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ELETRÔNICA DIGITAL II

Parte 10Introdução ao Projeto de Placas de Circuito Impresso

Professor Dr. Michael Klug

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• PCB (Printed Circuit Board) ou PCI (Placa de Circuito Impresso):– Consiste na técnica de, por meio de processos industriais

e/ou artesanais, imprimir um desenho contendo ligações elétricas (circuito) entre componentes em uma chapa de material resistente recoberta por uma fina camada de cobre.

Circuito Impresso?

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• Basicamente: PCI constituída de um lado cobreado(single-sided) em cima de um substrato isolante(fenolite ou fibra de vidro)– Conexões entre componentes são realizadas no lado do

cobre através de caminhos condutores (TRILHAS)– Local onde o terminal do componente é soldado na PCI é

denominado ilha de soldagem, ou simplesmente ILHA (PAD).

Elementos

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Trilha ilha

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• Fenolite: papelão impregnado com uma resina fenólica– Boa estampabilidade, rigidez e isolação elétrica;– Baixo custo

• Fibra de Vidro: laminado de fibra de vidro– Utilizado em circuitos profissionais;– Boa rigidez, isolação elétrica e resistência mecânica.

Materiais de Base

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Custo: PCI 10x10cm face simplesFenolite: R$2,61 Fibra: 6,38

Comparativo

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OBS: na utilização de perfuradoresmanuais considerar o uso de PCIs deFenolite

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• Número de faces:– Face Simples (single-sided), Dupla Face (double-sided) e Multi-

Camadas (Multilayer)– Em geral: top layer, bottom layer.

• Encapsulamento:– PTH (pin through hole) ou SMD (surface mounted device)

Classificação

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• Etapas de um Projeto Eletrônico:– Projeto em bloco: ideias no papel– Esquemático– Simulação: Multisim, Orcad, Proteus, Altium, etc– Montagem temporária: Protoboard, Placa Padrão– Projeto do Layout da PCI: Manual ou com Softwares

específicos– Construção da placa:

• Transferência manual do layout para a placa, • Usinagem CNC (Prototipagem)

– Soldagem e Testes– Documentação

Projeto Eletrônico

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• Função Básica: interligação elétrica e suporte mecânico entre os componentes utilizados no circuito eletrônico– Dimensão dos componentes, volume disponível,

arrefecimento, condições ambientais ...

• Outros aspectos a serem considerados:– Espessura do laminado de cobre– Espessura do material base

Projeto da PCI

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mils = milésimo de polegada8

• Projeto mecânico: Deve levar em conta alguns aspectosestéticos e funcionais, tais como:

– LEDs e displays que deverão aparecer externamente aogabinete;

– Posição de transformadores, chaves e fusíveis;

– Localização de componentes críticos, como transistores eresistores de potência, e a necessidade de ventilação (fluxo dear);

– Local onde a placa ou caixa será instalada, volume disponível econdições ambientais;

As considerações acima expostas poderão levar ao aparecimento de elementosque não estavam previstos no projeto inicial, por exemplo, conectores na PCI.

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Projeto da PCI

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• Projeto elétrico: define as características técnicas efuncionais da placa de circuito impresso. Comoresultado teremos o desenho da placa, conhecido comolayout da PCI. Alguns dos aspectos relevantes noprojeto de qualquer PCI são:

– Disposição dos componentes na placa;

– Desenhos das trilhas e ilhas;

– Considerações gerais: corrente elétrica, efeito capacitivo e indutivo

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Projeto da PCI

A seguir serão apresentadas algumas considerações básicas paraelaboração do layout da PCI, mas cabe ao projetista a utilização do bomsenso para avaliar a aplicação em maior ou menor intensidade dasquestões apresentadas de acordo com o projeto

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– Procure posicionar os componentes que serão ligadosdiretamente pertos uns dos outros. Tenha o circuito eletrônicoem mãos;

– Quando for posicionar os componentes procure rotacionarquando for necessário para diminuir o comprimento dastrilhas e manter os componentes alinhados;

– Muitas vezes é mais fácil posicionar os componentes maiores,como CIs, e depois dispor os menores como resistores ecapacitores ao redor deles.

Disposição dos componentes na placa:

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Projeto da PCI

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– Atenção em não posicionar os componentes perto demais,pois dificulta a montagem e com as ilhas muito próximas nasoldagem pode ocasionar curto-circuito;

– Para dispor os componentes, bem como routear (traçar) asligações, utiliza-se geralmente uma grade imaginária, tambémchamada de raster. Esta grade normalmente é medida emuma unidade denominada mils.(40 mils = 1,016mm);

– Os componentes são sempre dispostos utilizando-se múltiplosdesta unidade (ex.: 100 mils);

Disposição dos componentes na placa:

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Projeto da PCI

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– Circuitos integrados: para o encapsulamento DIP (Dual InlinePackage) os pinos estão dispostos à uma distância de 100 mils.(~2,5 mm);

Ex. 7400

EM GERAL:NUNCA SOLDE O C.I. DIRETO NA PCI.Utilize sempre soquetes para fixar na placa.

