universidad tecnológica de querétaro

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Universidad Tecnològica
de Querètaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica de
Querètaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnològica
de Querètaro, o=UTEQ, ou=UTEQ, [email protected],
c=MX
Fecha: 2013.11.07 10:04:25 -06'00'
Nombre del proyecto:
“Automatización de Máquina”
Empresa:
Automatización Inteligente de México S.A de C.V.
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
Ingeniero en Tecnologías de la Automatización
Presenta:
Onesto Bravo Estefania Danae
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Empresa
Ubaldo Javier Flora Velasco
Fernando González García
Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2013
0
RESUMEN
El proyecto se realizó en la empresa AIMSA donde se hacen diseños electrónicos
y ensambles. El objetivo principal que se siguió en el proyecto fue diseñar un PCB
multicapas (cuatro capas). Al ejecutar un diseño se sigue una metodología para
obtener un esquema totalmente definido, de esta manera se utilizaron reglas que
comprueban las características del diseño final, al igual que otras actividades
como el ensamble de la tarjeta. El desarrollo de las cuatro capas o multicapas
ayuda a reducir el tamaño de la tarjeta, aunque el precio es más elevado, la
funcionalidad es general para una industria la cual contiene sensores, módulos de
comunicación, y LCD. El acomodo de los componentes depende de la ergonomía
para la instalación y del diseñador. Lo mencionado anteriormente son las cosas
básicas para realizar un diseño PCB. El resultado obtenido fue el diseño
multicapas, manejar un nuevo software, y se implementó un mejor ruteo en el
PCB. El diseño como resultado fue exitoso, al cumplir y seguir cada una de las
reglas esto lo hizo más fácil y con una mejor calidad en el ruteo y tamaño.
Palabras clave: (Diseño, multicapas, PCB).
SUMMARY
This Project was applied in the company AIMSA. The project was done in a
program called Altium, to learn how to use it. I read manuals where there are
examples well explained of multi-caps, and then, I started to design a diagram of
an electronic circuit with different characteristics in electronic components and their
connections. After making the electrical diagram, a multilayer PCB design
(electronic card with 4 copper layers) was made. Technically, rules were applied to
the tracks thickness, like not to make ninety degrees connections on them, etc.
during the PCB design. The knowledge that was obtained was learning how to use
a special software to design PCB. The visual skills were also developed and I
1
learned some of the rules of electronic design or PCB and how to handle new
software and implement electronic circuit diagrams.
2
INDICE
Página
Resumen…………………….……………………………………………......1
Summary ……………………………………………………………………...1
Índice…………………………………………………………………………..3
I.
INTRODUCCION……………………………………………………..5
II.
ANTECEDENTES…………………………………………………....6
III.
JUSTIFICACIÓN……………………………………………………...6
IV.
OBJETIVOS……………………………………………………..........5
V.
ALCANCES…………………………………………………………...8
VI.
ANÁLISIS DE RIESGOS…………………………………………….8
VII.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA…………………………………....9
7.1 Evolución de los PCB multicapa……………………………….9
7.2 Tecnología HDI (high density interconnects)………………...9
7.3 Componentes pasivos embebidos (embedded passives)....11
VIII.
PLAN DE ACTIVIDADES………………………………………......12
IX.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS……………………….14
X.
DESARROLLO DEL PROYECTO………………………………...16
10.1 .Leer manual Altium…………………………………………..16
3
10.2. Leer hoja de datos de componentes……………………..….19
10.3. Hacer cuadro comparativo con otros productos…………….21
10.4 Diseño esquemático DAQ3…………………………………....19
10.5. Diseño esquemático Fuente……………………………..…...21
10.6. Diseño esquemático Módulos………………………………..24
10.7. Diseño PCB Fuente…………………………………………...25
10.8. Diseño PCB Módulos………………………………………….27
10.9. Diseño PCB DAQ3………………………………………….....35
10.10. Especificación de material y equipo……………………..…36
10.11. Realizar BOM……………………………………………..…..38
10.12. Cotización con Proveedores de materiales………………..41
10.13. Compra de materiales…………………………………….....42
10.14. Entrega de materiales…………………………………….....44
10.15 Realizar archivos Gerbers………………………………..….45
10.16. Manufactura de PCB´s……………………………………...53
10.17. Ensamble………………………………………………...…..54
10.18. Pruebas individuales………………………………………..57
10.19. Pruebas en conjunto………………………………………..58
10.20. Colocar en Gabinete……………………………….……….59
XI.
RESULTADOS OBTENIDOS……………………………………...60
XII.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..………...…….…..61
XIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………..……..……………....
