Tutorial para montaje y soldadura de Circuitos Impresos
 
 
Los circuitos impresos permiten construir de forma rápida y segura toda clase de dispositivos electrónicos, ya que constituyen al mismo tiempo un soporte mecánico para los componentes electrónicos y un circuito eléctrico que al ser unido por soldadura asegura un perfecto contacto eléctrico a prueba de golpes y vibraciones dando como resultado dispositivos compactos, sólidos y perfectamente idénticos.

Las placas de circuito impreso son una lámina de un material aislante (bakelita, fibra de vidrio) de entre 0,5 y 2 mm de espesor, en las que en una de las caras se colocan los componentes y quedan sujetos mediante unos terminales que atraviesan la placa por unos taladros y por la cara opuesta se sueldan a pistas de cobre que forman el circuito eléctrico que se quiere realizar. Normalmente las pistas de cobre se forman en la placa con un procedimiento parecido al fotograbado. 

Con eso ya tenemos un circuito impreso pero es habitual incluir alguna cosa más para facilitar la realización: Por ejemplo se puede hacer una segunda capa de cobre en la cara que lleva los componentes. Esto permite hacer circuitos más complicados que los que pueden hacerse en una sola cara. En este caso, cuando se suelda un componente, la soldadura se extiende por capilaridad a la capa superior, dejando el componente soldado tanto al circuito de arriba como al de abajo. Esto requiere que los taladros sean "metalizados" es decir que forman como un remache hueco que une eléctricamente ambas caras. A veces se incluyen puntos de unión por conveniencia del circuito eléctrico que no corresponden a un terminal. Estos elementos se denominan "vias"

Cuando tenemos una capa de cobre en la cara superior donde van los componentes, es habitual que la cara se cubra de una capa de barniz especial que evita que los componentes toquen el circuito con sus cápsulas que pueden ser metálicas. Esta capa se interrumpe en los lugares donde debe fluir la soldadura formando lo que se llama una máscara 
También en la capa inferior, donde se hacen las soldaduras se suele poner una segunda máscara que solo deja accesibles los puntos donde hay que soldar. Esto favorece mucho el trabajo porque evita que la soldadura se escurra hacia otros puntos donde haya otro terminal y ambos se junten 

Por último sobre la capa superior se imprime la llamada "serigrafía de componentes" que es un dibujo de como deben quedar colocados los componentes, y también referencias, marcas y logotipos, etc.



                   

En las imágenes anteriores vemos una placa de circuito impreso realizado solo con la placa de fibra de vidrio y la de cobre. Debajo la vista superior e inferior de una placa que tiene el mismo circuito, pero realizado con doble cara de cobre, máscaras en ambas caras y serigrafía en la cara de componentes.



MONTAJE DE COMPONENTES EN UN CIRCUITO IMPRESO


Este tutorial pretende dar las indicaciones básicas para que cualquier persona con un poco de habilidad manual, pueda llevar a cabo el proceso de soldadura de componentes en una placa de circuito impreso
 
1. Herramientas.
 
La herramienta fundamental es un soldador eléctrico. Existen "estaciones de soldadura" muy complejas y caras, pero para el objeto de este tutorial es suficiente un buen soldador con una potencia de alrededor de 30 Watios con punta redonda de 1 mm
 
Se necesita además estaño para soldar de buena calidad, del tipo apropiado para soldadura de componentes electrónicos. Conviene comprarlo de un diámetro de 1 mm. Este estaño es distinto del que se vende para soldaduras de cobre o latón en ferreterías y tiendas de bricolage. El apropiado para electrónica tiene un núcleo de resina (colofonia) que actúa como fundente.
 
Conviene también disponer de un soporte para el soldador del tipo que lleva una esponjilla en la base para limpiar la punta.
 
La última herramienta fundamental es un alicate de corte lateral, como el de la imagen. También viene bien disponer de un alicate de puntas.


 
Es muy conveniente disponer  de una buena lupa y mejor aún de una lámpara con lupa. Se venden unos elementos llamados "tercera mano" que consisten en un soporte con unas pinzas y una lupa, y que mucha gente usa para sujetar las placas de PCB cuando se sueldan. Yo no los considero apropiados, y luego explicaré el motivo.
 
