03 — Hardware y Electrónica
Construido en la capa física
Las placas, el silicio y el banco donde se hacen.
Desarrollo de PCB, microensamblaje SMD y SMT, y microchips biomédicos — diseñados, fresados, soldados y encapsulados sobre equipo que poseo, y luego integrados en los dispositivos y máquinas que los usan.
Mi trabajo de hardware va desde el esquemático hasta el die desnudo, y de vuelta hacia arriba hasta el dispositivo terminado en el que vive.
Desarrollo PCBs y hago yo mismo el microensamblaje: colocación SMD y SMT de piezas de paso fino, y la microsoldadura que la acompaña. La escala del trabajo ha pasado de la electrónica a nivel de placa a la microelectrónica y la nanoelectrónica — componentes lo bastante pequeños como para que el microscopio no sea opcional sino el instrumento principal del banco.
El banco es mío de principio a fin. Equipo de microscopía y microsoldadura para el trabajo pequeño, una máquina CNC para producción interna de PCB y una impresora 3D FDM para las carcasas plásticas, tapas, fundas, bases y soportes que albergan cada dispositivo. Esa propiedad es lo que permite que un diseño pase del layout a una placa probada y encapsulada sin un fabricante externo en el bucle en cada revisión.
A partir de ahí el trabajo es integración. La integración de SoC embebido pone el silicio dentro de un producto terminado; la integración de sistemas robóticos pone un plano de control con microchip al mando de la mecánica. El chip sensa, decide y acciona — y hacer eso fiable dentro de un sistema mayor es la parte que requiere amplitud.
longitud de arista del módulo de signos vitales completo — un subsistema entero dentro de aproximadamente 1,5 × 1,5 cm
clase de huella de los nanocomputadores que diseño a nivel del die
señales vitales fusionadas en el módulo: frecuencia cardíaca, temperatura y SpO₂
del banco de trabajo es mío — microscopía, microsoldadura, fresado CNC de PCB y carcasas FDM, internamente
Un sistema completo de signos vitales del tamaño de una uña.
El microchip biomédico
Aproximadamente 1,5 × 1,5 cm, con todo lo que un wearable necesita ya a bordo.
Diseño microchips biomédicos en torno a sensores MEMS que monitorizan frecuencia cardíaca, temperatura y SpO₂ — saturación de oxígeno en sangre. El objetivo no es un breakout de sensor sino un sistema completo en una huella de alrededor de 1,5 × 1,5 cm.
Dentro de esa área se asienta su propio microcomputador, los sensores MEMS, un concentrador de señal que reúne sus salidas, un procesador de algoritmos que convierte la señal cruda en signos vitales, una antena Bluetooth para el enlace de salida, microbaterías LiPo y carga inalámbrica. Toda la cadena de adquisición a transmisión está en una sola placa pequeña.
- Sensado MEMS para FC, temperatura y SpO₂
- Microcomputador en el módulo y procesador de algoritmos dedicado
- Salida Bluetooth, alimentación con microbaterías LiPo, carga inalámbrica de entrada
La ruta de la señal, dibujada.
Módulo MEMS — diagrama de bloques
Sensado, concentración, procesamiento y enlace — en un solo sustrato.
El módulo es una pequeña tubería. Los sensores MEMS alimentan un concentrador de señal; el concentrador entrega un flujo limpio y agregado al procesador de algoritmos; el procesador produce signos vitales que el microcomputador transmite por la antena Bluetooth. La energía y la carga inalámbrica se asientan debajo de toda la cadena.
Dibujarlo como un diagrama de bloques es como se decide la colocación: los front-ends analógicos se quedan cerca de los sensores, la sección de RF se mantiene alejada de los rieles ruidosos y la bobina de carga obtiene su propia zona.
Una revisión, de principio a fin.
Una placa, un día, en mi propio banco
- 01 Diseño Captura de esquemáticos y enrutamiento de la placa, la disposición de los sensores y la sección de RF.
- 02 Fresado Ruteo CNC del sustrato de la PCB internamente, sin tiempos de espera de fábrica para las primeras revisiones.
- 03 Microensamblaje Colocación SMD y SMT de pasivos, el SoC y el encapsulado del sensor bajo el microscopio.
- 04 Microsoldadura Reflujo y microsoldadura manual de piezas de paso fino con el banco de aumento.
- 05 Encapsulado Carcasa plástica impresa por FDM, tapa, base o soporte dimensionada para la placa terminada.
- 06 Validación Encendido, captura de señal y verificación del enlace Bluetooth antes de dar por terminada la revisión.