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Principais Componentes

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– Diodos: normalmente são dobrados utilizando-se uma gradede 400 mils (ou 10,16mm);

Ex.: Diodo 1N4007 Fab. Semikron

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Principais Componentes

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Principais Componentes

– Display de 7 segmentos:

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Principais Componentes– LED de 5mm

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– Resistores: Apresentam-se em diferentes tamanhos.

Ex. Tamanho dos Resistores

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Principais Componentes

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Principais Componentes– Resistor Variável:

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– Capacitores: Tem de diferentes formas, valores e material defabricação. É necessário uma atenção especial a estecomponente.

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Principais Componentes

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– Capacitor Eletrolítico: O capacitor eletrolítico é fornecido comterminais em modo:

axial radial

Ele apresenta diferentes tamanhos :Da esquerda para direita1µF (50V) diâmetro 5 mm, altura 12 mm47µF (16V) diâmetro 6 mm, altura5 mm100µF (25V) diâmetro 5 mm, altura11 mm220µF (25V) diâmetro 8 mm, altura12 mm1000µF (50V) diâmetro18 mm, altura40 mm

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Principais Componentes

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Ex: Relê Metaltexmodelo miniatura MH

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Principais Componentes

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Como podemos observar na figura ao lado, as ilhas convencionais possuem dois parâmetros a serem considerados no seu dimensionamento: o diâmetro do furo e a largura do anel metálico.

A escolha do diâmetro do furo leva em consideração o diâmetro do terminal a ser inserido (no caso de terminais de secção retangular deve-se considerar a dimensão da diagonal) e se o furo será metalizado ou não (a metalização só é possível em placas do tipo dupla-face).

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Desenho das Trilhas e Ilhas

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Na prática, recomenda-se que os furos devem ser 0,20 mmmaiores do que o diâmetro do terminal do componente. Isto facilitaa montagem do componente e a soldagem do terminal.

Diâmetros de furo incorretos acarretam problemas de soldagem,mesmo em placas com furos metalizados, pois dificultam o efeitocapilar da solda.

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Desenho das Trilhas e Ilhas

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• O dimensionamento do anel metálico leva em consideração asustentação mecânica do componente, o tipo de materialbase utilizado e até a corrente elétrica e/ou uma possíveldissipação térmica.

• Placas de circuito impresso fabricadas utilizando-se materiaiscomo o fenolite requerem um anel metálico mais reforçadose comparadas as mesmas placas utilizando fibra de vidro,por exemplo.

• Isto se deve principalmente à aderência do cobre ao materialutilizado como base. O fenolite possui menor aderência aocobre do que a fibra de vidro.

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Desenho das Trilhas e Ilhas

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Desenho das Trilhas e Ilhas

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Desenho das Trilhas e Ilhas

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• Existem alguns critérios que devem ser seguidos no que dizrespeito a proximidade de componentes da borda da placa;

• Deve existir uma distância mínima entre qualquer ilha/trilha e aborda de corte. Esta distância nunca pode ser inferior a 1mm, poisdurante o corte da placa pode-se ter o rompimento do cobre nestaregião;

• Além disto, um furo deve estar distante no mínimo a umespaçamento superior a espessura da própria placa em relação aborda de corte (normalmente 1,6mm);

• Caso isto não seja respeitado, corre-se o risco do rompimento da parede do material base por insuficiência de sustentação mecânica.

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Considerações Gerais

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Placas Universais e Barra de Terminais

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• Manual: caneta especial• Método Fotográfico (photoresist), Silk-Screen• Térmico (papel transfer ou couchê):

– Utilização de impressora laser;– Transferência através de prensa térmica (ou ferro de passar roupas)

• Usinagem (Prototipadora):– Máquina de comando numérico (CNC)

Transferência do Layout p/ Placa

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ISOLATION DRILL29

• Para os métodos Manual, ..., Térmico– Após a transferência do layout a placa deve passar pelo processo de corrosão

(solução de percloreto de ferro)

Processos de Fabricação

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• Usinagem da PCI– Cobre é removido somente para isolar as trilhas e pads– Arquivos Gerber: padrão da indústria de placas de circuito impresso

• São armazenadas de forma ordenada várias informações sobre a placa: layers, tipos de furos, locais de furação, entre outros

– Gerber to G-code: máquinas CNC utilizam como padrão o código G (coopercam)

Processos de Fabricação

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• Após a impressão e corrosão temos a montagem final. Atenção com a limpeza dos terminais;

• Procure dobrar com cuidado os componentes e dobrar os terminais conforme a figura abaixo;

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Montagem da Placa

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Aqui obteve-se uma boa aderência da solda ao terminal,mas há um mau contato com a trilha do circuito impresso. Causas: aquecimento insuficiente da trilha, ou a placa de circuito impresso está suja ou oxidada.

Já neste caso há boa aderência à trilha do circuitoimpresso, porém um mau contato com o terminal docomponente. Causas: aquecimento insuficiente doterminal, ou terminal sujo ou oxidado.

Exemplo de uma soldagem correta: obteve-se boaaderência da solda à trilha do circuito impresso e ao terminal do componente.

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Evitando Solda Fria

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