Antes de empezar el trabajo hay que enchufar el soldador y dejarlo que adquiera la temperatura de trabajo. Cuando ya está caliente, se limpia la punta con un trapo (¡con varias vueltas para no quemarse!) y a continuación fundir estaño en la punta para que ésta quede recubierta de estaño.
 
2. Orden de los componentes.
 
Aunque no es muy importante, lo habitual es llevar un orden de menor a mayor tamaño. El motivo de esto es que si ponemos primero los elementos más grandes, luego puede costar más trabajo situar entre éstos, los elementos más pequeños.  Normalmente se empieza con las resistencias y los diodos se continúa con condensadores cerámicos  se continúa con transistores, circuitos integrados, relés y se termina con conectores, elementos que lleven radiadores etc.
 
3. Soldadura de los componentes
 
El caso más sencillo es seguramente el de las resistencias. En este vídeo vemos como doblar las patillas para introducirlas en los taladros, como sujetarlas por la parte del cobre, y la forma de aplicar el estaño para hacer la soldadura.
 
 
 
 
Lo mas significativo de este video es que hay que usar el soldador, no para calentar el estaño, sino para calentar tanto la pista de cobre como el terminal del componente a soldar, de manera que cuando acercamos el hilo de estaño, este se funde instantáneamente y fluye tanto por la pista de cobre como por el terminal del componente.  Lo ideal es que el hilo de estaño no llegue a tocar el soldador, sino que se funda al contacto con la pista o el terminal. Nótese que cuando se retira el hilo de estaño, se mantiene todavía un poco el soldador asegurando que todo el estaño aportado está fundido antes de retirar el soldador.
 
Para conseguir que se calienten lo suficiente tanto la pista como el terminal hay que hacer una cierta presión con el soldador de manera que la punta del mismo, apoye tanto en el cobre como en el terminal. En el video se aprecia como la placa del circuito impreso se dobla un poco hacia abajo por la fuerza con la que empuja la punta del soldador  (aunque hay que aclarar que se trata de una placa más fina de lo habitual) . También se ve que la punta del soldador está limpia y sin estaño. De hecho se pasa por la esponjilla del soporte antes de cada soldadura. O sea que todo el estaño que aportamos en cada soldadura es "nuevo" y no viene en la punta del soldador. Esto es muy importante porque al fundirse el hilo de estaño, aporta el fundente que contiene y esto hace que el estaño fluya por las superficies a soldar. Pero este fundente se evapora enseguida (es el humo que vemos salir de la soldadura) por lo que una vez que se elimina, el estaño está "viejo" y no sirve para una buena soldadura.
 
Para que la placa soporte esta presión sin moverse, hay que tenerla sujeta con bastante firmeza. Más adelante veremos que en este ejemplo se sujeta con una pinza contra una madera que la levanta un poco de la mesa de trabajo. Por eso no son válidos los soportes tipo "tercera mano". La fuerza que hay que hacer para transferir bien el calor, haría que este tipo de soportes se volcase.
 
No es necesario soldar cada componente según se coloca. Normalmente se colocan unos cuantos componentes, antes de voltear la placa y luego se sueldan todos. Esto es muy conveniente para el caso de dos componentes que tengan los terminales muy próximos en la misma pista. Se pueden soldar ambos terminales de una vez.
 
Como se ve en el vídeo, se van cortando los rabillos de los terminales una vez soldados. Se evita así que estorben para soldar el resto de componentes.
 
Hay elementos que tienen muchos terminales. El caso más típico son los circuitos impresos, pero también lo tenemos en conectores, relés, y otros componentes. En el video siguiente se ve la soldadura de un zócalo de ocho pines, aunque los hay de muchos más.
 
 
 
Aqui vemos cuando como en este caso, los puntos de soldadura están muy juntos, hay que procurar aportar muy poco estaño, para lo cual basta un toque con el hilo de estaño.En este video se ve bien la forma de sujetar la placa a la mesa de trabajo con una pinza de las empleadas para sujetar piezas encoladas.
 
