Ingeniería de componentes
Gran parte del proceso de producción en las empresas de electricidad y electrónica
está relacionado con el diseño de circuitos. En este proceso es de gran importancia un
conocimiento especializado de los componentes, lo que ha dado lugar a una especialidad
dentro de la ingeniería electrónica denominada ingeniería de componentes.
En esta especialidad el ingeniero deberá encargarse de una serie de funciones en las
que cabe destacar las siguientes:
- Asesorar a los diseñadores: Para ello deberá tener conocimientos profundos sobre
componentes tanto a nivel teórico como práctico. Además deberá estar
constantemente al día para conocer las novedades del mercado así como sus
tendencias.
- Redactar normas: Relacionadas con el manejo de los componentes desde que
entran en la empresa hasta que pasan a la cadena de montaje.
- Elaborar una lista de componentes preferidos.
- Seleccionar componentes: Deberá elegirlo de entre la lista de preferidos y si no
está, realizar un estudio de posibles candidatos. Con ello se persigue mejorar los
diseños.
- Relacionarse con los proveedores: Para resolver problemas técnicos o de cualquier
otro tipo.
En la ingeniería de componentes se tiene en cuenta los materiales empleados así como
los procesos de fabricación, por lo que el ingeniero deberá tener conocimientos al respecto.
Componentes
Para los circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos electrónicos.
A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más importantes en la
electrónica, seguidos de su uso más común:
- Altavoz:
reproducción de sonido.
- Cable:
conducción de la electricidad.
- Conmutador:
reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o más.
- Interruptor:
apertura o cierre de circuitos, manualmente.
- Pila:
generador de energía eléctrica.
- Transductor:
transformación de una magnitud física en una eléctrica (ver
enlace).
- Visualizador:
muestra de datos o imágenes.
Dispositivos analógicos
- Amplificador operacional: amplificación, regulación, conversión de señal,
conmutación.
- Condensador:
almacenamiento de energía, filtrado, adaptación de impedancias.
- Diodo:
rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.
- Diodo Zener:
regulación de tensiones.
- Inductor:
adaptación de impedancias.
- Potenciómetro:
variación de la corriente eléctrica o la tensión.
- Relé:
apertura o cierre de circuitos mediante señales de control.
- Resistor o resistencia:
división de intensidad o tensión, limitación de intensidad.
- Transistor:
amplificación, conmutación.
Dispositivos digitales
- Biestable:
control de sistemas secuenciales.
- Memoria:
almacenamiento digital de datos.
- Microcontrolador:
control de sistemas digitales.
- Puerta lógica:
control de sistemas combinacionales.
Dispositivos de potencia
- DIAC:
control de potencia.
- Fusible:
protección contra sobre-intensidades.
- Tiristor:
control de potencia.
- Transformador:
elevar o disminuir tensiones, intensidades, e impedancia aparente.
- Triac:
control de potencia.
- Varistor:
protección contra sobre-tensiones.
Diseño electrónico automatizado
Los diseñadores de circuitos impresos a menudo utilizan programas de diseño electrónico
automatizado (EDA por sus siglas en inglés), para distribuir e interconectar los componentes.
Estos programas almacenan información relacionada con el diseño, facilita la edición, y puede
también automatizar tareas repetitivas.
La primera etapa es convertir el esquemático en una lista de nodos (o net list en inglés).
La lista de nodos es una lista de las patas y nodos del circuito, a los que se conectan las patas
de los componentes. Usualmente el programa de captura de esquemáticos, utilizado por el
diseñador del circuito, es responsable de la generación de la lista de nodos, y esta lista es
posteriormente importada en el programa de ruteo.
El siguiente paso es determinar la posición de cada componente. La forma sencilla de hacer
esto es especificar una rejilla de filas y columnas, donde los dispositivos deberían ir. Luego, el
programa asigna la pata 1 de cada dispositivo en la lista de componentes, a una posición en la
rejilla. Típicamente, el operador puede asistir a la rutina de posicionamiento automático al
especificar ciertas zonas de la tarjeta, donde determinados grupos de componentes deben ir.
Por ejemplo, las partes asociadas con el subcircuito de la fuente de alimentación se le podrían
asignar una zona cercana a la entrada al conector de alimentación. En otros casos, los
componentes pueden ser posicionados manualmente, ya sea para optimizar el desempeño del
circuito, o para poner componentes tales como perillas, interruptores y conectores, según lo
requiere el diseño mecánico del sistema.
El computador luego expande la lista de componentes en una lista completa de las patas
para la tarjeta, utilizando plantillas de una biblioteca de footprints asociados a cada tipo de
componentes. Cada footprint es un mapa de las patas de un dispositivo, usualmente con la
distribución de los pad y perforaciones recomendadas. La biblioteca permite que los footprint
sean dibujados sólo una vez, y luego compartidos por todos los dispositivos de ese tipo.
En algunos sistemas, los pads de alta corriente son identificados en la biblioteca de
dispositivos, y los nodos asociados son etiquetados para llamar la atención del diseñador del
circuito impreso. Las corrientes elevadas requieren de pistas más anchas, y el diseñador
usualmente determina este ancho.
