Creacion de Una PCB

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1 MANUAL PASO A PASO CREACIÓN DE UNA PCB En primer lugar comentar que este es un manual para los que inician en el mundo de las PCB, ya sea para robótica, acuario-filia, domótica etc. Todo el que sé aya iniciado en este mundo no encontrara nada nuevo en este manual, bueno y sin mas vamos al meollo. ÍNDICE Orcad Capture cis ------------------------------------------------------------------- 02 Orcad Layout plus ------------------------------------------------------------------- 08 Insolación de la placa --------------------------------------------------------------- 16 La soldadura --------------------------------------------------------------------------- 20

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1MANUAL PASO A PASO CREACIÓN DE UNA PCB

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MANUAL PASO A PASO CREACIÓN DE UNA PCB

En primer lugar comentar que este es un manual para los que inician en el mundo de las PCB, ya sea para robótica, acuario-filia, domótica etc. Todo el que sé aya iniciado en este mundo no encontrara nada nuevo en este manual, bueno y sin mas vamos al meollo.

ÍNDICE Orcad Capture cis ------------------------------------------------------------------- 02 Orcad Layout plus ------------------------------------------------------------------- 08 Insolación de la placa --------------------------------------------------------------- 16 La soldadura --------------------------------------------------------------------------- 20

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1-CAPTURE CIS Lo primero es conseguir un programa para realizar el esquema eléctrico y posterior fotolito. Hay muchos en Internet pero los mas destacados son Orcad, Eagle y para Linux hay uno que no esta nada mal que se llama simplemente “PCB” http://pcb.sourceforge.net/ evidentemente no son estos todos los que hay, hay muchos mas pero son los más comunes. Yo utilizo Orcad por lo que os mostrare a grandes rasgos como funciona. La instalación del programa no tiene mayor inconveniente es muy sencillo, rellenar un par de campos que te pide como son, nombre del usuario, numero de serie, ubicación de la instalación etc. Vamos, lo típico. Durante la instalación también puedes seleccionar los programas que quieres que se instalen, esto es a gusto del consumidor, pero para esto solo usaremos el Orcad capture cis y el Orcad layout. Una vez instalado nos dirigimos al icono del Orcad capture cis Y nos aparecerá una pantalla como esta

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Bien, pues ahora seleccionamos FILE->NEW->PROJEC o también podemos ir directamente si

pinchamos encima del icono y nos saldrá algo como esto.

Le damos un nombre a nuestro proyecto en el campo NAME, seleccionamos la opción SCHEMATIC y por ultimo el sitio donde guardaremos todos los archivos del esquema, le damos a OK y todo listo, nos aparecerá la pantalla definitiva donde tomara forma nuestro esquema, es decir algo así.

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Ahora insertaremos los componentes de nuestra placa con el botón situado a la derecha, arriba, en la barra de controles, obtendremos una ventana así

Aquí se diferencian 4 zonas, PART, PART LIST, LIBRARIES y un recuadro en blanco. Pues bien, para seleccionar un componente se busca la librería que lo contiene en el apartado LIBRARIES y después se escoge el componente deseado del apartado PART LIST y se le da a OK. También se puede buscar un elemento dentro de una librería muy extensa si después de seleccionar la librería se introduce las iniciales del nombre en la sección PART con lo que se consigue que se ordene la lista a partir de la inicial o iniciales que se escriban.

Ejemplo. Si después de escoger la librería introducimos en el campo de texto la inicial R

pues se desplazara el cursor hasta el primer componente que empiece por R, si introducimos RES pues se desplazara el cursor hasta el primer componente que empiece por RES y así sucesivamente. Si sabemos el nombre del componente que buscamos pero no sabemos en que librería esta, hay un pequeño truco, si se puede llamar así, lo que tienes que hacer es seleccionar todas las librerías y después hacer lo que he comentado anteriormente, ir poniendo letra por letra el nombre del componente hasta encontrarlo.

Otra opción mas es si no sabemos el nombre del componente y tampoco la librería en la

que esta, pues entonces tenemos que recurrir a la opción PART SEARCH, que es un botón a la derecha del campo PART LIST. Pues debería aparecer algo como esto.

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Este apartado es muy sencillo hay que poner algo del nombre que busquemos y pinchar en BEGIN SEARCH, aquí se permite el uso de comodines como el “*” y la “?”.

