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