INDICE4.1 PROCESOS DE FABRICACIN DE CIRCUITOS IMPRESOS E INTEGRADOS------------------------------------ 4

4.1.1 MTODO FOTOGRFICO------------------------------------------------- 4

4.1.2 MTODO SERIGRFICO-------------------------------------------------- 13

4.1.3 MTODO DIRECTO--------------------------------------------------------- 19

4.2 GENERALIDADES EN LA FABRICACIN DE CIRCUITOS INTEGRADOS (MONOLTICOS Y PELICULARES)--------------------------------------------- 21

4.3 PROCESO DE FABRICACINDE CERMICOS--------------------------------------------------------------------- 29

4.3.1 PROCESO DE FABRICCIONDE CERMICA PIEZOELCTRICA--------------------------------------------- 30

4.3.2 PROCESO DE FABRICACIN DE CERMICA FERROELECTRICA------------------------------------------- 34

4.4 DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALES EMPLEADOS EN LA INGENIERA--------------------------------------------- 38

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4.1 PROCESOS DE FABRICACIN DE CIRCUITOS IMPRESOS E INTEGRADOS Mtodos para la elaboracin de pcbsCon el surgimiento de la era electrnica y la simplificacin de todo circuito elctrico en componentes ms pequeos y mayoritariamente funcionales para lo que fuesen gastos en si se produjeron o mejor dicho surgieron mtodos para encapsular todos esos microcomponentes en un nico lugar un circuito sper conductor que ocupara espacios reducidos; los circuitos se llevaron a las llamadas placas fenolicas las cuales poseen o mejor dicho constan de una fina laminilla de cobre debajo de la cual se encuentra una base de litio para separar a los componentes de la laminilla de cobre. Todo circuito lgico debe de tener un camino por el cual se debe de guiar la corriente elctrica, debe de tener un sentido y una orientacin, que depende de la funcin a realizar; existen varios mtodos para crear las rutas de conexin del circuito en si eliminando partes de la laminilla de cobre, los tres ms conocidos se describirn a continuacin:

4.1.1 MTODO FOTOGRFICO

Procesoa) Crear el original sobre papel:

Lo primero que hay que hacer es, sobre un papel, dibujar el diseo original del circuito impreso tal como queremos que quede terminado. Para ello podemos utilizar o bien una regla y lpiz (y mucha paciencia) o bien un programa de diseo de circuitos impresos. Ya sea a lpiz o por computadora siempre hay que tener a mano los componentes electrnicos a montar sobre el circuito para poder ver el espacio fsico que requieren as como la distancia entre cada uno de sus terminales. Para guiarnos vamos a realizar un simple circuito impreso para montar sobre l ocho diodos LED con sus respectivas resistencias limitadoras de corriente.

Este es el circuito esquemtico del que hablamos, recibe cero o cinco voltios por cada uno de los pines del puerto paralelo del PC y, a travs de cada resistencia limitadora de corriente iluminan ocho diodos LED. Observemos el diagrama. Tenemos ocho entradas, cada una de ellas conectada a una resistencia. Cada resistencia se conecta al ctodo (+) de cada diodo LED. Y todos los nodos (-) de los diodos LED se conectan juntos al terminal de Masa. Vamos a utilizar diodos LED redondos de 5mm de dimetro, que son los ms comunes en el mercado. Lo primero que haremos es colocar las islas. Para los que usan programas de diseo de circuitos impresos por computadora las islas aparecen como "Pads".

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Como se observa, no es ms que una simple representacin del circuito de arriba con crculos. Luego uniremos las islas con pistas, que en los programas suelen aparecer como "Tracks".

CORRECTO

INCORRECTO

Algo a tener en cuenta: cuando una pista tiene que virar lo correcto es hacerlo con un ngulo oblicuo y no a secas (90). Si bien elctricamente es lo mismo, conviene hacerlo as porque al momento de atacar el cobre con el cido es mas probable que una pista se corte si su ngulo es abrupto que si lo es suave. Nuevamente podemos apreciar que no es ms que una copia del circuito elctrico anterior. Imprimimos el circuito sobre un papel y paso 1 concluido. b) Corte del trozo de circuito impreso: Esto no es ms que marcar sobre la placa virgen un par de lneas por donde con una sierra de 24 dientes por pulgada cortaremos.

Es conveniente hacerlo sobre un banco inclinado de corte para que sea mas fcil mantener la rectitud de la lnea.

Una vez cortado el trozo a utilizar lijar los bordes tanto de la cara de cobre como de la otra a fin de quitar las rebabas producidas por el corte. Con la ayuda de un taco de madera es mas fcil de aplicar la lija. c) Preparar la superficie del cobre:

Consiste en pulir la superficie de cobre virgen con un bollito de lana de acero (Virulana, en Argentina) para remover cualquier mancha, partculas de grasa o cualquier otra cosa que pueda afectar el funcionamiento del cido. Recordemos que el cido solo ataca metal, no hacindolo con pintura, plstico o manchas de grasa. Por lo que donde este sucio el cobre resistir y quedar sin atacar.

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Como se ve en la foto es conveniente utilizar guantes de latex, del tipo utilizado para inspeccin bucal, para evitar que la grasitud de los dedos tome contacto con el cobre. La lana de acero debe ser frotada sobre la cara de cobre y preferentemente dando crculos, para facilitar la adherencia tanto de los Pads como de la tinta del marcador. d) Pasar el dibujo al cobre: Consiste en hacer que el dibujo del impreso que tenemos sobre el papel quede sobre la cara de cobre y de alguna forma indeleble. Adicionalmente tendremos que tener cuidado de no tocar con nuestros dedos el cobre para evitar engrasarlo. Es por ello que en este paso tambin utilizaremos guantes de ltex, pero cuidando que no queden en ellos restos de viruta de acero que puedan daar el dibujo sobre el cobre.

Para este paso requeriremos un marcador fino indeleble, uno grueso, un lpiz blando (mina B), una o varias plantillas Logotyp de islas (esto depende de la cantidad de contactos del circuito as como del tipo de islas requeridas). Ambos marcadores deben ser de tinta permanente al solvente. Hasta ahora el mejor que hemos usado es el edding 3000. Es conveniente, antes de usar las plantillas Logotyp, probarlas sobre otra superficie para constatar que no est vencido. A nosotros nos paso que con la que arriba se ve a la izquierda (la de las lneas) no pegaba sobre el cobre y tuvimos que hacer todos los trazos rectos con marcador y regla. Lo mismo sucede con el marcador. Antes de aplicarlo sobre la placa hacer un par de trazos sobre un cartn (preferentemente brilloso) a fin de ablandar la tinta en la punta. Para aplicar los dibujos de las plantillas colocar la misma sobre la lmina de cobre y, con el lpiz frotar cada uno suavemente hasta que queden estampados sobre el circuito impreso. O en su caso, colocar la hoja impresa sobre la placa, y plancharlo suavemente para que la tinta se impregne sobre el cobre.

Para afirmarlos colocar el papel de cera que trae cada plantilla y colocarlo sobre el dibujo recin aplicado. Pasar el dedo una o dos veces manteniendo el papel quieto y listo, dibujo afirmado.

Si por error se aplico un dibujo que no deba estar se lo puede quitar fcilmente raspndolo con un cortante filoso. No hay que preocuparse porque donde se paso el cortante quede raspado, puesto que el cobre no quedar en esa zona no nos interesa entonces como este antes de ser atacado. En las islas, sobre todo en las aplicadas por plantilla, es conveniente no tapar el punto central. Esto quedar como un pequeo orificio en el cobre que luego servir como gua cuando hagamos el perforado de la placa. Para hacer los trazos con marcador se pueden utilizar reglas y regletas plsticas caladas como las pizzini. Prestar cuidado cuando se apoya la regla sobre la placa para no daar el dibujo. Una vez terminado el trabajo de pasar el dibujo al cobre ser conveniente revisar el mismo a comparacin con el dibujo sobre papel, para cerciorarse de que todo est en orden.

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e)

Preparar el cido:

Antes de sumergir la placa en el cido hay que tomar algunos recaudos y precauciones. Tambin hay que seguir algunos pasos para que el ataque sea efectivo. Como dijimos arriba, el cido empleado es Percloruro de Hierro, el cual se puede comprar en cualquier comercio del rubro. Para que el cido funcione correctamente y pueda actuar sobre el cobre debe estar a una temperatura comprendida entre 20 y 50 grados centgrados. Para mantenerlo en ese rango usaremos un calefactor elctrico a resistencia, como el que se ve abajo.

Cabe aclarar que al ser una resistencia de alambre esta se encuentra "viva" con tensin de red en su recorrido, lo que obliga a separar al calefactor del fuentn al menos un centmetro. Para ello utilizamos dos ladrillos acostados los que se ven en la foto de arriba. Sobre esto se coloca el fuentn de aluminio, dentro del cual se colocar la batea plstica donde verteremos el cido. En el fuentn colocar agua previamente calentada para que el cido se caliente por el efecto "Bao Mara". Entre el fuentn y la batea es conveniente colocar dos separadores para que el metal caliente no entre en contacto directo con la batea plstica.

En la foto de arriba se observa cmo queda todo en su sitio listo para utilizar. Es muy importante respetar el rango de temperatura de trabajo. De ser inferior a 20C es posible que el cido tarde mucho o que incluso no ataque el cobre. De estar a ms de 50C el cido puede entrar en hervor provocando que molculas de cloruro se desprendan del compuesto. De ser respiradas pueden causar fuertes afecciones respiratorias e incluso dejar internado al que lo inhale. El sitio donde se vaya a usar el compuesto deber estar completamente ventilado, de ser posible con aire forzado constante. Aclaraciones pertinentes: Si el cido toma contacto con la ropa la mancha es permanente. No se quita con nada. Si entra en contacto con la piel, lavar con abundante agua y jabn. Si entra en contacto con la vista lavar con solucin ocular y acudir de inmediato a un servicio de urgencia ocular. De no tratarse adecuadamente una herida por este cido puede causar ulceraciones en el globo ocular. Ante ingesta concurrir de inmediato a un gastroenterlogo. En ambos casos explicar detalladamente al profesional de que se trata el cido para que ste pueda actuar como corresponda f) Ataque qumico:

Una vez que el cido esta en temperatura colocamos la placa de circuito impreso flotando, con la cara de cobre hacia abajo y lo dejamos as durante 15 minutos.

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Ah lo dejamos tranquilo y de no ser estrictamente necesario nos vamos a otra parte para evitar respirar tan feo txico. Al cabo de los 15 minutos, con un guante de ltex, levantamos la placa de circuito impreso y observamos cmo va todo. Si es necesario sumergir la placa en agua para observar en detalle es posible hacerlo, pero no frotar ni tocar con los dedos el dibujo para evitar daarlo. Si el cobre que deba irse an permanece colocar la placa al cido otros 10 minutos ms y repetir inmersiones de 10 minutos hasta que el circuito impreso quede completo. Si en alguna de las observaciones se nota que una pista corre peligro de cortarse secar cuidadosamente solo en esa zona y aplicar marcador para protegerla de la accin oxidante del cido. Una forma prctica de ver si el cido comenz a "comer" el cobre es iluminando la batea desde arriba con un potente reflector. Si se ve la silueta de las pistas marcada es clara seal de buen funcionamiento. Si se ve todo opaco quiere decir que an no comenz el ataque qumico. Una vez que el cido atac todas las partes no deseadas del cobre sacar de la batea, colocarla en un recipiente lleno de agua, llevarla hasta la pileta de lavar ms prxima y dejarla bajo agua corriente durante 10 minutos. Luego, secar con papel para cocina y quitar el marcador con solvente. De ser necesario pulir suavemente con viruta de acero.

Una vez hecho esto tendremos las pistas ya definidas sobre el impreso. g) Prueba de continuidad:

Con un probador de continuidad verificar que todas las pistas lleguen enteras de una isla a otra. En caso de haber una pista cortada estaarla desde donde se interrumpe hasta el otro lado y colocar sobre ella un fino alambre telefnico. De ser una pista ancha de potencia colocar alambre ms grueso o varios uno junto a otro. Si no se tiene un probador de continuidad una batera de 9V con un zumbador auto-oscilado en serie y un juego de puntas para que puedan ser de gran ayuda. Colocar todo en serie de manera que, al juntar las puntas, se accione el zumbador. Comprobado el correcto funcionamiento elctrico de la plaqueta es hora de pasar al perforado. h) Perforado: Para que los componentes puedan ser soldados se deben hacer orificios en las islas por donde el terminal de componente pasar.

Un taladro de banco es de gran ayuda sobre todo para cuando son varios agujeros. Para los orificios de resistencias comunes, capacitores y semiconductores de baja potencia se debe usar una mecha (broca) de 0.75mm de espesor. Para orificios de bornes o donde se suelden espadines o pines una de 1mm es adecuada. Aqu ser de suma utilidad atinarle al orificio central de la isla para que quede la hilera de perforaciones lo mas pareja que sea posible.

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Quizs sea necesario comprar un adaptador dado que la mayora de los taladros de banco tienen un mandril que toma mechas desde 1.5mm en adelante. Y luego vendr el dolor de cabeza porque centrar el adaptador y el mandril no es tarea simple. Hay que prestar atencin a que este bien centrado, porque de no estarlo el agujero saldr de cualquier forma, si es que sale. i) Acabado final:

Con el mismo bollito de viruta de acero que venamos trabajando hay que quitar las rebabas de todas las perforaciones para que quede bien lisa la superficie de soldado y la cara de componentes. Luego de esto comprobar por ltima vez la continuidad elctrica de las pistas y reparar lo que sea necesario. Hasta aqu hemos llegado y tenemos ahora si la plaqueta lista para soldarle los componentes. Siempre hay que seguir la regla de oro, montar primero los componentes de menor espesor, comenzando si los hay por los puentes de alambre. Luego le siguen los diodos, resistencias, pequeos capacitores, transistores, pines de conexin y zcalos de circuitos integrados. Siempre es bien visto montar zcalos para los circuitos integrados puesto que luego, cuando sea necesario reemplazarlos en futuras reparaciones ser un simple quitar uno y colocar otro sin siquiera usar soldador. Adems, el desoldar y soldar una plaqueta hace que la pista vaya perdiendo adherencia al plstico y al cabo de varias reparaciones la isla sede al igual que las pistas que de ella salen.

En la foto se observan puentes de alambre, resistencias, capacitores, zcalos para circuitos integrados, algunos diodos LED y un cristal.

4.1.2 MTODO SERIGRFICOLa serigrafa es una tcnica de impresin empleada en el mtodo de reproduccin de documentos e imgenes sobre cualquier material, y consiste en transferir una tinta a travs de una malla tensada en un marco, el paso de la tinta se bloquea en las reas donde no habr imagen mediante una emulsin o barniz, quedando libre la zona donde pasar la tinta. El sistema de impresin es repetitivo, esto es, que una vez que el primer modelo se ha logrado, la impresin puede ser repetida cientos y hasta miles de veces sin perder definicin.

Aplicacin7

Se sita la malla, unida a un marco para mantenerla tensa, sobre el soporte a imprimir y se hace pasar la tinta a travs de ella, aplicndole una presin moderada con un rasero, generalmente de caucho. La impresin se realiza a travs de una tela de trama abierta, enmarcada en un marco, que se emulsiona con una materia foto sensible. Por contacto, el original se expone a la luz para endurecer las partes libres de imagen. Por el lavado con agua se diluye la parte no expuesta, dejando esas partes libres en la tela. El soporte a imprimir se coloca debajo del marco, dentro del cual se coloca la tinta, que se extiende sobre toda la tela por medio de una regla de goma. La tinta pasa a travs de la malla en la parte de la imagen y se deposita en el papel o tela.

HistoriaLa serigrafa es un sistema de impresin milenario. Si bien no hay datos exactos, se cree que se remonta a la antigua China, en la que segn una leyenda utilizaban cabellos de mujer entrelazados a los que les pegaban papeles, formando dibujos que luego se laqueaban para que quedaran impermeables. Posteriormente se cambi el material por la seda, de ah proviene su nombre: sericum (seda, en latn) graphe (escribir, en griego). En la antigedad se fabricaban unas calcomanas que se aplicaban en los artculos de uso diario, platos, vasos, etc. En Europa se utiliz para imprimir telas, en lo que se llam "impresin a la lionesa", por ser el lugar en donde se aplicaba este sistema. Las primeras serigrafas sobre papel (carteles publicitarios) aparecen en Estados Unidos sobre 1916 con una nota pendiente de concesin. La primera patente concedida es para Selectasine en 1918. Guy Maccoy fue el primero en utilizar la tcnica de la serigrafa con fines artsticos. Realiz sus dos primeras serigrafas en 1932; ambas eran alrededor de 9 x 11 pulgadas y tir aproximadamente 40 copias de cada diseo. En 1938 tuvo su primera exposicin individual, la primera de serigrafas en una galera. Es en Estados Unidos, y con el auge de la fotografa y los productos qumicos, donde toma un impulso espectacular; por ser un mtodo muy verstil para poder imprimir en muchos materiales, hoy en da pueden distinguirse miles de artculos procesados con serigrafa.

La mallaVale decir que una de las razones por la que la seda ha quedado prcticamente en desuso es porque por ms que la estiremos, cuando toma la humedad ambiente, se vuelve a aflojar por lo que comnmente, en la actualidad (2009) se utiliza nylon (o un material acrlico). El dimetro de los hilos que constituyen la seda son uniformes, pero las gasa pueden ser de distintos grosores, esto significa que para un trabajo con ms detalle se prefiere usar una gasa de hilos delgados y por lo tanto un tejido ms cerrado. Para la parte textil la cantidad de hilos arranca de los 18# hilos por cm lineal y hasta los 90 # hilos por cm lineal. Para la parte utilizable con tintas al solvente (impresiones no textil) ejemplos: Plsticos, madera, metales u otros materiales las mallas (sedas) tienen que ser de trama ms cerradas, arrancan desde los 100# hilos por cm lineal hasta los 200# hilos. Hay sedas blancas y de color amarillo, estas ltimas nos permite tener una mejor calidad en la copia del original, dado que no refracta la luz. Las sedas pueden ser monofilamento o multifilamento, las "mono" son ms resistentes y mantienen en el tensado en el marco una muy buena estabilidad dimensional, diferente de las multifilamento que son de baja calidad y poca durabilidad.

PreparacinDurante la preparacin de la tcnica, la gasa debe ser unida en forma tensa al marco. La tensin en la gasa es muy importante para obtener buenos resultados. La tensin llega a variar un poco dependiendo de la resistencia de la gasa, por ejemplo si la gasa escogida es constituida de hilos ms delgados, o si la gasa se monta al marco en forma manual. La tensin sobre la superficie puede ser medida con un instrumento de medicin en newton. Una variacin usa cilindros de acero inoxidable, con minsculos poros por donde pasa la tinta, la presin se ejerce con un cilindro metlico alojado en el interior del cilindro de impresin; este modo es empleado en la estampacin textil y para fabricar las pistas de los circuitos impresos. Despus de un largo proceso de preparacin, la seda o tela queda completamente estirada y ordenada dndole forma y regularidad a la gasa.

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ProcesoComo primer paso se debe obtener un soporte textil adecuado a la tarea a realizar, dependiendo de la resolucin final del estampado, por ejemplo, para imprimir un cartel publicitario se debera usar muselina, con aprox. 20 hilos, o si se desea un dibujo minsculo se usa seda sinttica para serigrafa, debido a que esta tiene ms de 100 hilos y por tanto los orificios quedaran ms pequeos. La preparacin del bastidor es muy similar a la preparacin de lienzos para pintura al oleo, se tensa la muselina o la seda serigrafa al bastidor de madera o al marco metlico, teniendo en consideracin que el soporte textil debe quedar tensionado al punto en que no presente arrugas pero que al momento de imprimir no se rasgue, normalmente se sostiene con grapas al bastidor de madera templando de un punto a la vez y de manera cruzada, esto con el fin de que la tensin quede pareja en todas las esquinas. Los fotolitos se pueden realizar en distintos materiales, hasta hace unos aos se hacan con una lamina de acetato transparente la cual se pintaba con marcador o tinta china, otro mtodo era con fotocopias en acetato transparente, actualmente se realizan mediante impresoras trmicas diseadas exclusivamente para tal fin y que utilizan film exclusivo de alta calidad o con impresoras convencionales sobre papel bond comn, de 75gr, al cual se pinta por el revs con aceite de almendras, esto hace que el papel se torne transparente y permita el quemado de la plancha. Existen diversas emulsiones en el mercado, dependiendo de la tinta con la que se ha de imprimir, la ms comn es la emulsin fotoserigame de color azul, la cual se usa para estampar con tintas con base de agua y con base de bencina (varsol), tambin existe la emulsin roja para imprimir con tintas con base de pvc, esta no es resistente a las tintas con base en agua, estas emulsiones son activadas con bicromato de amonio. Para realizar las planchas de impresin debe hacerse en oscuridad o penumbra, o con ayuda de lmparas de seguridad. Se le adiciona a la emulsin el bicromato de amonio en la cantidad que indique el fabricante, normalmente son unas pocas gotas, cabe recordar que estos materiales son fotosensibles, lo ms recomendable es almacenarlos en un sitio oscuro o dentro de bolsas plsticas de color negro, una vez preparada la emulsin se extiende de manera pareja con una canal o una esptula sobre el bastidor con la seda tensionada y se deja secar en un sitio oscuro o con la ayuda de un secador de cabello, una vez seca, la emulsin se torna algo transparente. Para quemar las planchas se usa una fuente de luz, normalmente una mesa de dibujo para calcar, la emulsin reacciona dependiendo de la cantidad de luz por esto es importante hacer pruebas para determinar el tiempo de exposicin, habitualmente para una mesa de dibujo se expone por no ms de un minuto, tambin se puede usar el foco de un cuarto, para ello se debe exponer por aprox. 20 min o usar lmparas de cajn construidas para este fin, con varios bombillos fluorescentes. Teniendo el bastidor con la emulsin seca se ubica el fotolito, tambin llamado arte, realizado debajo de l, el objetivo es que las partes negras del fotolito no dejen pasar la luz hacia ciertas partes de la seda emulsionada, por lo tanto, en estas partes la emulsin no se curar y podr ser lavada posteriormente, hay que tener en cuenta que no debe de quedar espacio entre el fotolito y la plancha, para esto se usan libros o cualquier elemento que presione la seda sobre los fotolitos. Luego de la exposicin de la plancha se procede a revelar, en este momento se puede salir de el cuarto oscuro hacia un fregadero, suavemente se frota la seda con la mano o con un pincel, las partes que no fueron expuestas a la luz se diluirn fcilmente dejando la seda en blanco, no se debe frotar mucho porque toda la emulsin se caer. En caso de que no se revelen

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las partes de la plancha es debido a que la plancha quedo sobre-expuesta, de lo contrario si toda la plancha queda en blanco es porque quedo sub-expuesta y necesitaba mas tiempo para reaccionar. Despus del proceso de revelado hay que dejar secar la plancha, en ocasiones quedan partes en que la emulsin se ha limpiado pero que no son parte del dibujo, para esto se puede pintar usando un pincel con la emulsin sobrante, una vez seca, la plancha podr ser usada para imprimir. En caso de que se requiera recuperar una plancha arruinada se puede usar leja para diluir la emulsin as esta ya este curada.

Usosreas pequeas que forman letras sobre la gasa no son bloqueadas. El procedimiento de impresin es muy utilizado para hacer reproducciones de arte y de anuncios; en la reproduccin de obra de arte, pinturas, dibujos, carteles, etc. En el estampado de tejidos, camisetas, vestidos, telas, corbatas, material de deporte, calzado, lonas, y en todo tipo de ropa. En la impresin de plsticos. Marquesinas, paneles, elementos de decoracin, placas de sealizacin y marcaje, tableros de control, etc. En la impresin de madera y corcho, para elementos de decoracin, puestas, muebles, paneles, etc. En la impresin de calcomanas y etiquetas. Calcomanas al agua y secas, etiquetas en complejos o materiales autoadhesivos (papel y policloruro de vinilo (PVC)), calcomanas vitrificables para la decoracin de azulejos, vidrio y cermica. Decoracin de cristal, para espejos y material, para todo tipo de mquinas recreativas y de juego, y en cilndrico para frascos, botellas, envases, jeringuillas, ampollas, vasijas, etc. Para el flocado de todo tipo de materiales, en este caso el adhesivo se aplica tambin por serigrafa. En la produccin de cartelera mural de gran formato, las vallas de publicidad exterior, por la resistencia de las tintas a los rayos ultravioleta. En todo tipo de materiales para decoracin de escaparates, mostradores, vitrinas, interiores de tiendas, y, en cualquier escala, elementos de decoracin promocionales y publicitarios. Decoracin directa por medio de esmaltes y vitrificables de barro, cermica, porcelana, etc. Etiquetas en aluminio, cartulinas, cueros, tejidos, etc. Produccin de circuitos impresos. Decoracin de corcho y madera. Rotulacin y marcaje con transportadores para vehculos y material de automocin. Impresin de cubiertas para carpetas, libros, etc. Impresin de artculos mercadotcnicos. Lapiceros, llaveros, etc.

Las impresiones serigrficas pueden detectarse porque cada color tiene cierto relieve, y en los contornos de las imgenes de trazado, como los textos, si los aumentamos, aparecern con una forma que recuerda a los dientes de una sierra. Sera difcil llegar a un detalle completo de todas ellas, ya que evoluciona de forma continua precisamente por sus posibilidades de aplicacin en cualquier tipo de soporte.

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4.1.3 MTODO DIRECTOExisten dos maneras distintas para la elaboracin de PCBs por el mtodo directo: dibujar directamente sobre el lado cobrizo de la placa y a continuacin sensibilizarla positiva o negativamente;

Elaboracin por mtodo directo, placa positivaEste mtodo depende de cmo se manejen cada uno de los pasos del proceso, ya que es un mtodo tanto minucioso como delicado; INSOLACION Para este mtodo se debe: 1.-se debe de quitar el recubrimiento adhesivo de la placa fotosensible positiva 2.-coloca la cara o dibujo original sobre la placa fotosensible, se debe de determinar bien la cara de los componentes y la de las soldaduras 3.- coloca cuidadosamente la placa junto al vidrio del marco de insolacin 4.-insolar de 12 a 15 minutos si se utiliza acetato o pelcula fotogrfica Insolar de 15 a 20 minutos si se utiliza papel albanene, cebolla o myler REVELADO 1.-prepara el lquido de revelado 2.- Vaca el contenido de la bolsa de revelador AR45 y agregar 1 litro de agua, a 20 C de temperatura como mnimo. 3.-Espera a que los cristales se disuelvan completamente. 4.-Inmediatamente despus de la insolacin, sumerge la placa en el revelador y agita el recipiente de plstico. 5.-Toda la resina fotosensible que ha sido insolada, deber desaparecer en menos de un minuto. 6.- por ultimo enjuaga la placa en agua corriente. GRABADO 1.- Para realizar ms rpidamente la operacin de grabado, es necesario encender la mquina de grabado antes de la insolacin. 2.-Coloca la placa sobre el transportador de la mquina de grabado. El agente grabador corroer el cobre que no est protegido por la resina. El tiempo de grabado, con percloruro de hierro nuevo, ser de aproximadamente 45 segundos. 3.-Cuando el tiempo de grabado se haya duplicado respecto a la primera operacin de grabado, deber cambiarse el percloruro de hierro. 4.-debes de enjuagar la placa al salir esta de la mquina. ELIMINACION DE LA RESINA 1.- Se debe eliminar la resina restante con un algodn mojado con STRIPPER AR61 o con otro solvente 2.-La resina se puede dejar mientras se efecta el taladrado de la placa, para proteger el cobre. 3.-Tambin es posible eliminar la resina residual, volviendo a insolar la placa grabada y destruir la resina con los rayos ultravioletas. 4.-Sumergir la placa en el lquido revelador. 5.-El circuito est terminado, ahora podr barnizarse o estaarse.

4.2 GENERALIDADES EN LA FABRICACIN DE CIRCUITOS INTEGRADOS (MONOLTICOS Y PELICULARES)El diseo de un proyecto electrnico o prototipo se resume en las siguientes etapas: la prueba del circuito armado en protoboard, el diseo esquemtico del circuito, el diseo del circuito impreso (y fabricacin), y el ensamble de componentes y chasis. El chasis como tal es el elemento fsico de montaje de los componentes elctricos y electrnicos para su correcto ensamblaje y formacin en el trabajo aplicado como tal; este ensamblaje se distingue por:

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Las Caractersticas Generales abarcan entre otros temas las caractersticas bsicas de los materiales para su implementacin en un circuito de tal forma que este tenga una optimizacin mxima de los recursos utilizados La tablilla de montaje sirve de soporte fsico para el trazado de las pistas conductoras de cobre y colocacin y soldadura de los componentes por sus caractersticas fsicas debe ser buen aislante y resistente al fuego. Ejemplo: baquelita, fibra de vidrio, resina epoxdica, Los circuitos en la actualidad se procesan con maquinaria de alto nivel de precisin y complejidad lo que da la amplitud de elaborar circuitos elctricos de varias capas de pistas de las cuales para nuestro estudio bsico tomaremos las mas utilizadas en el medio comercial Placa de simple cara (monocapa) En este tipo de placa se encuentra la cara de componentes, donde se colocan los componentes y los conectores de entradasalida de la placa. En la parte posterior de la placa se encuentran las pistas conductoras impresas las cuales llevan los pads de los componentes para ser soldados; por su parte la cara superior de la misma placa lleva las referencias esquemticas de los componentes electrnicos que se colocaran para el trabajo del circuito.

Reglas de Diseo Emplazamiento de componentes Una de las reglas bsicas del diseo de componentes es la forma o su acomodo sobre la placa, el cual debe de ser secuenciado y en orientacin fija de cada componente pues el diseo de una placa debe poseer una simbiosis con su diagrama elctrico electrnico de cuerpos los cuales regularmente son secuenciales y al tener una secuenciacin precisa de componentes se podr cotejar mejor algn error que pudiese surgir en la placa

Diseo de pistas, nodos, padsLa determinacin de la configuracin de los circuitos y el tipo de material a utilizar en una placa electrnica nos guiaran a la conformacin de una placa realizada con pads de conexin o por medio de nodos.

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Los pads hacen referencia a un armado de componentes superficiales en las caras de la placa con lo que nos otorga beneficio de espacio y productividad contraponiendo la forma de armarla ya que al ser los componentes minsculos su soldadura se tiene que realizar forzosamente por maquinaria especializada para tal labor.

Por su parte los nodos de interconexin son barrenos pasados que permiten la llegada de los pines de conexin de los componentes electrnicos a la placa de pistas de cobre pudiendo soldar de esta manera el mismo hombre sin la necesidad de una maquinaria muy especializada para su proceso cuidado y reparacin

PAD

NODO (land)

Trazado de pistasEl trazado de pistas es esencial en el diseo de un circuito secuencial puesto que de estas depende la forma de conduccin de la corriente las limitaciones en voltaje y amperaje que pueden pasara por un punto en un determinado momento. Las pistas como tal deben de construirse sin ngulos de 90 cuando la corriente es alta o el voltaje excesivo ya que al disponerlas en ngulos de esta naturaleza puede propiciarse que la pista se funda por el paso de la energa en ese punto en especfico. Por tanto las pistas deben de ser tras puestas a ngulos de 45 con dos recodos particularmente o alineados sin que dos pistas se toquen o choquen; a su vez se pueden disponer pistas de ndole directa cuando la corriente y amperaje es baja

Aqu se muestra la forma de disposicin en la impresin de las divergentes pistas que los componentes pueden tomar para su trabajo en un circuito electrnico

Impresiones

Vas

Mtodos de diseo de circuitos impresos

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Mtodo de diseo manualPuede ser utilizado en circuitos de poca complejidad y que, por este motivo, presenten Especificaciones no muy exigentes. El diseo manual es un proceso laborioso y rutinario, en el que cualquier modificacin en el esquema obliga a desechar el material grfico.

Diseo asistido por ordenador.El paquete de software para diseo de circuitos impresos debe permitir la captura de Esquemticos, la simulacin y el diseo fsico de la placa. El programa realizar el diseo de la placa, colocacin automtica de componentes (autoplace) y posterior trazado de pistas o routing. Algunos programas de diseo de circuitos impresos son: Orcad, PcBoards, Tango, Protel..

Diseo por serigrafa

La serigrafa es una tcnica de estampacin que combina el uso de materiales y procedimientos fotogrficos con tintas especiales Transferencia del diseo a la placa

Procedimiento de dibujo directoEl traspaso del diseo a la placa se realiza de forma manual, dibujando sobre el cobre con un elemento que resista el ataque qumico

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Transferencia del diseo a la placa Procedimiento fotogrfico

Fabricacin de una placa de circuito impreso: Transferencia del diseo a la placa Ataque qumico de la placa de cobre Lavado de la placa en una cubeta llena de agua Eliminar material protector Taladrado Aplicacin de barniz para evitar oxidacin y facilitar soldadura Insercin y soldadura de componentes

Los ConductoresReciben el nombre de pistas, los cuales son los elementos de transferencia elctrica e interconexin entre pines y zcalos perimetrales; estas pistas transfieren desde seales muy discretas hasta un determinado nmero de ampers por centmetro cuadrado lo que les da su denominacin en espesor, por la forma de transferencia que se ocupa y el grado de factibilidad econmica el material ms utilizado es el cobre. Las pistas tendrn seccin rectangular por conveccin y su fcil manejo en las diversas formas de impresin de circuitos teniendo un espesor estndar de 35 micras mientras el ancho de las pistas vara entre 0.30 y 0.15 mm al igual que la separacin entre ellas, que tambin vara entre 0.30 y 0.15 mm.

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Componentes

ComponentesSegn la forma en que se montan sobre la PCB: THD: Through Hole Device

SMD: Surface Mount Device

El diseo consiste bsicamente en transformar el esquema elctrico del circuito en un plano real que contempla la colocacin y posicin de los componentes y el trazado de todas las pistas y sus puntos de interconexin o contacto, todas las entradas y salidas del circuito.

Aspectos importantes a considerar en el diseo: Condiciones de trabajo de la tarjeta Diseo apto para automatizar el proceso de montaje Anchura de las pistas conductoras y separacin entre ellas Disipacin de calor Emisin e inmunidad frente a interferencias electromagnticas

SoldaduraExisten diversos tipos de soldaduras una para cada tipo de trabajo a realizar y dependiendo de la soldadura existe una conductividad o una resistencia que ejercen un despliegue o cada de corriente, regularmente cada en ese punto, en el punto de soldado. Por ello la gran variedad de soldaduras que existen se enumeran a continuacin teniendo en un primer plano las ms comunes y de un grado de resistencia mayor a las secuentes que posen un grado optimo de conductividad en un nodo soldado mas son mucho ms caras y difciles de aplicar

AleacionesEstao-Plomo-Cadmio Estao-Plomo-Plata Estao-Plomo-Cobre Estao-Plomo Estao-Plata Estao-Oro

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Soldadura por ola ( SMD y THD)

Soldadura con pasta ( SMD )Se deposita la pasta de soldadura en las zonas de soldadura o pads, y en un proceso posterior de aplicacin de calor se fundir la pasta sobre los pines del chip, producindose la soldadura. Algo muy presente que subsiste en la elaboracion de las placas electronicas son los pasos posteriores a su imprecon y reduccion de cobre, por lo cual presentamos de forma predemeritadamente simple los pasos concretos que se deben de seguir para la culminacion de una pieza electronica

Enjuague y LimpiezaUna vez se saque la placa del acido hay que enjuagarla con abundante agua para que el acido no la sigua comiendo, luego conviene secarla con un trapo limpio. Una vez seca, se empapara el tner con acetona y se rascara con un cepillo de dientes o con la lana de acero, eliminando as todo el tner de la placa.

Marcado de TaladrosCon una puntilla fina o punzn y un martillo vamos marcando los orificios donde se taladrara. No consiste en taladrar la placa con la puntilla, solo de hacerle una marquita para que la broca no patine y corte las pistas.

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Taladro de la PlacaUna vez listas las marcas, procederemos a taladrar la placa, para lo cual usaremos un taladro que acepte brocas de 1mm. Si la broca quedase pequea y no fuera agarrada por el taladro, pueden colocar un trozo de cinta aislante.

Eliminar RebabasCon un trozo de lana de acero se le da a toda la placa por delante y por detrs para evitar pinchazos con los trozos de cobre y procuraremos que quede lisa. Luego la limpiaremos de nuevo con acetona y un trapo limpio .

Soldadura de componentesAhora que vamos a soldar hay que mantener la punta del soldado (cautn) limpia, y que vayan soldando los componentes de los ms pequeos (resistencias, zcalos, etc...) a los ms grandes. Se aplicara un poco de pasta en la zona a estaar, tras lo cual se pondr un pequeo punto de soldadura en la placa sin el componente cuidando que quede especficamente sobre el agujero donde entrara el pin del componente. Una vez que ya este realizado el paso anterior, se coloca el componente sobre el nodo a los nodos estaados, tras lo cual se calientan ejerciendo a su vez un poco de presin en el componente para que este entre en el nodo quedando unidos por la soldadura. Solo para verificar que la soldadura haya quedado bien realizada, se deber de dar unos pequeos golpecitos al pad determinando que la soldadura quedo bien unida a ambos elementos; si esta se cae o llega a separarse de alguno de los dos elementos (placa o componente) la soldadura se determina como mal hecha y se tendr que volver a realizar el proceso de soldado limpiando previamente el nodo a soldar antes de volver a realizar todo el proceso

4.3 PROCESO DE FABRICACIN DE CERMICOSLa cermica (palabra derivada del griego keramikos, "sustancia quemada") es el arte de fabricar recipientes, vasijas y otros objetos de barro, loza y porcelana. Tambin es el nombre de dichos objetos. El trmino se aplica de una forma tan amplia que ha perdido buena parte de su significado. No slo se aplica a las industrias de silicatos (grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen ms del 95% de la corteza terrestre), sino tambin a artculos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, con suficiente temperatura como para dar lugar al sinterizado. Este campo se est ampliando nuevamente incluyendo en l a cementos y esmaltes sobre metal.

4.3.1 PROCESOS DE FABRICACIN DE CERMICA PIEZOELCTRICA IntroduccinUn material ferroelctrico es aquel que espontneamente posee una polarizacin elctrica cuyo sentido se puede invertir mediante aplicacin de un campo elctrico externo suficientemente alto (histresis ferroelctrica) Un material piroelctrico desarrolla un campo elctrico cuando se calienta.

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Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energa de entrada, en otra de diferente a la salida. Son transductores piezoelctricos aquellos que basan su funcionamiento en el fenmeno de la piezoelectricidad. Para su fabricacin se utilizan materiales cermicos como el Titano de Bario, aunque en un principio se usaban el Cuarzo o la Sal de Rochelle. Mediante el efecto piezoelctrico directo a travs de una fuerza externa se logra un desplazamiento de cargas lo que induce una corriente de desplazamiento y sta un campo elctrico. ste es el fundamento de, por ejemplo, los micrfonos piezoelctricos. Mientras que los altavoces piezoelctricos aprovechan el efecto piezoelctrico inverso, mediante el cual a travs de un campo elctrico (DDP externo) se produce una deformacin mecnica, que convenientemente aprovechada, puede llegar a emitir sonidos. Existen numerosos aparatos que deben su funcionamiento al proceso de transduccin piezoelctrica, como los acelermetros, mandos a distancia por ultrasonidos, ciertos sistemas sonar y muchos ms aparte de los mencionados anteriormente. Un material piezoelctrico es aquel que, debido a poseer una polarizacin espontnea, genera un voltaje cuando se le aplica presin o, inversamente, se deforma bajo la accin de un campo elctrico. Cuando el campo elctrico aplicado es alterno, este produce una vibracin del piezoelctrico. Estos materiales encuentran un rango amplio de aplicaciones, principalmente como sensores -para convertir un movimiento en una seal elctrica o viceversa-. Estn presentes en micrfonos, generadores de ultrasonido y medidores de presin. Todos los ferroelctricos son piezoelctricos, pero hay muchos piezoelctricos cuya polarizacin espontnea puede variar pero no es invertible y, en consecuencia, no son ferroelctricos. Si un material piezoelctrico es expuesto a una tensin elctrica, experimentar una deformacin mecnica. Estos dos fenmenos se estimulan mutuamente. Es decir, que si se golpea o deforma un material con cualidades piezoelctricas, esa deformacin provocar un voltaje que a su vez deformar el material, generando nuevamente una tensin elctrica, y as sucesivamente.

HistoriaEl efecto piezoelctrico o piezoelectricidad fue descubierto en 1880 por los hermanos Curie y P. Langevin lo puso en prctica por vez primera en sonares durante la I Guerra Mundial. Langevin, en ese entonces, utiliz cuarzo asociado a masas metlicas para generar ultrasonidos en el rango de algn KHertzs. Tras la Primera Guerra Mundial debido a la dificultad para excitar transductores construidos con cuarzo, debido a su demanda de alta tensin, comenzaron las investigaciones con materiales sintticos piezoelctricos. En las dcadas del 40 y 50, estos esfuerzos llevaron a la fabricacin de las primeras cermicas piezoelctricas, de Titanato de Brio por la antigua URSS y Japn, y de Titanato Zirconato de Plomo (PZTs) por los EUA. El desarrollo de las cermicas piezoelctricas fue revolucionario. Ellas, adems de presentar mejores propiedades que los cristales despus de polarizadas, tambin presentaban geometras y dimensiones ms flexibles, ya que son fabricadas a travs de la sinterizacin de polvos cermicos, conformados mediante prensado o extrusin. Actualmente los materiales piezoelctricos predominantes en el mercado son las cermicas piezoelctricas tipo PZT con sus diversas variaciones. Otras como las compuestas por PT (PbTiO3) y el PMN (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3) son utilizadas en dispositivos que con caractersticas especiales, como los transductores para alta temperatura.

FuncionamientoLas cermicas piezoelctricas son cuerpos macizos semejantes a las utilizadas en isoladores elctricos, ellas estn constituidas por innumerables cristales ferroelctricos microscpicos llegando a denominarse como policristalinas. Particularmente en las cermicas del tipo PZT, esos pequeos cristales poseen estructuras cristalinas tipo Perovskita, pudiendo presentar simetra tetragonal, rombodrica o cbica simples, teniendo en cuenta la temperatura en la que el material se encuentre. Estando por debajo de una temperatura crtica, conocida como Temperatura de Curie, la estructura Perovskita presentar la simetra tetragonal donde el centro de simetra de las cargas elctricas positivas no coincide con el centro de simetra de las cagas negativas, dando origen a un dipolo elctrico. La existencia de este dipolo provoca que la estructura cristalina se deforme en presencia de un campo elctrico y genere un desplazamiento elctrico cuando es sometida a una deformacin mecnica, caracterizando el efecto piezoelctrico inverso y directo respectivamente. La deformacin mecnica o la variacin del dipolo elctrico de la estructura cristalina de la cermica no necesariamente implican efectos macroscpicos, ya que los dipolos se organizan en dominios, que a su vez se distribuyen aleatoriamente en el material policristalino. Para que ocurran manifestaciones macroscpicas es necesario una orientacin preferencial de estos dominios, conocida como polarizacin.

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Inclusive esta polarizacin se desvanece con el tiempo y el uso, inutilizando el material para la transformacin de energa elctrica en mecnica.

Fabricacin de piezoelctricosResumen: procedimiento para la fabricacin de materiales cermicos piezoelctricos a partir de materias primas reactivas. Comprende las siguientes operaciones: primera, se mezclan soluciones de sales orgnicas, inorgnicas o mezclas de ambas, de los siguientes cationes pb2b, la3b, zr4b y ti4b, para formar una solucin nica a la que se aade un agente precipitante adecuado, lo que provoca la precipitacin secuencial de los distintos cationes en forma de hidrxidos; segunda, durante el proceso de precipitacin se agita la mezcla formada, para obtener un material amorfo que se separa mediante filtracin y lavado; tercera, el material amorfo una vez seco se partcula y precalcina a una temperatura comprendida entre 500 y 550 grados, obtenindose un compuesto cermico pulvurulento que se homogeniza en medio hmedo y posteriormente se seca y prensa o extrusiona por mtodos habituales; y por ltimo, el material prensado o extrusionado se sintetiza a una temperatura comprendida entre 1150 y 1250 grados. Los materiales piezoelctricos de titanato de bario, se fabrican por procesos cermicos, y se los polariza enfrindolos desde temperaturas superiores a las de Curie, en un campo elctrico intenso. Se usan como transductores; su sensibilidad piezoelctrica es algo inferior a la sal de Rochelle, pero tienen otras ventajas como: gran resistencia mecnica, resistencia a la humedad, y posibilidad de usarse dentro de un rango de temperaturas mayor, (hasta los 70C de temperatura; para temperaturas superiores puede usarse el titanato de plomo). Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carcter piezoelctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroelctricos, que presentan propiedades piezoelctricas tras ser sometidos a una polarizacin (tantalio de litio, nitrato de litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cermicas o polmeros polares bajo forma de microcristales orientados). Funcionamiento

La clula unitaria de cuarzo (SiO2) est compuesta por 6 tomos de oxigeno, con dos cargas negativas cada uno, y 3 de silicio con cuatro cargas positivas cada uno. La proyeccin del hexgono atmico (Figura 1) muestra los 3 tomos de silicio, y solo 3 de los 6 de oxgeno, dado que ellos se superponen 2 a 2. Si se ejerce una presin, por ejemplo, en el sentido indicado por las flechas, se producen una deformacin de la clula; un desplazamiento de las cargas, y el equilibrio elctrico resulta alterado. Como consecuencia aparecen cargas de signo opuesto en la parte superior e inferior de la clula esquematizada. Muchas sustancias cristalinas poseen propiedades piezoelctricas, pero solamente algunas se usan a escala industrial; entre stas, el cuarzo, la Sal de Rochelle, el titanato de bario, el fosfato dihidrogenado de amonio (ADP), etc... De los cristales piezoelctricos se cortan lminas que se usan fundamentalmente como patrones (o controles) de frecuencia, o como transductores. Estas lminas, que se cortan siguiendo determinadas reglas, vinculadas a los ejes cristalogrficos, se suelen llamar simplemente cristales.

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Aplicaciones Las principales aplicaciones de las cermicas piezoelctricas son: Equipos mdicos de imagen por ecografa Medidores de nivel y distancia por pulso-eco (los sensores de estacionamiento automotivos son ultrasnicos). Equipos de limpieza por ultrasonidos Sensores de vibraciones y acelermetro Mquinas de soldadura por ultrasonidos Transductores por ultrasonidos para ensayos no destructivos (END) Actuadores y motores piezoelctricos

4.3.2 PROCESO DE FABRICACIN DE CERMICA FERROELCTRICAUn material ferroelctrico es aquel que espontneamente posee una polarizacin elctrica cuyo sentido se puede invertir mediante aplicacin de un campo elctrico externo suficientemente alto (histresis ferroelctrica). Estos materiales exhiben mltiples propiedades derivadas de su polarizacin espontnea, en ausencia de un campo elctrico externo, y de la posibilidad de su inversin (memorias de ordenador). La polarizacin espontnea puede modificarse mediante campos elctricos (electrostriccin) o de tensiones mecnicas (piezoelectricidad) externos y mediante variaciones de la temperatura (piroelectricidad). La polarizacin espontnea y su capacidad de modificacin son tambin el origen de la alta constante dielctrica o permitividad de los ferroelctricos, que tiene aplicacin en condensadore. Todos los ferroelctricos son piezoelctricos, pero hay muchos piezoelctricos cuya polarizacin espontnea puede variar pero no es invertible y, en consecuencia, no son ferroelctricos.

FABRICACION DE LOS FERROELECTRICOSLas tecnologas de la fabricacin para todos los materiales de cermica electrnica tienen los mismos pasos de procesado bsicos, sin importar el uso: preparacin del polvo, procesado de dicho polvo, green forming, y la densificacin .

Preparacin del polvo de la cermicaLa meta en la preparacin del polvo es alcanzar un polvo de cermica que rinda en un producto que satisfaga los estndares de funcionamiento especificados. Los ejemplos de los mtodos ms importantes de la preparacin del polvo para la cermica electrnica incluyen mezcla/calcinacin, la co-precipitacin de solventes, el procesado hidrotrmico, y la descomposicin orgnica del metal. La tendencia en sntesis del polvo est encaminada hacia los polvos que tienen tamaos de partcula menos de 1 milmetro y poco o nada de aglomeraciones duras para la reactividad y la uniformidad realzadas. Mezclar los componentes seguidos de una calcinacin y despus molerlos es el mtodo ms utilizado en la preparacin del polvo. El proceso de mezcla y calcinacin es directo, y en el general, el uso ms rentable de los bienes de equipo. Sin embargo, la calcinacin de alta temperatura produce un polvo aglomerado que requiere ser molido. La contaminacin de medios que muelen y la guarnicin del molino en el paso que muele pueden crear defectos en el producto manufacturado en forma de inclusiones mal sinterizadas o de modificaciones indeseables del compuesto. Adems, es difcil alcanzar la homogeneidad, la estequiometra, y las fases deseadas para la cermica de composicin compleja.

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Co-precipitacinEs una tcnica qumica en la cual los compuestos son precipitados de una solucin precursora por la adicin de un agente de precipitacin, por ejemplo, un hidrxido. La sal del metal entonces se calcina a la fase deseada. La ventaja de estas tcnicas frente a la tcnica de mezcla + calcinacin es que la mezcla de los elementos deseados se alcanza fcilmente, permitiendo as temperaturas ms bajas. Las limitaciones son que el paso por la calcinacin puede dar lugar de nuevo a la aglomeracin de polvo fino y a la necesidad de moler. Un problema adicional es que los iones usados para proporcionar las sales solubles (por ejemplo, los cloruros del metal) pueden rezagarse en el polvo despus de la calcinacin, afectando las caractersticas en el material sinterizado.

Proceso hidrotrmicoUtiliza agua caliente bajo presin (sobre 100C) para producir los xidos cristalinos. Esta tcnica se ha utilizado extensamente en el procesado de formacin del Al2O3 (proceso de Bayer), pero todava no para otros polvos electrnicos. Se espera que la situacin cambie. La ventaja principal de la tcnica hidrotrmica es que los polvos cristalinos de estequiometria deseada y las fases se pueden preparar en las temperaturas perceptiblemente inferiores a las requeridas para la calcinacin. Otra ventaja es que la fase de la solucin se puede utilizar para mantener las partculas separadas y para reducir al mnimo la aglomeracin. La limitacin principal del proceso hidrotrmico es la necesidad de las materias de base de reaccionar en un sistema cerrado para mantener la presin y para prevenir hervir la solucin.

La descomposicin orgnica del metal (MOD)Es una tcnica de sntesis en la cual metal que contiene los productos qumicos orgnicos reacciona con agua en un solvente no acuoso formando un hidrxido del metal o un xido acuoso, o en los casos especiales, un xido de metal anhidro. Las tcnicas de la MOD se pueden tambin utilizar para preparar los polvos del nonoxida. Los polvos pueden requerir la calcinacin para obtener la fase deseada. Una ventaja importante del mtodo MOD es el control sobre la pureza y la estequiometria que pueden ser alcanzadas. Dos limitaciones son: el control de la atmsfera (si est requerido) y costo de los productos qumicos. Sin embargo, el coste de productos qumicos orgnicos del metal est disminuyendo con el mayor uso de las tcnicas MOD.

Procesado del polvoUna pauta bsica de la fabricacin del polvo es que el procesado debe ser tan simple (el menor) como sea posible para alcanzar los estndares de funcionamiento apuntados. La fabricacin del polvo de cermica es un proceso iterativo durante el cual los contaminantes indeseables y los defectos pueden entrar en el material en cualquier etapa. Por lo tanto, es la mejor opcin mantener el esquema de proceso del polvo tan simple como sea posible manteniendo la flexibilidad. Los factores incontrolables tales como cambios en las caractersticas de los polvos se deben acomodar en el proceso de la hornada del material. Mantener el proceso simple no es siempre posible: cuanto ms complejo el sistema material, ms complejos son los requisitos del proceso. Un requisito fundamental en el procesado del polvo es la caracterizacin de los polvos recibidos. Muchos surtidores del polvo proporcionan la informacin y vierten densidades, distribuciones de tamao de partcula, reas superficiales especficas, y anlisis qumicos. Los datos de la caracterizacin proporcionados por los surtidores se deben comprobar y aumentar ms lejos en lo posible con la caracterizacin interna. El comportamiento uniaxial de la compactacin de la caracterizacin, en detalle, se mide y proporciona fcilmente con datos en la naturaleza de las aglomeraciones en un polvo.

Formacin del Verde (green forming)La formacin del verde es uno de los pasos ms crticos de la fabricacin de la cermica electrnica. La opcin de esta tcnica depende de la ltima geometra requerida para un uso especfico. Hay muchas y diversas maneras de formar la cermica verde, varias de las cuales se resumen en la tabla 3. Los condensadores de mltiples capas requieren la preparacin y apilar las hojas de cermica de dos dimensiones para obtener una capacitancia grande en un volumen pequeo. Las tcnicas usadas para preparar las hojas de dos dimensiones de cermica verde, incluyendo el bastidor de la cinta, se discuten ms adelante bajo proceso de la cermica de mltiples capas.

Conformado uniaxialEs el mtodo usado lo ms extensamente posible para impartir forma a los polvos de cermica. Las carpetas, los lubricantes, y otros aadidos se incorporan a menudo en polvos de cermica antes de presionar para proporcionar fuerza y as asistir a la compactacin de la partcula. Las geometras simples tales como substratos rectangulares para los paquetes del circuito integrado (IC) se pueden hacer por conformado con presin uniaxial.

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Presionado isosttico en fro (CIP).Formas ms complejas se pueden hacer por presionado isosttico en fro (CIP). El CIP utiliza moldes de goma deformable de la forma requerida para contener el polvo. El CIP no se automatiza tan fcilmente como la tcnica anteriormente comentada, y hay que encontrarle un uso ms amplio en la preparacin de formas ms complejas como aisladores del enchufe de chispa.

Bastidor coloidalEl bastidor coloidal se ha utilizado para hacer formas complejas en la industria del whiteware durante muchos aos. El otro trabajo ha demostrado que el bastidor coloidal se puede utilizar para producir los materiales de cermica electrnicos que tienen fuerza excepcional porque las aglomeraciones duras se pueden eliminar en la suspensin. El bastidor coloidal utiliza un molde poroso en el cual las partculas finas en una suspensin coloidal se acumulan debido a las fuerzas capilares en la superficie de la pared del molde. El embalaje relativamente denso de las partculas, aproximadamente un 60% de densidad terica, puede ser alcanzado. Cabe destacar que los agregados duros se pueden eliminar del coloide por la seleccin y el procesado conveniente del polvo.

ExtrusinAdems de ser la tcnica de formacin preferida para las barras y los tubos de cermica, el procesado de extrusin se utiliza para fabricar las lminas verdes gruesas usadas en muchos componentes electrnicos. El grueso ms pequeo para las lminas verdes preparadas por tcnicas de la protuberancia es cercano a los 80 milmetros. Los aadidos orgnicos similares a sos usados en el bastidor de la cinta se emplean para formar una masa plstica de la alta viscosidad que conserve su forma cuando est sacada. El aparato de la protuberancia, demostrado esquemticamente en el cuadro 4, consiste en una tolva para la introduccin de la masa plastificada, un compartimiento de ventilacin, y un screw-type o el embolo tipo barril del transporte en el cual la presin se genera para el paso de la masa plstica a travs de un dado de la geometra deseada. La masa plstica se saca sobre una correa del portador y se pasa a travs de los secadores para relajar la tensin plstica restante despus de la protuberancia. La hoja verde puede ser estampada o cortada en cubitos para formar discos, las obleas, u otras formas.

Moldeado por inyeccinEl moldeado por inyeccin se satisface particularmente a la produccin en masa de formas complejas pequeas con las secciones transversales relativamente pequeas. Se mezclan los polvos usando los polmeros termoplsticos y otros aadidos orgnicos. Una masa fundida integrada por el sistema de cermica y termoplstico de la carpeta se inyecta va un estirador calentado en un molde refrescado de la forma deseada. Los fragmentos pueden ser reciclados porque los polmeros termoplsticos pueden ser calentados reversibles. Los moldes pueden ser relativamente costosos as que el moldeado de inyeccin se satisface lo mejor posible a la preparacin de una gran cantidad de piezas nicas.

DensificacinLa densificacin requiere generalmente altas temperaturas para eliminar la porosidad en cermica verde. Las tcnicas incluyen la sinterizacin sin presin, presin en caliente, y presionar isostticamente en caliente (HIP). La sinterizacin es usada lo ms extensamente posible debido a la comodidad de uso y economa. La presin en caliente se limita a las formas relativamente simples mientras que formas ms complejas se pueden consolidar usando la HIP. La sinterizacin se utiliza para la mayora de las cermicas electrnicas. La presin en caliente y la HIP, que emplean la presin y altas temperaturas, se utilizan para consolidar la cermica en la cual el movimiento de la dislocacin (que conduce a la eliminacin del poro) es inactivo. Ambas tcnicas son particularmente tiles para los materiales del nonoxide tales como nitruro de silicio y el carburo del silicio. Las precauciones especiales se utilizan a menudo en la sinterizacin de la cermica electrnica. Las tarifas de calefaccin y los tiempos de asimiento en la temperatura mxima son crticos al desarrollo y al control microestructural del tamao de grano. Los ciclos de la sinterizacin pueden incluir el recocido intermedio de la temperatura o el enfriamiento controlado para evitar tensiones residuales o para evitar transformaciones deletreas de la fase. El control de la atmsfera puede ser importante para prevenir la prdida de componentes voltiles o evitar reacciones de la reduccin. En la produccin continua, la quemadura secuencial (orgnicos) y la sinterizacin pueden ocurrir en el mismo horno, requiriendo temperatura compleja, completa en un ciclo, incluso para los dispositivos relativamente simples. Los dispositivos complejos tales como circuitos de la pelcula gruesa y cermica de varios componentes monoltica pueden requerir la fabricacin secuencial y los pasos de la sinterizacin.