Con estos sencillos consejos, la soldadura de componentes en circuitos impresos, no será ningún problema.
 
4. Identificación de los componentes
 
4.1 Resistencias.
Las resistencias se identifican por un código de colores que indica su valor en Ohmios. En las resistencias cilindricas estos colores se distribuyen en anillos. Para leer el código hay que situar la resistencia de modo que el anillo más a la derecha sea el de color oro o plata. En esta situación y leyendo de izquierda a derecha, el significado de cada anillo es:
 

1er anillo: Primera cifra del valor
2º   anillo: Segunda cifra del valor
3er anillo: Factor multiplicador (0 número de ceros a añadir)
4º  anillo:  Tolerancia
 
En cuanto a los colores, el significado es el siguiente:
 

 

 
Por ejemplo una resistencia marcada como rojo, rojo, amarillo, oro, se leerá así:
 
Rojo:           Primera cifra: 2
Rojo:          Segunda cifra 2
Amarillo:   Factor 10000 ( o añadir 4 ceros)
Oro:          Tolerancia 5%
 
                 En definiva el valor es 220000 Ohmios +/- 5%
Los múltiplos de Ohmio son los Kiloohmios (1000 ohmios) y los Megaohmios (1000000 ohmios)  
Asi que 220000 ohmios = 220 Kilohomios que se suele expresar como 220 K

La abreviatura de Ohmio es la letra griega Ω (omega), de manera que una resistencia de valor menor que 1000 Ohm, por ejemplo 470 Ohmios se debe escribir 470 Ω . Sin embargo como algunos sistemas tienen dificultades para escribir letras griegas se puede emplear también la letra R. Asi que 470 Ohmios lo podemos ver escrito como 470 Ω o como 470 R
 
En las resistencias ajustables, potenciómetros etc, los valores se escriben normalmente con cifras: Por ejemplo: 100K. En los potenciómetros se puede añadir la expresión Lin o Log para indicar respectivamente si la resistencia varía de modo lineal o logarítmico respecto del ángulo de giro.
 
Hay un tipo especial de resistencias denominadas "array de resistencias" que en realidad es un conjunto de resistencias iguales en una única cápsula y conectadas en abanico, de manera que hay un pin común a todas ellas y otro pin individual para cada una de las resistencias. El aspecto es el de la imagen de la derecha. Hay que tener cuidado para identificar cuál es exactamente el pin común, que está siempre en un extremo marcado con un punto. 
Normalmente en el serigrafado de componentes, uno de los taladros lleva una marca especial, por ejemplo está encerrado en un cuadrado, de modo que eso indica que ése es el taladro que debe recibir el pin que lleva el punto. 

El valor de la resistencia se  marca con un número de tres cifras en que la primera cifra es la primera cifra del valor, la segunda es la segunda cifra del valor y la tercera el número de ceros a añadir. Así que por ejemplo 471 significa un cuatro un siete y un cero, o sea 470 ohmios cada resistencia
 
Hemos descrito las resistencias más habituales, pero la variedad de tipos es muy grande. Sólamente haciendo referencia al primero de los aquí descritos hay una primera variación en cuanto a la cantidad de calor que pueden disipar. Actualmente se considera que el tipo normal es el de 1/4 W, pero hace pocos años lo habitual era el 1/2 W, No hay ninguna indicación en las resistencias de este dato, pero se pueden distinguir por el tamaño. De todas formas, salvo en algún caso muy especial este dato no es crítico. Cuando efectivamente si tiene importancia, se indica la potencia en watios de la resistencia.
 
También hemos hablado de que el anillo de la derecha que indica la tolerancia es de color oro o plata indicando respectivamente 5% o 10% de tolerancia. Esto es lo habitual, pero existen las llamadas resistencias "de precisión" cuya tolerancia es mucho más estricta (normalmente 1%, 2% o 0,5% En el cuadro de colores antes reproducido, vemos que el anillo de tolerancia puede ser marrón, lo que significa una tolerancia del 1%, rojo, lo que dará una tolerancia del 2%  o verde que significa 0,5%. Además dado que se trata de resistencias con valores muy precisos se considera que dos cifras significativas son insuficientes, así que se ponen tres mas el factor multiplicador, de manera que  
estas resistencias de precisión llevan tres anillos de cifras y una de factor, de manera que en total hay cinco anillos. En la imagen de la derecha puede verse una de estas resistencias de precisión con cinco anillos de colores blanco, blanco, negro, verde y verde.  En este caso, el valor sería: nueve, nueve, cero, cinco ceros y tolerancia de 0,5 %., o sea 99 Megaohmios +/-0,5%. 
 
