Diseño y fabricación iluminaria LED

Página 1 0919HJCLSM01

Villa de Álvarez, Col., julio de 2015

Informe Técnico de Residencia

Profesional

Diseño y fabricación iluminarias LED

Jaime Flores Cisneros

Ingeniería Mecatrónica

Página 2

Índice

 Introducción………..4

 Justificación………4

 Objetivos o Objetivo especifico………5

o Objetivo general………5

 Problema a resolver o Proceso de fabricación PCB………..5

o Problemas técnicos………..6

o Problemas por temperatura……….6

o Problemas por intensidad de iluminación………..6

 Actividades o Cronograma……….7

o Diseño PCB………8

 Diagrama esquemático………. 8

 Diseño pistas………8

 Diseño antisoldante……….. 9

 Diseño mascarilla componente………. 9 o Proceso de fabricación PCB por serigrafía  Revelado marco……….10

 Selección tipo de baquelita……….11

 Aplicación tinta………..11

 Acido férrico……….12

 Horneado ultravioleta……….13

o Proceso ensamblaje de componentes  Aplicación en soldadura de pasta………14

 Aplicación componentes………..14

 Horneado para soldar………..14

o Limpieza  Aplicación topklean………..15

 Aplicación novec 1700………..15

o Aplicación de PCB en lámpara  Modo de ensamblaje PCB………16

Página 3

 Pruebas de iluminación y

temperatura………..17

 Resultados………..………17

 Conclusión y propuestas para mejorar………..18

 Competencias desarrolladas y/o aplicadas.……….…………..18

Página 4

Introducción

 La empresa TLS (The Led Shop S. de R.L. M.I) ubicada en

la calle Ignacio Sandoval # 360 col. Centro, C.P 28000 Colima, Col. México, Es una empresa giro industrial que se fundó en el año 2007 por el Ing. Jaime Gabriel Flores Velázquez con la finalidad de desarrollar luminarias con tecnología LEDS. Tomando en cuenta como objetivo principal ayudar a contribuir con el calentamiento global reduciendo las grandes cantidades de energía que se consumen a diario. Como proyecto se pretende fabricar una luminaria con tecnología de mayor calidad tomando como referencia luminarias anteriores con el objetivo de observar las problemáticas y dar una solución para el desarrollo y fabricación de una luminaria más eficiente.

Justificación

 Este proyecto me fue asignado por el Ing. Jaime Gabriel

Flores Velázquez para resolver el problema de

iluminación en las calles y jardines de Villa de Álvarez y es importante para la empresa desarrollar un proyecto de esta magnitud ya que se genera un crecimiento y se contribuye a generar más trabajo en Colima. Para mí este proyecto ha sido de gran importancia ya que ayudó a beneficiar a la empresa con nuevas ideas de diseño y

fabricación y sobre todo porque adquiero más

conocimientos que en un futuro me ayudaran a

Página 5

Objetivo



Objetivo específico.

o Diseñar y fabricar una luminaria LED para hacer una

lámpara más eficiente en cuanto a intensidad lumínica y mejorar la disipación térmica que se produce por los LEDS.



Objetivo general.

o Diseñar una PCB que cuente con una mejor

distribución de LEDS y una placa de mejor calidad para hacer una buena distribución de luz y una buena transferencia de calor hacia el disipador.

Problema a resolver



Para resolver el problema de luminarias pasadas, se

encontraron varios puntos importantes que serán retomados para mejor la calidad del producto este caso la luminaria.

o

Proceso de fabricación de PCB.



Para el proceso de fabricación de PCB’S se

Página 6

o

Problemas técnicos.



Se observó un mal acomodo en el circuito

electrónico esto provocando que los LEDS no

prendieran adecuadamente a su ficha

técnica, se restablecieron las conexiones

serie y paralelo para una mejor

distribución de corriente eléctrica y así

beneficiando a la empresa para la

utilización de menos LEDS y haciendo un ahorro económico.

o

Problemas por temperatura.



