Diseño e implementación de un PCB

• Proyecto para la obtención del titulo de Técnico Superior Universitario en Mecatrónica Área Sistemas de Manufactura Flexible

Alumno: Lady Leonarda Santillán Torres

¿QUÉ ES UN PCB (Printed Circuit Board) ?

Los Circuitos impresos o PCB consisten en unas placas de sustrato no conductor que se emplean para el montaje e interconexión de componentes electrónicos a través de rutas o pistas de un material conductor grabadas sobre el sustrato

FABRICACIÓN

IMPRESIÓN SERIGRÁFIC

A

SUSTRATOS:

PERTINAXFR-4

ESPECIALIZADOS

FOTOGRABADO

IMPRESIÓN DE PATRONES I. EN

MATERIAL TERMO

SENSIBLE

ATACADO QUIMICO PERFORADO FRESADO

TIPOS DE PCBMULTICAPADE DOBLE CARA CON AGUJEROS METALIZADOSDE UNA SOLA CARADE UNA SOLA CARA CON AGUJEROS SIN METALIZAR

COMPONENTES

se representan por su silueta serigrafiada sobre la placa. Tanto la silueta como una letra de referencia indican el tipo de componente.

Componente Designación Componente Designación

Condensadores C Condensadores polarizados

C+

Conector J Cristal Y

Diodo D Filtro FL

Fusible F Bobina L

Circuito integrado U o IC Oscilador Y

Potenciómetro R Relé K

Resistencia R Pack de resistencias U

Interruptor S Transformador T

Punto de test J Termistor RT o R

Rectificador VR Resistencia variable POT

Regulador de Tensión

U

Diseño

El primer paso es dibujar el circuito impreso, ya sea a mano con papel y lápiz o utilizando herramientas CAD

Programas CAD

•Eagle•Orcad•PCB Wizard•TraxMaker•PCB Desing•Etc.

FASES DE DISEÑO DE UNA TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO

I. Creación del esquemáticoII. Definición de los

parámetrosIII.Distribución y posicionado

de los componentesIV.Trazado de conexiones

eléctricasV. Procesado del diseño

•AUTOPLACE(Colocación automática de los componentes)•AUTOROUTING (trazado automático de las pistas)

FICHEROS GERBERFICHEROS NCDRILLLISTADO DE COMPONENTES

DATOS DE SALIDA

DE

SA

RR

OLLO

DE

L

PR

OC

ES

O1.- Diseño del PCB:

TRAXMAKER

2.- Preparación del archivo CAD para la fabricación:

CircuitCam

3.- Fabricación del PCB :

BoardMaster

Horneado

Soldadura

Traxmaker es un entorno de diseño de PCB que almacena cada diseño como una serie de capas que corresponden a las capas que componen una placa real de circuito impreso.

DISEÑO DEL PCB EN TRAXMAKER

Las capas o layers se distinguen por colores:•Bottom Layer (azul), para pistas, o textos en la cara de soldadura.•Top Layer (rojo), para pistas y textos en la cara de componetes.•Top Overlay (amarillo) para textos y contorno de los componentes.•Board Layer (café), para pads y vías, se genera automáticamente.•Keep Out Layer (morado), tracks o pistas que determinan la línea exterior de la placa.

Librería de componentes

Consideraciones de diseño en el TraxMaker1.- Pistas

Debe evitarse el que las pistas queden en ángulos de 90° porque esto crea antenas, preferentemente deben formar ángulos de 45°.

Sistema inglés:

Grueso de la pista: 40 or 50 mils (1 mil =

0.001”)Snap Grid: 25

milsTamaño del

texto: 50 or 60 mils

Espacio entre pistas: 50 mils

o más

Sistema métrico:Grueso de la pista: 1 or 1.5mmSnap Grid: 0.2mm Tamaño del texto: 1 or 1.5mmEspacio entre pistas: 1mm o más

PADS

PISTAS

VÍAS: las vías son la conexión entre las caras de la placa. Tamaño recomendado 2mm de diámetro y .8 mm en el agujero

Lis

tad

o d

e c

om

po

ne

nte

s u

tili

zad

os

COMPONENTE

NOMBRE

EN LIBRERIASCARACTERISTICAS

Resistencias

AXIAL 0.4

Pads: 2.2 mm. Agujero: 9 mm. Se

recomienda colocarlas lo más

cerca posible entre ellas por

cuestiones de orden y espacio. Se

identifican con la letra R y su

respectivo número.

integrados

DIP(6,8,!4, según los

pines que tenga)

De 14 y 8 pines para los TL084 y

AD633 respectivamente, pads

rectangulares de 2.2 mm, y 1 mm

para el agujero. Se identifican por

las letras CI ó U y su respectivo

número. Se deben colocar en una

misma dirección y alineados

preferentemente.

potenciómetros

TRIM (este elemento fue

agregado a las librerías)

Pads de 2.2 mm de diámetro y un

agujero de .9 mm se identifican

con las letra POT.

capacitores

CAP (debido a que existe

una gran variedad de

capacitores se opto por

crear los elementos para

ajustarlos a las

características de los

componentes reales)

Se identifican con la letra C, para

los de Tantalio los pads: 2.2 mm

agujero de .9mm; para los

cerámicos pads de 2.2 mm con

agujeros de 1mm. (los capacitores

deben colocarse lo mas cerca

posible al integrado al que van

conectados)

Conectores de 2 y 3

entradas

CONECTORES (este

elemento también se

agregó a las librerías)

Pads de 3.3 mm de diámetro y 1.2

mm para el agujero.

