Pruebas y verificación 18




descargar 77.12 Kb.
títuloPruebas y verificación 18
fecha de publicación26.12.2015
tamaño77.12 Kb.
tipoPruebas
med.se-todo.com > Documentos > Pruebas


ESCUELA SUPERIOR DE INFORMÁTICA
UNIVERSIDAD DE CASILLA-LA MANCHA


Automatización Industrial


Fabricación de Circuitos Impresos

Jose Domingo López López

josed.lopez1@alu.uclm.es
Raúl Arias García

raul.arias2@alu.uclm.es
Pablo García Bastante

Pgarciab84@gmail.com
12 de Marzo del 2009

Índice de contenidos


1. Introducción 1

2. Qué es un circuito impreso 2

3. Descripción del proceso de fabricación 3

3.1. Diseño 3

3.1.1. Diseño asistido por computador 5

3.2. Fabricación 8

3.2.1. Caracteristicas de los sustratos 8

3.2.2. Impresión de Patrones 10

3.2.2.1. Impresión serigrafica 11

3.2.2.2. Fotograbado 11

3.2.2.3. Fresado 12

3.2.2.4. Impresión en material termosensible 13

3.2.3. Atacado quimico 14

3.2.4. Perforado 15

3.2.5. Serigrafía 16

3.2.6. Soldadura y máscara antisoldante 16

3.2.7. Montaje y soldado de los componentes 17

3.3. Pruebas y verificación 18

4. Automatización del proceso 19

5. Conclusiones 20

6. Apéndice A: Glosario 21

7. Apéndice B: Términos de uso 22

8. Bibliografía 23



Índice de imágenes



Fig. 3.1 Screenshot de FreePCB 4

Fig. 3.2 Dibujo realizado con software CAD 6

Fig. 3.3 Pieza desarrollada en 3D en CAD 6

Fig. 3.4 Placa virgen de bajo coste lijada y lista para tratar 9

Fig. 3.5 Circuitos flexibles 10

Fig. 3.6 Circuito impreso virgen 10

Fig. 3.7 Proceso de fotograbado 11

Fig. 3.8 izquierda, transparencias sobre la insoladora. Derecha, placa revelada 12

Fig. 3.9 Fresadora especifica para circuitos impresos LPKF ProtoMat S100 13

Fig. 3.10 Tinta toner transferida a una placa virgen 14

Fig. 3.11 El cobre no cubierto por la tinta se elimina con un baño de Percloruro Ferrico 15

Fig. 3.12 Pads perforados 16

Fig. 3.13 Pasta de soldadura aplicada a la zona de montaje de componentes 17

Fig. 3.14 Componentes Through Hole 17

Fig. 3.15 Componentes SMD 18


Indice de Tablas



Tabla 3.1 Programas para el diseño de circuitos impresos 5


1.Introducción




2.Qué es un circuito impreso




Explicar qué es un circuito impreso y para qué sirve. Un poco de Historia? Creo que en este apartado estaria bien comentar los distintos tipos de circuitos impresos, Multicapa y demas, ademas de mostrar algun ejemplo visual de estos.



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.

3.Descripción del proceso de fabricación




Descripción del proceso y las fases en que se divide. Yo soy partidario de poner en esta sección como se hacen los circuitos impresos de manera rudimentaria, es decir, a mano y sin incluir automatización… y en la siguiente sección hablar solo de automatización.

Incluimos materiales de fabricación?, para el sustrato, conductores y demas? O es irrelevante en este trabajo?

Seria interesante hablar tambien de las condiciones especiales de trabajo que se deben dar en la fabricación, como son el que todo el personal debe llevar ropa antiestatica para evitar cortocircuitos, aire ionizado para el mismo fin,…


3.1.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 (ver Error: Reference source not found). 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 (ver Tabla 3 .1 Programas para el diseño de circuitos impresos).