Diseño, fabricación e integración.
Del esquemático a una placa que puedo sostener.
Recorro yo mismo todo el camino del diseño electrónico: captura de esquemáticos, enrutamiento multinodo, definición de huellas y las decisiones de colocación que determinan si un módulo de 1,5 cm es realmente fabricable. La restricción es física — sensores, un concentrador de señal, un procesador, una antena y baterías tienen que coexistir en un área pequeña sin pelear entre sí por espacio o señal.
El enrutamiento es donde se encuentran las disciplinas. La antena Bluetooth quiere despeje y una referencia de tierra limpia; los front-ends analógicos de los sensores quieren rieles de alimentación silenciosos; la bobina de carga inalámbrica quiere su propia zona. Mantener esos requisitos juntos en un solo sustrato es el trabajo de diseño que importa.
- Captura de esquemáticos y enrutamiento de PCB para placas compactas de señal mixta
- Decisiones de huella y de stack tomadas frente a lo que el banco puede fabricar
- Zonas de RF, analógicas y de potencia planificadas en el mismo sustrato pequeño
Una línea personal, no una lista de piezas enviada a una fábrica.
Poseo el equipo que convierte un layout en una placa funcional: equipo de microscopía y microsoldadura para trabajo SMD de paso fino, una máquina CNC para producción interna de PCB y una impresora 3D FDM para las carcasas plásticas, tapas, fundas, bases y soportes que albergan los dispositivos que desarrollo.
Ser dueño del banco cambia el ciclo de iteración. Una revisión temprana puede fresarse, poblarse, soldarse, probarse y recortarse el mismo día — sin esperar a un fabricante externo entre cada cambio. El CNC se encarga del cobre; la impresora se encarga de la carcasa; el microscopio se encarga de todo lo demasiado pequeño para colocar a simple vista.
- Microscopía + microsoldadura para microensamblaje SMD y SMT
- Máquina CNC para producción interna de PCB
- Impresora 3D FDM para carcasas, tapas, fundas, bases y soportes
Donde el chip deja de ser un chip.
Las placas no son el punto final. Trabajo en la capa de sistemas físicos: integración de SoC embebido e integración de sistemas robóticos donde un plano de control con microchip gobierna la mecánica. El microchip es el plano de control — sensa, decide y comanda — y el trabajo de integración consiste en hacer que ese plano de control sea fiable dentro de una máquina mayor.
En el lado de los periféricos, el mismo conjunto de habilidades construye periféricos de cómputo con IA embebida: hardware que lleva la automatización guiada por IA dentro del propio dispositivo, diseñado para ser ergonómico y reducir la dependencia del teclado. Estos funcionan sobre placas de desarrollo comerciales y sobre mis propias placas construidas en torno a nanocomputadores de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated.
- Integración de SoC embebido en dispositivos terminados
- Integración de sistemas robóticos con un plano de control de microchip
- Periféricos con IA sobre placas de desarrollo comerciales y personalizadas
Periféricos de cómputo con IA embebida
Hardware que lleva la automatización dentro de sí.
Junto al trabajo biomédico construyo periféricos de cómputo con IA embebida — hardware que lleva la automatización guiada por IA al propio dispositivo en lugar de apoyarse en una máquina anfitriona. La intención es ergonómica: dispositivos pensados para reducir la dependencia del teclado y aumentar la productividad del día a día.
Se construyen de dos maneras. Algunos parten de placas de desarrollo comerciales por rapidez; otros funcionan sobre mis propias placas de desarrollo, diseñadas en torno a nanocomputadores de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated. La vía personalizada es donde el encapsulado se encoge y el dispositivo se convierte en su propio sistema autónomo.
- Automatización con IA embebida, en el dispositivo
- Intención ergonómica — menos teclado, más rendimiento
- Nanocomputadores de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated
No envío una lista de piezas a una fábrica y espero. La placa se fresa, se puebla, se suelda, se encapsula y se prueba en un banco que poseo.
Qué hay dentro del chip de signos vitales de 1,5 cm.
Módulo de signos vitales — componentes
- Factor de forma
- ≈ 1,5 × 1,5 cm
- Cómputo
- Microcomputador en el módulo
- Sensado
- MEMS — FC / Temp / SpO₂
- Ruta de datos
- Concentrador de señal
- Procesamiento
- Procesador de algoritmos
- Inalámbrico
- Antena Bluetooth
- Energía
- Microbaterías LiPo
- Carga
- Carga inalámbrica
Cada línea es un subsistema que tiene que compartir el mismo centímetro y medio cuadrado con el resto. El microcomputador hace funcionar el dispositivo; el bloque MEMS hace el sensado; el concentrador y el procesador de algoritmos convierten ese sensado en signos vitales; la antena Bluetooth los saca; las celdas LiPo y la bobina de carga inalámbrica lo mantienen vivo.
