circuitos impresos

DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS

Msc. Jorge Saul Fandiño Pelayo

INSTITUTE FOR PRINTED CIRCUITS ( IPC -ASSOCIATION CONNECTING

ELECTRONICS INDUSTRIES)

La organización IPC (Institute for Printed Circuits),

ha generado un conjunto de estándares que regulan

el diseño, ensamblado y control de calidad de los

circuitos impresos, siendo la familia IPC-2220 una

de las de mayor reconocimiento en la industria. 

DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS CON NORMAS IPC

El diseño y fabricación de circuitos impresos

está regido por una gran cantidad de normas

técnicas relativas a formas y tamaños de las

pistas, ubicación de los componentes, radiación

de señales electromagnéticas, cambios de la

temperatura, interferencias entre etapas de un

mismo circuito, etc.; 

La IPC es la asociación de industrias relacionadas

con interconexión electrónica y la máxima autoridad

en lo que tiene que ver con el diseño de circuitos

impresos en el mundo.

¿DE QUÉ NOS SIRVEN LAS NORMAS IPC?

Tal como ocurre con todos los sistemas de estándares, al

seguirlos podemos obtener una serie de beneficios:

Por el simple hecho de que nos proporcionan

conocimiento y criterios técnicos validados ampliamente

por la experiencia (nos evitamos re-inventar la rueda).

Por facilitarnos la vida al mantenernos dentro de "lo

normal" y, por lo tanto, asegurando la compatibilidad con

un enorme universo de procesos y materiales.

Porque proporciona a todos los actores de la

industria electrónica un lenguaje común para

describir atributos de calidad en el diseño y

fabricación de circuitos electrónicos.

Es común que fabricantes y diseña-dores

electrónicos de todo el mundo indiquen a sus

clientes que trabajen de acuerdo a los

estándares IPC para que éstos sepan que

pueden exigir y contar con un nivel definido y

conocido de calidad en los circuitos recibidos.

ESTÁNDARES IPC: ALGUNOS EJEMPLOS QUE SALVAN VIDAS

El universo de conocimiento y criterios tanto de manufactura

como de diseño electrónico que proporcionan los estándares

IPC es enorme, pero es posible presentar algunos ejemplos

ilustrativos para vislumbrar su poder e importancia:

Ojo con el "ojímetro", que nos puede dejar tuertos

Lecciones de magia negra

Poniéndonos de acuerdo sobre "lo bueno" y "lo malo“

¿DÓNDE SE CONSIGUEN?

Probablemente, la mejor forma de obtener un

ejemplar impreso de cualquiera de estas normas sea

a través del sitio web del IPC (www.ipc.org). Algunos

estándares son gratuitos y pueden descargarse del

mismo sitio.

A MANERA DE RESUMEN

Las normas del IPC son una herramienta imprescindible para

adoptar rápidamente prácticas de diseño y fabricación de

electrónica de alta calidad sin tener que pasar por años de

pruebas y errores. Conocerlas nos otorga criterios relevantes a la

hora de evaluar la calidad de los circuitos electrónicos de

nuestros proveedores. Aplicarlas nos deja un paso más cerca de

alcanzar un nivel de calidad comparable al de los países líderes

de la industria electrónica, y lo mejor de todo, sin aumentar

nuestros costos.

Electronic Industries Alliance (EIA)

En español: Alianza de Industrias Electrónicas,

conocida como Electronic Industries Association hasta 

1997, es una organización formada por la asociación de las

compañías electrónicas y de alta tecnología de los 

Estados Unidos, cuya misión es promover el desarrollo de

mercado y la competitividad de la industria de alta

tecnología de los Estados Unidos con esfuerzos locales e

internacionales de la política.

La EIA tiene establecida su central en 

Arlington, Virginia. Abarca a casi 1300

compañías del sector, y cuyos productos y

servicios abarcan desde los componentes

electrónicos más pequeños hasta los sistemas

más complejos usados para la defensa, el 

sector espacial y la industria, incluyendo la

gama completa de los productos 

electrónicos de consumo.

Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)

Autodenominada como una “Solid State Technology

Association”, es la rama de la “Alianza de Industrias

Electrónicas” (Electronic Industries Alliance, EIA),

que representa a las áreas de la industria

electrónica en los Estados Unidos para la 

estandarización de la ingeniería y desarrollo de

tecnologías basadas en semiconductores.