4
I.
Introducción
En la empresa Automatización Inteligente de México S.A de C.V (AIMSA)
se realizan diseños de circuitos electrónicos al igual que la programación de los
mismos, también se encuentran procesos de ensamble superficial de
componentes industriales. Donde se desarrolló el proyecto es en el área diseño
de Hardware, aquí se investigó un producto innovador el cual podrá ser útil,
manipulando nueva tecnología que fuera práctica, cómoda y funcional para
diversas industrias.
El proyecto es el desarrollo y creación de un diseño PCB de un sistema
DAQ que tenga comunicación RF y Bluetooth. El objetivo general es realizar un
diseño esquemático y un PCB o tarjeta de cuatro capas.
El desarrollo de cuatro o múltiples capas PCB ha permitido a las compañías
electrónicas reducir drásticamente el tamaño de sus productos. La funcionalidad
de una placa de circuito impreso multicapa depende de las conexiones internas
entre los diversos componentes que conforman el aparato completo.
En la mayoría de la tecnología, la necesidad es mejorar el beneficio del
producto esto hace que los productos sean de gran tamaño, mientras que el
diseño flexible de la PCB multicapa ha sustituido completamente a la de una
sola capa de diseño de PCB.
5
En los casos de fracaso el proceso de reparación del diseño al realizar
pruebas es fácil y se puede lograr mediante la sustitución de la propia placa en
lugar de recurrir a la solución de problemas a nivel de componente.
II. Antecedentes
Los circuitos impresos más comunes de hoy en día son los de dos capas o
dos Layer PCB, cuando se trata de dos capas en ocasiones se encuentran
problemáticas al realizar el diseño como puede ser la separación de las pistas y
de los pads, no siempre existen oportunidades de utilizar más pistas en la parte
superior e inferior, para algunos integrados que contengan más de 100 pines se
vuelven complicadas sus conexiones al pasarlos solo con dos capas.
El proyecto ofrecerá generar oportunidades sobre el diseño de cuatro
capas (DAQ) para circuitos impresos más complejos y contiene un conjunto de
módulos de comunicación, diferentes conexiones de voltaje, sensores
analógicos y digitales manejándolos como entradas y salidas, etc.
III. Justificación
El proyecto de diseñar un circuito impreso de cuatro capas o PCB es
para ampliar el mercado de la empresa, hay clientes que requieren este número
6
de capas
o uno mayor, los beneficios que ofrece este tipo de diseño es
manejar integrados que contengan más números de pines, tamaños compactos,
que las pistas mantengan un límite unas de otras al igual que los pads, los
costos son elevados a comparación de dos capas, pero los circuitos son más
complejos y eficientes al ofrecer un mejor tamaño a lo que el proyecto
demande, hay espacio en cuestión a componentes y las formas pueden ser las
mismas que los diseños de dos capas.
IV. Objetivo
Realizar un diseño PCB de cuatro capas de un sistema DAQ, con
diferentes módulos de comunicación, y una tarjeta de diferentes alimentaciones
110VA, 12VD y 5VD, de los cuales también se diseñarán estas tarjetas de dos
capas. En el proyecto se propone mejorar un 20% el ruteo del PCB, esto se
debe al empaquetado de los componentes y realizar el proyecto en un lapso de
cuatro meses.
Objetivo adicional: Agregar diseño de un módulo Bluetooth a la UDAQ para
comunicación con celular, computadora u otros aparatos que tengan esta
comunicación y de igual manera se propone mejorar un 20% en el ruteo.
7
V. Alcances
El límite del proyecto es diseñar un PCB de cuatro capas junto con sus
módulos de comunicación y alimentación que sea funcional para aplicaciones
industriales. Las actividades más importantes para realizar este proyecto es
diseñar el esquemático junto con tarjeta PCB del 13 de Mayo al 30 de junio; en
la compra de materiales del 1 de Julio al 8 de Julio; manufactura del diseño y
entrega es en el lapso de 9 de Julio al 26 de Julio, el ensamble depende del
trabajo que tenga esa área un aproximado es de 29 de Julio al 2 de Agosto, las
pruebas se realizan del 5 al 7 de Agosto y colocarlo en un gabinete del 8 al 9 de
Agosto.
VI. Análisis de Riesgos
Las limitaciones que se obtuvieron en este proyecto como factores
principales fueron los cambios técnicos realizados en el esquemático, se
modificaron los números de parte de algunos componentes y aumentaron
algunos detalles al diseño, hubo retrabajos al rutear la tarjeta, considerando que
cuando se modifica el esquemático hay que realizar los mismos cambios en el
PCB.
