CAD/CAE/CAM

CAD (Diseño Asistido por Ordenador)

Técnica de diseño de un producto basada en el ordenador y en sus programas. Programa de captura de esquemas.

  • Editor: editor gráfico (librería de componentes)
  • Procesador (base de datos de conectividad): permiten la utilización del circuito diseñado por programas de simulación o implantación en PCB.

CAE electrónico (Ingeniería Asistida por Ordenador)

Comprobación del correcto funcionamiento del producto diseñado mediante procedimientos informáticos.

CAM electrónico (Fabricación Asistida por Ordenador)

Controlar los procesos de fabricación con la ayuda del ordenador y programas informáticos. Programa de diseño de PCB. Generación de documentación e información para la implantación práctica del producto diseñado.

Bases para la elección de un sistema CAD/CAE/CAM

Las características a analizar son:

1. Potencia del sistema de diseño (posibilidades que ofrece el paquete de diseño):

  • a) Captura de esquemas: número de librerías (cuanto mayor sea, más componentes tendremos) y generación de bases de datos de conectividad en diferentes formatos.
  • b) Simulación: debe pertenecer a la misma base de datos que la captura de esquemas y el diseño PCB.
  • c) Diseño PCB: determina en gran medida la potencia del sistema de diseño. Los autorrutadores siempre han tenido como principales objetivos:
    • Rutear la placa al 100%
    • Rutear la placa en el menor tiempo posible
    • Calidad del ruteado: interconexionado.

2. Equipo hardware (necesario para el correcto funcionamiento del paquete)

  • a) Desarrollo tecnológico:
    • Necesidades de cómputo para el emplazamiento y trazado automático
    • Requerimientos potentes de gráficos.
    • Red local (compartir programas, librerías, componentes)
  • b) Aplicaciones: en un principio el ordenador no era adecuado para el diseño pero la evolución de estos está convirtiendo al PC en un sistema tan potente como las estaciones de trabajo.

Circuitos Impresos

Funciones de una placa impresa: soportan componentes y establecen interconexiones

Ventajas contra el cableado:

  • Ahorro de espacio
  • Facilidad para el montaje de componentes
  • Sin rotura de hilos o cortes
  • Mayor repetibilidad y uniformidad de características eléctricas
  • Mayor fiabilidad
  • Simplificación de identificación de partes del circuito
  • Fabricación en grandes series y automatizada
  • No se necesitan empleados cualificados
  • Fácil revisión (menos errores)

Limitaciones de los circuitos impresos:

  • Dependencia de la habilidad del diseñador
  • Mayor tiempo de diseño
  • Difícil de reparar
  • Poca producción más cara

Elementos básicos:

  • Soporte aislante
  • Agujeros de montaje de componentes o de vías
  • Conectores de interconexión de placas
  • Terminales de Entrada/Salida
  • Material conductor

Clasificación de las placas impresas:

  • Soporte base: rígido o flexible
  • Número de planos conductores: Simple Cara (SC) o Doble Cara (DC) o Multicapa (MC)

Factores de densidad de circuitos impresos:

Tamaño y forma de los componentes, número de conductores y componentes, complejidad de conexiones. Medida de densidad = número de agujeros / unidad de superficie

Sistema de clasificación:

  • Primer dígito: tipo de placa (SC, DC, MC) e interconexionado.
  • Segundo dígito: máxima concentración de conductores. Depende de: anchura nominal de los componentes, separación nominal entre conductores, diferencias entre diámetros de nodos y agujeros.

Materiales usados en el soporte:

  • Características físicas: robustez y estabilidad.
  • Características térmicas: soportar procesos de fabricación, coeficiente de temperatura del material.
  • Características eléctricas: rigidez dieléctrica, resistencia de aislamiento.