Fig. 3.1 Screenshot de FreePCB

Programas para el diseño de circuitos impresos y simulación de esquemáticos1:

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

Tabla 3.1 Programas para el diseño de circuitos impresos
3.1.1. Diseño asistido por computador
El diseño asistido por computador también conocido como CAD (Computer Aided Design), consiste en el uso de una gran variedad de herramientas computacionales que asisten a ingenieros, arquitectos y a otros profesionales del diseño en sus respectivas actividades. También se le puede denominar CADD (Computer Aided Drafting and Design) refiriéndose al dibujo y diseño asistido por computador. Además el CAD es utilizado en el ámbito de procesos de administración del ciclo de vida de productos (Product Lifecycle Management).
Este conjunto de herramientas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo en dos dimensiones (2D) y modeladores en tres dimensiones (3D):

  • Las herramientas de dibujo en 2D: estas herramientas se basan en entidades geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Se puede ver un ejemplo en la imagen siguiente (ver Error: Reference source not found).




Fig. 3.2 Dibujo realizado con software CAD


Con el empleo de herramientas 3D el usuario puede asociar a cada entidad una serie de propiedades (color, usuario, capa, estilo de línea, nombre, definición geométrica, etc.) que permiten manejar la información de forma lógica. Además pueden asociarse a las entidades o conjuntos de éstas otro tipo de propiedades (material, textura, etc.) que permiten enlazar el CAD a los sistemas de gestión y producción.



Fig. 3.3 Pieza desarrollada en 3D en CAD

De estos modelados pueden obtenerse planos con cotas, anotaciones e información muy útil para generar la documentación técnica específica para cada proyecto.
A continuación hemos recopilado un listado de los programas de CAD más utilizados:
AbisCAD

Allplan

ArchiCAD

ARRIS CAD

AutoCAD,

Autodesk Inventor

Autosketch

AutoDesk.

BuildersCAD

CADKEY

CARTOMAP

CATIA

CYCAS

DataCAD

FreeCAD

IntelliCAD

Pro/Engineer

MathCAD

Microstation

QCad

Rhinoceros 3D

Solid Edge

SolidWorks

Spazio3D de BrainSoftware

Tekla Structures

Unigraphics, NX4

VectorWorks (anteriormente conocido como MiniCAD)

WaterCad

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computador
3.2.Fabricación
Los circuitos impresos estan compuestos de una o varias capas conductoras, que se encuentran separadas y soportadas por capas de material aislante, al que se le conoce como sustrato. En los circuitos impresos multicapas las distintas capas se comunican a traves de orificios llamados vias. Estas vias deben conducir las señales electricas entre las distintas capas del circuito y pueden ser de varios tipos: vias ciegas, las cuales solo pueden verse en un lado del circuito, o vias enterradas, las cuales no son visibles desde el exterior del circuito.
En este apartado se pretende mostrar los distintos pasos por los que pasa la fabricación de los circuitos impresos, sin entrar en detalles sobre el proceso de fabricación automatizado, ya que este se vera posteriormente en otro apartado.
3.2.1. Caracteristicas de los sustratos
Los sustratos de los circuitos impresos mas utilizados en la electronica de consumo de bajo coste se hacen de papel impregnados de resina fenolica (Pertinax). Este tipo de sustratos son de peor calidad, pero suponen un coste menor y ofrecen menos resistencia a la perforación.


