apostila pci - protut

0

CONFECÇÃO DE

PLACAS DE CIRCUITO

IMPRESSO POR

PROCESSO TÉRMICO

1

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 2

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ...................................................................................................... 3

PROJETO DA PCI ............................................................................................................................... 3

CONFECÇÃO DA PCI ......................................................................................................................... 6

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 12

2

INTRODUÇÃO

Os circuitos impressos são datados de 1936, acredita-se que estes foram inventados pelo

engenheiro austríaco Paul Eisler, enquanto ele trabalhava na Inglaterra. Eisler patenteou o método de

correr uma camada de cobre depositada sobre uma superfície isolante. Também há registros de 1925,

uma patente norte-americana de Charles Ducas, o qual propunha depositar uma tinta condutiva sobre

um material isolante, o que originou a expressão “Circuito Impresso”.

No entanto, a primeira utilização mais ampla dos circuitos impressos se deu apenas em 1943,

quando começaram a ser empregados em equipamentos de rádio de uso militar, onde havia a

necessidade do funcionamento do circuito em situações extremas e adversas. Após a Segunda

Guerra Mundial, outras aplicações para os Circuitos Impressos foram surgindo, principalmente com o

surgimento dos transistores, cada vez mais sua utilização facilitava a construção de circuitos.

Atualmente, as placas de circuitos impressos, também chamadas de PCIs, são amplamente

utilizadas em diversos tipos de circuitos eletrônicos, isto porque desde a criação dos circuitos

eletrônicos, a montagem sobre as PCIs se demonstrou um processo mais prático e facilitado. Uma

vez que, a PCI fornece uma base de sustentação rígida para os componentes, também pode ser

montada e fixada, de forma a tornar o circuito mais compacto e organizado.

A passagem de corrente nas PCIs ocorre através da camada fina de material condutor da placa,

geralmente este material é o cobre. Uma vez montada, a PCI dispensa o uso de fios para interligar os

seus componentes, pois os mesmo são fixados em um material isolante, os materiais mais utilizados

como isolante são o fenolite e a fibra de vidro; mas também podem ser encontrados isolantes de

papel-epoxy e poliéster. A utilização de determinado material condutor e isolante varia de acordo com

as especificações do projeto; para tanto, comercialmente utiliza-se de forma mais ampla o cobre,

como material condutor, e o fenolite, como isolante base.

A fibra de vidro é um material que apresenta características superiores ao fenolite, contudo, a

sua aplicação nem sempre se torna viável em determinados projetos, por conta do seu alto custo se

comparado ao fenolite. Na Tabela 1 podemos verificar uma comparação entre o fenolite e a fibra de

vidro.

Tipo Custo Resistência Mecânica Resistência Térmica Isolação

Fenolite Baixo Média Baixa Baixa Fibra de Vidro Alto Alta Alta Alta

Tabela 1 – Comparação entre Fenolite e Fibra de Vidro

Fonte: Grupo PET – Engenharia Elétrica UFMS

Vale ressaltar que, apesar das características do fenolite serem inferiores as da fibra de vidro,

o fenolite ainda é amplamente empregado devido ao fato de possuir um custo menor e de suas

características suprirem as necessidades da maior parte dos projetos.

As chapas de fenolite são constituídas de uma mistura de uma resina fenólica e papel picado

ou serragem de madeira; apresenta uma coloração marrom claro ou escuro, o que varia de acordo

com a proporção da matéria-prima. Esta mistura é moldada e prensada em forma de chapas, com

diferentes espessuras. Um dos problemas da utilização do fenolite é que em sua composição possui

uma base de celulose, que absorve certa umidade do ambiente, o que pode prejudicar as

características isolantes e pode fazer com que as placas empenem.

Para tentar contornar este problema, por volta de 1960, foram desenvolvidas as placas de fibra

de vidro. Estas placas são feitas com resina epóxi e uma fina manta de fibra de vidro, a utilização de

resina epóxi faz com que as placas de fibra de vidro sejam inertes à água. Contudo, este tipo de

placa se torna mais difícil de ser cortada e perfurada. As placas de fibra de vidro são cerca de 30%

mais caras que as de fenolite. Apesar disso, grande parte dos equipamentos eletrônicos são

3

fabricados com placas de fibra de vidro, sendo que as placas de fenolite se restringem a projetos de

menor qualidade ou quando se utiliza de técnicas de fabricação artesanal.