Si nos fijamos, el anillo de tolerancia es ligeramente más grueso y está ligeramente más separados de los demás.
 
Si nos fijamos el color de fondo es azul. Este color se refiere a la forma de construcción de la resistencia. El azul corresponde a resistencias de película metálica, mientras que las normales, de color beige, son de película de carbón. 
 
4.2 Condensadores
Hay unos cuantos tipos muy distintos de condensadores, así que hay que tratarlos de forma diferenciada. Los valores de su capacidad son también muy distintos ya que podemos encontrar en un circuito condensadores con una capacidad  muchos millones de veces mayor que la de otro condensador del mismo circuito.
 
La unidad de medida de la capacidad de un condensador es el Faradio cuyo símbolo es F. Sin embargo el faradio es una unidad muy grande así que los condensadores tienen capacidades del orden de milésimas de faradio como mucho, y de ahí para abajo, así que los hay de millonésimas, milmillonesimas y hasta billonésimas de faradio.
 
Los condensadores más pequeños que solemos encontrar son los llamados cerámicos, cuya forma es de una lenteja con dos terminales radiales. Son pequeños de tamaño y de capacidad por lo que su capacidad se mide en picofaradios que se expresa como pF. Un picofaradio es nada menos que la billonésima parte de un faradio, es decir 1/1.000.000.000.000 Faradios. (o 10 elevado a -12 F) Antes, se solían marcar con colores como las resistencias, pero últimamente se marcan con un número de tres cifras con un significado análogo a lo visto antes para los arrays de resistencias resistencias. Es decir:
 
Primera cifra  = primera cifra del valor
Segunda cifra = segunda cifra del valor
Tercera cifra   = número de ceros a añadir
 
Por ejemplo: 104 significa 100000 (un uno un cero y cuatro ceros más) asi que ese condensador será de 100.000 picoFaradios. Al igual que con las resistencias se pueden expresar los miles con la letra K asi que podemos decir que ese condensador es de 100 K entendiendo que es de 100 mil picoFaradios.  Este tipo de nomenclatura se expresa siempre en picofaradios y no se indica la unidad, sólo la cifra
 
Un segundo tipo de condensadores son los de poliester. También han pasado de marcarse con colores a marcarse con cifras con la misma clave que los cerámicos.
 
Y luego hay un tercer grupo de condensadores llamados electrolíticos, radicalmente distinto de los anteriores en los aspectos siguientes:
 
Sus capacidades son mucho mayores
Tienen un límite relativamente bajo en la tensión que pueden soportar
Tienen polaridad, o sea que no es indiferente un terminal de otro.
 
Por el primer punto, la capacidad se expresa en microFaradios. Un microFaradio es un millón de picoFaradios pero como las capacidades de estos condensadores electrolíticos van desde unos pocos a varios miles de microFaradios la unidad picoFaradio se quedaria muy pequeña y por eso se emplea siempre el microFaradio.
 
La unidad microFaradio se expresa como μF, utilizando la letra griega μ (mu). Lo mismo que antes, como algunos sistemas no escriben letras griegas se puede utilizar también la expresión uF  Los valores se imprimen con todas sus cifras en el cuerpo del condensador. Por ejemplo 2500 μF
 
Por la segunda característica, todos los condensadores electrolíticos llevan impreso el limite de tensión que soportan. Son valores habituales 16 voltios, 25 volltios, etc. Así que la especificación completa de un condensador electrolítico es siempre del tipo 2500 μF 25 V
 