Ejemplo: si ponemos en el recuadro algo así *78?05* nos buscara todos los componentes

que independientemente de lo que tengan delante o detrás contengan un 78”algo”05, como son los 78L05 - 78M05 etc. Cuando lo encontremos, lo pinchamos dentro de LIBRARIES y pulsamos OK, el programa nos llevara devuelta a la pantalla anterior y volveremos a darle al OK. Hecho esto el puntero del ratón arrastrara una figura (la del componente seleccionado) de tono rosáceo por la pantalla, lo lleváis hasta donde queráis ponerlo y pincháis con el ratón.

Hay algunos componentes que tienen botón propio como son el VCC el de GND el de

PIN NO CONECTADO y el de INTERRUPTOR . El elemento PIN NO CONECTADO es necesario ya que luego se le pasara esta información al layout para que rutee la placa y si no esta todo en orden lo más probable es que lo haga mal. Una vez que hemos buscado y colocado todos los componentes de nuestra placa, nos quedara algo como esto.

Lo que nos queda es unir todos los componentes con sus correspondientes conexiones y esto lo

aremos con el comando WIRE al cual le corresponde el botón .

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Pues lo que nos queda aquí es darle el formato para pasárselo al layout y para esto minimizaremos la pantalla del esquema, solo la pantalla del esquema no la ventana del Orcad y veremos que hay 3 ventanas abiertas en total, contando la que acabamos de minimizar.

Escogemos la que tiene un ligero parecido al explorador de Windows.

Desplegamos la carpeta con el nombre DESIGN RESOURCES y seleccionamos el archivo con extensión *.dsn que tendrá el mismo nombre que le hemos dado al proyecto y le decimos que nos

cree el NET LIST para eso usamos el botón .

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Ahora nos preguntara mediante una ventana de opciones algunos parámetros a darle al nuevo documento, en esta ventana seleccionaremos la pestaña LAYOUT y seleccionaremos las dos opciones que no vienen por defecto RUN ECO TO LAYOUT y USER PROPERTIES ARE IN INCHES.

Pulsamos aceptar y nos dirá que nos a creado el archivo net list a partir del DSN descrito anteriormente, aceptamos y ya podemos salir de este programa.

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2-LAYOUT Vamos con el layout, lo de siempre, menú inicio->programas-->orcad-->layout plus.

Una vez abierto el programa pinchamos en archivo nuevo y nos aparecerá una ventana así.

Aquí tenemos dos apartados FILE NAMES y OPTIONS, OPTIONS lo dejamos tal cual y nos centramos en los tres botones de selección (BROWSE) que tenemos a la derecha, en el primero seleccionaremos el archivo de configuración del layout que dejaremos el que viene por defecto (default.tch), en el segundo escogemos la ubicación del archivo MNL que acabamos de crear con el capture cis y en el tercero le diremos el nombre y la ubicación del archivo que vamos a crear, el cual tendrá la extensión MAX.

Le pinchamos a APPLY ECO y es ahora cuando las cosas se ponen un poco difíciles, me

explico, cada componente que nosotros hemos añadido en el proyecto tiene un nombre especifico en el layout, a este nombre se le denomina footprint, este footprint tiene ligado una serie de medidas para cada componente (tamaño, distancia entre pins, numero de pins, etc.) por eso es tan importante seleccionar el footprint adecuado a cada componente, por que si no es el correcto cuando imprimamos el fotolito no coincidirán los agujeros en el sitio que corresponden y no servirá para nada lo que hemos hecho.

El sistema para buscar el footprint adecuado es parecido a buscar el componente en el

capture, en cuanto le hemos dado a apply eco lo que hace es “linkar” los nombres de los componentes del capture a los fooprint de las librerías que tiene el layout (en este zip tenéis algunas librerías para añadir al layout, solo tenéis que copiar y pegar el la carpeta libraries del layout plus).

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Cuando el layout no encuentre el footprint nos saldrá esta pantallita,

En esta concretamente me dice que no encuentra el footprint del componente J1 denominado phonejack_stereo y que seleccione una de las opciones, la que elegiremos es la primera, linkar un footprint existente con el componente, las otras dos opciones es para gente que esta puesta en el tema de orcad, lo cual no es mi caso xD. Ahora tendremos una pantalla como esta

Aquí, lo primero que aremos será asegurarnos que están todas las librerías disponibles y para ello seleccionaremos la opción Add después de lo cual nos preguntara que librería queremos añadir, seleccionamos todas y aceptamos. Hecho esto lo que nos queda es lo mismo que lo anterior en el capture, seleccionaremos todas las librerías del listbox (se pondrán en un tono oscuro según las seleccionemos) y en el campo de texto iremos introduciendo el nombre de lo que buscamos, pasara igual que en el capture se posicionaran los footprint en orden alfabético según las letras introducidas.

