CAD (Computer Aided Design)

Transcripción

1 CAD (Computer Aided Design)

2 Que es el CAD? Es un término usado para referirse al método de diseño computarizado. Suele emplearse en la planificación de diseños automovilisticos, aereos, arquitectónicos, y de circuitos electrónicos. Un software CAD es una base de datos de entidades geométricas (puntos, líneas, arcos, etc) que puede ser manipulada desde una interfaz gráfica; permite diseñar en dos o tres dimensiones mediante geometría alámbrica, esto es, puntos, líneas, arcos, superficies y sólidos para obtener un modelo numérico de un objeto o de un circuito.

3 Evolución del CAD El Dr. Patrick J. Hanratty es conocido como el padre de CAD/CAM por sus contribuciones pioneras al campo del diseño y fabricación automatizada, desarrolló en 1957 PRONTO, el sistema de programación del primer control-numérico. El ideó un sistema de caracteres estandardizados legibles por la máquinas de cheques en los bancos de EEUU que aun hoy es utilizado. En 1961 va a los laboratorios de investigación de General Motors en donde ayudó a desarrollar DAC, (diseño automatizado por Computador), el primer sistema de CAD/CAM para utilizar gráficos interactivos. Los esfuerzos de Hanratty en el proyecto se concentraron en el control numerico y los gráficos del sistema total.

4 Evolución del CAD Ivan E. Sutherland Su tesis de Ph.D. en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en 1963, Un sistema de comunicaciones gráfico antropomecánico. Dejó a diseñadores utilizar un lightpen para crear dibujos de ingeniería directamente en una CRT. Los dibujos podían también ser manipulados, ser duplicados, y ser almacenados.

5 Evolución del CAD Ivan E. Sutherland El bloc de bocetos abrió la puerta en el gráfico a computador e incluyó las características tales como memoria de computadora para almacenar objetos dibujados. Sutherland también ayudo a desarrollar los primeros algoritmos que quitaron líneas ocultadas en los dibujos 3D, esenciales en la generación de los renderings realistas para el modelado CAD.

6 Ivan E. Sutherland Evolución del CAD Como profesor asociado en Harvard en 1967, Sutherland y un estudiante, Bob Sproull, modificaron un sistema existente un piloto del helicóptero se colocó una cámara fotográfica moviendo su cabeza; la nueva invensión permitió a los espectadores navegar a través de un ambiente originado en ordenador 3D. Fué el primer trabajo hecho en tecnología de realidad virtual y tendría implicaciones de gran envergadura mas adelante.

7 Evolución del CAD Ivan E. Sutherland En 1968, Sutherland conformó con David Evans una compañía que fué una de las primeras desarrolladoras de sistemas de proyección de imagenes por computadora. Es también el surtidor principal del equipo visual de simulación usado para el entrenamiento de pilotos de avión.

8 Evolución del CAD Ivan E. Sutherland De 1976 a 1980, Sutherland junto con el profesor Carver Mead, introdujo el diseño del circuito integrado (IC) a la academia. Hasta entonces, el diseño del IC ocurria solamente en algunas compañías industriales. Las universidades lo encontraron demasiado difícil o demasiado mundano para enseñar. Este acercamiento ha resultado en una generación de diseñadores de IC que han acelerado la tecnología de los chips y la misma fundación de Silicon Valley.

9 Carver Mead Es informático prominente de los E.E.U.U. del California Institute of Technology (Caltech), lleva enseñando allí por más de 40 años.ingeniería eléctrica Carver Mead y Lynn Conway co-escribió la introducción del señales a los sistemas del VLSI en el año 80. El cual es un libro basico que se ha utilizado en la enseñanza de diseño de circuitos integrados de VLSI por todo el mundo y por décadas.

10 The Electronic Design Automation (EDA) and Electronic Computer-Aided Design (ECAD)

11 Tango OrCAD Workbench CircuitMaker

12 Cómo crear un tablero del circuito impreso (PCB) Printed Circuit Board

13 Diagrama de Flujo

14 Pasos en la construcción de PCB Los pasos principales en el proceso de diseño y fabricación de un PCB se resumen así 1. diseño a mano del circuito y prueba del prototipo. 2. Utilizar Software (circutmaker) para realizar. esquematico. 3.Generacion del PCB ( TraxMaker). 4. fabricación con Herramienta CAM o Artesanalmente y Prueba. 5. Generar Documentación

15 La mayoría de los diseños comienzan con un plano dibujado a mano del diagrama esquemático y del diseño. Luego se hace el prototipo y se prueba para verificar que el diseño trabaja correctamente. Luego usando software EDA se construye una versión electrónica del diagrama esquemático, y se crea un archivo netlist. Se utiliza otro software para crear el PCB, allí se ponen los componentes y se enrutan las conexiones.