Fig. 3.4 Placa virgen de bajo coste lijada y lista para tratar
Los sutratos para los circuitos impresos utilizados en la electronica industrial y de consumo de alto coste, estan fabricados en un material de fibra de vidrio impregnado con una resina epoxica resistente a las llamas. Este material esta designado como FR-4. Estos sustratos requieren de herramientas especiales de perforación, debido al contenido de vidrio abrasivo, compuestas de carburo de tungsteno. Este sustrato es mucho mas resistente que el Pertinax, aunque su coste es mas elevado.
Existen otros tipos de sustratos utilizados en otros medios, como por ejemplo en los circuitos de redio frecuencia de alta potencia o en los circuitos utilizados en el vacio o en gravedad cero. Este tipo de circuitos requieren otro tipo de sustratos distintos a los mencionados en el punto anterior debido a las funciones que desempeñan o a las caracteristicas especiales de los medios donde se emplean. Por ejemplo, los circuitos empleados en el equipo electronico en la industria aeroespacial se requieren de núcleos gruesos de cobre o aluminio que permitan disipar el calor, ya que no se puede realizar el enfriamiento por conveccion en el vacio.
Todos los mencionados anteriormente han sido sustratos rigidos, pero existen algunos tipos de sustratos diseñados para ser flexibles (Fig). Este tipo de sustratos se utilizan en lugares donde el espacio es limitado, como puede ser una camara digital o un audifono, o para conectar distintas partes rigidas de un mismo componente, como el cabezal movil de una impresora de chorro de tinta.


Fig. 3.5 Circuitos flexibles
3.2.2. Impresión de Patrones
En la fabricación de circuitos impresos se parte siempre desde un circuito impreso virgen. Este circuito virgen es una placa de sustrato recubierta de una capa de cobre sobre la que se imprimira el patron de conexiones. Existen varias tecnicas para realizar esta tarea. Estas son: Impresión serigrafica, Fotograbado, Fresado e Impresión en material termosensible.


Fig. 3.6 Circuito impreso virgen


3.2.2.1. Impresión serigrafica



Con esta tecnica se utilizan tintas especiales reisstentes al grabado para marcar el patron en la capa de cobre. Posteriormente se utilizan productos quimicos para eliminar el cobre sobrante. Tambien se pueden utilizar tintas conductoras sobre un sustrato no conductor imprimiendo directamente el patron de conexiones sobre el sustrato. Esta tecnica se emplea en la fabricación de circuitos hibridos.

3.2.2.2. Fotograbado



Esta tecnica utiliza una transparencia del patron en negativo, para transferir el patron a la placa utilizando luz UV (UltraVioleta). Este tipo de grabado requiere placas fotosensibles, placas que tienen la capa de cobre cubierta con una resina fotosensible, para que se transfiera la transparencia del patron a la placa utilizando. En las zonas en las que la transparencia deje pasar la luz UV, la resina reaccionara con ella. Tras un proceso de revelado, la resina desaparecera de las zonas en las que haya incidido la luz UV dejando marcado sobre la placa el patron del circuito. Posteriormente, se requerira de un atacado quimico para eliminar el cobre sobrante y dejar unicamente el circuito.


Fig. 3.7 Proceso de fotograbado
En la fabricación casera de PCB’s se utilizan insoladoras. Una insoladora es una caja que dispone de varios tubos fluorescentes de luz UV separados de la superficie por un cristal esmerilado. En este proceso se colocan las impresiones del patron de conexiones hechas sobre papel transparente sobre el cristal de la insoladota y sobre este, la placa virgen fotosensible. La luz UV reaccionara con la resina fotosensible de la placa quedando marcado el patron en la resina(fig). Tras un tiempo en la insoladota se debera emplear un liquido revelador, sosa caustica disuelta en agua, para dejar al descubierto el patron transferido a la placa.



Fig. 3.8 izquierda, transparencias sobre la insoladora. Derecha, placa revelada

3.2.2.3. Fresado



En el fresado de circuitos se utiliza una fresa mecanica de 2 o 3 ejes, controlada por un programa informatico que guia el cabezal para eliminar el cobre del circuito.
Tanto en la fabricación casera como en la industrial se deben disponer de fresas electricas y dirigidas por computador para realizar circuitos impresos con esta tecnica ya que es un proceso irrealizable a mano. En el sector industrial existen fresadoras especificas para circuitos impresos, incluso para circuitos multicapa. Un ejemplo de este tipo de fresadoras especificas es la LPKF ProtoMat S100.