En el recuadro mas grande, si seleccionamos un footprint, aparecera el dibujo del componente, no siendo así con las medidas del mismo, de hay la dificultad de acertar con el correcto, puesto que hay dibujos iguales pero con diferentes medidas (en el foro de la web www.webdearde.com hay un hilo con algunas correspondencias entre componente y footprint). Otra dificultad viene cuando no tenemos ni idea de como puede llamarse el footprint por lo que al igual que en el capture tenemos la opción search.

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En esta ventana le daremos alguno parámetros para que busque lo mas acertadamente posible, por defecto están seleccionada la búsqueda por nombre y por un mínimo de pines, con esto suele ser suficiente(personalmente suelo desactivar la opción de mínimo de pins), pinchamos en search y nos dará el resultado(a veces no tiene nada que ver el nombre del componente con el foot print Ej.: LM7805/TO y el footprint es TO220, lo lógico seria buscarlo por LM o por 7805 pero en realidad hay que buscarlo por TO), esta búsqueda se realiza en todas las librerías y algunas veces nos saldrán muchos resultados, tendremos que seleccionar el que mas se acerque a la descripción del componente. Cuando lo selecciones le damos a Add y nos devolverá a la ventana anterior, lo que nos ha hecho es seleccionar la librería y el componente así que tendremos el dibujo del mismo en la pantalla anteriormente descrita, si no es el componente que buscamos pero si es la familia correcta lo que hacemos es desplazarnos uno a uno por cada componente hasta dar con el correcto, normalmente cada librería corresponde a una familia de componentes, por lo que seleccionando una descripción aproximada del mismo obtendremos todos los componentes parecidos de esa familia y será cuestión de tiempo que encontremos el adecuado. Tendremos que hacer esto para cada componente, solo lo aremos una vez puesto que queda grabada la relación de los componentes. Hecho esto, tendremos algo así.

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Lo que tenemos que hacer aquí es ordenar los componentes de manera que estén lo mas junto posible, para ahorrar espacio, pero teniendo en cuenta que las conexiones no se crucen entre sí o que se crucen lo menos posible. El proceso de mover las piezas es muy simple, en la barra de herramientas

deseleccionaremos la opción de DRC , que esta seleccionada por defecto, y ya podemos mover libremente los componentes haciendo click sobre ellos y arrastrando, tambien podemos rotar los componentes si cuando lo tenemos seleccionado pulsamos la tecla “R”, con lo que tenemos esto

Como vemos en esta imagen las conexiones no esta bien hechas, no sé por que pero a veces pasa (no es lo normal)

Cuando pasa esto utilizaremos la opción conection tool que, pinchando con el botón derecho, nos salen las opciones de esta herramienta que son

End command--- termina con la opción que hayamos seleccionado. Add ---------------- añade una nueva conexión entre pines. Delete------------- Borra una línea o conexión entre dos pines. Disconnect pin ---- Desconecta un pin de todas las conexiones que lleguen o salgan de él.

Después de jugar con todas las opciones tendremos algo así

Este ejemplo es una simple fuente de alimentación en la que entran 12vdc. Y obtenemos 5vdc. estabilizados.

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Ahora lo que aremos será darle un área a la placa (línea amarilla), que para esto se utiliza el comando obstacle tool de la barra de herramientas.

En este momento se rutea la placa pero antes hay que decirle cuantas caras tiene nuestra placa, el grosor de las pistas y si puede o no utilizar puentes. Primero seleccionaremos el ancho de las pistas que para ello tendremos que ir al menú windows-> nets

Una vez aquí pinchamos en la casilla de “nets name” y arrastramos hasta seleccionar todo, absolutamente todo, se quedan todas las casillas menos la de net name en negro, y desplegamos el submenú (botón derecho) en el que pincharemos en “properties” obteniendo esta ventana.

Lo único que aremos será darle un valor a las casillas de “Min Width, Conn Width y Max Width” y les daremos un valor de 25 a todas, es suficiente con 25, aunque puedes jugar con los valores hasta encontrar el que te valla mejor. Puedes seleccionar solo una línea y darle un valor, la gente suele poner más ancho en las pistas de GND y VCC, mas estrecho de 25 en el resto para optimizar espacio, pero bueno eso es jugar con ello.

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Para decirle las caras que puede utilizar para las pistas y para los puentes no iremos al menú Tool->Layer->select from speadsheet..

Repetiremos el paso anteriormente descrito deseleccionar todo y desplegar el menú opciones donde escogeremos nuevamente, properties.

