La nueva tecnología LDSproporciona a Taoglas una ventaja altamente competitiva a la hora de ofrecer la máxima libertad de diseño a los clientes. Damos soporte a la implementación de cambios de diseño, como el ajuste y la optimización del rendimiento de las antenas, tal y como se muestra en nuestrocaso práctico sobre relojes inteligentes. Gracias a que Taoglas colabora estrechamente con el cliente durante todas las fases del proceso de diseño, podemos facilitar un alto grado de flexibilidad en el diseño. Descubre cómo utilizamos la tecnología LDS para ofrecer soluciones innovadoras al sector de la automoción.
Ejemplo: Módulo transceptor inalámbrico de diagnóstico a bordo (OBD) | Sector: Automoción
El reto
El reto consistía en integrar dos antenas eficientes y de alto rendimiento en el espacio reducido disponible. La primera antena era una antena GPS de 1575,42 MHz destinada a la información de posicionamiento; la segunda, una antena GSM de doble banda para la transmisión de datos, diseñada para funcionar tanto a 900 MHz como a 1800 MHz. La primera fase del diseño consistió en trabajar en estrecha colaboración con el cliente para modelar mecánicamente el producto en SolidWorks®. Esta fase del desarrollo es importante, ya que era necesario definir claramente la estructura 3D, los requisitos de construcción y las limitaciones de espacio. Taoglas ofrece ahora la tecnología LDS para satisfacer las necesidades de los clientes de productos más pequeños y de mayor rendimiento con antenas LDS integradas.
El proceso de diseño
Paso 1 – El modelo:
Una vez definidos los contornos físicos y los requisitos de espacio, se pudo proceder a la elección de la resina polimérica LDS. Teniendo en cuenta los requisitos de la aplicación, se optó por la resina ABS, ya que se trata de un polímero muy utilizado en el interior de los habitáculos de los vehículos en la industria de la automoción. Existen numerosas resinas LDS* disponibles dentro de las familias de resinas LDS más habituales que se muestran a continuación.
- Policarbonato (PC)
- Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
- Polipropileno (PP)
- Nailon (PPA)
- Tereftalato de polietileno (PET)
- Tereftalato de polibutileno (PBT)
- Sulfuro de polifenileno (PPS)
- Polímeros de cristal líquido (LCP)
Una vez seleccionados el diseño físico y la resina LDS, se pudo comenzar con los diseños básicos de las antenas. Las dos antenas se colocaron en lados opuestos y en la superficie exterior de la carcasa de plástico prevista. Las posiciones de las antenas se eligieron para maximizar el aislamiento entre las propias antenas, así como entre estas y la placa electrónica interna principal [PCB].
Paso 2 – Las antenas:
El diseño de las conexiones a ambas antenas se llevó a cabo utilizando clips compactos en forma de «C» de montaje en superficie. Estos componentes de conexión los suministra Taoglas [número de referencia CC.001] y son ideales para su uso en este tipo de conjuntos compactos. Son fáciles de montar en la placa de circuito impreso principal, ya que utilizan el mismo proceso estándar de montaje SMT que se emplea para fabricar la placa.
El diseño de la carcasa de plástico también está optimizado para proporcionar puntos de contacto específicos que permitan a los clips establecer conexiones fiables con el patrón LDS. El patrón LDS está diseñado de tal forma que los puntos de contacto queden situados directamente sobre los clips en forma de «C» montados en la placa de circuito impreso durante el montaje final (véase la figura 1). Los propios clips en «C» tienen una tolerancia vertical operativa de 1 mm, por lo que las posibles preocupaciones relacionadas con las tolerancias de fabricación no suponen ningún problema.
Paso 3 – Producción:
Por último, se pudo completar la modelización detallada de las dos antenas una vez definidos los requisitos físicos definitivos. Para la modelización completa de las antenas, Taoglas utiliza CST Microwave Studio®. El rendimiento de las antenas se fue perfeccionando y optimizando mediante CST, lo que minimizó la necesidad de realizar prototipos de «prueba y error», que resultan costosos y requieren mucho tiempo.
Las primeras muestras de producción del dispositivo se fabricaron utilizando la tecnología LDS de Taoglas en Taiwán. Un láser LDS MicroLine 160i (figura 2) se configuró rápidamente para transferir con precisión el patrón de la antena desde los datos CAD a la superficie de las primeras carcasas moldeadas. La posterior metalización de las superficies de la antena, activada por el láser LDS, proporciona un recubrimiento de cobre con un espesor de 12 µm, seguido de un recubrimiento de níquel con un espesor de 4 µm.
Conclusión:
Taoglas proporcionó al cliente dos antenas altamente integradas y eficientes que funcionaron correctamente en su compacto transceptor OBD.
«La solución de LDS superó con creces a los enfoques tradicionales. Los patrones de radiación de las antenas tradicionales —como las de metal estampado, las montadas en placa de circuito impreso o las integradas en la placa— se habrían visto afectados por su proximidad a la placa de circuito impreso electrónica principal, lo que habría reducido el aislamiento entre antenas», afirmó Baha Badran, director global de ingeniería.
El uso de LDS también permitió que el sustrato de la antena adoptara formas complejas, lo que facilitó la integración de dos antenas en un único componente. Esto redujo el tiempo de producción y montaje, además de permitir que Taoglas incorporara características que facilitaran su integración en el producto del cliente.
La alternativa era aumentar el tamaño del módulo transceptor OBD, lo cual no era una opción para el cliente. Finalmente, LDS permitió optimizar rápidamente los patrones de antena y el rendimiento asociado, sin necesidad de costosas modificaciones en las herramientas, y facilitó que el producto entrara rápidamente en producción.
Referencias:
- SolidWorks® y CST Microwave Studio® sonmarcasregistradasde Dassault Systèmes, Francia.
- MicroLine160i es un sistema láser LDS fabricado y con licenciade LPKF, Alemania.
- El CC.001 es un conector tipo «C» SMT disponible en Taoglas: https://testing.taoglas.com/product/cc-001-smt-c-clip-connector/
- *: Resinas poliméricas homologadas por LPKF LDS: https://www.lpkf.com/_mediafiles/2074-approved-plastics-lpkf-lds-2017-02.pdf
- **: Directrices de diseño de LPKF LDS: https://www.lpkf.com/applications/mid/design-rules/index.htm