16 Se crean los archivos físicos de Gerber. Estos archivos se utilizan en un sistema prototyping para debastar, perforar, y cortar el substrato del PCB. Se sueldan los componentes al substrato. Finalmente se prueba al tablero para verificar que trabaja según lo esperado.

17 1) El Diseño

18 El prototipo

19 2) Captura del esquemático CircuitMaker es una herramienta EDA en ambiente Windows, que permite el dibujo de esquematicos electrónicos, simulación de circuitos, el trazado de PCBs y genera tambien archivos para Maquinado.

20 Anatomía de un esquemático

21 Archivos de CircuitMaker.CKT Esquematicos.DAT Arcivo de datos(hotkeys;tecla r =1K clasificaciones de la biblioteca de dispositivos).lib Archivos biblioteca de dispositivos.mod Archivos de modelos (2n2222).SUB Subcircuitos (741).SDF Archivos de formas de onda

22 Inicio en CircuitMaker.

23 Usando la barra de herramientas.

24 Herramientas de simulación

25 Menu Click derecho

26 Espacio de trabajo

27 Cablear un esquemático Pasos a seguir seleccionamos el dispositivo Hojeando seleccionamos un transistor seleccionamos los resistores seleccionamos una fuente +V y una tierra cambiamos los valores del resistor y del transistor cableamos el circuito

28

29 Editar elementos

30 Chequear conexiones

31 Simulación Análoga Digital

32 Análoga

33 Digital

34 Spice Este campo se utiliza para especificar los datos de la simulación del dispositivo. Se utiliza el simbolo por ciento (%) como una bandera donde comienza un campo algunos campos son Designación (%D) R1 Valor (%V) 10K

35 Ejemplo Spice Ejemplo Si el resistor R3 tiene un valor de 27 ohmios y está conectado entre el nodo 5 y la tierra, los datos de Spice para R3 se podrían escribir como: R ohms Sin embargo, usando una forma generalizada de los datos de Spice pueden ser actualizados automáticamente si los artículos tales como designaciones o números del nodo cambian. Por ejemplo, los artículos en el ejemplo antes dicho se pueden substituir por lo siguiente

36 PCB y GERBER.

37 TraxMaker Es una poderosa herramienta de trazado para placas de circuitos impresos Permite enrutado punto a punto Autorutado a traves de netlist Generacion de archivos para maquinado. Generar nuevos elementos (encapsulados) Edición del tamaño de todos los componentes del trazado (caminos,pads etc) Generación de PCB multicapa

38 Ambiente TraxMaker

39 La Netlist Listado de elementos y las conexiones que conforman el circuito, Formato ASCII archivos.dat puede ser leido en un editor de texto

40 Manufactura de la tarjeta

41 Historia El inventor del circuito impreso es probablemente el ingeniero austriaco Paul Eisler ( ) quien, mientras trabajaba en Inglaterra, hizo uno alrededor de 1936, como parte de una radio. Alrededor de 1943, los Estados Unidos comenzaron a usar esta tecnología en gran escala para fabricar radios que fuesen robustas, para la Segunda Guerra Mundial. Después de la guerra, en 1948, EE.UU. liberó la invención para el uso comercial

42 Materiales Involucrados Bakelita Papel prensado Fibra de Vidrio Cobre Soldadura Flux limpiadores Fuente de calor Pegante

43 Sustratos Los sustratos de los circuitos impresos utilizados en la electrónica de consumo de bajo costo, se hacen de papel impregnados de resina fenólica, a menudo llamados por su nombre comercial Pértinax. Usan designaciones como XXXP, XXXPC y FR-2. El material es de bajo costo, fácil de mecanizar y causa menos desgaste de las herramientas que los sustratos de fibra de vidrio reforzados. Las letras ""FR"" en la designación del material indican Resistencia a las Llamas (Flame Resistance en inglés).

