ( FeCl3)

La densidad del cloruro férrico (ferric clorhide) es importante porque fija la velocidad del ataque. Esta es máxima

cuando la densidad está comprendida entre 1.26 y 1.3 para una temperatura ambiente cercana a 25 grados. Se puede

aumentar la velocidad del ataque aumentando levemente la temperatura. La concentración óptima depende de la

temperatura como se deduce de la tabla 1 y del gráfico siguiente.

Tabla 1: Relación entre densidad y proporción en peso para el cloruro férrico. (Villamil: Circuitos Impresos 1976)

Se consigue en droguerías cloruro de hierro diluido en agua con densidad de 1.46, por lo que se debe agregar agua

para llevarlo a la densidad requerida. Puede usarse un densímetro para verificar el resultado.



PASOS A SEGUIR PARA UN GRABADO CON FeCl3

a) Realizar el diseño del circuito, ya sea con un soft apropiado o en forma manual

b) Impresionar la placa por algún método conocido. Previamente limpiar bien la placa virgen.

c) Preparar el FeCl3 en función de la técnica asignada para el uso.

d) Introducir la placa impresionada en la batea. Para que el ataque sea efectivo, es conveniente agitar la placa en la

batea o producir agitación permanente. Una forma práctica de conseguir esto es con un aireador de peceras,

pero se debe terminar con una piedra porosa para evitar la formación de burbujas que pueden adherirse a la

placa y frenar al ataque. La placa se suspende verticalmente en la cuba para que no queden burbujas de aire

sobre la superficie que frenarían el grabado.

e) Periódicamente se debe revisar el avance del ataque. Este debe durar de 10 a 45 minutos según el tamaño de

la placa, la forma de los trazos, la relación de áreas de cobre a descobrear, la suciedad de la solución, la

temperatura y la frecuencia de agitación. Si se producen cortos se los puede retirar con un cutter o dejar la

placa en el baño unos segundos pero si se hace lo último se producirá mas ataque horizontal, debilitando las

pistas.

f) Sacar la placa cuando se ha terminado el ataque. Después de lavar bien con agua abundante y secar es

conveniente eliminar todo resto de cloruro con agua amoniacal (dos cucharadas de amoníaco por litro de

agua). Luego volver a lavar con agua y secar bien.

g) Retirar los restos de tinta o fotorresina.

Precauciones en el trabajo con FeCl3

Cuando se empieza a saturar la solución con el cobre desprendido, el ataque se torna lento. Si se superan los 80g de

cobre por litro de cloruro férrico el tiempo de ataque se reduce bruscamente y se debe cambiar la solución. Se puede

"revivir" por un tiempo al producto agregando con cuidado aproximadamente el 30% de ácido clorídrico (HCl)

CUIDADO CON LA ROPA. El cloruro de hierro no solo la mancha, sino que luego de un par de lavados le deja

un gran agujero.

No se debe revolver la solución con objetos metálicos. El cloruro los ataca y además se satura la solución tornándola

más lenta en posteriores ataques. Por lo mismo la batea no puede ser metálica. Se lo debe guardar en un envase

tapado

Si se va a calentar la solución en forma casera se lo debe hacer a “Baño María” y controlando la temperatura.

NUNCA SE DEBE COLOCAR LA SOLUCION DIRECTO A LA LLAMA.



SE SUPONE QUE NO ES CANCERIGENO, pero no es para confiarse

La emanación de cloro es corrosiva. El trabajo debe hacerse en un lugar bien ventilado. NO SE DEBE INHALAR

SOBRE LA BATEA. En ocasiones se utiliza FeCl3 en estado sólido con una densidad de 2.9 y luego se diluye como

se mencionó a 1.3. Al reaccionar con el agua produce vapores tóxicos.

En estado puro es más peligroso y se deben tomar las siguientes precauciones

Se debe evitar el contacto con los ojos ya que produce irritación. Lavar muy

bien los ojos con agua fría por lo menos por 15 minutos. Llamar al médico

inmediatamente.

Se debe evitar el contacto con la piel, ya que es absorbido por la misma y

puede producir irritaciones. Lavar con agua y jabón por lo menos unos 15

minutos. Eliminar la ropa contaminada. Consultar al médico si la irritación

persiste.