Materiales:

  • Resinas fenólicas con papel impregnado en ellas (baquelitas). (Agujeros metalizados)
  • Poliéster rígido con fibra de vidrio con papel impregnado en él.
  • Resina epoxy de papel con papel impregnado en ella.
  • Resina epoxy de fibra de vidrio con papel impregnado en ella (agujeros metalizados).
  • Lámina mylar, teflón (flexible)

Limitaciones del tamaño y forma de los Circuitos Integrados:

Dimensiones del equipo, utillaje disponible, facilidades de fabricación

Factores que influyen en los costes:

  • Número de capas (planos conductores)
  • Especificaciones del cliente
  • Selección del material base:
    • Espesor del material base (placas rígidas 0.6
    • Espesor de la capa conductora
  • Tamaño de nodos y agujeros
  • Diseño de interconexionado
  • Costes de mantenimiento
  • Tamaño de pedido
  • Tamaño de la placa

Deformaciones y alabeos:

  • Temperatura: mayor deformación en materiales fenólicos de papel, menor deformación en resinas epoxy con fibra de vidrio.
  • Grado de formación: clase de placa (SC o DC), tamaño de la placa, predominio de estructuras metálicas y equilibrio en su distribución.

Minimizar deformaciones:

  • Controlar el espesor
  • Utilizar nervios o contrafuertes
  • Conectores de circuito impreso

Agujeros:

  • Objetivos: acomodar los terminales de los componentes, método de interconexión entre caras, auxiliares en procesos de fabricación.
  • Tipos: metalizados, no metalizados.
  • Obtención: punzonado, taladrado

Impresión conductora:

Capa adherida de material conductor que realiza las uniones entre los diversos elementos del circuito.

Obtención de la impresión conductora (pasos):

Químicos:

  • Sustractivos: eliminan el material no expuesto al negativo. Soporte + lámina Cu + material fotosensible + insolación de imagen + revelado (eliminar cobre sobrante) + grabado + eliminación de laca.
  • Aditivos: soporte sin nada + se cubre con adhesivo + se cubre con activador coloidal (se convierte en metal) + potenciar el activador (con luz y una imagen) + revelado: eliminar el activador sobrante + intensificar metálicamente las pistas.

Mecánicos:

Mediante fresado (estampado, spray metálico, en relieve).

Diseño y Trazado de Circuitos Impresos

Consideraciones de diseño:

  1. Especificaciones del producto y presupuesto de su coste.
  2. Vida del equipo.
  3. Requerimientos electrónicos.
  4. Métodos de fabricación: compatibilidad con la planta de fabricación, tamaño del pedido a producir, grado y tipo de mecanización.
  5. Mantenimiento: requerimientos de reparación, mínimo grado de mantenimiento.
  6. Materiales y componentes: fuentes de adquisición, fechas de entrega, viabilidad, costes.

Métodos de diseño:

  1. Dibujo modelo básico: contorno de la placa, sistemas de referencias, impresión y rotulación de componentes, posición del agujero soporte, configuración normalizada de agujeros, planos de tierra y potencia, nodos de prueba y posiciones de salida de conectores.
  2. Cuestiones generales: estudio del esquemático y lista de componentes, dimensiones de la placa y de componentes, buena utilización del espacio útil, fijar tamaños de agujeros, nodos y anchuras de los conductores.
  3. Cuestiones eléctricas: aislamiento del material base, caídas de tensión y temperatura de los componentes, acoplamiento mutuo y efectos inductivos y capacitivos.
  4. Cuestiones físicas: condiciones ambientales, colocación de componentes, refuerzos y aislamientos especiales y disipación térmica, situación de componentes en la superficie y de Entrada/Salida.

Recomendaciones sobre distribución de componentes:

Especificaciones del producto y requisitos.

  • Formato de tarjetas: dimensiones de la cadena de fabricación (345×400)mm
  • Materiales base: sustratos de fibra de vidrio anchos (de 0.8 a 1.6)mm, impresión conductora 17.5um cobre
  • Retículas de diseño: 1M = 2.54mm. Posicionado: M ó ½ M. Trazado: ¼M
  • Agujeros: Diámetros nominales más empleados (0.6 – 0.8 – 1), Tolerancias +0.15 para los no metalizados y para los metalizados +0.2