El mayor problema por el daño de LEDS es

por la temperatura así que se implementó en el diseño y la fabricación una placa con mayor disipación y se utilizó una crema disipadora de mayor calidad para hacer una buena distribución de calor hacia el gabinete donde seria colocado el circuito electrónico.

o

Problemas por intensidad de iluminación.



En este punto como ya se había comentado en

Página 7

Actividades

Página 8

Ilustración 1 cronograma de actividades

Diseño de PCB

Página 9

o Un diagrama esquemático es la representación

simbólica de un circuito para obtener una mayor visualización de la conexión de LEDS y así

presentar una propuesta, tomando en cuenta

variables como voltaje y corriente de la fuente.

Ilustración 2 diagrama esquematico

 Diseño de pistas

o Una vez teniendo un diagrama esquemático podemos

desarrollar el diseño de pistas, se basa en la conexión de los componentes tomando en cuenta las dimensiones del área de trabajo y la ubicación de los componentes (LEDS). Es muy importante tomar en cuenta el grosor de las pistas y la separación entre ellas esto servirá para tener un mayor flujo de corriente y evitar cortos circuitos.

Ilustración 3 diseño pistas de PCB

Página 10

o La mascarilla antisoldante es una capa de tinta

que cubre las pistas esto con el fin de proteger y solo dejando los huecos donde estará el pad del led para poder soldarlo.

Ilustración 4 diseño mascarilla antisoldante

 Diseño de mascarilla de componentes

o El diseño de mascarilla de componentes es solo para

representar la ubicación de los LEDS y darle una mayor presentación a la tarjeta PCB.

Ilustración 5 diseño mascarilla de componentes

Página 11

 Revelado de marco

o El revelado consiste en transferir el diseño del

PCB a una malla puesta en un marco de aluminio esto se hace con una tinta especial para revelado, en un cuarto completamente oscuro con luz roja (la luz roja sirve para ver y que la tinta no sea revelada antes de tiempo y no se eche a perder el proceso y la tinta) se aplica la tinta sobre la malla con una palita de paleta, después se pone sobre el marco el fotolito con los diseños de las diferentes mascarillas (pistas, antisoldante y componentes), el marco se pone en una mesa que tiene una plataforma completamente transparente aplicando una intensidad de luz igual a 500 watts, se deja determinado tiempo para el revelado una vez que el tiempo finalizo lavamos el marco quitando el exceso de tinta dejando solo las mascarillas.

Página 12

 Selección de tipo de baquelita

o La selección de la baquelita es un paso importante

ya que de esto depende la disipación del LED esto se hace en base a la cantidad de LEDS y el consumo, esto con el fin de evitar que la baquelita sea dañada por temperatura que se produce por los LEDS para este diseño yo elegí una baquelita de 1.5 mm de aluminio con una capa de cobre muy delgada a esta placa se le conoce como metal core (núcleo de metal).

Ilustración 7 aplicación de led en baquelita

 Aplicación de tinta

o Colocamos el marco ya revelado sobre una mesa de

impresión y con un rasero pasamos la tinta sobre la malla dejando pasar solo la impresión de las pistas este proceso se repetirá con las demás mascarillas una vez pasando cada una por su proceso.

Página 13

 Acido férrico

o En este proceso dejamos la PCB en una cámara de

bañado de ácido férrico para quitar todo el exceso de cobre de la baquelita, es decir quitar lo que no está impreso con la tinta.

Ilustración 9 Cámara de bañado de acido ferrico para eliminacion de cobre

 Horno ultravioleta

o Una vez realizado el proceso de bañado de ácido

férrico limpiamos con agua el circuito electrónico y volvemos al paso de impresión con serigrafía pero esta vez colocando la mascarilla antisoldante. Después pasara por un horno ultravioleta para hacer un curado en la tinta y que la tinta no pueda ser removida con thinner o cualquier otra sustancia química y no pueda ser desprendida por la temperatura del horno a la hora de soldar los LEDS

y hacemos lo mismo con la mascarilla de

componentes.