La ingeniería no es ninguna de estas piezas por sí sola — es hacer que todas coexistan en un solo sustrato pequeño, con energía limpia, un enlace de RF utilizable y espacio para la bobina de carga, en un encapsulado lo bastante pequeño para llevarse puesto.
Lo que aporto a un problema de hardware.
Microensamblaje SMD / SMT
Colocación y reflujo de montaje superficial de paso fino bajo aumento, para pasivos, SoCs y encapsulados de sensores.
Microsoldadura
Soldadura manual de piezas de geometría pequeña con equipo dedicado de microscopía y microsoldadura.
Producción de PCB por CNC
Fresado interno de sustratos de placa, para que las primeras revisiones avancen a la velocidad del banco y no a la de fábrica.
Carcasas FDM
Tapas, fundas, bases y soportes plásticos impresos en 3D dimensionados para cada dispositivo desarrollado.
Integración de SoC embebido
Llevar sistemas en chip a dispositivos terminados en la capa física.
Fusión de sensores
Combinar señales MEMS de frecuencia cardíaca, temperatura y SpO₂ en un único flujo coherente de signos vitales.
Cómo se fabrica realmente la PCB en el banco.
Fabricación de PCB por CNC
Fresado de aislamiento, agujeros taladrados y una placa el mismo día.
La producción interna de PCB parte de un laminado revestido de cobre, no de un pedido a fábrica. El layout que dibujo se convierte en un conjunto de trayectorias de herramienta que el CNC sigue: una fresa en V fina traza alrededor de cada pista para aislarla del cobre circundante, una fresa de punta pequeña despeja las áreas mayores y los ciclos de taladrado abren los agujeros para vías y piezas pasantes.
La ventaja es el ciclo, no el acabado. Una placa fresada no tiene máscara de soldadura ni barriles metalizados, así que estaño las pistas y puenteo las vías a mano — pero puedo sostener una placa ruteada y taladrada en menos de una hora desde que termino el layout, y luego recortarla en cuanto el diseño cambia. Eso es lo que mantiene las primeras revisiones a la velocidad del banco.
- Ruteo de aislamiento de pistas a partir de un laminado revestido de cobre
- Despeje de vertidos de cobre con fresa de punta y agujeros taladrados de vías y pads
- Pistas estañadas a mano y vías puenteadas en lugar de un proceso metalizado
El reflujo es un perfil de temperatura, no un instante.
Perfil de reflujo SMD
Precalentamiento, estabilización, reflujo y un enfriamiento controlado.
La soldadura de montaje superficial se gobierna por un perfil de temperatura frente al tiempo, no por un único contacto de calor. El ensamblaje se recorre a través de cuatro etapas — precalentamiento, estabilización, reflujo y enfriamiento — y la forma de esa curva es lo que decide si las juntas salen sólidas o tensionadas.
Cada etapa cumple una tarea específica. El precalentamiento sube las piezas suavemente desde la temperatura ambiente para que nada se agriete por choque térmico; la estabilización mantiene una meseta que activa el flux y nivela el calor entre masas térmicas dispares; el pico de reflujo cruza el punto de liquidus de la soldadura para que la tensión superficial pueda atraer cada pieza a escuadra sobre sus pads; el enfriamiento fija la estructura de grano de las juntas terminadas.
Seguir la curva importa más en la escala pequeña, donde un encapsulado diminuto y un gran vertido de tierra se calientan a ritmos muy distintos. Perfilar el ciclo es como ambos llegan a temperatura al mismo tiempo.
Las cuatro etapas del ciclo
- 01 Precalentamiento La placa sube de temperatura lentamente para que el ensamblaje se caliente de forma uniforme y el choque térmico sobre las piezas se mantenga bajo.
- 02 Estabilización Una meseta sostenida deja que el flux se active y que la temperatura se nivele entre componentes grandes y pequeños por igual.
- 03 Reflujo El pico cruza el punto de liquidus de la soldadura; la pasta se funde y la tensión superficial atrae cada pieza sobre sus pads.
- 04 Enfriamiento Un descenso controlado deja que las juntas se solidifiquen en una estructura de grano sólida antes de manipular la placa.
El montaje de microscopía y microsoldadura.
Por debajo de cierto tamaño de pieza, el microscopio es el banco — todo lo demás se ordena en torno a lo que puede ver.