8
VII. Fundamentación Teórica
7.1 Evolución de los PCB multicapa
“La tecnología de multicapa ha cambiado desde su aparición, debido varias
razones a la evolución de las tecnologías de fabricación de huecos metalizados
que conectan las capas (los cuales se han ido reduciendo hasta hacerse
microscopicos), las tecnologías de fabricación de PCB y la evolución,
miniaturización y aparición de nuevos componentes los cuales han ido
incrementando la cantidad de pines y reduciendo el espacio entre ellos, lo que
hace obligatorio el uso de PCB multicapa”. (Centro de investigación y desarrollo
tecnológico de la industria electrónica e informática, 2013, p. 1).
7.2 Tecnología HDI (high density interconnects)
“La tecnología de fabricación y diseño de tarjetas multicapa es una
tecnología madura, lleva 40 años y según expertos la manera clásica de
fabricación de tarjetas multicapa se encuentra estancada por muchas razones,
ya que no ha tenido mayores cambios durante el tiempo que ha estado vigente.
Las nuevas tecnologías y la tendencia a la miniaturización de equipos y
componentes, ha hecho que las técnicas de manufactura de los PCB giren
hacía otros rumbos, estos van encaminados a HDI (High Density Interconnects),
9
se trata de diseños de PCB con una alta densidad de conexiones. Esto se logra
con diferentes métodos y lo que busca es suplir las nuevas exigencias del
mercado tecnológico. Las ventajas de esta nueva tecnología son varias como la
reducción de los costos, ya que los empaquetados de los circuitos integrados y
los componentes tienden a ser más pequeños, podrán agruparse más en
menos espacio, perfeccionamiento de las prestaciones del PCB como
miniaturización de la board, densidad del ruteo, rendimiento de las prestaciones
eléctricas y disminución de las características de RFI/EMI (Características de
interferencia electromagnética), acceder a los nuevos tipos de empaquetados
como BGA’s (Ball grid array), CSP’s (Chip Scale Package) y Flip Chip, tiempos
más cortos de salida al mercado”. (Centro de investigación y desarrollo
tecnológico de la industria electrónica e informática, 2013, p. 1).
7.3 Componentes pasivos embebidos (embedded passives)
Figura 7.1 PCB´s.
10
“En la actualidad la alta complejidad de los circuitos (HDI) ha llevado a
innovaciones en cuanto a la fabricación y diseño de PCB’s, los circuitos
multicapa comunes están evolucionando, lo que se busca en estos momentos
es embeber componentes pasivos tales como condensadores, inductancias y
resistencias
dentro
de
la
tarjeta
multicapa (formados en el PCB) (Figura 7.1). Existen métodos en los cuales se
realiza la incrustación de los componentes de un tamaño considerablemente
pequeño en comparación a los componentes SMT, dentro de las capas del PCB
(insertados en el PCB), otro método consiste en realizar componentes en el
diseño del layout es decir con arreglos de pistas hacer componentes pasivos”
(Figura 7.2). (Centro de investigación y desarrollo tecnológico de la industria
electrónica e informática, 2013, p. 1).
Figura 7.2 PCB Multicapas.
11
VIII. Plan de actividades
Las actividades que enseguida se enlistan (Figura 8.1) son a partir de lo que
implica realizar el proyecto, esto tiene como objetivo tener establecidas las
actividades que se llevarán a cabo para una mejor organización, no tener
tiempos desfasados y realizar el proyecto óptimamente.
Una vez analizadas todas las actividades generales que se deben seguir para
lograr los objetivos planteados, se ordena la secuencia de las actividades, lo
cual sirvió para asignar tiempos, facilitar el desarrollo del proyecto y estimar la
duración de cada actividad.
12
Figura 8.1 Gráfica de Gantt.
13
IX. Recursos materiales y humanos
Aquí se presenta la lista de recursos necesarios para el desarrollo del
proyecto (Tabla 9.1), esta lista incluye los recursos humanos, la maquinaria, el
equipo y de las herramientas que se requirió para garantizar los resultados y
objetivos.
Recursos Materiales
PRECIO
EQUIPO
Equipo de cómputo
Procesador: Intel Core i5
$ 10,000
Tipo de sistema: sistema operativo de
64 bits
RAM: 3 GB
Licencia de Altium designer 10
Datos Técnicos:
RAM: Mínimos con 256 Mb
HDD: Descompresión + 150 Mb Libres
Sistema Operativo: Windows XP/Vista/7
Idioma: Ingles
Compresión: RAR
Formato: ISO y/o Instalador | Pack
Uploader: Blade Master 666
Servidor: FileServe - FileSonic
$ 39,706.5
TOTAL
$ 49,706.5
Tabla 9.1 Recursos Materiales.