Página 14

Proceso para ensamble de componentes

 Aplicación de soldadura en pasta

o Se perfora una hoja de aluminio que esta puesta en

un marco de madera en una máquina perforadora CNC (control numérico por computadora) dejando solo los pads de los componentes donde serán colocados los LEDS, este marco se coloca en una mesa de impresión y con una rasero deslizamos la pasta de soldadura por los hueco perforados haciendo que la pasta se traslade a la baquelita así dejando los huecos cubiertos de pasta y pasando al siguiente proceso.

Página 15

 Aplicación de componentes

o Para este proceso utilizamos una máquina para

posicionar componentes electrónicos en este caso los LEDS, esta máquina es CNC lo que hace es moverse hasta los carriletes donde están los componentes y succionar el LED, una vez que lo tiene se moverá hasta donde está la PCB y soltara el LED, este proceso lo repite varias veces hasta terminar la colocación de todos los LEDS.

Ilustración 13 maquina para aplicación de componentes

 Horneado para soldar

o Una vez colocado todos los LEDS en la PCB colocamos

la placa en un horno, este horno cuenta con 5 resistencias de temperatura las cuales pueden ser variadas por medio de un software, es muy importante checar la temperatura que soporta el LED y en que temperatura se disuelve la pasta de soldadura ya que si no se toma en cuenta estos datos puedes dañar el LED por demasiada temperatura o en caso contrario las pasta no

alcanzara a disolverse, provocando que el

Página 16

traslada de un punto inicial a un punto final ya que si no sucederán los mismos casos ya comentados.

Ilustración 14 horno para soldar componentes a la PCB

Proceso de limpieza

 Aplicación de topklean para limpiar PCB

o El topklean es un limpiador para circuitos

electrónicos que remueve o elimina todos los residuos como grasas, pasta de soldadura o elementos químicos que con el tiempo pueda dañar el circuito electrónico.

 Novec 1700 para protección de PCB

o Novec 1700 es un barniz que sirve para darle una

Página 17

Ilustración 15 solventes para limpieza y barnizado

Aplicación de PCB en una lámpara para alumbrado

publico

 Modo de ensamblar la PCB

o Sobre una superficie plana de la lámpara aplicamos

una capa muy delgada de crema disipadora, esta crema lo que hace es transferir la temperatura producida por el LED hacia un disipador esto con la finalidad de proteger el LED y darle una mejor vida al LED.

Ilustración 16 lámpara punta de poste

Página 18

o Una óptica nos sirve para darle una mayor

distribución a la luz ya sea que el cliente quiera una distribución con un ángulo de apertura de 180 grados hasta 30 grados.

Ilustración 17 óptica secundaria para distribución de luz

Pruebas

 Pruebas de iluminación (lumenx) y temperatura

o Una vez terminada la PCB se realizaron pruebas de

iluminación y pruebas de temperatura a su máxima capacidad esto con el fin de hacer mediciones concretas y retomar puntos importantes ya sea para mejorar el diseño.

Resultados



Como resultado final se obtuvo una luminaria con los

Página 19

Ilustración 18 placa PCB

Conclusión y propuestas para mejorar

 Se logró concluir con el proyecto obteniendo resultados

exitosos, logrando obtener como resultado una luminaria más eficiente con una mayor capacidad para soportar problemas a las que se pueda enfrentar satisfaciendo al encargado del proyecto y a su vez para el desarrollo a gran escala de esta luminaria.

 Propuestas.

o Mejorar aún más la calidad en cuanto al desarrollo

de la PCB con tecnología más avanzada.

o La implantación de metalizado en las PCB.

Competencias desarrolladas y/o aplicadas



Habilidad de manejo de software



Conocimientos de instrumentos de medición



Solución de problemas



Capacidad de generar nuevas ideas



Capacidad de aplicar conocimientos en la práctica

Página 20

Referencias bibliográficas

 Instructivos para aparatos electrónicos:

http://www.fluke.com/Fluke/mxes/Support/Manuals/default. htm?ProductId=79229

 Instructivos para aplicación de topklean y novec 1700

(electronicassemblymateryals)

 Fichas técnicas: