Tecnología de Serigrafía

Características de las Tintas Serigráficas

• Color: Factor visual primordial.
• Coste: Impacto económico en la producción.
• Viscosidad: Propiedad reológica clave para la transferencia.
• Punto de Inflamación: Importante para la seguridad y manejo.
• Tiempo Máximo de Almacenamiento: Vida útil de la tinta.
• Resistencia a los Baños Galvánicos: Crucial para procesos posteriores en PCB.
• Definición: Capacidad de reproducir detalles finos.
• Reproducibilidad: Consistencia entre impresiones.

Parámetros a Regular en la Máquina de Serigrafía

• Presión: Debe ser uniforme en toda la pasada de la rasqueta.
• Ángulo de Ataque: Generalmente entre 60º o 70º.
• Velocidad de Avance: Debe ser constante para asegurar un depósito uniforme.

Impresión Serigráfica: Definición

Proceso de depósito de tintas sobre una superficie plana, haciéndolas pasar a través de una tela cuyas mallas solo están abiertas por la zona de interés (el diseño a imprimir).

Pasos del Proceso de Impresión Serigráfica

1. Obtención de máscaras (fotolitos).
2. Fabricación de la pantalla:
   • Selección del marco.
   • Selección del tejido.
   • Montaje, tensado y fijación del tejido.
3. Emulsionado o Clisado: Proceso de obturar con una emulsión fotosensible resistente las zonas de la pantalla por donde no se desea que pase la tinta. Métodos comunes: directo, indirecto, directo-indirecto.
4. Insolación, revelado y secado de la pantalla emulsionada.
5. Preparación de las tintas según especificaciones.
6. Impresión: Puede ser manual o automática.
7. Estabilización (curado) de las tintas impresas.
8. Fabricación del producto final (integración en el proceso general, ej. PCB).

Factores que Intervienen en una Buena Impresión

• Separación Malla-Soporte (Off-contact): Distancia entre la pantalla y el sustrato.
• Paralelismo Malla-Soporte: Asegura una presión uniforme.
• Ángulo de Ataque de la Rasqueta: Influye en el depósito de tinta.
• Velocidad de Avance Uniforme: Clave para la consistencia.

Pantallas y Telas Serigráficas

Las pantallas serigráficas constan de un marco sobre el que se tensa un tejido de malla.

Marcos

Estructuras robustas que permiten la fijación y tensado del tejido. Deben presentar características como:

• Resistencia a la torsión.
• Resistencia a la ondulación.
• Resistencia al agua y al calor.
• Resistencia química (a tintas y solventes).
• Estabilidad dimensional.

Tipos comunes de materiales para marcos: madera, acero inoxidable, aluminio, duraluminio.

Tejidos

Elemento que condiciona directamente las características y la calidad de la impresión.

• Tipos de Material:
  • Naturales: Seda (histórico, menos común hoy).
  • Sintéticos: Poliéster (más común), Nailon.
  • Metálicos: Acero inoxidable, níquel (para aplicaciones específicas).
• Homogeneización: Proceso para la eliminación de los revestimientos protectores que traen de fábrica. Antes de la limpieza, se puede tratar con Carburo de Silicio (SiC).
• Propiedades Clave de los Tejidos:
  • Textura: Ancha, semitupida, tafetán o tupida (tipo de tejido).
  • Tamaño Mesh (Lineatura): Número de hilos por pulgada o cm lineal (mesh = nº hilos / 2.54 cm). Un ángulo de trama recomendado respecto al diseño es de 22º o 45º para evitar moiré.
  • Diámetro del Hilo: Fino, medio, grueso. Influye en la apertura de malla y el depósito de tinta.
  • Apertura de Malla (Área Abierta %): Fo = (w² / (w + d)²) * 100%, donde w = separación entre hilos (apertura), d = diámetro del hilo. Determina el paso de tinta y la resolución.