Y por la tercera característica en todos los condensadores electrolíticos se marca el terminal positivo o el negativo con el correspondiente símbolo. Al montarlos hay que tener cuidado de no confundirlos. Esto obliga a que la placa de circuito impreso indique de alguna manera cual es el agujero para el terminal positivo y cual para el negativo. Normalmente se marcan con los signos + y - en la propia placa o en un "mapa de montaje" impreso. Es habitual además que el terminal más largo del condensador corresponda al polo positivo, así que irá en el taladro que esté marcado con el signo +
 
4.3 Inductancias
Una inductancia, (llamadas a veces "choques") es un dispositivo que presenta una resistencia muy grande al paso de las altas frecuencias mientras que, idealmente, ninguna resistencia a la corriente continua. Se miden en Henrios, pero al igual que con los condensadores, la unidad Henrio resulta demasiado grande, por lo que se utilizan en la práctica las millonésimas de Henrio cuya abreviatura es μH pero que veremos escrito muchas veces como uH. El marcaje emplea el mismo sistema de anillos de color que con las resistencias, de modo que una como la de la imagen con anillos de colores amarillo, violeta, negro, plata será de 47 microHenrios.
 
Nótese que el aspecto es igual que el de una resistencia, pero se diferencian por el color verde de fondo.
 
 
 4.4 Diodos
Los diodos pueden tener aspectos muy distintos, pero los que habitualmente empleamos son de un tamaño y forma semejantes a una resistencia y aún menores. Los diodos se consideran componentes "activos" porque tienen una unión PN que es la que permite circular la corriente en un sentido y no en otro.
 
El marcaje que llevan ya no representa valores, sino que es un código o matrícula, con el cual hay que ir a un catálogo y consultar sus características
 
Por ejemplo un diodo 1N4007 lleva este código impreso en el exterior, y consultando por internet ese código obtenemos la hoja de datos: 1N4007. Hoy en día el gran catálogo de componentes electrónicos es Internet. Basta teclear el código de cualquier componente en Google para que nos aparezca una o varias versiones de las hojas de características o Datasheets
 
En los diodos se marca siempre el cátodo con un circulo alrededor del terminal. Esto quiere decir que en la placa del circuito impreso, o en el mapa de montaje debe marcarse de alguna forma cómo hay que colocar el diodo. Lo habitual es dibujar el diodo con un símbolo semejante a una flecha. El cátodo es la punta de la flecha, así que si vemos en el dibujo la flecha apuntando hacia la derecha deberemos montar el diodo con la banda de color apuntando a la derecha.
 
 La figura muestra un diodo colocado en la misma dirección que indica el dibujo simbólico. A veces en el dibujo de componentes se emplea directamente el dibujo del rectángulo con la banda que indica la posición de montaje.
 
 
4.5 Leds
Los Leds no son más que un tipo especial de diodo cuya característica es que emiten luz. Su cápsula sin embargo es transparente por ese motivo, así que no llevan ningún marcaje. La forma de distinguir los terminales es porque el terminal del ánodo (+) es más largo que el del cátodo. El dibujo del mapa de componentes normalmente lo representa igual que un diodo, o con el añadido de un circulo que encierra el símbolo. En un dibujo como el que vemos en la figura anterior, el terminal largo iría a la izquierda y el corto a la derecha
 
En alguna ocasión los leds del tipo más normal, los vemos representados en un mapa de circuito impreso con el dibujo de la derecha. Este dibujo responde a que la base de estos leds es un cículo con un reborde que tiene una parte aplanada, justamente la correspondiente al cátodo. Situando el led en coincidencia con este dibujo, se situará correctamente.

Para evitar que el calor de la soldadura afecte al diodo se debe dejar aproximadamente 1 cm de los terminales por encima de la placa. En la imagen anterior se puede ver como los terminales tienen una zona un poco aplastada que indica que la placa del circuito debe quedar a esa altura.
 
 
 
4.6 Transistores
 Los transistores tienen siempre tres terminales, llamados Emisor, Base y Colector. Es imprescindible no confundirlos así que la mejor forma de identificarlos es recurrir a la correspondiente hoja de datos en Internet. Por ejemplo si buscamos el transistor TIP110 podemos ver un dibujo en perspectiva del transistor en el que se identifican los terminales con números, y en el esquema de debajo vemos que 1 es la Base, 2 el Colector y 3 el Emisor.
 