Chequeamos la opción de “Unused Routing” que es como deshabilitar la capa. Lo que hemos hecho ha sido deshabilitar todas las capas por lo que ahora tendremos que activar cada capa con lo que le corresponde. Seleccionamos la capa “Top” y volvemos a desplegar el menú properties, esta capa es la frontal por lo que le diremos que la use para rutear chequeando la opción “Routing layer”, si la placa que usamos es de doble cara seleccionaremos también la “Bottom” y aremos lo mismo. Ahora seleccionaremos uno o más capas para que las utilice con los puentes, yo suelo utilizar placas de una sola cara con lo que asigno a la capa “Top” el ruteo y a la “Bottom” los puentes. Para asignar la capa como puente, aremos exactamente lo mismo, pero seleccionaremos la opción “Jumper Layer”.

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Pues ya están asignadas las capas ahora tendremos que habilitar la opción de puentes, vamos, decirle que puede usarlos. Con esto no iremos al menú File->Load y buscaremos la carpeta donde el layout tiene los archivos de datos, que por defecto suele estar en C->OrCAD->OrCAD_10.3->tools->layout_plus->data y tendremos que cargas lo archivos jumper_h.sf y jumper_v.sf, uno para los puentes horizontales y otro para los verticales. Esto hay que hacerlo siempre, no se queda grabado, aunque abras el mismo proyecto donde anteriormente cargaste estos archivos el layout no los guarda, así que tendrás que volver ha cargarlos. Y ahora si ahora ya podemos rutear la placa, por lo que nos iremos al menú Auto->autorute->board. El tiempo es relativo en relación con la complejidad de la placa y nos quedara así

Si la placa es compleja y el Orcad ha usado puentes, a parte de estas líneas tendrás unas marcadas en rojo, esos son los puentes. Si ves alguna línea que esta demasiado junta o que no

te gusta como esta y quieras cambiarla, tienes que usar la herramienta “Add/Edit route mode” el funcionamiento de la misma es igual a la herramienta “conection tool” que utilizamos para la conexión de los componentes. Una vez que ya este a tu gusto solo queda imprimir el fotolito, seleccionamos la ventana, que ya estará abierta, “Post process”, para poder tener las dos ventanas abiertas, la de la placa y la de post process lo que aremos será minimizar todo y restauras solo estas dos con lo que no iremos al menú window y seleccionaremos Tile. Ahora, en la ventana “Post Process” seleccionamos “top” y con el botón derecho del ratón desplegamos y seleccionamos “preview”.

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Ahora para imprimir deberemos tener seleccionada la ventana del grafico, la del fotolito y nos iremos al menú File->Print/Plot.

Esto es a gusto de consumidor, yo suelo dejarlo como esta a excepción que suelo seleccionar “Force Black & White” por que si no te lo imprime en el color de la pista, azul en este caso.

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3-INSOLACIÓN DEL PCB

Para esto necesitaremos la insoladora, ahora bien, no todo el mundo tiene una insoladora así que montaremos una, manos a la obra.

Procedimiento para construir tu propia insoladora. Materiales:

MADERA: - Tablero de aglomerado de 16 mm, rechapado en melamina blanca.

Base: 1 de 50 x 22 cm. Tapa: 1 de 53,2 x 25,2 cm. Laterales: 2 de 53,2 x 10 cm, y 2 de 22 x 10 cm. Soportes de los tubos: 2 de 6 x 22 cm.

(las medidas son para el grosor especificado, 16mm, si usáis otro grosor tenerlo en cuenta) -Cristal con los cantos lijados para evitar cortarnos, de 53 x 25 cm.

ELECTRICIDAD:

- 4 tubos de 15w de potencia. - 4 portacebadores. - 4 cebadores. - 2 reactancias de 40w. - regleta de ficha de empalme del tamaño apropiado para las conexiones de los tubos. - Cable paralelo de 2 x 1,5 mm

FERRETERIA:

- Tornillos de ensamblaje - 2 bisagras - cancamos de cierre. - Espuma de 2-3mm de espesor y 25 x 30 cm

CONSTRUCCION:

Ensamblar la base con los laterales, los soportes de los tubos no hace falta atornillarlos a la caja. Los tubos se deben montar de forma que queden a la misma distancia entre ellos y a la misma altura.

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El cristal NO hay que pegarlo, podemos necesitar sustituir algún tubo o cebador. La espuma se pega con cola de contacto a la tapa, procurando que quede centrada (es para que haga presión sobre el fotolito y la placa a revelar) .

PREPARACIÓN. Antes de insolar la placa, hay que revisar que no tengan rebabas en los bordes. En el caso que las tengan o hayamos realizado un corte, antes de insolar coger una lima y repasa los bordes.