14
Recursos humanos
Figura 9.2 Recursos Humanos.
15
X. Desarrollo del proyecto
10.1 .Leer manual Altium.
Para tener el conocimiento del programa Altium se leyó el manual, donde se
redactan todas las herramientas y aplicaciones que puede tener. En el manual
también se encuentran ejemplos y ejercicios de cómo ejecutar cada uno de ellos.
Se realizó un circuito (Figura 10.1) para hacer pruebas de PCB multicapas.
Figura 10.1 Circuito Electrónico.
16
En la Figura 10.2 se hizo el diseño PCB del circuito de la Figura 10.1, en esta
imagen se pueden apreciar varias pistas de colores las cuales pertenecen a
diferentes tipos de capas, de las cuales se hablan en el siguiente párrafo.
Figura 10.2 Circuito PCB.
La funcionalidad de las capas de trabajo más importantes y que se utilizaron en el
proyecto son: Top Layer, Bottom Layer, Mid1 y Mid2 son capas de pistas (Signal
Layers) donde se manejan las señales del circuito y cada una tiene un color
específico (Figura 10.3).
Internal Plane 1 e Internal Plane 2 son capas de alimentación, a estas se le
conecta cualquier señal de alimentación así como también las terminales de
17
componentes de la placa que lo requieran. En estas capas se conectaron 12V y
GND.
Otras capas que se utilizaron son: Capas de serigrafía de componentes
(Silkscreen), se utilizan para dibujar el contorno de los componentes, y su
identificación general así como también cualquier texto que se desee agregar al
circuito.
La capa de dibujo mecánico (Mechanical Layer), se utiliza para proporcionar
información de fabricación de la placa como dimisiones, alineaciones, etc. Esta
placa se aplicó para los cortes del proyecto al hacer la manufactura.
Figura 10.3 Nombre y colores de las capas del PCB.
El PCB final de prueba se muestra en la figura 10.4 ya con los polígonos que se
necesitan para las conexiones de alimentación (12V y GND).
18
Figura 10.4 PCB Final de prueba.
10.2. Leer hoja de datos de componentes.
El principal componente fue el micro MKL15Z128VLK4 (Figura 10.5 y 10.6), por la
complejidad de encontrar la hoja de datos completa, explicando para que funciona
cada pin.
19
Figura 10.5 Mapa del proceso de hoja de datos del micro MKL15Z128VLK4.
Figura 10.6 Micro MKL15Z128VLK4.
20
10.3. Hacer cuadro comparativo con otros productos.
Se hizo un cuadro comparativo con otros productos existentes en el mercado, los
datos que se obtuvieron o que requerimos para esta actividad fueron:
Entradas y salidas analógicas y digitales (4 a 20mA y de 0 a 5V).
Sensor de temperatura.
Norma de calidad del gabinete.
Medidas del gabinete.
Temperatura máxima y mínima del gabinete y componentes electrónicos.
Comunicación celular, RF, Bluetooth y satélite.
Nombres del producto.
Accesorios.
Fuente de energía.
En este cuadro los resultados que se obtuvieron es: los sensores, las
comunicaciones y la fuente de energía son viables, solo se integró un bluetooth
para mandar información que se obtenga de la UDAQ.
10.4 Diseño esquemático DAQ3.
Se realizó el esquemático DAQ3 (Figura 10.7) donde este es uno de los objetivos
principales, en este circuito se encuentran cuatro sensores entradas analógicas de
21
0-5V, cuatro sensores entradas analógicas 4-20mA, una salida analógica 4-20mA,
una salida analógica 0-5V, ocho salidas digitales de 0-5V, dos salidas digitales a
relevadores, un RTC con dos memorias y la LCD para mostrar datos.
Figura 10.7 Esquemático DAQ3.
Cuando se colocaron los componentes en la hoja de diseño, al dar doble click en
el componente sale una ventana donde se coloca el número de parte y el
designador que le corresponde para que no haya confusión. También se colocó el
nombre del footprint y todos los datos para realizar la BOM. Figura 10.8.
22
Figura 10.8 Ventana de datos de cada componente.
10.5. Diseño esquemático Fuente.
En la Figura 10.9 se muestran las conexiones para la alimentación de la tarjeta
esta tiene una conexión de 110VA, 12VD y 5VD. Esta tarjeta se conectó del lado
derecho del gabinete y del PCB DAQ3 por ergonomía. Figura 10.9.