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

Existem diversas formas de se confeccionar uma PCI, mas de forma geral, temos os processos

aditivos e os processos subtrativos.

Nos processos aditivos, ocorre a deposição de material condutor sobre a placa isolante. Trata-

se de um processo industrial específico e pouco praticado, por ser um processo mais complexo e

mais caro, o que o torna muitas vezes inviável.

Já nos processos subtrativos, ocorre a corrosão do material condutor (cobre, em geral) que se

encontra disposto previamente sobre o isolante. Para este processo podem ser utilizadas as técnicas

de processo serigráfico, fotográfico ou térmico.

No processo serigráfico, cria-se o negativo em uma tela e deposita-se uma tinta sobre o cobre,

esta tinta irá proteger as trilhas da corrosão, este é um processo semelhante à serigráfica utilizada

em confecção de roupas.

No processo fotográfico, cria-se o negativo do circuito, que é impresso em um papel especial.

Este papel é colocado sobre a placa e se aplica um produto fotossensível (fotolito), este produto em

contato com a luz irá reagir e marcar as trilhas, que serão protegidas da corrosão. Este processo se

assemelha à revelação de fotografias, utilizado antigamente.

Por fim, no processo térmico, cria-se o positivo do circuito, que é impresso em um papel

especial. Este papel é colocado sobre a placa de cobre e através de um processo térmico

(aquecimento), transfere se as trilhas impressas no papel para a superfície do cobre. Nesta apostila

será explanado mais afundo somente este processo, pois trata se do processo mais utilizado em

confecções artesanais por ser um processo simples, fácil e que proporciona um resultado muito bom.

Existe também um processo artesanal, onde as trilhas são desenhadas, à mão, diretamente

sobre o cobre com uma caneta permanente, esta caneta pode ser as utilizadas para escrever em

transparências de retroprojetor ou em CDs, desde que não sejam à base de água, pois caso contrário

a tinta sairá durante o processo de corrosão. Depois de desenhadas as trilhas, realiza se o processo

de corrosão e as partes sob a tinta da caneta não serão corroídas.

PROJETO DA PCI

Nesta sessão serão apresentadas algumas considerações, para a realização do projeto de

uma PCI. Não entraremos em detalhes quanto à confecção do design das placas, mas sim em alguns

aspectos na hora do projeto como o dimensionamento das trilhas e nas formas corretas e erradas de

desenho das trilhas.

O design da placa é confeccionado a partir de softwares específicos como o Eagle, Orcad,

Tango, dentre outros. Nestes programas, o operador consegue inserir e criar componentes, gerando

um layout para sua placa conforme desejar. Uma das vantagens de se utilizar softwares para a

criação do layout, está na possibilidade de modificar livremente e reordenar os componentes até que

se encontre todos os caminhos para as trilha; bem como, caso haja necessidade, o reposicionamento

de determinado componente. Contudo, o projetista também pode realizar o design da placa

manualmente, utilizando uma caneta permanente.

A largura, o tamanho e o diâmetro das ilhas e das trilhas não são feitas de forma aleatória, tudo

depende do projeto e, principalmente, da corrente que irá circular pelo circuito ou por determinado nó.

4

Sendo assim, quanto maior a corrente no circuito, maior será a largura da trilha necessária para que o

circuito não venha a apresentar algum tipo de problema, como superaquecimento ou até mesmo um

curto-circuito indesejado.

Existem várias formas de se determinar o tamanho das trilhas, uma delas é através da corrente

que irá circular pelo circuito, em função da potência que será dissipada na forma de calor; este

método é mais utilizado por fabricantes de PCIs em processos industriais. Este procedimento pode

ser realizado através do Gráfico 1.

Gráfico 1 – Dimensionamento de trilhas.


5

Outro método utilizado, de forma mais simples e direta, segue-se através da Tabela 2, na qual

se verifica a relação de corrente que o circuito demanda e o tamanho da trilha mínima necessária.

Corrente (A)

Largura da trilha (mil/th) para 1 oz

Largura da trilha (mil/th) para 2 oz

1 10 5 2 30 15 3 50 25 4 80 40 5 110 55 6 150 75 7 180 90 8 220 110 9 260 130

10 300 150 Tabela 2 – Dimensionamento de trilhas.