En 1960, crearon JEDEC como una iniciativa

conjunta de la EIA y la National Electrical

Manufacturers Association (NEMA), para cubrir la

creciente necesidad de estandarización de

dispositivos basados en semiconductores discretos.

En 1970 sus objetivos se extendieron al ámbito de

los, entonces modernos, circuitos integrados.

Está formada por aproximadamente

300 compañías asociadas, que

comprenden fabricantes, distribuidores

y usuarios de componentes basados en 

semiconductores.

International Engineering Consortium (IEC)

Favor dirigirse a http://www.iec.org/

Military Standards

MIL-STD-1553 es el estándar militar publicado por el 

Departamento de Defensa de Estados Unidos que define las

características mecánicas, eléctricas y funcionales de un 

bus de datos en serie. Fue diseñado en principio para su

uso en aviación militar, pero ha terminado por utilizarse

habitualmente en subsistemas embarcados de manejo de

datos en vehículos espaciales, tanto militares como civiles.

Proporciona una interfaz física de línea balanceada dual,

una interfaz de red diferencial, multiplexación

por división en el tiempo, protocolo de comando/respuesta 

half-duplex y hasta 31 terminales remotos. Una versión de

MIL-STD-1553, que utiliza cableado óptico en lugar de

eléctrico, es conocida como MIL-STD-1773.

MIL-STD-1553 fue publicado por primera vez en 1973 como

un estándar de la de la U.S. Air Force, y fue utilizado en el

avión de combate F-16 Fighting Falcon. Rápidamente le

sucedieron otros diseños de aviones, entre ellos el F-18 Hornet

 y el F-20 Tigershark. Actualmente es ampliamente utilizado

por todas las ramas del ejército de Estados Unidos y ha sido

adoptado por la OTAN como STANAG 3838 AVS. MIL-STD-1553

está siendo reemplazado en nuevos diseños norteamericanos

por FireWire.

American National Standards Institute (ANSI)

El Instituto Nacional Estadounidense de

Estándares (ANSI, por sus siglas en

inglés: American National Standards Institute) es

una organización sin fines de lucro que supervisa el

desarrollo de estándares para productos, servicios,

procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI es

miembro de la 

Organización Internacional para la Estandarización

 (ISO) y de la Comisión Electrotécnica Internacional

(International Electrotechnical Commission, IEC). 

 La organización también coordina estándares del país

estadounidense con estándares internacionales, de tal

modo que los productos de dicho país puedan usarse en

todo el mundo. Por ejemplo, los estándares aseguran que la

fabricación de objetos cotidianos, como pueden ser las

cámaras fotográficas, se realice de tal forma que dichos

objetos puedan usar complementos fabricados en cualquier

parte del mundo por empresas ajenas al fabricante original.

De éste modo, y siguiendo con el ejemplo de la cámara

fotográfica, la gente puede comprar carretes para la misma

independientemente del país donde se encuentre y el

proveedor del mismo.

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Es una asociación mundial de técnicos e ingenieros

dedicada a la estandarización y el desarrollo en

áreas técnicas.

Con cerca de 425 000 miembros y voluntarios en

160 países, es la mayor asociación internacional sin

ánimo de lucro formada por profesionales de las

nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, 

ingenieros en electrónica, 

científicos de la computación, 

ingenieros en computación, matemáticos aplicados,

ingenieros en biomedicina, 

ingenieros en telecomunicación, 

ingenieros en mecatrónica, etc.

Su creación se remonta al año 1884, contando

entre sus fundadores a personalidades de la talla de 

Thomas Alva Edison,Alexander Graham Bell y 

Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre

de IEEE al fusionarse asociaciones con el AIEE

(American Institute of Electrical Engineers) y el IRE

(Institute of Radio Engineers).

Según el mismo IEEE, su trabajo es promover la creatividad, el desarrollo y la

integración, compartir y aplicar los avances en las tecnologías de la información,

electrónica y ciencias en general para beneficio de la humanidad y de los mismos

profesionales. Algunos de sus estándares son:

VHDL

POSIX

IEEE 1394

IEEE 488

IEEE 802

IEEE 802.11

IEEE 754

Q U É E S U N C I R C U I T O I M P R E S O

Los Circuitos impresos o PCB (Printed Circuit

Board) 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.

DISEÑO

A la hora de construir un circuito impreso, lo

primero que se debe hacer dibujar el diseño original

del circuito impreso tal como queremos que quede

terminado. Este proceso se puede hacer a mano -en

un papel con un lápiz y una regla- o utilizando un

programa de diseño de circuitos impresos.

