La fabricación de un circuito se realiza para tener un medio donde sostener y conectar electrónicamente los componentes electrónicos, existen distintas técnicas, software pero estos van de acuerdo a costos y cantidad de muestras que se piensan fabricar, nosotros solo fabricamos el prototipo, y esencialmente para la fabricación del circuito impreso se tienen que completar 2 etapas que es el diseño del circuito y la otra etapa trata de la impresión y armado.
3.6.1 Diseño
El diseño electrónico se realiza bajo ciertas normas buscando que este funcione bien y sea barato de fabricar. Este diseño electrónico lo llevamos acabó mediante Altium designer es una herramienta de diseño en todas las fases y para todas las disciplinas, ya sea esquemas, simulación, circuitos impresos de circuitos el cual nos permite tener todo esto en un ambiente que nos permite comunicarnos con el editor de esquemáticos y el editor de PCB en el mismo programa.
En la creación del esquemático se agregan los componentes de las librerías predeterminadas además se pueden importar librerías desde la red lo cual amplia en número de componentes de los cuales podemos echar mano, se agregan los componentes que requerimos a nuestra hoja de trabajo y se realizan las conexiones tal cual como en un diagrama, así generamos el esquemático el cual está representado en la figura 3.15.
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En la imagen anterior se muestra la pantalla que nos ofrece el programa para la creación del esquemático, se muestran las herramientas del software y se muestra la hoja de trabajo la cual ilustra los componentes y nodos de nuestro circuito. Lo siguiente es convertir el esquemático en una lista de nodos. Esto es una lista de las terminales y nodos del circuito, a los que se conectan los pad de los componentes. Este es generado por el programa de forma automática se asignan dimensiones que va tener el pcb anchos de pistas los cuales van en relación a la cantidad de corriente que conducirán el área de estas el grosor la temperatura máxima que tendrán, también se asignan reglas como distancia mínima entre pad y pista, entre pista posteriormente a esto; la lista es importada en el programa a la etapa de generación del pcb importando lista de nodos, componentes y redes. A continuación se determina la posición de cada componente. Esto se puede hacer mediante el uso del asistente del programa o se puede realizar manualmente, nosotros lo realizamos manualmente para aprovechar el espacio a nuestra conveniencia creando el espacio necesario para disipadores de calor y creando un acomodo en los circuitos que permita se acoplamiento en la carcasa del alimentador del microalambre, esto es ya sea para optimizar el desempeño del circuito, o para poner componentes, según lo requiere el diseño mecánico del sistema.
El programa importa todos los componentes con sus respectivos footprints estos contienen el mapa de los pines de cada componente la distribución de los pad tamaño de estos para las perforaciones recomendadas; los footprints pueden ser editados o creados en otra parte del mismo programa para así poder contar con nuestra propia librería de componentes, así tenemos mayor exactitud al momento de impresión y armado del circuito.
Después de esto se tiene en la pantalla una representación de nuestra placa la cual puede ser editada asignándole distintas características que son; dimensiones, especificación del tipo de componentes que se ocuparan haciendo referencia a componentes through-hole o montaje superficial además se especifica las caras o cara en donde trabajaremos; nosotros realizamos nuestro circuito con componentes through-hole utilizando solo un plano el plano superior. También se tienen en esa pantalla todos los footprints de los componentes que requerimos con las referencias de nodos y redes que se importaron. En la figura 3.16 se ilustra el pcb con los componentes, nodos, redes y lista de pines ya importados. Lo que se ve son los footprints acomodados y las líneas indican su conexión de cada pin del componente.
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Figura 3.16 Imagen de la tarjeta en el programa Altium
El ruteado en el programa que utilizamos se pude realizar de dos maneras una, es utilizando el asistente de el programa el cual trata de rutear cada nodo en la lista de de pines de cada componente, encontrando secuencias de conexión en las capas disponibles. Mediante el uso de algoritmos el cual por lo regular es un algoritmo práctico de ruteo es elegir el pin más lejana del centro de la tarjeta, y luego usar un algoritmo codicioso para seleccionar la siguiente pin más cercana con la señal del mismo nombre; y la otra forma es realizar el ruteado manualmente pin a pin lo cual dependiendo de la habilidad de quien manipula el programa nosotros ruteamos de esta manera ya que así nos permite lograr conexiones un tanto más lógicas que provean al circuito del orden que requerimos de acuerdo a las características eléctricas y mecánicas del sistema.
