Diseño Electrónico Multicapa

Por: Oscar Toledo Esteva

Fragmento de la conferencia para el Instituto Tecnológico de Tuxtepec, Oaxaca, efectuada el día 20 de septiembre del 2005.

Nuestros profesores bien capacitados y motivados, están dando un giro, de divulgadores del conocimiento, a gerentes del aprendizaje, el recurso intelectual valioso para la guía del futuro, el desafío de la nueva era, donde participamos con programas competitivos, como el software: Diseño Electrónico Multicapa, para crear nuevas soluciones, presentadas el día 20 de septiembre del 2005, ante profesores y alumnos del Instituto Tecnológico de Tuxtepec, Oaxaca, con motivo de su XXX aniversario.

Hace unos años crear un boceto esquemático, un diagrama o un circuito impreso en una computadora, con un programa híbrido era casi imposible, en la actualidad, ante la necesidad de acelerar el trabajo de investigación, y proteger al mismo tiempo las ideas, nos impulsó a crear un programa estelar para dibujar circuitos impresos multicapa, que sirve a la medida para nuestros propósitos. Aunque en el mercado especializado existen programas comerciales para dibujar circuitos impresos, son costosos y la mayoría no cumplen con los requisitos de los nuevos componentes como los BGA (Ball Grid Array) y chips con acotamientos inusuales, además es difícil interrumpir un diseño electrónico funcional, para que la hora de tratar de volcarlo sobre un circuito impreso, nos topemos con que el programa de equis marca no incluyó un componente especializado para nuestro proyecto.

Desligado de los programas comerciales llamativos, nos hemos acostumbrado a trabajar con nuestros programas exclusivos, creados para poder usarlos optimamente al 100%, con mejoras y refinamientos constantes para lograr crear tarjetas de sistemas en tiempo record, sin los retrasos que padecen otros departamentos de investigación tecnológica del mundo.

La mayoría de las personas que no pueden concebir lo que podría existir, ignoran estas herramientas estratégicas de creación propia, y aún se sorprenden de que a pesar de nuestras limitaciones y sin apoyo, seguimos desarrollando productos y avances continuos, mucho más sofisticados como resultado de estas herramientas propias, que ya empiezan a generar otras más avanzadas.

Naturalmente todo lleva su ritmo y su tiempo, en años pasados las primeras herramientas para diseñar nuestras computadoras, se reducían a comprobadores de memorias definitivas y temporales, programadores de memorias e interfaces para guardar datos en un cassette de audio. Por ejemplo, para las pruebas de confiabilidad de memorias para almacén temporal, se construían bancos de memoria desde 2048 bytes hasta 64 mil bytes, por otro lado había una jungla de diferentes memorias PROM, las que se usan para guardar el intérprete, el BIOS o simplemente una memoria residente para echar a andar un microprocesador. Al principio cada fabricante definía la forma de programar su PROM, su voltaje de alimentación y programación, la secuencia del impulso de programación, el tiempo de sincronía para captar los datos, etc. Así llegamos a construir varios programadores de PROM para diferentes voltajes de diferentes marcas, más adelante construímos la interfaz para el almacenaje secundario, utilizando para ello una grabadora común de cassettes, convertí el dato binario a dos frecuencias diferentes, una para el bit uno y otra para el bit cero, esto es, dos tonos de audio diferentes para comprimir los datos binarios, los cuales quedaban grabados en el cassette. Ya a través de un software la computadora recibía y enviaba los datos binarios, que procesaba un hardware del interfaz a datos sonoros, y esto quedaba registrado como una serie de códigos en el cassette, a la hora de reproducirlo se enviaba nuevamente a la computadora que detectaba cada tono y lo convertía a la lógica digital que la computadora necesitaba.

Al poder guardar mis primeros programas, ya nada volvió a ser igual, naturalmente los programas eran almacenados en la cinta magnética en forma secuencial, como un chorizo de mini-programas, el primero era el último en salir, en aquellos años esto era un método suficientemente fiable para conservar los programas de gran tamaño, uno de los programas guardados fue para dibujar diagramas esquemáticos, los primeros símbolos se programaron previamente como un caracter fijo en el generador de video, porque aún no se manejaban pixeles o puntos programables en forma directa, esto llegó con el tiempo, y de esta primera experiencia se diseñó la siguiente versión del programa ya con pixeles programables, era —igual que en la actualidad— un desafío emocionante, donde se conoce la alegría de crear, como una de las grandes diversiones de la vida, apunté la cámara fotográfica para capturar el dibujo directamente de la pantalla de video, y fue la primera fotografía de un diagrama electrónico, que aún conservo.