El trabajo pequeño se hace bajo un microscopio estéreo que da profundidad y distancia de trabajo: espacio suficiente para acercar una punta fina de soldador, aire caliente y pinzas al campo manteniendo enfocados ambos terminales de una pieza. Colocación, inspección y retrabajo ocurren todos a través de la misma óptica, así que nunca trabajo a ciegas sobre una junta que no puedo resolver a simple vista.
La microsoldadura a esta escala va de control, no de velocidad. Una punta fina y un volumen pequeño y bien fluxado de soldadura hacen el trabajo; el aire caliente maneja las piezas que necesitan salir sin perturbar a sus vecinas. El microscopio convierte un par de paso fino puenteado de un fallo invisible en algo que puedo ver y despejar.
El mismo montaje es donde empieza la validación. Antes de dar por terminada una revisión, pasa por un encendido, una captura de señal de los sensores y una verificación del enlace Bluetooth — detectada temprano, bajo la óptica, mientras la placa aún es fácil de retrabajar.
Banco de fabricación
- Óptica
- Microscopio estéreo
- Microsoldadura
- Punta fina + aire caliente
- Fab. de PCB
- Fresadora CNC, interna
- Carcasas
- Impresora 3D FDM
- Colocación
- Manual, bajo aumento
- Reflujo
- Ciclo térmico perfilado
- Validación
- Encendido + captura de señal
- Verificación de enlace
- Verificación Bluetooth
Qué hace realmente la fusión de sensores.
Fusión de sensores — ruta de la señal
Tres señales crudas, un flujo coherente de signos vitales.
La fusión de sensores en el módulo de signos vitales es el paso entre la transducción cruda y una lectura utilizable. Los front-ends MEMS producen cada uno una imagen ruidosa y parcial: un canal óptico para frecuencia cardíaca y SpO₂, un canal térmico para temperatura. Ninguno de ellos es una medición terminada por sí solo.
El concentrador de señal agrega esos canales en un único flujo limpio y alineado en el tiempo, y el procesador de algoritmos convierte ese flujo en signos vitales — rechazando artefactos de movimiento, manteniendo una frecuencia estable y produciendo la cifra de SpO₂ a partir de la relación de los canales ópticos. La fusión es lo que hace que el módulo informe un número en el que una persona puede confiar en lugar de una forma de onda que una persona tiene que interpretar.
- Canales MEMS ópticos y térmicos adquiridos en paralelo
- Concentración en un único flujo alineado en el tiempo antes del procesamiento
- Rechazo de artefactos y SpO₂ basada en relación en la etapa de algoritmos
Carga inalámbrica, dibujada como dos bobinas acopladas.
Carga inalámbrica — acoplamiento de bobinas
Un campo a través de un espacio, rectificado de vuelta a las celdas.
La carga inalámbrica en un módulo wearable es inductiva: una bobina transmisora en la base o el pad lleva una corriente alterna, esa corriente establece un campo magnético cambiante, y una bobina receptora en el módulo convierte el campo de vuelta en corriente. Las dos bobinas son un transformador acoplado de forma laxa con aire en el medio en lugar de un núcleo.
En el lado del módulo la corriente inducida se rectifica y regula antes de llegar a las microceldas LiPo, y la bobina receptora necesita su propia zona en el sustrato para que su campo no se acople con los front-ends analógicos ni con la sección Bluetooth. Reservar esa área es una decisión de layout tomada temprano, porque no hay espacio para moverla después en una placa de 1,5 cm.
- Acoplamiento inductivo entre una bobina transmisora y una receptora
- Rectificación y regulación antes de las microceldas LiPo
- Una zona de bobina reservada y libre de las secciones analógica y de RF
Un SoC es un sistema antes de ser un chip.
Integración de SoC embebido
Un floorplan de núcleos, memoria, radio y analógico — en un solo die.
Un sistema en chip no es una sola función en un encapsulado; es un floorplan. Un núcleo de procesador, memoria en el die, un bloque de radio para el enlace inalámbrico, front-ends analógicos para los sensores y la gestión de energía se asientan todos en el mismo silicio, dispuestos para que las partes ruidosas y las sensibles se mantengan separadas.
Integrar uno significa trabajar con esa estructura interna en lugar de contra ella: mantener limpia la referencia de la radio, dar a los dominios analógicos una alimentación silenciosa y enrutar la placa para que las propias restricciones del SoC se respeten en los pines del encapsulado. Los nanocomputadores en torno a los que construyo — de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated — son exactamente estos floorplans integrados reducidos a la clase de 1 mm², que es lo que permite que un dispositivo terminado se convierta en su propio sistema autónomo.