44 Procedimientos de Fabricación 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, grabandola 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 cicuitos impresos multicapas.

45 Procedimientos de Fabricación Manual Estampado Fotograbado Automatico CAM(microfresado)

46 Estampado 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.

47 Fotrograbado El fotograbado utiliza una fotomecánica y grabado químico para remover la capa de cobre del sustrato. La fotomecánica usualmete 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.

48 Microfresado CAM El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para remover 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.

49 Baño acido Luego de hacer estampado o fotograbado sumergimos las placas en acido corrosivo del metal(cloruro ferrico) Este agente retira el excedente de metal conductor desprotegido de la pintra o emulsion

50 Perforado Las perforaciones, o vías, del circuito impreso se taladran con pequeñas brocas hechas de carburo tungsteno. El perforado es realizado por maquinaria automatizada, controlada por una cinta de perforaciones o archivo de perforaciones. Estos archivos generados por computador son también llamados taladros controlados por computador (NCD por sus siglas en inglés) o archivos Excellon. El archivo de perforaciones describe la posición y tamaño de cada perforación taladrada.

51 Estañado y máscara antisoldante Los pads y superficies en las cuales se montarán los componentes, usualmente se metalizan, ya que el cobre al desnudo no es soldable fácilmente. Tradicionalmente, todo el cobre expuesto era metalizado con soldadura. Esta soldadura solía ser una aleación de plomo-estaño, sin embargo, se están utilizando nuevos compuestos para cumplir con la directivas de la UE, las cuales restringen el uso de plomo. Las áreas que no deben ser soldadas pueden ser recubiertas con un polímero resistente a la soldadura, el cual evita cortocircuitos entre las patas cercanas de un componente

52 Soldadura de componentes. La Soldadura es un metal fundido que une dos piezas de metal, de la misma manera que realiza la operación de derretir una aleación para unir dos metales, pero diferente de cuando se soldan dos piezas de metal para que se unan entre si formando una unión soldada.

53 SnPb En la industria de la electrónica, la aleación de estaño y plomo es la más utilizada, aunque existen otras aleaciones, esta combinación da los mejores resultados. La mezcla de estos dos elementos crea un suceso poco comun. Cada elemento tiene un punto elevado de fundición, pero al mezclarse producen una aleación con un punto menor de fundición que cualquiera de los elementos.

54 Teoria de soldado Antes de hacer una union, es necesario que la soldadura "moje" los metales básicos o metales base que formaran la unión. Este es el factor mas importante al soldar. Al soldar se forma una unión intermolecular entre la soldadura y el metal. Las moleculas de soldadura penetran la estructura del metal base para formar una extructura sólida, totalmemte metálica.

55 Soldadura Aleación Estándard: 63% de Estaño y 37% de Plomo La aleación eutectica 63% de Sn y 37% de Pb es una aleación especial donde la fusion ocurre a una sola temperatura que es de 183º C (361º F). Impurezas Metálicas: Pueden: Causar defectos severos de cortos Debilitar la resistencia de la union de la soldadura. Incrementar la razón de formación de escoria. Causar uniones opacas o granulosas.

56 Eutéctica

57 Flux Reduce óxidos en todas las superficies involucrados en la unión de soldadura. Reduce la tensión superficial de la soldadura fundida. Ayuda aprevenir la reoxidación de la superficie durante la soldadura. Ayuda a transferir calor a las superficies a soldar.

58 Tipos Flux R Resina, fue el primer flux utilizado en la electrónica y aun es empleado. Esta hecho de savia que emana de algunos arboles (no haluros/no ácidos organicos). Adecuado para limpieza con solvente/saponificador. Este flux debe de ser lavado. RMA Resina Media Activada (haluros limitados, ácidos orgánicos debiles limiados)adecuado para limpieza con solvente/saponificador RA Resina Activada (haluros/ácidos orgánicos débiles). Usado por algunos como no-clean, usualmente con solvente/saponificador Un haluro es un compuesto binario en el cual una parte es un átomo halógeno y la otra es un elemento o radical que es menos electronegativo que el halógeno. Según el átomo halógeno que forma el haluro éste puede ser un fluoruro, cloruro, bromuro o yoduro.

59 Herramientas para Soldado Manuales Estación PACE Semiautomáticas Olas DIP Automáticas Hornos de Reflujo SMD