Luego el programa combina la lista de nodos (ordenada por el nombre de las patas) con la
lista de patas (ordenada por el nombre de las patas), transfiriendo las coordenas físicas de la
lista de patas a la lista de nodos. La lista de nodos es luego reordenada, por el nombre del
nodo.
Algunos sistemas pueden optimizar el diseño al intercambiar la posición de las partes y
compuertas lógicas para reducir el largo de las pistas de cobre. Algunos sistemas también
detectan automáticamente las patas de alimentación de los dispositivos, y generan pistas o vías
al plano de alimentación o conductor más cercano.
Luego el programa trata de rutear cada nodo en la lista de señales-patas, encontrando
secuencias de conexión en las capas disponibles. A menudo algunas capas son asignadas a la
alimentación y a la tierra, y se conocen como plano de alimentación y tierra respectivamente.
Estos planos ayudan a blindar los circuitos del ruido.
El problema de ruteo es equivalente al problema del vendedor viajero, y es por lo tanto NP-
completo, y no se presta para una solución perfecta. Un algoritmo práctico de ruteo es elegir
la pata más lejana del centro de la tarjeta, y luego usar un algoritmo codicioso para
seleccionar la siguiente pata más cercana con la señal del mismo nombre. Después del ruteo
automático, usualmente hay una lista de nodos que deben ser ruteados manualmente.
Una vez ruteado, el sistema puede tener un conjunto de estrategias para reducir el costo de
producción del circuito impreso. Por ejemplo, una rutina podría suprimir las vías innecesarias
(cada vía es una perforación, que cuesta dinero). Otras podrían redondear los bordes de las
pistas, y ensanchar o mover las pistas para mantener el espacio entre éstas dentro de un
margen seguro. Otra estrategia podría ser ajustar grandes áreas de cobre de tal forma que ellas
formen nodos, o juntar áreas vacías en áreas de cobre. Esto permite reducir la contaminación
de los productos químicos utilizados durante el grabado y acelerar la velocidad de producción.
Algunos sistemas tienen comprobación de reglas de diseño para validar la conectividad
eléctrica y separación entre las distintas partes, compatibilidad electromagnética, reglas para la
manufactura, ensamblaje y prueba de las tarjetas, flujo de calor y otro tipo de errores.
La serigrafía, máscara antisoldante y plantilla para la pasta de soldar, a menudo se
diseñan como capas auxiliares.
Circuito Impreso
En electrónica un circuito impreso o PCB (del inglés Printed Circuit Board), es un medio
para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a través de
rutas o pistas de material conductor, grabados desde hojas de cobre laminadas sobre un
sustrato no conductor.
Los circuitos impresos son robustos, baratos, y habitualmente de una fiabilidad elevada.
Requieren de un esfuerzo mayor para el posicionamiento de los componentes, y tienen un coste
inicial más alto que otras alternativas de montaje, como el montaje punto a punto (o wire-
wrap), pero son mucho más baratos, rápidos y consistentes en producción en volúmenes.
La gran mayoría de las tarjetas para circuitos impresos se hacen adhiriendo una capa de
cobre sobre todo el sustrato, a veces en ambos lados (creando un circuito impreso virgen), y
luego removiendo el cobre no deseado después de aplicar una máscara temporal (por ejemplo,
grabándola con percloruro férrico), 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 electrorecubrimiento 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 sueldan a la tarjeta.
Hay varios métodos típicos para la producción de circuitos impresos:
- La impresión serigráfica utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la capa de
cobre. Los grabados posteriores remueven el cobre no deseado. Alternativamente, la
tinta puede ser conductiva, y se imprime en una tarjeta virgen no conductiva. Esta
última técnica también se utiliza en la fabricación de circuitos híbridos.
- El fotograbado utiliza una fotomecanica y grabado químico para eliminar la capa de
cobre del sustrato. La fotomecánica usualmente se prepara con un fotoplotter, a partir
de los datos producidos por un programa para el diseño de circuitos impresos.
Algunas veces se utilizan transparencias impresas en una impresora Láser como
fotoherramientas de baja resolución.
- El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para quitar el
cobre del sustrato. Una fresa para circuitos impresos funciona en forma similar a un
plotter, recibiendo comandos desde un programa que controla el cabezal de la fresa
los ejes x, y y z. Los datos para controlar la máquina son generados por el programa
de diseño, y son almacenados en un archivo en formato HPGL o Gerber.
- la impresión en material termosensible para transferir a través de calor a la placa de
cobre. En algunos sitios comentan de uso de papel glossy (fotográfico), y en otros de
uso de papel con cera como los papeles en los que vienen los autoadhesivos.
Tanto el recubrimiento con tinta, como el fotograbado requieren de un proceso de atacado
químico, en el cual el cobre excedente es eliminado, quedando únicamente el patrón
deseado
CONSTRUCCION DE UN DISPOSITIVO ELECTRONICO
DIAGRAMA DEL PROCESO
ASUNTO DIAGRAMADO: Elaboración de fuente regulada METODO:
PLANO: 1 de 1
FECHA: 26/05/2005 DIAGRAMADO POR: Elbano Gimenez y Jorge Camacho.
1. HISTORIA