- Núcleo, memoria, radio y analógico como bloques en un floorplan
- Enrutamiento de placa que respeta las restricciones internas del SoC en los pines
- Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated como base de silicio
De una pieza manipulada a un plano de control en una máquina.
El trabajo es un encogimiento continuo. Empieza a nivel de placa, donde las piezas se manipulan a mano y la disciplina de enrutamiento se fija. Se estrecha hacia la microelectrónica, donde el microscopio se convierte en el banco. Alcanza la escala de la nanoelectrónica, donde un nanocomputador de 1 mm² es la mayor parte del dispositivo y la placa se reduce a un portador. Y vuelve a subir a través de la integración, donde ese silicio se convierte en el plano de control de un dispositivo terminado o una máquina.
Leerlo como una sola línea es el punto. Las mismas manos que colocan una pieza de paso fino son las que deciden, mucho más tarde, cómo un microchip comanda la mecánica de un sistema robótico. El banco, el silicio y la integración no son tres trabajos — son un solo camino recorrido de principio a fin.
- Nivel de placa Electrónica discreta y CIs encapsulados Piezas manipuladas a mano, pads visibles, la disciplina de enrutamiento fijada a escala humana.
- Microelectrónica SMD de paso fino bajo el microscopio El microscopio se convierte en el instrumento principal para colocación, inspección y retrabajo.
- Nanoelectrónica Die desnudo y nanocomputadores de 1 mm² El chip se convierte en la mayor parte del dispositivo; la placa se reduce a portador e interconexión.
- Integración Hacia dispositivos y máquinas Integración de SoC embebido y de sistemas robóticos, con el microchip como plano de control.
Placa, micro o nano — dónde se asienta realmente un problema.
Donde vive la mayoría de la electrónica, y donde empecé.
El trabajo a nivel de placa es la escala familiar: pasivos discretos, conectores y CIs encapsulados colocados sobre un sustrato enrutado. Las piezas son lo bastante grandes para manipular, los pads son visibles y los modos de fallo son los que todo ingeniero electrónico aprende primero — juntas frías, puentes y polaridad invertida.
Trato esta escala como el cimiento más que como el techo. La misma disciplina de enrutamiento que mantiene limpio un diseño a nivel de placa — caminos de retorno cortos, tierra deliberada, dominios analógico y digital separados — es lo que se traslada hacia arriba cuando las piezas se encogen y los márgenes desaparecen.
- Pasivos discretos, conectores y CIs encapsulados sobre un sustrato enrutado
- Planificación de tierra limpia y caminos de retorno como hábito de base
- La escala donde la disciplina de enrutamiento se fija antes de ser exigida
Paso fino, donde el microscopio toma el control.
En la escala de la microelectrónica los terminales se estrechan a paso fino y los pasivos bajan a tamaños de encapsulado difíciles de resolver a simple vista. El microscopio deja de ser una comodidad y se convierte en el instrumento principal: colocación, inspección y retrabajo ocurren todos bajo aumento.
El trabajo cambia de carácter aquí. El volumen de soldadura hay que controlarlo en lugar de estimarlo, la elección del flux importa, y un único par puenteado puede ser invisible sin óptica. El equipo de banco que poseo es lo que hace que esta escala sea rutinaria en lugar de frágil.
- Terminales de paso fino y pasivos de encapsulado pequeño colocados bajo aumento
- Volumen de soldadura controlado en lugar de estimado a mano
- Inspección y retrabajo hechos a través del mismo microscopio
Trabajando en el die, donde 1 mm² es el lienzo.
La escala más pequeña en torno a la que diseño es la huella del die desnudo y el nanocomputador — la clase de componente de 1 mm² construida sobre piezas de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated. A esta escala el dispositivo ya no es una placa que lleva un chip; el chip es la mayor parte del dispositivo, y la placa es un portador y una interconexión.
Diseñar aquí significa respetar lo que el proveedor de silicio ya aporta — secuenciado de energía, layouts de referencia y front-ends de RF — y añadir solo lo que la aplicación necesita. La contención es la habilidad: cada pieza extra es área que el sistema terminado no puede permitirse.
- Huellas de die desnudo y de nanocomputador de 1 mm² como unidad de trabajo
- Silicio de Nordic, Texas Instruments y Maxim Integrated
- Contención en el número de piezas, porque el área es el recurso escaso
Open to the right work
Si tu dispositivo necesita la placa, el silicio y el banco bajo un mismo techo — ese es el trabajo que hago.
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