La ingestión produce irritación del tracto digestivo, nauseas, vómito, diarrea y

shock. Puede bajar la presión sanguínea, producir decoloración de la piel,

problemas reproductivos y posible coma. No se debe inducir el vómito. Si la

víctima está consciente, debe tomar dos vasos de leche o agua. Solicitar

asistencia médica de inmediato.

En estado sólido, la inhalación de polvo de FeCl3 irrita el aparato

respiratorio. En caso de inhalación, salir a un lugar ventilado. Si la víctima está

inconsciente, se debe dar respiración artificial. Si respira con dificultad se le

debe dar oxígeno.

PEROXIDO SULFURICO

Recientemente se empezó a usar el peróxido sulfúrico (Peroxy sulfuric) que es ambientalmente compatible y fácil

de usar. Es un oxidante muy agresivo y corrosivo que se mezcla en el lugar del ataque con ingredientes comunes y

que bien usado, nunca se acaba. Es una mezcla de peróxido de hidrógeno, ácido sulfúrico, sulfato de cobre y

estabilizadores orgánicos. Todo exceso de cobre en la solución puede ser removido por precipitación, después de lo

cual el producto queda como nuevo. Además el producto se porta como autoagitante ya que las burbujas y el calor

producido durante el grabado, limpian la superficie de la placa de los restos de cobre.

Desafortunadamente la reacción química que produce la erosión del cobre ( cobre > oxido de cobre > Oxígeno +

sulfato de cobre ) es muy exotérmica, es decir libera mucho calor. Eso hace que la función del estabilizador sea

incompleta y eso calienta aún mas la solución tornándola peligrosa. Esto hace necesario el uso de un intercambiador

de calor, o la inyección de aire comprimido que burbujee en la batea reduciendo la temperatura. Esto trae la

desventaja de producir vapores corrosivos, pero existen en el mercado sistemas de extracción de los mismos muy

efectivos.

Para evitar el riesgo de las altas temperaturas producidas, al usar este producto en bateas, se suele usar una técnica

más segura que consiste en producir un spray, o una lluvia de peróxido sulfúrico sobre la placa. Esto mejora también

una remoción de cobre mas uniforme pero también produce vapor corrosivo.

PASOS A SEGUIR PARA UN GRABADO CON PEROXIDO SULFURICO

1. LEER CON ATENCION LAS INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD DEL PRODUCTO

2. Preparar el producto según corresponda

3. Precalentar el baño

4. Limpiar el cobre de la placa e impresionarla por los métodos conocidos.

5. Poner la placa en el baño intercalando la exposición a cada cara.

6. Lavar con agua destilada y revisar el grabado cuidadosamente. Si se observan islas de cobre o cortos

exponer por unos segundos y volver a revisar

7. Retirar y lavar primero con agua destilada y luego con una solución de 5% de hidróxido de sodio en agua

precalentada a 50 grados.

8. Remover los restos de tinta o fotorresina



CUESTIONARIO

1) ¿Qué significa realizar un grabado de una PCB? 2) ¿Qué ventajas tiene el grabado mecánico? 3) ¿Qué ventajas tiene el grabado químico sobre la técnica anterior? 4) ¿Por qué usamos grabado químico en la escuela? 5) Ennumera los pasos que realizabas en MONTAJES I para realizar el grabado químico. 6) ¿Qué producto usabas como mordente? 7) ¿Cómo limpiabas la placa previamente a la impresión? 8) ¿Cuánto tiempo duraba el ataque? 9) ¿Cómo limpiabas la placa al terminar el proceso? 10) ¿Qué tipo de control de calidad realizaste sobre la placa terminada? 11) ¿Cómo mejorarías esa técnica? 12) ¿Qué significa que se produzca un mordentado horizontal? Realiza un dibujo que explique

este fenómeno. 13) ¿Por qué se demora mas tiempo en el ataque químico si la placa tiene muchas pistas muy

cerca una de otra?

PARA APRENDER MAS

1) Investiga como es la reacción química que se produce entre el cobre de tu plaqueta y el cloruro férrico.

2) Investiga que efecto produce el agregado de ácido clorídrico a la solución de cloruro férrico. 3) Investiga en que consiste el proceso láser que se usa en placas flexibles. 4) Investiga los detalles de aplicación del peróxido sulfúrico y que precauciones se deben tomar

para trabajar con ese producto. 5) Investiga que se puede hacer con los desechos de FeCl3 6) Investiga en que consiste la electroerosión.

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