Este tipo de herramientas recibe el

nombre de herramientas CAD

(Computer Aided Design o Diseño

Asistido por Computador) y, como es de

suponer, es la opción más

recomendable. Existen multitud de

programas que, de una forma u otra,

pueden satisfacer nuestras

necesidades.

Programas para el diseño de circuitos impresos y simulación de esquemáticos:

OrCAD.

FreePCB - Herramienta libre y gratuita para Windows, disponible bajo licencia GPL.

PCB – Herramienta libre para X11.

gEDA – Familia de herramientas EDA, disponibles bajo licencia GPL.

Kicad – GPL PCB suite. Herramienta libre disponible bajo licencia GPL.

EAGLE – Herramienta comercial, existe una versión gratis para amateurs (con limitaciones en el

tamaño de la tarjeta)

Cadstar – Completa herramienta comercial para el desarrollo de PCBs

Cadstar Express – Herramienta de diseño gratis.

Altium Designer – Sistema de desarrollo completo.

Zuken – Software de diseño.

[1]; New Wave Concepts.

Fresadora de pcb – para la realización de prototipos de circuito impreso.

http://www.diptrace.com - Software gratuito (versión freeware) y de muy fácil uso para la creación de

circuitos impresos.

CircuitPeople - visor para archivos Gerber, sin costo Diagrama o esquema electrónico.

FABRICACIÓN: PATRONES

Generalmente en la fabricación de las tarjetas para circuitos impresos se

utilizan circuitos impresos vírgenes. Estos circuitos son bases de sustrato

recubiertas completamente de cobre. A estos circuitos vírgenes se les

eliminará el cobre no deseado utilizando alguna de las siguientes técnicas:

Impresión serigráfica

Fotograbado

Fresado

Impresión en material termosensible

Existen circuitos impresos que tienen capas con

pistas en su interior, a estos circuitos se les

denomina multicapas. En estos circuitos se fabrican

las capas individualmente en laminas delgadas de

sustrato y se unen formando una única tarjeta.

ATACADO

Algunos de los procesos mencionados

anteriormente requieren atacado químico para

eliminar el cobre sobrante. Generalmente se utilizan

ácidos o corrosivos. Los productos químicos mas

utilizados son el Percloruro Férrico, el Sulfuro de

Amonio, el Acido Clorhídrico mezclado con Agua y el

Peroxido de Hidrogeno.

PERFORADO

Las perforaciones, o vías, del circuito impreso se

taladran con brocas hechas de carburo tungsteno,

teniendo especial cuidado en que los orificios

queden centrados en los pads (puntos de soldadura

de los componentes) y sean del tamaño correcto, ya

que si no la conexión no se realizaría correctamente

entre el componente y la vía.

La perforación también permite crear vías de

comunicación entre las distintas capas de un circuito

impreso multicapas.

SERIGRAFÍA

Los dibujos y texto se pueden imprimir en las

superficies exteriores de un circuito impreso a

través de la serigrafía o también por impresión

digital por chorro de tinta. Esto se utiliza

comúnmente para identificar algunos de los

componentes o conexiones o para incluir

información sobre las características de la

tarjeta (fabricante, modelo,…)

SOLDADURA Y MÁSCARA ANTISOLDANTE

Las zonas de montaje de componentes y los pads

suelen metalizarse para facilitar el soldado de los

componentes, debido a que el cobre no se puede soldar

fácilmente. Para evitar problemas de cortocircuitos

entre los distintos componentes, o entre las patas de un

mismo componente, las zonas que no se deben soldar

son recubiertas por un polímetro resistente a la

soldadura (mascara antisoldante).

Se utiliza una plantilla para esparcir

una pasta de soldadura en los lugares

de montaje de los componentes

electrónicos para que tras su montaje

queden firmemente fijados.

MONTAJE Y SOLDADO DE LOS COMPONENTES

Tras el montaje de los componentes electrónicos

se aplica un baño de una aleación soldante para

soldar las patas de los componentes a la tarjeta y

así establecer la conexión.

Pruebas y verificación

Protección y empaquetamiento

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO

Verificar estas dos paginas y realizar dos

ensayos uno sobre cada pagina de mínimo una

hoja cada uno.

http://www.directindustry.es/prod/lpkf-laser-ele

ctronics/maquina-de-fabricacion-de-circuito-im

preso-9183-36375.html

http://www.madboxpc.com/15-pasos-para-hacer

-una-placa-madre-guia-en-imagenes/