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4.4 DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALES EMPLEADOS EN LA INGENIERA

IntroduccinEl progreso tecnolgico se encuentra estrechamente unido al desarrollo de nuevos materiales. Tan es as que clasificaciones como Edad de Piedra y Edad de Hierro se basan en el material principal con que se fabricaban utensilios y herramientas en un periodo histrico determinado. Con el paso del tiempo, la cantidad de materiales disponibles ha ido en aumento. Con el advenimiento de la Revolucin Industrial, las mquinas empezaron a ser la base de una nueva economa y esto sigue siendo as hasta nuestros das. Sin embargo, en aos recientes las mquinas han sufrido un cambio cualitativo como tambin lo han sufrido los materiales de inters. Hasta el siglo XIX lo ms importante en un material eran sus propiedades mecnicas. Hoy en da, la tecnologa electrnica que ha transformado el mundo ha llevado el inters fundamental a las propiedades electrnicas. Las propiedades mecnicas de los materiales nos indican qu tan bien soporta un material las fuerzas que se aplican sobre l. A nivel microscpico, estas propiedades son originadas por la forma en que los tomos de un material se enlazan entre s. En cambio, las propiedades electrnicas de los materiales son originadas por la forma en que los electrones de un material reaccionan frente a una excitacin. Entre stas se clasifican las propiedades elctricas, magnticas, pticas y trmicas, es decir, aqullas que tienen que ver con los campos elctricos, magnticos, electromagnticos y con el calor.

MetalesLos metales fueron los primeros materiales que revolucionaron la forma de vivir de los pueblos primitivos. En la naturaleza, rara vez se encuentran en forma pura, por lo que tuvieron que desarrollarse mtodos para separarlos de sus xidos. Hoy en da, siguen siendo una de las categoras de materiales ms importante, si no es que la ms importante. Los metales resultan insustituibles en muchas aplicaciones debido a sus peculiares propiedades mecnicas y electrnicas. Los metales, en su estado natural, son relativamente blandos; es decir, muy fciles de deformar. Sin embargo, existen tratamientos por medio de los cuales puede conseguirse que aumenten su dureza. A este tipo de procedimientos se les conoce como procesos de fortalecimiento. Tambin pueden crearse aleaciones; esto es, mezclas de distintos metales y otros elementos que sean ms duros que sus componentes originales. Todo procedimiento que aumente la dureza de un metal, disminuir necesariamente su tenacidad. Sin embargo, la dureza y tenacidad de la mayora de las aleaciones se encuentran en el intervalo ptimo. Esta es la razn por la que una lata, fabricada a base de una aleacin metlica, resiste mejor la cada que otros objetos ms duros o ms tenaces. Debido a esto, las aleaciones metlicas se usan sistemticamente para fabricar los componentes estructurales de la mayora de las mquinas. Entre estas destaca el acero, una aleacin de hierro y carbono con pequeas cantidades de otros elementos, que ocupa un lugar privilegiado en este mbito de aplicacin. Los enlaces entre los tomos de los metales son tales que permiten a los electrones moverse libremente a travs de todo el material. Por esto, los metales son excelentes conductores de la electricidad y por supuesto, tambin del calor. Esta es la razn de que los cables que llevan la electricidad a nuestros hogares sean de metal, as como tambin los disipadores de calor que se utilizan obligadamente en la mayora de los dispositivos electrnicos. Ciencia e ingeniera de materiales Los primeros materiales utilizados por el ser humano se tomaban directamente de la naturaleza, como la madera y la piedra. Posteriormente, se desarrollaron procedimientos ms sofisticados que consiguen extraer del mundo natural aquello que ste no nos proporciona directamente. A esta categora pertenece la tecnologa de extraccin de metales a partir de sus xidos o del silicio a partir de la arena. La siguiente etapa consiste en combinar distintos materiales de modo que se puedan manipular sus propiedades en forma consciente y planeada. Ejemplo de esta etapa es la impurificacin del hierro para aumentar su dureza o la impurificacin del silicio para poder fabricar dispositivos semiconductores. El proceso por medio del cual se disean nuevos materiales se conoce como ingeniera de materiales (materials engineering). Los ingenieros que se dedican a esta actividad requieren de firmes conocimientos en el campo de la fsica y la qumica. Mientras mayor sea el nivel de sofisticacin del material que se est diseando, mayor ser la necesidad de profundizar en estos campos. El incremento de estos conocimientos se encuentra a cargo de cientficos especializados en el estudio de los materiales, quienes estudian los fenmenos fsicos y qumicos relacionados con sus propiedades. Este campo de la investigacin cientfica se conoce como ciencia de materiales (materials science).

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INNOVACIN EN MATERIALESEl desarrollo de nuevos materiales va dejando obsoletas las clasificaciones tradicionales de los materiales, y las lneas de investigacin abiertas son mltiples. Los nuevos materiales con que conviviremos en nuestra vida diaria durante el siglo XXI se desarrollarn a medida, con el fin de obtener un material con unas propiedades adecuadas para una aplicacin determinada y sern "nano", inteligentes y biomimticos, as como energticamente ms eficientes, reciclables y menos txicos a favor del medio ambiente y el desarrollo sostenible. La nanotecnologa es uno de los novedosos campos que promete cambios espectaculares en la fabricacin de nuevos materiales. La nanotecnologa es la ciencia de fabricar y controlar estructuras y mquinas a nivel y tamao molecular, capaz de construir nuevos materiales tomo a tomo. Su unidad de medida, el nanmetro, es la milmillonsima parte de un metro, 10 -9 metros. Algunos de estos dispositivos se utilizan en la actualidad, como por ejemplo los nanotubos, pequeas tuberas conformadas con tomos de carbono puro para disear todo tipo de ingenios de tamao nanoscpico. Los nanomateriales son materiales a nanoescala. Materiales con caractersticas estructurales de una dimensin entre 1-100 nanometros, pueden ser clasificados en nanopartculas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximacin desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construccin de bloques de materiales son diseados y ensamblados de forma controlada. Muchos de estos avances los estn llevando a cabo empresas norteamericanas pequeas y medianas en colaboracin con empresas lderes. Existen tres categoras bsicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y desarrollo: xidos metlicos, nanoarcillas (para reforzar plsticos) y nanotubos de carbono (para agregar conductividad a varios materiales). Los que ms han avanzado desde el punto de vista comercial son las nanopartculas de xido metlico. Los metamateriales, material que obtiene sus propiedades de su estructura y no de su composicin: es decir, son compuestos ordenados cuyas propiedades fsicas son distintas a las de sus constituyentes. Este trmino se utiliza, sobre todo, cuando el material al que se hace referencia tiene propiedades que no se encuentran en materiales presentes en la naturaleza. Dentro del electromagnetismo se suele identificar con tal nombre a aquellos que presentan coeficientes de refraccin negativos (metamateriales "doble negativos" o "zurdos"). Algunos de ellos se fabrican con tcnicas de nanotecnologa similares a las que se usan para fabricar micromquinas y circuitos integrados. Una ventaja de estos metamateriales es que con ellos se podran fabricar lentes planas que permitiran enfocar la luz en reas ms pequeas que la longitud de onda de la luz, con lo que podran conseguirse aplicaciones en el terreno de la ptica o de las comunicaciones totalmente inditas. Una de estas posibles aplicaciones seran los ordenadores pticos, muchsimo ms potentes y rpidos que los actuales, aunque su desarrollo se encuentra todava en una fase muy preliminar. Los materiales inteligentes revolucionarn la forma de concebir la sntesis de materiales, puesto que sern diseados para responder a estmulos externos, extender su vida til, ahorrar energa o simplemente ajustarse para ser ms confortables al ser humano. As, las investigaciones en nanomateriales permitirn en el futuro, por ejemplo, sistemas de liberacin de frmacos ultra-precisos, nanomquinas para microfabricacin, dispositivos nanoelectrnicos, tamices moleculares ultra-selectivos y nanomateriales para vehculos de altas prestaciones. Los materiales inteligentes podrn replicarse y repararse as mismos, e incluso, si fuera necesario, autodestruirse, reducindose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Entre los materiales inteligentes que se estn investigando se encuentran los msculos artificiales o los materiales que "sienten" sus propias fracturas. Por su parte, los materiales biocinticas buscan replicar o "mimetizar" los procesos y materiales biolgicos, tanto orgnicos como inorgnicos. Los investigadores que trabajan en este tipo de materiales persiguen un mejor conocimiento de los procesos utilizados por los organismos vivos para sintetizar minerales y materiales compuestos, de manera que puedan desarrollarse, por ejemplo, materiales ultraduros y, a la vez, ultraligeros. Los materiales invisibles: son especies y subespecies de materiales que no estn a la vista, pero que constituyen la esencia de multitud de dispositivos y productos que cada vez nos parecen ms indispensables. Su utilidad reside no tanto en sus propiedades mecnicas como en sus propiedades qumicas, magnticas, pticas o electrnicas. Aunque representen una pequea parte de los dispositivos en los que actan, cumplen en ellos un papel estelar. Entre estos materiales invisibles, destacan los empleados en las bateras, en las pantallas planas de ordenadores, telfonos mviles, paneles electrnicos y otros dispositivos, o en las pelculas sensibles a los rayos-X.

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