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REVELADO Si ya hemos llegado hasta aquí, nos queda agenciarnos dos cubetas o dos platos de plástico según el tamaño de la placa. Verter en uno de ellos el revelador, es sosa cáustica diluida en agua (10-12grs por litro y el agua ligeramente templada). Después de introducir la placa, hasta que el dibujo se vea claramente. Enjuagar con un poco de agua. ATACADO Ácido clorhídrico (salfuman, en droguerías) Agua oxigenada 110 volúmenes (en farmacias) También vale con agua oxigenada normal, el atacado será mas lento.

Mezclar 30% agua del grifo 30% agua oxigenada 30% ácido clorhídrico, remover un poco para mezclar e introducir la placa, agitar hasta que las pistas estén definidas. Por último, depositar la placa en la cubeta limpia y rociarla con alcohol, frotar con un papel o algodón, y ya está limpia y lista.

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RECOMENDACIONES.

Conservar el fotolito bien guardado en una carpeta, para que no se deteriore, ya que se puede usar todas las veces que quieras. El cristal de la insoladora limpiarlo de vez en cuando con un poco de alcohol para quitar los residuos de tinta que puedan quedar del fotolito. Es importante realizar esto en un sitio bien ventilado con guantes especiales para productos quimicos, gafas de proteccion y mascarilla (en el atacado de la placa se producen gases nocivos). Este documento es de libre difusión, total o parcialmente siempre que se cite al autor (Mario Murgui ©) y a la página web de procedencia http://www.lazonax.net .

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4-LA SOLDADURA

Para soldar un componente a un PCB debemos de saber que:

1. El soldador debe de haber alcanzado su temperatura de trabajo. Dejarlo pues calentar suficiente tiempo para que alcance la temperatura adecuada. Aunque sea capaz de derretir estaño, si no alcanza la temperatura óptima la soldadura será mala.

2. Los componentes, cables y demás piezas a soldar deberán estar colocados en la posición que queremos que tengan tras la soldadura. No se debe soldar p.e. un transistor y luego empezar a calentar las soldaduras para bajarlo un poco porque nos ha quedado muy alto. Antes de soldar colocamos el componente tal cual queramos que quede.

3. NUNCA soplar la soldadura para que se enfrié antes. Esto dará lugar a una soldadura fría que se caracterizan por un color mate. Aunque la soldadura una las partes a soldar, antes o después fallará y encontrar un fallo en un circuito que no funciona porque una soldadura ya no une correctamente puede volvernos locos.

4. No inhalar los humos del estaño derretido y por supuesto llevar a cabo a soldadura en un lugar ventilado.

Tras tener todo preparado nos disponemos a soldar. No se deben soldar los componentes de manera aleatoria, se debe de respetar esta jerarquía en cuanto a orden de soldadura.

1. Puentes metálicos y conectores 2. Resistencias. 3. Condensadores 4. Diodos 5. Transistores 6. IC´s

Esto es así ya que las resistencias soportan el calor mejor que un transistor por ejemplo y cuanto menos tiempo esté expuesto al calor directo o indirecto del soldador, mejor. Los IC´s son los más sensibles de ahí que sea lo último que se suelde.

Cuando soldemos los componentes al PCB deberemos aplicar el estaño suficiente pero nunca en exceso. Como ya dijimos y esto es muy importante, NUNCA SOPLAR LA SOLDADURA.

Para soldar una resistencia por ejemplo a un PCB deberemos calentar simultáneamente el pad del PCB y la patilla de la resistencia. Eso se hace tocando con la punta del soldador el pad y con el lateral de este la patilla. Tras unos tres segundos más o menos podremos aplicar el estaño que se adherirá a las superficies calientes, o sea, el pad y la patilla del componente. Retiramos el estaño y a continuación el soldador. A continuación vemos algunos ejemplos de soldaduras.

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Soldadura dos patillas. BIEN Pad caliente, patilla fría. MAL Pad frío y patilla caliente. MAL

En el caso de soldar componentes que vayan a trabajar a altas frecuencias, no dejar las patillas demasiado largas, ni por arriba del PCB ni por debajo ya que podrían actuar como antenas captando ruido y producir interferencias en el circuito.

Así pues, una buena soldadura tendrá un aspecto brillante, con los lados cóncavos y un mínimo de estaño aplicado.

Como nota final, siempre que soldéis los componentes en un circuito impreso recomiendo que utilicéis laca protectora en le lado de las soldaduras. Esta laca es como un "barniz" que protegerá el cobre y las soldaduras de la humedad, grasa de las manos etc.

http://www.eurobotics.org/soldar2.html