Fonte: PCI Smart

Onde “oz” é a espessura do condutor (cobre, por exemplo) sobre o isolante (fenolite, fibra de

vidro ou outros). A espessura do condutor é especificada pelo fabricante, mas o mais comum é 1 oz.

Dessa forma, em uma placa de 1 oz, por exemplo, uma trilha de 50 mils suportará até 3 A.

O formato e a dimensão das ilhas também possuem sua importância durante o projeto. Há

formas certas e erradas de desenha-las, no Quadro 1 podemos observar alguns exemplos.

Quadro 1 – Desenho de trilhas e ilhas.


6

CONFECÇÃO DA PCI

Agora que já foram abordados os principais pontos que devem ser levados em consideração,

para se fabricar uma PCI, podemos realizar a confecção de uma PCI. Vale lembrar que, nesta

apostila, abordaremos apenas a confecção por processo térmico através de um método artesanal,

que não requer materiais especiais e que pode ser facilmente reproduzido; contudo, este

procedimento apresenta resultados satisfatórios, capaz de suprir as necessidades de grande parte

dos projetos.

Passo 1:

Tendo em mãos o design da

placa já impressa, devemos cortar um

pedaço de fenolite do tamanho

necessário. E em seguida, recortar o

desenho do circuito e colocar a face

desenhada sobre a parte cobreada da

placa.

Algumas considerações

importantes que devem ser levadas em

conta, primeiramente, a impressão do

circuito tem que ser feita em uma

impressora a laser, em impressoras

jato de tinta o processo não irá funcionar, pois o aquecimento não será capaz transferir a tinta do

papel para a placa. Segundo, os papeis que apresentam melhores resultados são papel couche e

papel glossy (papel fotográfico), também pode se utilizar folhas de revista (de preferência as capas),

pois geralmente são impressas em papel couche.

Passo 2:

Após recortar o desenho e a

placa nos tamanhos adequados,

certifique-se de que a parte de cobre

esteja bem limpa. O procedimento de

limpeza pode ser realizado com uma

esponja de aço. Se a superfície de

cobre não estiver bem limpa, o

desenho da placa pode não aderir na

superfície.

Em seguida, utilizaremos um

ferro de passar roupas, convencional,

como prensa térmica. Basta ligar o

ferro e passar sobre a parte de trás do

desenho. Este passo leva em torno de 5 a 10 minutos.

Caso esteja realizando este processo com um ferro de passar a vapor, desligue esta função,

fazendo com que o ferro apenas esquente, sem a liberação de vapor; pois do contrário o papel ficará

úmido, prejudicando a transferência correta do desenho. Outro ponto importante é a temperatura do

7

ferro, isto varia muito de cada equipamento, o aquecimento excessivo pode danificar a placa,

formando bolhas e desprendendo o cobre, como pode ser observado abaixo:

Fonte: MARQUET (2004).

Portanto, caso tenha dúvidas, não utilize o ferro em potência máxima. Faça o procedimento

com calma e de forma a espalhar o calor por toda a placa de forma uniforme. Atente-se para os

cantos do desenho, pois são as partes mais difíceis de transferir para o cobre.

Passo 3:

Após transferir o desenho para a placa, aguarde um pouco

a placa esfriar e coloque-a debaixo d’água, para remover o papel

com cuidado.

Depois de remover todo o papel da placa, caso seja

necessário realizar algum retoque na trilha, este pode ser feito

com uma caneta permanente, as mesmas utilizada para escrever

em transparências de retroprojetor.

Se houver sobras de papel entre as trilhas ou alguma

ligação sobreposta, estas devem ser removidas com alguma

ferramenta pontiaguda, antes de levar para corrosão.

Passo 4:

Leve a placa para corrosão,

faça uma mistura de percloreto de

ferro, misture e coloque a placa.

Alguns cuidados que devem ser

tomados são nunca adicione água

ao percloreto, sempre percloreto a

água, pois trata-se de uma reação

química exotérmica e colocar água

diretamente ao percloreto pode

fazer com que essa substância

reaja de forma violenta, espirrando

a substância. Esta mistura também

8

pode liberar gases, é aconselhável não inalar estes gases e realizar este passo em local arejado.