Fig. 3.9 Fresadora especifica para circuitos impresos LPKF ProtoMat S100
Video de funcionamiento de una fresadora electrica: http://www.youtube.com/watch?v=4YD4hx-Iyno

3.2.2.4. Impresión en material termosensible



Esta tecnica consiste en aplicar calor para transferir el patron desde un material termosensible a la placa virgen. Esta tecnica es similar a la impresión serigrafica ya que ambas marcan con tinta el patron de conexiones en la placa virgen aunque el metodo para hacerlo es diferente. Mientras que en la impresión serigrafica se “pinta” directamente sobre la placa virgen, con este metodo se transfiere la tinta desde un medio a otro.
Esta es una de las tecnicas de fabricación casera de PCB’s mas usadas. Consiste en transferir una impresión en negativo del circuito, impreso sobre papel termosensible, a la placa,. La idea es transferir el toner a la placa virgen utilizando calor, con una plancha por ejemplo, y posteriormente eliminar el papel una vez se haya fijado el toner a la placa. Despues, sera necesario eliminar el cobre que no este cubierto por el toner, que sera el material sobrante, por medio de un atacado quimico que se vera mas adelante.
Hace tiempo, en los circutos caseros se empleaban rotuladores de tinta indeleble para dibujar a mano el circuito directamente sobre el cobre de la placa virgen. Se ha podido observar que aun se sigue utilizando el rotulador de tinta indeleble para repasar zonas donde la transferencia del toner no ha sido completa o ha quedado mal definida.


Fig. 3.10 Tinta toner transferida a una placa virgen

3.2.3. Atacado quimico
Todas las tecnicas mencionadas anteriormente para la impresión de patrones, excepto el fresado, requieren de un atacado quimico para eliminar el cobre sobrante. Para ello se utilizan ácidos o corrosivo como el Percloruro Férrico, el Sulfuro de Amonio, el Acido Clorhídrico mezclado con Agua y el Peroxido de Hidrogeno.


Fig. 3.11 El cobre no cubierto por la tinta se elimina con un baño de Percloruro Ferrico
Para terminar con el atacado quimico sera necesario limpiar la tinta, o la resina en el caso del fotograbado, con un disolvente, dejando al descubierto el cobre que define el circuito.
3.2.4. Perforado
Una vez impreso el patron en el circuito, sera necesario realizar las perforaciones en los lugares indicados, tanto para el montaje de componentes como para la comunicación entre las distintas capas de un circuito impreso multicapa. Como se ha mencionado antes, para los circuitos impresos de alta calidad, con sustratos como el FR-4, se necesitan brocas resistentes de carburo de tungsteno para poder realizar una correcta perforación.
Durante la perforación, se debe tener especial cuidado en que los orificios queden centrados en los pads (fig), puntos de soldadura de los componentes, y sean del tamaño correcto para que se pueda realizar correctamente la conexión entre la via y el componente electronico que se vaya a montar en dicho pad.


Fig. 3.12 Pads perforados
En la fabricación industrial de circuitos integrados se utilizan comúnmente taladros guiados por computador y taladros laser para realizar microvias entre capas de un circuito multicapa.


3.2.5. 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,…)
3.2.6. 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).
En los entornos automatizados que requieren de la utlizacion de componentes cuyo montaje es del tipo superficial (explicado en el siguiente punto) se utiliza una plantilla para esparcir una pasta de soldadura en los lugares de montaje de los componentes electrónicos y sus conexiones para que tras su montaje queden firmemente fijados y conectados en los lugares que les corresponden. Esta pasta se compone de una aleación mayoritariamente de estaño microgranulado, formando esferas que pueden ir de los 20 mm a los 75 mm de diámetro.