Obtención de la Pantalla Serigráfica Preparada

1. Elección del Marco: La superficie total debe ser de 2 a 4 veces mayor que la del circuito o diseño a imprimir. Este se coloca centrado en la pantalla.
2. Elección del Tejido: Depende del número de mesh requerido, la superficie útil, el número de circuitos a serigrafiar por pantalla y el tipo de tinta. Ejemplos de lineatura (hilos/cm) según aplicación:
   • Marcado de componentes: Baja lineatura.
   • Reserva de grabado/soldadura (Solder Mask): Lineatura media.
   • Galvanoplastia / Pistas finas: Alta lineatura.
3. Montaje, Tensión y Fijación del Tejido: Se requiere una tensión homogénea y adecuada. El ángulo mesh (ángulo que forman los hilos de la tela con las líneas del diseño) idealmente es de 45º para minimizar el efecto moiré.
4. Limpieza y Desengrasado de las Pantallas: Fundamental para una buena adherencia de la emulsión.
5. Emulsionado de las Pantallas: Aplicación de una emulsión fotosensible para bloquear las zonas por donde no debe pasar la tinta. El procedimiento más preciso es el Directo-Indirecto: Se aplica una película capilar (no fotosensible sobre soporte de poliéster) a la pantalla húmeda. Luego, se seca y se puede aplicar una capa adicional de emulsión líquida fotosensible. Pasos posteriores: Exposición, revelado y eliminación del soporte de poliéster. Ofrece resolución y adherencia altas.
6. Insolación: Exposición de la pantalla emulsionada a luz UV a través del fotolito (máscara). La luz endurece la emulsión en las zonas expuestas.
7. Revelado y Secado: Se elimina la emulsión no expuesta (zona del diseño) con agua.
   • Método directo: Agua a ~35°C, seguido de secado y endurecido final (puede requerir tiempo prolongado).
   • Método directo-indirecto: Revelado según especificaciones del fabricante (a veces con disoluciones específicas, ej. peróxido de hidrógeno diluido para algunas películas capilares).
8. Recuperación de Pantallas: Proceso para eliminar la emulsión endurecida y los restos de tinta, permitiendo reutilizar el marco y el tejido. Se usan productos específicos (recuperadores, decapantes, desengrasantes), a veces incluyendo lejía diluida con precaución.

La Rasqueta

Herramienta esencial para transferir la tinta a través de la malla abierta de la pantalla hacia el sustrato. Características:

• Composición: Consta de un mango (madera o aluminio) y una cuchilla o tira (caucho sintético – poliuretano, neopreno, o nailon).
• Propiedades: Debe tener cierta rigidez pero también flexibilidad. El borde debe estar afilado y uniforme.
• Dimensiones: Longitud adecuada, generalmente un poco mayor que el ancho del motivo a impresionar.
• Dureza de la Cuchilla: Se mide en Shore A (ej. blandas 60-70, semiduras 70-80, duras/extraduras 80-90). La dureza afecta la adaptabilidad a la superficie y el depósito de tinta.
• Afilado del Borde: Puede ser de ángulo recto (más común), redondo o biselado. Es un factor determinante en la definición y el espesor de la capa de tinta depositada.

Elementos Esenciales para Procesos Serigráficos

• Mesa de Impresión: Superficie plana y estable donde se fija el soporte a impresionar. Puede incluir vacío o registros.
• Pantalla Confeccionada: Contiene el patrón o diseño a impresionar, ya emulsionada y revelada.
• Tinta: Específica para la aplicación y el sustrato.
• Rasqueta: Para realizar la transferencia de tinta.
• Horno o Sistema de Curado: Para el secado y/o curado de las tintas impresas (ej. UV, IR, aire caliente).

Fabricación de Circuitos Impresos (PCB)

Fabricación de Placas por Métodos Profesionales (Ejemplo de Proceso Sustractivo)

1. Taladrado: Realización de agujeros (vías, pads) si van a ser metalizados (Through-Hole).
2. Línea Química de Metalización (PTH – Plated Through Hole): Proceso para depositar una fina capa conductora (cobre químico) en el interior de los agujeros.
   • Limpieza y acondicionado.
   • Activación (Catalizador de Paladio).
   • Deposición de Cobre Químico (Electroless Copper).
3. Aplicación de Imagen (Film Seco): Laminación de un fotopolímero (film seco) sensible a la luz UV sobre toda la superficie de cobre.
4. Exposición UV (Insolación): Exposición del film seco a luz UV a través de un fotolito (máscara) con el patrón del circuito.
5. Revelado del Film Seco: Eliminación del film no expuesto, dejando el cobre cubierto solo en las zonas que no serán pistas o pads.
6. Proceso Electrolítico (Galvanoplastia):
   • Crecimiento de Cobre Electrolítico: Se engrosa el cobre en las pistas, pads y agujeros metalizados.
   • Aplicación de Estaño/Plomo (o acabado alternativo): Se deposita una capa protectora sobre el cobre expuesto, que actuará como reserva durante el grabado.
7. Decapado del Film Seco (Stripping): Eliminación del film seco restante, exponiendo el cobre base que no fue protegido por el Sn/Pb.
8. Grabado de la Placa (Etching): Eliminación del cobre no deseado (el que no está protegido por Sn/Pb) mediante un ataque químico.
9. Eliminación del Estaño/Plomo (Opcional/Dependiente del Proceso): Si se requiere cobre desnudo para acabados superficiales posteriores.
10. Aplicación de Máscara de Soldadura (Solder Mask): Aplicación serigráfica o fotográfica de una capa protectora aislante, dejando expuestos solo los pads.
11. Acabado Superficial: Aplicación de un acabado protector sobre los pads expuestos (ej. HASL, ENIG, OSP).
12. Serigrafía de Componentes (Silkscreen): Impresión de la leyenda de componentes.
13. Mecanizado: Corte final de la placa a sus dimensiones (ruteado, V-scoring).
14. Control de Calidad y Test Eléctrico.