Cuidado ao manusear esta substância, pois a mesma pode manchar roupas, vasilhas e utensílios

utilizados para este passo.

Antes de colocar a placa na mistura, certifique-se que o percloreto já se dissolveu. Para

acelerar o processo de corrosão, pode-se utilizar água quente ou aquecer a mistura (caso esta já

esteja pronta); pode-se também mexer/agitar a solução para que o cobre depositado seja removido

mais rapidamente.

Passo 5:

Após a corrosão, a placa ficará assim:

Não descarte a mistura de percloreto, esta pode ser armazenada e reutilizada posteriormente!

Depois, remova a camada sobre as trilhas, com o auxilio de uma esponja de aço e o resultado

será esse:

9

Passo 6:

Agora que já temos a placa pronta,

iremos demonstrar algumas técnicas de

soldagem, para efetuar uma boa solda.

Primeiramente, devemos limpar a ponta do

ferro de solda, em geral, utiliza-se esponjas

vegetais úmidas; não utilize produtos abrasivos,

pois estes podem danificar a ponta do ferro de

solda.

Após efetuar a limpeza, estanhe a

ponta, isto facilitará o processo de soldagem.

Em seguida, posicione o componente pelo lado isolante da placa, conforme a figura a seguir:

Fonte: Eletrônica 24h (2012).

Posicione a ponta do ferro de solda, com uma angulação próxima de 45º e mantenha o contato

do terminal do componente com o ferro quente por alguns segundos.


Depois encoste a solda (o estanho) no terminal do componente, pelo lado oposto a ponta do

ferro de solda. A solda irá derreter.


10


Retire a solda (estanho) e em seguida o ferro de solda, do contato com o terminal do

componente.


Corte o excesso do terminal. A seguir, exemplos de uma solda bem feita e uma solda mal feita.

Exemplo de solda bem feita Exemplo de solda mal feita


Observando as fotos acima, uma solda bem feita deve ter um formato cônico, sem excesso de

solda (estanho).

11

A seguir, algumas dicas sobre o que NÃO DEVE SER FEITO.

O posicionamento incorreto da ponta do ferro de solda pode resultar em uma solda com pouca

aderência, também conhecia como solda fria, ao terminal do componente ou a face cobreada.

Fonte: Eletrônica 24h (2012). Fonte: Eletrônica 24h (2012).

Após soldar todos os componentes basta envernizar, para que as trilhas expostas não oxidem.

12

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Eletrônica 24h. A Placa de circuito impresso - Técnicas de soldagem. 02 abr. 2012. Disponível

em: <http://www.eletronica24h.com.br/artigo_espec.php?c=36>.

MARQUET, R.S. Confecção de circuito impresso pelo método com impressão a laser. 24 nov.

2004.

MEHL, E.L.M. CONCEITOS FUNDAMENTAIS SOBRE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO.

PCI Smart. CIRCUITO IMPRESSO. Disponível em: < http://www.pcismart.com.br/pdf/Materia_para_site.pdf>.

PIRES, G.S.; RIBEIRO, P.E.M.J.; SILVA, F.H.P.S. CONFECÇÃO DE PLACAS DE CIRCUITO

IMPRESSO ARTESANAIS. Grupo PET – Engenharia Elétrica UFMS.

22

Esta é uma apostila didática, desenvolvida pela ProtUT Eletrônica, para

auxilio como conteúdo teórico do curso de Confecção de Placas de Circuito

Impresso Por Processo Térmico.

Esta apostila apresenta um breve histórico e a função das placas de circuito

impresso (PCIs), bem como os processos existentes para a fabricação de uma PCI,

as considerações de projetos para a confecção de uma PCI, tal como o

dimensionamento de trilhas e ilhas.

Por fim, é apresentado o passo-a-passo de um processo de confecção de

uma PCI através do processo térmico. Tal processo consiste em um método

artesanal, que não requer materiais especiais e que pode ser facilmente

reproduzido; contudo, este procedimento apresenta resultados satisfatórios, capaz

de suprir as necessidades de grande parte dos projetos.

Desenvolvido por ProtUT Eletrônica – 2013

apostila pci - protut

Documents