LOS MATERIALES II

Las fábricas Ruwel, Geldern, construyen, bajo la designación de «Microcap», circuitos injpresos de varias capas, utilizando esta técnica que solventa las dificultades de la disposición de conductores, de la separación entre los mismos y en particular también el de los cruces de conductores. Como se dispone de muchos planos de conductores, los cableados de forma complicada se agrupan en una única estructura compacta, y por medio de puntos de conexión se pueden colocar al punto que se quiera de la superficie. Esto conduce también naturalmente a una reducción del espacio necesario para las conexiones entre componentes individuales, módulos y análogos.

Se muestra una sección transversal de un circuito típico Microcap. Por cada centímetro cuadrado puede haber aproximadamente unos 15 orificios chapeados. Es también una gran ventaja la incorporación de superficies puestas a tierra en la estructura de una placa mulficapa. Tal capa blindada de cobre puede ser incorporada por ejemplo como apantallado entre dos planos de conductores cualquiera de un circuito Microcap, sensibles a los parásitos. Además, estas superficies blindadas se pueden conectar con componentes o con marcos de montaje para obtener una eficaz disipación del calor.

La posibilidad de admitir blindajes en el sistema de placas de conductores, con incorporación de capas dieléctricas exactamente controlables, permite construir Gircuitos impresos, cuyo cableado o cuyas disposiciones de conductores forman una Impedancia constante. Esta propiedad es particularmente importante en el campo de muy altas frecuencias.

Otro campo de aplicación interesante para tales circuitos de varios planos resulta de la posibilidad de sustituir el haz complicado de cables por este tipo de circuito. A este objeto, se pueden construir todas las conexiones entre relés, componentes, placas de conductores, etc., con considerable ganancia de espacio. Además son menores los gastos para el cableado.

Para tales circuitos de varios planos se deben emplear materiales químicamente estables, por ejemplo, G-10 Epoxy. El espesor de las capas puede elegirse entre 0,1 mm. y 1 mm.; sin embargo, no se deben rebasar las 20 capas ni un espesor total de 3 mm. Estos valores dependen de los siguientes factores:

1. De la concentración Ideal de toda estructura del circuito.

2. De las exigencias dieléctricas que se han de satisfacer, por ejemplo, de la separación de distintos planos de circuitos.

3.  De la resistencia estructural que se ha de satisfacer del circuito de varios planos acabado.

4.  De los mínimos diámetros de orificio exigidos, porque el espesor total del circuito de varias capas no debe ser superior al triple del diámetro del mínimo orificio que resulte después de la terminación de las capas galvánicas.

Al hacer el cálculo del espesor de las placas se ha de tener en cuenta que entre cada dos planos de conductores hay que contar además con 0,10 mm. a 0,15 mm. para la capa de adhesivo.

La hoja de metal

El cableado normal consiste como es sabido en conductores de cobre, que, en casos particulares, son estañados o plateados aparte del aislamiento que además han de tener. Por consiguiente, en los circuitos impresos se emplea también preferentemente la hoja o lámina de cobre para el eableado. Solamente en casos especiales se elabora con láminas de otros materiales, por ejemplo plata pura, oro, latón, aluminio y aleaciones de resistencia y magnéticas.

Para las hojas de cobre se han impuesto internacionalmente dos espesores: 35 |tm (0,00135 pulgadas) o el llamado cobre de 1 onza, porque el peso de la lámina es de 1 «ounce/squ. ft.» (1) y 70 ¡im (0,0027 pulgadas o cobre» de 2 onzas). La mayoría de las veces se emplea hoja de cobre de 35 ¡xm de espesor, pues es adecuado prácticamente para satisfacer todas las exigencias de la técnica electrónica (sobre todo en orden a una suficiente capacidad de carga de corriente). La hoja debe presentar las siguientes propiedades:

1. Gran pureza química para que tenga una buena conductividad eléctrica, uniforme por todas partes.

2.  Estructura mecánica correcta en el interior y en la superficie, es decir, sin inclusiones de cuerpos extraños y otras impurezas gracias al proceso de fabricación (la superficie debe ser lisa, exenta de grasas y de óxidos y debe tener un espesor uniforme, debiendo carecer de fisuras, poros, arañazos, rajas y pliegues).

3. Dimensiones mecánicas suficientes para una fabricación económica de la hoja.

Las hojas laminadas apenas cumplen estas exigencias y necesitan dispOsitivos costosos, que sigfican un gran gasto de aparatos de control y accesorios, si se ha de evitar la inclusión de cuerpos extraños, un sobrecalentamiento local y anisotro-pía . Como la hoja laminada tiene una superficie completamente lisa por los dos lados, debe seR tratada posteriormente, mecánica o químicamente, para que el lado que se ha de pegar con el material soporte, obtenga la necesaria caracterización.

Los inconvenientes mencionados y las costosas medidas especiales se evitarán con la elaboración electrolítica de hojas de cobre. Estas se pueden fabricar con 4a# anchuras necesarias para la elaboración. Pó*Ma forma de su fabricación presentan además ía deseada diversidad de estructura de las-superficies, pues la parte que mira al cátodo es lisa como un espejo, mien-'tras que la superficie del lado del ánodo resulta muy basta si sé ha de emplear para la eliminación de intensidades suficientemente grandes de corriente. La superficie basta favorece la adherencia de las laminas por medio de adhesivos en el material soporte.

Finalmente mencionaremos brevemente el método del chapeado. Al contrario de lo que gcurre con los procedimientos descritos hasta ahora, en los circuitos chapeados, el cableado se chapea sobre material soporte sin revestir y no se emplea el proceso de corrosión. Por lo tanto, todos los orificios, muescas, etc., necesarios en el circuito terminado se deben hacer de antemano.