En la figura 3.17 se muestra el circuito ya ruteado se pueden apreciar la diferencia de anchos en las pistas como mencionamos esto depende de las características de cada pista también se observan las pistas en color azul esto va en relación a la superficie donde se está trabajando.
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Figura 3.17 Diseño completo de la tarjeta
Ya por último se generan el archivo final o gerber, esto nos da una serie de imágenes que necesitamos para poder realizar la impresión en nuestro circuito, se tienen diferentes vistas de acuerdo a las necesidades, a continuación en la figura 3.18 se muestra la imagen que se imprimió de nuestro circuito final.
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3.6.2 Manufactura.
Para realizar un circuito impreso se necesita una tarjeta de cobre virgen estas pueden tener cobre en las dos caras o en caras internas pero la nuestro circuito es de una sola cara, y luego se retira el cobre no deseado, dejando sólo las pistas de cobre deseado. Algunos pocos circuitos impresos son fabricados al agregar las pistas al sustrato, a través de un proceso complejo de electro recubrimiento múltiple. Algunos circuitos impresos tienen capas con pistas en el interior de éste, y son llamados circuitos impresos multicapas. Éstos son formados al aglomerar tarjetas delgadas que son procesadas en forma separada. Después de que la tarjeta ha sido fabricada, los componentes electrónicos se soldán a la tarjeta. Hay varios métodos típicos para la producción de circuitos impresos:
1. La impresión serigrafía. 2. El fotograbado.
3. El fresado de circuitos impresos
4. La impresión en material termosensible.
Se ocuparon dos métodos de transferencia de circuitos impresos el método de transferencia de calor y por el método de foto sensibilidad, pero resulto mas practico el método de transferencia por calor. Para poder transferir un circuito de impreso a nuestra placa de cobre se requiere que esta se encuentre preparada es decir lijada con una lija fina y libre de grasas con la ayuda de algún solvente para lograr una mejor transferencia del circuito. El circuito se imprime en papel couche esta impresión se realiza con una impresora laser con base a la figura obtenida en el programa; para hacer la transferencia se humedece la placa con alcohol isopropilico se ajusta la imagen a la placa de cobre.
Se utiliza una plancha a su máxima temperatura, inmediatamente después de que se ajuste la imagen a la placa se plancha la imagen y se aplica un poco de presión esto es por 5 minutos, al terminar se deja enfriar la placa después de esto solo se retira en papel de la placa tallando suavemente solo quitando el papel sin tallar demasiado sobre las pistas transferidas
El atacado de la placa de cobre se puede realizar de diferentes maneras. La mayoría de los procesos utilizan ácidos o corrosivos para eliminar el cobre excedente. Existen métodos de galvanoplastia que funcionan de manera rápida, pero con el inconveniente de que es necesario atacar al ácido la placa después del galvanizado, ya que no se elimina todo el cobre.
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ataque de tipo alcalino y de tipo ácido. Según el tipo de circuito a fabricar, se considera más conveniente un tipo de formulación u otro.
Nosotros utilizamos el acido clorhídrico diluido en agua para corroer el cobre que no está cubierto por el circuito impreso este procedimiento lo realizamos depositando la mescla del acido con agua en una charola de plástico después se sumerge la placa de cobre y se utiliza una pequeña bomba para que cree burbujas en el acido y el movimiento incremente la velocidad del proceso esto puede durar 7 minutos. Después de esto se retira la placa de cobre y se enjuaga con agua corriente.
Al finalizar esta parte del proceso ya se tiene la placa de cobre con las pistas lo único que se necesita es perforar y montar los componentes. El perforar se realiza mediante el uso de un taladro de banco la impresión del circuito nos marca el lugar de los pad y así que solo se sigue las marcas que sirven como guía y se perfora. El montado de los componentes solo se hace metiendo los pines en sus lugares correspondientes se soldán cada pin con estaño. Al final tenemos un circuito como el que se muestra en la figura 3.19.