Fig. 3.13 Pasta de soldadura aplicada a la zona de montaje de componentes
3.2.7. Montaje y soldado de los componentes
Existen dos tecnicas para el montaje de los componentes: el montaje “Through Hole” y el montaje superficial. Cada una de estas tecnicas de montaje utiliza componentes distintos diseñados para un tipo de montaje especifico.
El montaje “Through Hole” consiste en montar los componenes introduciendo sus pines a traves de los pads y fijarlos electica y mecánicamente al circuito con soldadura. En los procesos automatizados de montaje de componentes, tras el montaje manual de estos componentes, se aplica un baño de una aleación soldante para soldar las patas de los componentes a la tarjeta y así establecer la conexión.


Fig. 3.14 Componentes Through Hole
La tecnica de montaje superficial es la mas utilizada actualmente en los entornos de fabricación automatizados. Esta tecnica permite el montaje de los componenetes electronicos sobre la superficie del circuito, y no a traves de el como en el montaje “Through Hole”. Ademas, permite el uso de componentes mucho mas pequeños y baratos, debido a que no poseen pines o si los tienen son muy pequeños. A este tipo de componentes se los denomina componentes SMD (Sourface Mountage Devices). El montaje superficial se utiliza casi exclusivamente en los entornos de fabricación automatizados ya que debido al reducido tamaño de los componenes es necesario el uso de un robot para colocar los componentes de forma correcta.


Fig. 3.15 Componentes SMD
3.3. Pruebas y verificación
Durante el proceso de fabricación pueden ocurrir fallos o defectos en la fabricación, como puden ser un fallo en la impresión del patron (fig) o en la soldadura, que causen que el circuito impreso no funcione como deberia.


fig. fallos en el patron de conexiones. De izquierda a derecha Cortocircuito y circuito abierto


4.Automatización del proceso




Diseño electrónico automatizado.
Explicación de una implementación concreta de la automatización del proceso. En este apartado se debería ofrecer información sobre la solución tecnológica empleada haciendo especial hincapié en los componentes más relacionados con la Informática:

  • Sistemas de actuación,

  • Sensores y adquisición de datos,

  • Controladores,

  • Redes de comunicaciones y dispositivos asociados,

  • Software (SOs, lenguajes, etc.).


Explicación de los beneficios o ventajas obtenidas con la automatización del proceso
Es importante hablar sobre máquinas de tipo pick-&-place y adjuntar información sobre máquinas en concreto como la que encontró Raúl en [1], haciendo hincapié en las características de los robots que estudiamos en teoría (repetibilidad, precisión, velocidad…)

[1]: http://www.directindustry.es/prod/lpkf-laser-electronics/maquina-de-fabricacion-de-circuito-impreso-9183-36375.html

Otro enlace interesante sobre la automatización de la fabricación de los circuitos integrados es el reportaje fotográfico disponible en [2], donde se pueden ver la mayoría de las maquinas que intervienen en el proceso de fabricación de, en este caso particular, una placa base.

[2]: http://www.madboxpc.com/15-pasos-para-hacer-una-placa-madre-guia-en-imagenes/


5.Conclusiones


6.Apéndice A: Glosario

7.Apéndice B: Términos de uso




8.Bibliografía




http://www.pablin.com.ar/electron/cursos/pcb/index.htm
http://dispositivodeautomatizacion.blogspot.com/2008/06/2-anlisis-de-fundamentos.html


1 Diagrama o esquema electrónico.


similar:

Pruebas y verificación 18 iconPruebas y verificación 20

Pruebas y verificación 18 iconPruebas y verificación 20

Pruebas y verificación 18 iconPruebas y verificación 20

Pruebas y verificación 18 iconPruebas y verificación 22

Pruebas y verificación 18 iconPruebas de Verificación 20

Pruebas y verificación 18 iconPruebas y verificación 20

Pruebas y verificación 18 iconMisión de Verificación

Pruebas y verificación 18 iconVerificacion y testeo de sistemas

Pruebas y verificación 18 iconVerificacion y testeo de sistemas

Pruebas y verificación 18 iconSubsector/modulo: verificacion de existencias


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com