Placas de Circuito Impresso

Prof. Nuno Ferreira

Objetivo:

Apresentar algumas consideraes iniciais para permitir ao estudante se familiarizar com a placa de circuito impresso (PCI), identificar os tipos bsicos existentes, os cuidados no desenho e utilizar um software para desenhar o layout da PCI.

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O que um Circuito Impresso?

Circuito Impresso, como o prprio nome diz, consiste na tcnica de, por processos industriais e/ou artesanais, imprimir um desenho contendo ligaes eltricas (circuito) entre os componentes num determinado circuito eletrnico sob uma chapa de material resistente recoberta por uma fina camada de cobre.3

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Na sua forma bsica uma placa de circuito impresso construda com um lado cobreado em cima de um substrato isolante (fenolite ou fibra de vidro). As conexes entre os componentes so feitas do lado do cobre atravs de caminhos condutores (traado condutor) no cobre conhecido como Pista. As conexes terminam nos pontos de conexo com os componentes, os quais denominamos de ilhas (ou Pads), os quais normalmente possuem furos onde so inseridos os terminais dos componentes.

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Tipos de Material Base Os materiais de base (laminado) comumente encontrados so:- Fenolite; - Fibra de Vidro:

mais

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FENOLITE

Constitudo de papelo impregnado com uma resina fenlica (de onde surgiu seu nome). Possui boa rigidez e isolao eltrica. Utilizado somente em placas do tipo face-simples. Possui boa estampabilidade, servindo como base para fabricao de placas em larga escala e com baixo custo.

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Fibra de Vidro Constitudo de um laminado de fibra de vidro, podendo ter uma ou ambas as faces com cobre. Possui boa rigidez e tima isolao eltrica. Utilizado em circuitos impressos profissionais e para fabricao de placas de face-simples, dupla-face e multilayer. No possui boa estampabilidade. Consegue-se produzir Circuitos de alta densidade de Pistas, devido as suas caractersticas.

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Comparativo entre os tipos de PCI

Ex: PCI 10x15 cm face simples Fenolite = 2,90 Fibra vidro = 5,25 Fonte:Blucolor Ateno: A placa de Fenolite facilita a perfurao. Recomenda-se utilizar ela na confeco dos prottipos8

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Classificao das Placas de Circuitos Impressos Quanto ao nmero de facesFace Simples: Possui cobre em apenas uma das dces. Dupla-Face: ambas as faces do material possui cobre. Multi-Camadas ou Multi-Layer: Possui mais de uma camada de cobre, geralmente utilizado nas placas profissionais.

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Projeto da PCI A funo bsica de uma PCI a interligao elctrica e suporte mecnico entre os componentes utilizados no circuito electrnico. O projecto de uma PCI vai alm simplesmente da interligao entre os componentes, pois deve avaliar alm do projecto mecnico com maior ou elctrico o projecto menor intensidade, dependendo da aplicao.

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Projeto da PCI Projeto mecnico: Deve levar em conta alguns aspectos estticos e funcionais, tais como:- LEDs e displays ao gabinete; que devero aparecer externamente

- Posio de transformadores, chaves e fusveis; - Localizao de componentes crticos, como transstores e resistncias de potncia, e a necessidade de ventilao e por onde passa o fluxo de ar; - Onde a placa ou caixa ser instalada, volume disponvel e condies ambientais;As consideraes acima expostas podero levar ao aparecimento de elementos que no estavam previstos no projeto inicial, por exemplo, conectores na PCI.11

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Projeto da PCI Projecto elctrico: define as caractersticas tcnicas e funcionais da placa de circuito impresso. Como resultado teremos o desenho da placa, conhecido como layout da PCI. Alguns dos aspectos relevantes no projecto de qualquer PCI so:Disposio dos componentes na placa; -

Desenhos das Pistas e ilhas; - Consideraes gerais

A seguir sero apresentadas algumas consideraes bsicas para elaborao do layout da PCI, mas cabe ao projetista a utilizao do bom senso para avaliar a aplicao em maior ou menor intensidade das questes apresentadas de acordo com o projeto12

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Projeto da PCIDisposio dos componentes na placa: Procure posicionar os componentes que sero ligados diretamente pertos uns dos outros. Tenha o circuito electrnico em mos; - Quando for posicionar os componentes procure rotacionar quando for necessrio para diminuir o comprimento das Pistas e manter os componentes alinhados; - Muitas vezes mais fcil posicionar os componentes maiores, como CIs, e depois dispor os menores como resistncias e Condensadores ao redor deles.13

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Projeto da PCIDisposio dos componentes na placa: Ateno em no posicionar os componentes perto demais, pois dificulta a montagem e com as ilhas muito prximas na soldagem pode ocasionar curto-circuito; - Para dispor os componentes, bem como routear (traar) as ligaes, utiliza-se geralmente uma grade imaginria, tambm chamada de raster. Esta grade normalmente medida em uma unidade denominada mils.(40 mils = 1,016mm); - Os componentes so sempre dispostos utilizando-se mltiplos desta unidade (ex.: 100 mils);14

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Circuito IntegradoDisposio dos componentes na placa: Circuitos integrados que utilizam o encapsulamento DIP (Dual Inline Package) tm seus pinos dispostos uma distncia de 100 mils. (~2,5 mm); Ex. 7400NUNCA SOLDE O C.I. DIRETO NA PCI. Utilize sempre soquetes para fixar na placa.