Por otra parte, en el mapa de componentes estarán identificados con las letras E B y C los taladros correspondientes a esos terminales.
 

A veces, se prescinde de estas marcas porque la geometría del encapsulado del transistor hace imposible montarlos mal, pero no estaría de más que comprobásemos siempre la correspondencia de terminales.
 
En algunos casos los transistores generan tanto calor durante su funcionamiento que hay que colocarles un radiador o "disipador" En estos casos la cápsula del transistor tiene algún taladro para pasar un tornillo que sujete el transistor al radiador. Por otra parte, como el calor en un transistor se genera en el colector, este taladro está hecho en una pieza metálica unida al colector para evacuar el calor de la mejor forma, pero eso implica que el colector queda eléctricamente unido al radiador. Normalmente esto no es ningún problema, pero si ponemos dos transistores en el mismo radiador (cosa muy habitual) habremos conectado eléctricamente sus colectores, lo cual seguramente no es admisible. Cuando este es el caso, hay que aislar el transistor del radiador introduciendo arandelas aislantes y placas de mica entre el transistor y el radiador.
 
Todos los transistores llevan impreso en su encapsulado su código y normalmente algunas identificaciones más, como el fabricante, etc. A veces cuesta trabajo leerlos pero con una buena lupa siempre se puede conseguir
 
Los transistores, especialmente los más pequeños, pueden deteriorarse si reciben demasiado calor durante la soldadura. Por ese motivo suelen llevar terminales largos y se dejan un tanto separados del circuito. Conviene que las soldaduras se hagan muy rápidas para minimizar la cantidad de calor aportada.
 
4.7 Circuitos integrados
Los circuitos integrados se pueden colocar soldando directamente sus terminales o mediante un zócalo, que es como un receptáculo donde se puede "enchufar" (y desenchufar) el circuito integrado.  En la imagen, a la izquierda un circuito integrado y a la derecha el zócalo que le correspondería. Si se usa zócalo lo que hay que soldar a la placa es el zócalo, lo cual es mucho más sencillo y menos comprometido.

La razón de esto es que un circuito integrado que tenga por ejemplo 16 pines, si lo soldamos pin a pin, acaba por recibir tanto calor que podría llegar a destruirse. Así que lo que se suelda es el zócalo y luego el circuito se inserta en el zócalo. Además así, se puede cambiar fácilmente el circuito integrado si se deteriora, o a la inversa, se puede recuperar un circuito integrado de una placa que no funciona por fallos en su diseño o por otra causa. La misma táctica de facilitar la sustitución o recuperación hace que a veces se monten con zócalos elementos que son caros, como los relés.

Sin embargo, también se pueden soldar directamente los circuitos integrados. Si se hace esto, conviene no soldar todos sus pines de una vez, sino soldar dos o tres, hacer una pausa para que el circuito se enfríe, continuando así hasta terminar.

 
Un circuito integrado sólo puede situarse de dos formas, asi que no hay más que una posibilidad de hacerlo mal, pero es fácil evitarlo si consideramos que todos los integrados tienen una marca (normalmente un punto o una muesca) junto a pin número 1. Poniendo ese pin arriba a la izquierda, los pines se numeran consecutivamente bajando por la izquierda, y al llegar a la parte inferior, la numeración sube por la derecha, de modo que el último pin está enfrente del primero en la parte superior. El mapa de componentes debe indicar la posición del pin 1 al menos, o mejor, la numeración de todos, y también normalmente el dibujo de una muesca en correspondencia con la muesca del circuito. Con estas indicaciones es fácil evitar la confusión.
 
Al igual que con los transistores, siempre se imprime sobre la cápsula del integrado el código del circuito, además del fabricante y alguna otra información. De nuevo, podemos obtener en Internet todos los datos necesarios de cada circuito integrado sin más que teclear su código en Google.
 
Con estas indicaciones, cualquier persona, sin conocimientos de electrónica y con sólo un poco de habilidad manual, puede montar dispositivos electrónicos adquiridos bien en forma de kit, o descargados de Internet 
 
Espero que sea útil