Primer diseño realizado

Diseño implementado

EXPORTANDO ARCHIVOS GERBER Y NC-DRILL.

.GBL - Gerber Bottom Layer.GBO – Gerber Bottom Overlay.GTL - Gerber Top Layer.GTO - Gerber Top Overlay.GKO - Gerber Keep Out

.TOL - NC-Drill tooling file

.TXT - NC-Drill data file

.DRL - NC-Drill additional data file 

PREPARACIÓN DEL ARCHIVO CAD PARA LA FABRICACIÓN  

CircuitCam

TraxMaker

BoardMaster

Las pistas del PCB deben estar aisladas para evitar cortos, CircuitCam tiene un algoritmo incorporado para el aislamiento automático. Las líneas aisladas son usadas por el PROTOMAT para el fresado alrededor de las pistas y trazos.

FABRICACION DEL PCB USANDO BOARD MASTER Y PROTOMAT

ProtoMat M60i

Ajuste de profundidad

Herramientas

Ejemplos de algunas herramientas, de izquierda a derecha: 1mm Mill, 0.2mm Universal Cutter (UC) Mill, 2mm Router, 0.8mm Spiral Drill, 1.5mm Spiral Drill

Pasos para la fabricación en ProtoMat

PREPARAR Y COLOCAR LA PLACA DE COBRE EN LA PLATAFORMA

COLOCAR HERRAMIENTA Y AJUSTAR LA PROFUNDIDAD DE CORTE

DESBASTAR EL LADO DEL TOP DE LA PLACA Y CUBRIR

CON CONTAC

DESBASTAR EL LADO DEL BOTTOM Y CUBRIR CON CONTAC

TALADRAR LOS AGUJEROS PARA LOS COMPONENTES

CORTAR EL PCB DE LA PLACA DE COBRE

Bo

ard

Maste

r

NÚMERO NOMBRE DEL BOTON DESCRIPCION

1 Drop Motor HeadBaja el husillo para comenzar

a taladrar o fresar

2 Motor enable Apaga o enciende el motor

3 Manual Position Control

Al darle click el cursor del

mouse es utilizado para

posicionar manualmente el

husillo en la plataforma

4 Position ControlTe permite cambiar la posición

en mm

5 Ventana de coordenadasMuestra las coordenadas

actuales

6Te permite seleccionar ciertos

elementos del PCB en pantalla

7

Al dar click permite que solo

los elementos seleccionados

con el botón anterior sean

desbastados

8ALL +

ALL -

Selecciona o deshace la

selección de todos los

elementos presentes en la

pantalla

9 START/STOP Inicia o detiene un ciclo

10Al dar click te permite mover

el PCB a lo largo de la pantalla

11 Current Phase Window

Muestra la fase actual que se

esta llevando a cabo en la

pantalla

PASOS PARA LA FABRICACION EN BOARDMASTER1.- Importar el archivo desde el CicuitCam.2.- Es recomendable comenzar por el Top layer, seleccionando en la ventana la fase “milling top”. Acomodar el diseño en la pantalla.3.- Dar click en ALL+ y después en START.4.- Antes de comenzar a trabajar la máquina hace una pausa para que se coloque la herramienta, es necesario calibrar la profundidad de corte antes de continuar.6.- Encender la aspiradora antes de que corte. 

7.- Una vez que terminado el Top Layer, se cubre con papel adhesivo esta parte para proteger el PCB del proceso con pasta conductora.8.- Voltear la placa de cobre y fijarla de nuevo en esta posición.9.- Seleccionar la fase de “milling Bottom”, aparecerá entonces el Bottom Layer en pantalla con las líneas en color verde y los orificios en azul. 10.- Dar click en ALL+ y luego en START.

11.- Cubrir con papel adhesivo el Bottom Layer.12.- Seleccionar la fase de Drill Plated para hacer los barrenos.13.- Click en ALL+ y luego en START. 14.- La máquina hará una pausa para el cambio de herramienta, en la pantalla se indica cual debe utilizarse. Una vez que termine de perforar los agujeros de determinado diámetro, hará otra pausa y pedirá la siguiente herramienta y así sucesivamente.

15.- Finalmente se debe de despegar el PCB de la placa de cobre, seleccionando la opción “CuttingOutside” para cortar la línea exterior del PCB, usando un Router de 2mm. 16.- Click en ALL+ y luego START.17.- Al finalizar la placa quedará unida únicamente en cuatro puntos los cuales se cortan con pinzas. 18.-Limpiar el área de trabajo, guardar las herramientas y pagar el equipo.

APLICACIÓN DE LA PASTA CONDUCTORA Y HORNEADOPor ser un PCB de dos caras es necesario que haya continuidad entre el Top y el Bottom de la placa a través de los orificios, esto se logra aplicándoles una pasta conductora que permitirá la unión eléctrica entre ambos lados de la placa.

PROCESO

Aplicación de la máscara antisoldadura

Soldado de los componentes

Una buena soldadura:

.brillosa.forma

concava