La placa soporte (la mayoría de las veces, pertinax de fenol) se debe cubrir con una laca protectora en las dos caras y en todos los orificios estampados y taladrados, que deben ser chapeados en el circuito terminado. Por este medio se consigue un mejor enlace del trazado de los conductores, el cual debe ser chapeado en el material soporte. Por este medio se protegen al mismo tiempo todas las muescas, cantos y orificios taladrados. Por lo tanto, eji cierto modo, queda sellado el material base, lo cual significa un mejor aislamiento.

Ahora bien, para que los conductores puedan ser chapeados por medios eléctricos, se debe hacer conductora la superficie del material base. Por un procedimiento especial se emplea la plata como capa conductora, con la misma adherencia que en las placas anteriores revestidas de cobre. Esta superficie metalizada en plata es ahora impresa negativamente, es decir, las superficies en las que se deben chapear los conductores quedan sin proteger.

Si las dos caras del material soporte se proveen de una capa conductora de plata, entonces es también necesario, imprimir adecuadamente las dos caras para obtener un circuito impreso en ambas. A este respecto empieza el proceso de chapeado galvánico en un baño de cobre. El cobre es aplicado con el mismo espesor que en las placas revestidas de cobre de fabricación normal.

Si los circuitos así fabricados tienen que estar almacenados mucho tiempo, se recomienda un chapeado de estaño para soldar, en la última etapa del electro-chapeado para que la capacidad de soldadura se mantenga constante y para excluir la posibilidad de cualquier corrosión en-Jos conductores de cobre.

Después del proceso dE chapeado es necesario quitar de las piezas el material protector de la impresión por medio de un disolvente. La capa conductora de plata, que se encuentra debajo, se quita por un tratamiento especial de ácido.

El lavado y el secado se efectúan de la manera normal. Estos trabajos, debido al procedimiento de sellado anteriormente descrito, no afectan desfavorablemente a los valores de aislamiento del material soporte.

Todos los orificios, cantos y demás partes que no deban ser chapeados son luego sometidos al estampado, taladrado o procesos análogos.

El procedimiento de chapeado exige una múltiple elaboración, por lo que es más costoso que los otros métodos. Sin embargo, la diferencia de coste está compensada por varias ventajas:

1. Se puede partir de un material base sin revestir.

2. Los orificios chapeados se pueden hacer en la cantidad que se desee sin aumento sustancial de coste.

3. Se pueden construir fácilmente circuitos en las dos caras.

4. Los orificios chapeados, confeccionados algo mayores que el tamaño normal, producen mejores puntos de soldadura para los componentes que se han de montar.

El material adhesivo

Para que la hoja metálica se adhiera con seguridad en el material soporte, se ha de emplear un adhesivo con las siguientes propiedades:

1.  Adherencia indisoluble en lo posible del folio al soporte.

2.  Resistencia a los ácidos.

3.  Suficiente resistencia al calor.

4.  Poca retención de agua.

5.  Propiedades eléctricas y dieléctricas en lo posible iguales a las del material soporte, y nunca peores.

Además, el adhesivo clebe compensar íSs coeficientes de dilatación lineal eventuales distintos del material soporte y la hoja de metal, de modo que las tensiones mecánicas producidas por este hecho no actúen perjudicialmente en la fabricación ni tampoco en la ulterior elaboración y en el empleo.

Para cumplir estas múltiples exigencias, parcialmente contradictorias en el aspecto físico, fueron necesarios perfeccionamientos especiales, que son mantenidos secretos por las Firmas. Aquí no se puede emplear un pegamento de los de tipo universal, porque en su composición se ha de considerar el respectivo material soporte y la hpja metálica empleada.

En general los adhesivos están compuestos por mezclas de resinas artificiales plásticas y endurecibles. Para pegar materias prensadas en capas de resina fenólica con folio de cobre, se emplean mezclas de resinas de fenol, melamina, urea o vinílicas.

La hoja de cobre cortada con formato correcto es colocada con la capa de adhesivo o bien sobre una placa de materia aislante terminada o sobre capas de papel impregnadas apiladas sin prensar. Todo junto se pone en una prensa de planchas, en la que se ejecuta el proceso de pegado entre la hoja y la placa aislante o el proceso de adherencia y la formación de la placa aislante, en determinadas condiciones de presión y de calor.

Se consigue una adherencia particularmente buena cuando se produce, antes de la aplicación del adhesivo, una capa de óxido de cobre pura y fina sobre la superficie de la hoja. A este respecto, el folio, después de una escrupulosa limpieza de la superficie, se pasa por un baño caliente de oxidación. La parte de hoja no destinada a ser pegada debe ser protegida entonces provisionalmente por una capa protectora especial o por un dispositivo para cubrirla. La limpieza y oxidación se puede hacer como procedimiento químico o electrolítico.

El calentamiento necesario en el prensado produce considerables dilataciones y contracciones del material. Desgraciadamente, el cobre y los materiales aislantes empleados tienen coeficientes de dilatación térmica muy diferentes (aproximadamente en la relación 4:1). Las placas que se han terminado de prensar con revestimiento de hoja quedan planas, sin la adopción de medidas especiales, sólo cuando las dos caras están revestidas con hojas. Las placas revestidas por un solo lado muestran tendencia a abovedarse o a tensiones internas, lo cual conduce, después de la corrosión, a la deformación de las placas. Este fenómeno puede presentarse también mucho más tarde en servicio. Sin embargo, hoy los citados efectos se pueden mantener bastante pequeños teniéndo cuidado en la fabricación o por la adopción de medidas especiales.