23
Figura 10.9 Esquemático Fuente.
Al realizar las líneas de conexión, se deben poner exactamente en la punta de los
componentes para una buena unión y de esta manera se refleja en el PCB. Si las
conexiones pasan de las puntas de los componentes aparece un punto eso
significa que esa conexión es incorrecta.
10.6. Diseño esquemático Módulos.
En este esquemático solo se muestra un módulo llamado RF (Figura 10.10) el cual
solo se realizó para las pruebas en general con la tarjeta de alimentación y DAQ3.
24
Figura 10.10 Esquemático modulo RF.
10.7. Diseño PCB Fuente.
Hay establecimientos de Reglas de Diseño PCB.
Al momento de diseñar un PCB existen varias consideraciones y restricciones
importantes que hay que tomar en cuenta, como el tamaño de los componentes,
su frecuencia de operación entre cosas.
Mediante las reglas de diseño es posible detallar todas las características
importantes que deben ser tomadas en cuenta para lograr un diseño óptimo.
Algunas restricciones:
25
Distancia entre entidades, ancho de pistas, estilos de conexión a los planos de
alimentación, algoritmo de trazo de pistas, etc.
Cada una de las reglas tiene un abanico de posibilidades (rules scope), donde se
concreta a que objetos y bajo qué condiciones se aplica determinada regla. Una
vez que las reglas están definidas el editor PCB monitorea constantemente cada
acción y verifica si se produce alguna violación a alguna regla de diseño, cuando
sucede esto los errores se muestran de color verde o en ocasiones no deja
conectar.
El diseño que se hizo en el esquemático de la fuente se pasó al PCB y de esta
manera queda el diseño final (Figura 10.11):
Figura 10.11 Diseño PCB fuente.
26
10.8. Diseño PCB Módulos
El diseño final del módulo RF es el siguiente (Figura 10.12):
Figura 10.12 Diseño PCB módulo RF.
En todos los diseños PBC´s se siguen reglas donde estas aparecen en el
programa Altium:
1. “Siempre deben evitarse los ángulos agudos en los cambios de
dirección de una pista o en las intersecciones entre dos pistas.” Figura
10.13. (Autor anónimo, sin fecha, p. 2).
Bien
Mal
Figura 10.13 Ángulos de 90°.
27
2. “Cuando más de dos pistas estén en paralelo la distancia de separación
debe ser uniforme.” Figura 10.14. (Autor anónimo, sin fecha, p. 4).
Figura 10.14 Distancia de separación.
3. “En las uniones pista-pad la pista debe ser radial, y no tangencial”.
Figura 10.15. (Autor anónimo, sin fecha, p. 5).
Figura 10.15 Forma de las pistas.
4. “No deben unirse directamente dos o más pads. Dicha unión se debe
hacer mediante una pista, aunque sea de pequeña longitud”. Figura
10.16. (Autor anónimo, sin fecha, p. 6).
28
Figura 10.16 Distancia entre pads.
5. Mientras las pistas sean más cortas mejor.
6. “Para determinar el ancho de cada pista hay que tener en cuenta la
corriente que esta debe soportar. Grosor de la capa de cobre de 35mm
4mm de anchura de pista soporta de 8 a 10 A máximo, 1.5mm para 2 a
4 A y 0.2mm para 0.5 A”. (Autor anónimo, sin fecha, p. 8).
7. “La separación mínima de pistas para tensiones de trabajo pequeñas es
de 0.3 mm. Dicha separación debe aumentarse para tensiones de
trabajo mayores”. (Autor anónimo, sin fecha, p. 8).
8. “El diámetro de los pads debe ser como mínimo el doble de la pista más
ancha que conecte con él. Si la pista fuese más ancha de 5 o 6 mm el
diámetro del pad puede coincidir con la anchura de la pista”. (Autor
anónimo, sin fecha, p. 8).
29
9. “Debe dejarse un espacio de separación mínimo entre las pistas y el
borde de la placa de 2 o 3 mm”. (Autor anónimo, sin fecha, p. 9).
10. “La anchura mínima de las pistas de alimentación será de 1 o 2 mm,
independientemente de la corriente que el circuito vaya a consumir”.
(Autor anónimo, sin fecha, p. 8).
Estas reglas se aplicaron al proyecto de esta manera:
La imagen que se muestra a continuación es del diseño del RF donde se aplicó la
regla uno (Figura 10.17).
Figura 10.17 Pistas a 90°.
30
Aquí se aplicó la regla número dos.
Figura 10.18 Distancia de separación entre más de dos pistas.