Fabricación de Placas Clase 2 (Ejemplo Detallado con Cobre Químico Inicial)

1. Obtención de máscaras (fotolitos).
2. Corte y taladrado de la tarjeta (laminado base sin cobre o con cobre muy fino).
3. Desbarbado y pulido de la placa.
4. Línea Química (Metalización Completa):
   1. Desengrase.
   2. Mordentado (Micrograbado).
   3. Activado (Catalizador).
   4. Aceleración.
   5. Deposición de Cobre Químico (hasta el espesor deseado o como base para electrodeposición).
5. Flash Electrolítico (Opcional): Una fina capa de cobre electrolítico para mejorar la adherencia posterior.
6. Imagen: Aplicación de film seco, insolación y revelado (como en el método profesional, pero define las áreas a grabar).
7. Intensificación Metálica del Cobre (Opcional): Si el cobre químico no fue suficiente, se puede realizar un desengrase y depositar más cobre en una cuba electrolítica (Proceso Aditivo/Semi-aditivo).
8. Revestimiento Protector (Reserva de Grabado): Aplicación de Estaño/Plomo (u otro metal resistente al ataque) sobre las pistas y pads definidos.
   • Preactivado.
   • Deposición en Cuba Electrolítica de Sn/Pb.
9. Eliminación del Film Seco (Stripping).
10. Grabado de la Placa (eliminación del cobre no protegido por Sn/Pb).
11. Soldadura por Refusión (Opcional – Reflow): Fusión del Sn/Pb para mejorar la protección y soldabilidad (proceso asociado a HASL si se hace después).
12. Aplicar Revestimientos Protectores:
    • Reserva de Soldadura (Solder Mask).
    • Marcado de Componentes (Serigrafía).
13. Mecanizado y Control de Calidad.

Realización de Circuitos por Métodos Semiprofesionales / DIY

1. Obtención de las Máscaras: Se realizan generalmente con impresoras láser sobre papel especial transparente o semitransparente (vegetal, acetato, poliéster). La calidad del tóner es importante.
2. Corte y Limpieza de la Placa: Se corta una placa de laminado con cobre (ej. FR4) al tamaño deseado y se limpia/lija la superficie de cobre.
3. Sensibilización de la Placa: Aplicación de un material fotosensible (emulsión líquida o film seco presensibilizado). Este material cambia sus propiedades (fortalecimiento o debilitamiento de enlaces) al exponerse a la luz UV.
4. Insolación: Exposición del fotopolímero a la incidencia de luz actínica (UV). Se coloca la máscara sobre la placa sensibilizada y se expone.
   • Tiempos típicos: Insoladora UV (3-4 min), Luz solar directa (6-8 min).
   • Los tiempos dependen de: f(calidad del papel/transparencia de la máscara, densidad del tóner, intensidad y tipo de la fuente de luz).
5. Revelado: Eliminación selectiva del material fotosensible (generalmente el no expuesto para fotopolímeros positivos, o el expuesto para negativos) usando un revelador químico.
   • El tiempo depende de: f(tipo de revelador, concentración, temperatura del agua/revelador, tipo de fotopolímero). Común usar soluciones de hidróxido sódico (sosa cáustica) diluida para reveladores positivos.
6. Grabado (Ataque Químico): Eliminación del cobre que ha quedado descubierto tras el revelado, dejando solo el patrón del circuito protegido por el fotopolímero restante.
   • Atacantes comunes: Cloruro Férrico, Persulfato Amónico, mezcla de Ácido Clorhídrico + Agua Oxigenada.
   • Tras el grabado, frotar con agua y alcohol o acetona para eliminar el fotopolímero restante y exponer el cobre del circuito.
7. Taladrado: Realización de los agujeros para los componentes.
8. Mecanizado (Opcional): Corte final, lijado de bordes.
9. Protección (Opcional): Aplicación de barniz o flux para proteger el cobre.