En la actualidad, nuestro programa para diseñar circuitos impresos tiene la capacidad de manejar 32 capas de circuito impreso, lo cual en la práctica pocas factorías a nivel mundial pueden procesar. Este programa que diseñamos es una herramienta original y exclusiva, cumple las normas internacionales de salida de acotación de dibujo a cualquier escala, tanto en milímetros o pulgadas, o la combinación de ambas, desde fracciones milimétricas hasta la ampliación o reducción; con la facilidad de ver el proyecto final en el papel con los protocolos conocidos, ya que imprime en impresoras matrizadas, de tinta o color, láser y plotter, en cantidad y virtualmente a cualquier escala.

No podía faltar un menú a base de iconos para seleccionar cómodamente los apoyos para el diseño central, además del grupo de órdenes que más se utiliza en un proyecto de circuito impreso. Para las personas con poca experiencia fue incluído un breve manual ilustrativo, además de un diseño demostrativo de un circuito impreso.

Mientras se realiza una tarea hay un color diferente seleccionable por el usuario para cada una de las 32 capas, y también para las pistas y acotaciones. En el fondo de la pantalla como escenario principal aparece una rejilla de puntos, la cual es ajustable en milímetros o pulgadas, cada trabajo puede ser ampliado o reducido hasta la máxima resolución admitida por la tarjeta de video y la pantalla.

La computadora G7 con unidad de disco de 3½" integrada, su sistema gráfico admite un subtitulador de videos y software para la ingeniería electrónica, además de un hardware para sonido de 3 voces, el cual facilitaba juegos con gráficas a color y sonido envolvente. (1988-1991)

Cuando se elige un componente en particular, fácilmente es localizado en el archivo de librería, símbolos para diagramas esquemáticos o piezas para el circuito impreso, de antemano se han excluido componentes obsoletos y solo se van agregando los nuevos dispositivos de las diferentes marcas, en la actualidad ya suman miles, desde una resistencia común hasta capacitores para montaje de superficie, desde un transistor hasta microprocesadores con montaje BGA, cada componente es visualizado previamente para poder elegir correctamente la pieza, ya sea de norma IEEE americana, ISO europea o JEIDA japonesa, en varios estilos y dimensiones de ranuras, islas y líneas de conexión. Si en la librería de componentes no existiera una pieza, con una ventana anexa el usuario dibuja el nuevo componente con una serie de apoyos ya incluidos, que facilitan tener la pieza en forma inmediata, y automáticamente se agrega en la base de datos de la librería de nuestro programa estelar.

Cada trazo de pista para una conexión hacia una isla de tamaño elegible genera en forma automática una mascarilla de soldadura, la cual es identificada por la maquinaria que construye el circuito impreso. Durante el proceso del diseño del circuito impreso de un sistema electrónico, para simplificar la tarea y acelerar su desarrollo se cuenta con facilidades para rotar un bloque, moverlo a otra posición, copiarlo, unirlo, salvar el primer o último bloque del trabajo, incluso hay una manipulación tipo espejo para que el usuario pueda voltear el circuito impreso, lo cual es útil a la hora de colocar los componentes al otro lado de la tablilla, además de ser capaz de orientar el texto en cualquier dirección.

Por la experiencia y los resultados obtenidos con este programa estelar para diseñar sistemas electrónicos en el circuito impreso, equiparablemente tenemos un programa completo y profesional como ha sido comprobado en otras aplicaciones con dibujos de precisión, y estamos probando simulaciones de chips, incluyendo microcontroladores, para visualizar sus cronogramas de entradas y de salidas, igual ya anexamos la simulación de firmware con su propio hardware sobre PLD, lo que los programas comerciales aún no incluyen.

Actualmente se prueba una salida directa a un sistema mecánico, apoyado con motores paso a paso con un eje Z descendente, para colocar un minitaladro con brocas de carburo, esperamos una buena precisión y bajo costo, y que sea fácil fabricar circuitos impresos de doble capa sobre un escritorio escolar.

Una vez terminado el diseño, se envía una copia del circuito impreso para ser construido en una fábrica especializada, una tarjeta de fibra de vidrio del circuito impreso perforado y brillante, las medidas de las acotaciones, ranuras, mascarilla y estañado, aparecen con precisión matemática, listo para colocar los componentes y soldarlos.