Regla número tres:
Figura 10.19 Las pistas deben ser radiales a los componentes y pads.
31
Regla número cuatro:
Figura 10.20 No deben unirse directamente dos o más pads.
Regla número cinco:
Figura 10.21 Mientras las pistas sean más cortas mejor.
32
Regla número seis:
Figura 10.22 Ancho de pistas.
Regla número 7:
Figura 10.23 La separación entre pistas para tensiones y grosor.
33
Regla número 8:
Figura 10.24 Diámetro de los pads.
Regla número 9:
Figura 10.25 Debe dejarse un espacio de separación entre pistas.
34
Regla número 10:
Figura 10.26 El ancho de las pistas fue de 1 o 2 mm.
10.9. Diseño PCB DAQ3.
El diseño PCB se hizo con todas las reglas correspondientes ya habladas
anteriormente, este es la parte del proyecto principal donde la placa se realizará
de cuatro capas, Top Layer, Bottom Layer, Internal Plane 1 e Internal Plane 2.
Figura 10.27.
35
Figura 10.27 Diseño PCB DAQ3.
10.10. Especificación de material y equipo.
Las especificaciones se buscan en una página de internet que es el proveedor
principal de la empresa, aquí salen distintas categorías para buscar el componente
que se necesita (Figura 10.28). Un ejemplo es buscar un microcontrolador
ATMEGA328P.
36
Figura 10.28 Datos de especificación del componente.
Al seleccionar cada una de las categorías sale el componente que se está
buscando, sino es así se vuelve a seleccionar en cada una de las categorías otra
especificación.
Si el componente es el que se necesita sale una pantalla como la Figura 10.29, en
este ejemplo se buscó un microcontrolador ATMEGA328P. En el pequeño
recuadro de cada componente te especifica si está en existencia o no, sino es así
se busca uno similar siguiendo el mismo procedimiento. En cada componente se
muestra quien es el fabricante, costo, etc., estos datos son los que se colocaron
en la BOM para tener la lista final de lo que se pedirá para el ensamble de los
PCB´s.
37
Figura 10.29 Características y datos del componente.
10.11. Realizar BOM.
Esta se genera en el programa, la herramienta se llama BOM (Bill of Materials)
aquí se muestra toda la lista de componentes. En el paso 3 se mencionó una
ventana donde se colocan los datos de cada uno de los componentes. Al realizar
el reporte de la BOM se muestra el designador, valor, precio, empresa de quien lo
fabrica, número de parte del fabricante y del proveedor, el http que te lleva
directamente a Web y la descripción del componente. Estos datos se deben poner
dentro de la ventanilla de cada uno de los componentes para que la BOM salga
adecuadamente.
38
En la siguiente Figura 10.30, se muestra la herramienta que se utiliza para este
reporte. Esta es la ventana que aparece en el programa Altium y se selecciona
Bill of Materials.
Figura 10.30 Como realizar una BOM.
Después sale una pantalla como la Figura 10.31, aquí se salen organizados los
componentes y todos los datos que se mencionaron anteriormente. Se le da click
en el botón File Format y se exporta la lista de materiales a una hoja de Excel.
39
Figura 10.31 Lista de los componentes con sus datos.
Esta es la imagen que aparece después de exportar la lista de materiales, están
acomodados por número de designador. Figura 10.32.
Figura 10.32 Lista de componentes en Excel.
40
10.12. Cotización con Proveedores de materiales.
La cotización de los componentes se hace en la misma página donde se buscan
las especificaciones del componente, en una de las categorías se encuentra el
precio y la cantidad que se necesita, los precios se pueden colocar del más barato
al más caro o lo contrario. Así se cotizaron los precios con un proveedor pero para
seleccionar si el componente es de calidad Figura 10.33.
Figura 10.33 Como salen los precios de los componentes.
En la columna donde dice cantidad es lo que se encuentra en stock, el precio y por
último la cantidad mínima que se puede pedir, este es solo un ejemplo de cómo
41
sale en la cotización y son los aspectos más importantes. Figura 10.34 Muestra de
cotización de los componentes.
Figura 10.34 Muestra de cotización de los componentes.
10.13. Compra de materiales.
La lista de componentes se manda a la persona encargada de compras, esta
persona se encarga de hacer el pedido a proveedores. Depende de cada
proveedor el tiempo en que se entreguen los componentes, estos llegan en un
lapso de 3 días o llegan a tardar más de una semana. Figura 10.35.
42
Figura 10.35 Lista final de materiales para ensamble.
Los componentes se suben a una página por internet junto con la cantidad,
cuando ya está terminada la lista se manda pedir. Esta lista se sube con una
cuenta que se tuvo con el proveedor y sale una pantalla como la siguiente figura
10.36:
Figura 10.36 Cuenta del proveedor.
43
10.14. Entrega de materiales.
Cuando el proveedor entregó los componentes, la persona encargada de compras
realizó el conteo de componentes (Figura 10.36) y se comprueba en la lista que se
pidió por internet (Figura 10.37).
Figura 10.36 Conteo de componentes electrónicos.
10.37 Ejemplo de lista de materiales que se registraron.
44
Después los componentes se pasaron a ensamble, para registrar que la tarjeta se
soldara y se mandó la lista de cada designador y una impresión de cómo está el
diseño de la tarjeta para que fuera más fácil soldar los componentes. Figura 10.38.
Figura 10.38 Componentes para ensamblar e impresión de diseño.
10.15 Realizar archivos Gerbers.
Al terminar los diseños se realizaron archivos Gerbers con cualquiera de estas
extensiones DXF, JPG, BMP, TIF y GIF (Figura 10.39).
Figura 10.39 Formatos de Gerbers.
Los pasos que se siguieron para generar los archivos Gerbers son:
45
El programa Altium ya genera automáticamente los archivos solo se eligieron
ciertas opciones (Figura 10.40).
Figura 10.40 Generación de archivos Gerbers.
Paso dos, se eligieron las unidades pulgadas y el formato se da por default (Figura
10.41).
46
Figura 10.41 Definición de unidades.
Se eligieron las capas que se utilizaron en la placa, están marcadas con una
(Figura 10.42).
Figura 10.42 Elección de capas.
47
Después se pasa a Advanced y son las medidas de la tarjeta que ya se dan por
default (Figura 10.43).
Figura 10.43 Medidas de la tarjeta.
48
Este paso fue para realizar las perforaciones de la tarjeta (Figura 10.44).
Figura 10.44 Perforaciones.
49
Se eligen solo las unidades en pulgadas por las medidas de la tarjeta, el formato
quedó igual (Figura 10.45).
Figura 10.45 Unidades para medidas de la placa.
50
Sale la siguiente pantalla y solo se da ok para confirmar las unidades (Figura
10.46).
Figura 10.46 Confirmación de unidades.
Estos son los orificios que se realizaron en la tarjeta (Figura 10.47).
Figura 10.47 Orificios de corte.
51
Después de todas las ventanas anteriores se generaron estos archivos (Figura
10.48).
Figura 10.48 Archivos generados.
Estos archivos se mandaron a la persona encargada atención a clientes para que
cotice las tarjetas en precio y tamaño. Este proceso es el más tardado por la
entrega de los PCB´s y el envío.
A partir de esta actividad (10.15. Manufactura de PCB´s.) Son otros alcances de
un nuevo proyecto.
52
10.16. Manufactura de PCB´s.
Después de que se cotizan las tarjetas se manda manufacturar (Figura 10.49).
Este es el proceso más largo porque es la espera del PCB. El programa que se
utiliza es el FAB 300 para generar un panel y mandar realizar la tarjeta (Figura
10.50).
Figura 10.49 Manufactura de PCB´s.
Figura 10.50 Programa para manufacturar.
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10.17. Ensamble.
Después de la manufactura se envía a ensamble.
El procedimiento de ensamble es el siguiente:
-Se toman los componentes etiquetados con su designador.
-Se empasta la tarjeta manual (Figura 10. 51 y Figura 10.52), y se colocaron los
componentes.
Figura 10.51 Empastado de PCB.
Figura 10.52 Ensamble de componentes.
-Después se coloca en un horno de reflujo para soldar (Figura 10.53).
-Al sacar la tarjeta se colocan los componentes true-hole.
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-Se inspecciona con un microscopio para saber si hay cortos; se limpian con un
químico especial y se dejan secar.
-Por último se entregan a pruebas.
Figura 10.53 Horno de reflujo
La norma RoHS de las siglas en Inglés (Restriction of Hazardous Substances) se
utiliza en la empresa se refiere a la directiva 2002/95/CE de Restricción de ciertas
Sustancias Peligrosas en aparatos eléctricos y electrónicos), un ejemplo es: La
tarjeta electrónica está formada por el circuito impreso, circuitos integrados,
resistencias, interruptores, etc. El interruptor está formado por su encapsulado,
una palanca, un resorte, contactos, etc.
Para un ensamble de calidad no se deben cometer estos errores en lo menos
posible, esto se aplica en las normas de calidad -Cortos de soldadura
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-“Ausencia de soldadura” (Figura 10.54). (Microensamble, 2011, p. 1).