Soldar las patillas de un microprocesador puede ser un juego de niños, si la separación entre las patillas es de 2.54 milímetros, cuando los microprocesadores modernos migran sus patillas a una cercanía de 0.400 milímetros, ya no es fácil soldar cada patilla, sin mediar excusas se requiere un cautín con calor graduable, puntas intercambiables, una soldadura con 1% de pasta y un líquido químico que rechaza la soldadura de plomo en las patillas del componente, una vez terminado el proceso de soldaje, se limpia con un solvente todo el residuo del líquido químico adherido entre las patillas, luego se procede a una revisión óptica, para comprobar que la soldadura no falte y esté bien caldeada en cada pata del componente, una buena unión de soldadura se observa como un punto brillante, en cambio una falta de brillantez indica que hubo sobrecalentamiento.

Antes de soldar un componente con 208 patillas con 0.5 milímetros entre patillas, equivalente a un chip cuadrado de 52 patillas por lado, la guía del chip para la patilla número uno normalmente está marcada con una muesca, que sirve de referencia para la polaridad y colocación del componente, que los fabricantes de los chip establecen de antemano y dan a conocer a través de sus datos técnicos. Ya colocado el componente en el circuito impreso, se alinea manualmente cada patilla y cada esquina, hasta que concuerden milimétricamente sin ninguna desviación los cuatro costados del chip con sus patillas. Ya sea sujeto el componente con un dedo o fijado con pegamento por debajo de la pieza, se solda una patilla de cada esquina para no perder la sincronía manual del componente.

Cuando todas las patillas del componente se ajustan con el circuito impreso, la punta del cautín se intercambia por otra para componentes de montaje de superficie, a continuación se esparce en uno de los cuatro lados unas gotas de líquido químico llamado flux, para ser soldadas las patillas de ese lado al mismo tiempo, lo recomendable es mantener aproximadamente a 200 grados centigrados la temperatura del cautín, una vez untado el flux, se coloca un poco de soldadura en la punta del cautín, y rápidamente se asegura el soldaje para la unión entre las patillas y el circuito impreso. Hay que evitar la unión de soldadura entre patillas, la sola unión entre las patillas puede ser una tarea díficil de reparar, por el exceso de soldadura, por la presión del cautín, o por el calor concentrado en un área milimétrica, que puede destruir todo el componente.

A nuestros programas de relevancia mundial como el «Windows» Fénix, y el navegador Biyubi para explorar Internet, se suman varios programas que cumplen su misión específica, que corren exclusivamente en la computadora G11, y seguramente van ayudar a crear los módulos de futuras plataformas, de ahí la importancia del programa para el diseño electrónico de circuitos impresos multicapa. Para una aplicación rápida de sistemas electrónicos o diseños digitales, este programa resuelve cabalmente el traslado de un diseño intangible a un circuito impreso verdadero, que posteriormente una factoría de circuitos impresos fabricará en forma masiva para tener otro producto nuevo que pide el mercado de la nueva economía. En este portento está involucrada la información, el conocimiento especializado y la experiencia de muchos años, una perspectiva clara donde se mezcla la electrónica digital, escritura de código fuente, firmware con algoritmos a la medida y software de todo tipo, con el coste, la calidad y la entrega justo a tiempo, y el resultado puede ser ese dispositivo que todo mundo busca tener, llamativo, útil, eficiente y estéticamente presentable como una joya.

Los parques de alta tecnología diseñan y fabrican nuevos productos inteligentes, basados en la investigación y desarrollo, el capital y los servicios agrupados, cuentan con centros de estudios para la ciencia y tecnología, con los fondos de capital de riesgo para nuevas compañías, con intercambio de experiencias en las conferencias planeadas, venta, protección de derechos y patentes, además, un gobierno atento a la expansión de nuevos nichos de desarrollo para la nueva economía. Son parques con industrias afines, con todos los servicios complementarios necesarios, donde un diseño hecho producto es ensamblado y probado en una semana para la etapa final en el mercado mundial. Ya se ven los resultados en Finlandia, Singapur, Bangalore, Tel-Aviv, Taiwan, Cambridge, Sukuba y Silicon Valley.

El diseño de circuitos impresos multicapa ha sido resuelto con este software diseñado por nuestros especialistas, es ágil, versátil, capaz y eficiente, con ventanas gráficas que se actualizan en tiempo real y con muchas características avanzadas, colocando a la Familia Toledo como el heraldo de la alta tecnología en Iberoamérica, con servicios de software y nuevos productos sofisticados, y ellos surgen pese a todo como la Start-Up (empresa de arranque) basada en los nuevos conocimientos para la nueva economía. Nuestros resultados concretos ya están a la vista, aunque a muchas personas no les ha llegado la noticia, debido a los intentos cada vez más desesperados del viejo sistema, donde universidades y monopolios mediáticos apuntalan las viejas estructuras jerárquicas, que se han constituido en una rémora dañina y costosa para el progreso de México.

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