Figura 10.54 Ausencia de soldadura.
-“Ausencia de componente”. (Figura 10.55). (Microensamble, 2011, p. 1).
Figura 10.55 Ausencia de componente.
-“Polaridad inversa” (Figura 10.56). (Microensamble, 2011, p. 1).
Figura 10.56 Polaridad inversa.
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-Componente fuera de su lugar
Figura 10.57 Componente fuera de su lugar.
10.18. Pruebas individuales.
Las pruebas de las tarjetas son por separado:
-Se realizan energizando cada una de las tarjetas empezando con la fuente que
proporciona toda la energía al resto de las tarjetas.
-La fuente se alimenta primero a 12VDC si hay algún corto se vuelve a revisar el
ensamble, si no sucede algún error la tarjeta se queda así,
-Después se prueba con 110VAC si la prueba es exitosa la tarjeta se probara en
conjunto.
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-Para el RF es de la misma manera solo se revisa que a la hora de energizarla no
haya cortos pero esta tarjeta no se programa.
-Para la UDAQ también se energiza con 12 VDC, se revisa que los reguladores
funcionen y hagan bien su conversión a 5 VDC y 3.3 VDC.
-Se revisa que lleguen al microcontrolador los 3.3VDC y se dividan en todos los
componentes, sensores de entrada y salida, bluetooth y LCD.
10.19. Pruebas en conjunto.
-En la prueba completa se conectan a la UDAQ la tarjeta de la fuente y el módulo
RF.
-Se energizan completamente y no debe generarse ningún corto, porque se hacen
separadamente las pruebas de voltajes, si llega a ocurrir se deben revisar las
soldaduras o que el componente este bien colocado. Si no es de esta manera la
tarjeta ya está completa para poder programarla y después hacer pruebas
completas de cómo funciona todo el módulo completo.
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10.20. Colocar en Gabinete.
El gabinete que se utilizará es el PC 21/18 (Figura 10.58, 10.59 y 10.60), está
regido por la norma NEMA4X que es para la protección contra lluvia, corrosión y
cualquier derrame de agua. Se eligió por la seguridad de las tarjetas aparte de que
este producto saldrá al mercado.
Figura 10.58 Nombre del gabinete que se eligió.
Figura 10.59 Forma de gabinete.
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Figura 10.60 Medidas de Gabinete.
XI. Resultados obtenidos
El resultado final fue el diseño PCB multicapas del proyecto UDAQ, el módulo
RF y la placa de la fuente. También se realizaron las BOM´s de cada una de las
tarjetas con sus respectivos datos cada una. Se agregó otro módulo al diseño un
Bluetooth ya integrado a la UDAQ es para tener comunicación con la
computadora, teléfono celular u otros aparatos que tengan esta comunicación. El
ruteo fue exitoso se utilizaron diferentes tamaños de grosor en las pistas, y el
diseño es más pequeño por esa causa el ruteo se mejoró un 20%. Estos diseños
se lograron con el programa Altium.
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XII. Conclusiones y Recomendaciones
El diseño cumplió con el objetivo de ser cuatro capas o multicapas, esto
generó una disminución en las dimensiones y con componentes de menor tamaño,
al crear este diseño fue algo nuevo en la empresa que no se había realizado
anteriormente, esto abre la puerta a elaborar diseños de esta variedad, de igual
manera se realizó el módulo RF y el diseño de la fuente, solo estas de dos capas.
Las actividades finales son la continuación del proyecto para que en un futuro se
termine y pueda salir al mercado.
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XIII. Bibliografía
Documentos con acceso en el World Wide Wed (WWW):
Centro de investigación y desarrollo tecnológico de la industria electrónica e
informática (2013). Necesidad de introducir la tecnología de tarjetas multicapa en
la producción de tarjetas electrónicas (PCB). Recuperado el 11 de Junio del 2013.
Disponible
en:
http://cidei.net/necesidad-de-introducir-la-tecnologia-de-tarjetas-
multicapa-en-la-produccion-de-tarjetas-electronicas-pcb-de-los-productoselectronicos-colombianos/
Autor anónimo (no hay revisión). Las reglas generales de diseño de las pistas de
la PCB. Recuperado el 7 de Julio del 2013. Disponible en:
http://www.granabot.es/Modulos/dpe/Apuntes/Tema%201.6.5.pdf
Microensamble (2011). Fabricación y ensamble de circuitos impresos. Recuperado
el
11
de
Agosto
del
2013.
Disponible
es:
http://www.microensamble.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1
6&Itemid=73
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