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DiodoDisposio dos componentes na placa: Normalmente dodos so dobrados utilizando-se uma grade de 400 mils (ou 10,16mm); Ex.: Dodo 1N4007 Fab. Semikron

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Display No soldar direto na placa; Utilize um soquete de CI na base.(Corte o soquete em duas partes)

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LEDLED DE 5 mm

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ResistnciasDisposio dos componentes na placa: RESISTNCIAS: Apresentam-se em diferentes tamanhos. Ex. Tamanho dos resistncias(~)

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PotencimetrosResistor varivel

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CondensadoresDisposio dos componentes na placa: CONDENSADORES: Tem de diferentes formas, valores e material de fabricao. necessrio uma ateno especial a este componente.

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CondensadoresDisposio dos componentes na placa: CONDENSADOR ELETROLTICO: O Condensador electroltico fornecido com terminais em modo:

axial

radial

Ele apresenta diferentes tamanhos :Da esquerda para direita 1F (50V) dimetro 5 mm, altura 12 mm 47F (16V) dimetro 6 mm, altura5 mm 100F (25V) dimetro 5 mm, altura11 mm 220F (25V) dimetro 8 mm, altura12 mm 1000F (50V) dimetro18 mm, altura40 mm22

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RelEx: Rel Metaltex modelo miniatura MH

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Transstores

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Projecto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas As ligaes elctricas existente entre os componentes numa placa circuito impresso denomina-se traado condutor, chamado de Pista. de

- O local onde o terminal do componente soldado na placa de circuito impresso denomina-se ilha de soldagem, ou simplesmente ilha. tambm conhecido pela sua denominao em ingls: PAD.

Pista

ilha

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas As ilhas podem ser de dois tipos: convencionais e de superfcie. As ilhas convencionais so utilizadas para soldagem de componentes com terminais (chamados tambm de componentes convencionais); As ilhas de superfcie so utilizadas em componentes SMD e em contatos de bordas (tambm conhecidos como conectores de borda). Na figura a seguir, apresentamos os tipos de ilhas existentes.

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhasComo podemos observar na figura ao lado, as ilhas convencionais possuem dois parmetros a serem considerados no seu dimensionamento: o dimetro do furo e a largura do anel metlico. A escolha do dimetro do furo leva em considerao o dimetro do terminal a ser inserido (no caso de terminais de seco retangular devese considerar a dimenso da diagonal) e se o furo ser metalizado ou no (a metalizao s possvel em placas do tipo dupla-face).27

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhasNa prtica, recomenda-se que os furos devem ser 0,20 mm maiores do que o dimetro do terminal do componente. Isto facilita a montagem do componente e a soldagem do terminal. Dimetros de furo incorretos acarretam problemas de soldagem, mesmo em placas com furos metalizados, pois dificultam o efeito capilar da solda.

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas O dimensionamento do anel metlico leva em considerao a sustentao mecnica do componente, o tipo de material base utilizado e at a corrente eltrica e/ou uma possvel dissipao trmica. como o fenolite requerem um anel metlico mais reforado se comparadas as mesmas placas utilizando fibra de vidro, por exemplo. Isto se deve principalmente aderncia do cobre ao material utilizado como base. O fenolite possui menor aderncia ao cobre do que a fibra de vidro.29

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas Para terminais de componentes cujos furos sejam maiores do que 1 mm, aconselha-se um alargamento do anel metlico da ilha, de forma a garantir a sustentao mecnica do componente.

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas

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Projeto da PCIDesenhos das Pistas e ilhas

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Projeto da PCIConsideraes gerais Existem alguns critrios que devem ser seguidos no que diz respeito a proximidade de componentes da borda da placa; Deve existir uma distncia mnima entre qualquer ilha/Pista e a borda de corte. Esta distncia nunca pode ser inferior a 1mm, pois durante o corte da placa pode-se ter o rompimento do cobre nesta regio; Alm disto, um furo deve estar distante no mnimo a um espaamento superior a espessura da prpria placa em relao a borda de corte (normalmente 1,6mm); Caso isto no seja respeitado, corre-se o risco do rompimento da parede do material base por insuficincia de sustentao mecnica.33

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Projeto da PCIConsideraes gerais Ex.: um diodo cujo encapsulamento seja o DO-41 (ex:1N4007), com terminal de 1 mm de dimetro, deve-se dimensionar o anel metlico da ilha para no mnimo 0,5mm (20 mils). Desta forma, para compor a ilha utiliza-se a seguinte regra: Terminal do Componente: 1mm de dimetro. Dimetro do Furo: 1,2mm ou 47 mils (0,2mm maior que o tamanho do terminal) Anel Metlico: 20 mils. Dimenso final da ilha: 20 + 47 + 20 = 87mils34

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Projeto da PCIConsideraes gerais Ao desenhar as ilhas, procure sempre que possvel garantir o maior anel metlico possvel, principalmente em se tratando de componentes pesados ou de potncia, ou ainda aqueles que provoquem aquecimento durante o funcionamento da placa. Voc pode fazer o uso de formatos diferentes do circular, como ilhas rectangulares.

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Resumo - Etapas do Projeto EletrnicoEspecificaes de Projeto Projeto Eletrnico Simulao Em qualquer instante em que se verificar que o projeto no atende as especificaes o circuito pode ser alterado

Montagem em Protoboard

Desenho da PCI

Impresso e Corosso Montagem do Prottipo Testes e Validao36

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Dicas Finais na elaborao da PCI Definio do projecto aps simulao e montagem. Para tentar evitar componentes pendurados na placa. Ateno com fontes de rudo; Obter os componentes. importante pois pode ser que algum componente no esteja disponvel no mercado local nas especificaes de projecto. Ex. Tenso de Condensador electroltico, conectores, etc; Dispor os componentes adequadamente no software. No esquecer os conectores. Procurar deixar os elementos alinhados. Atentar para separar os sinais de comando dos de potncia. Ateno com calor gerado. Ateno com aterramento. Identificar os sinais dos conectores; Ateno com a limpeza da placa na impresso e soldagem;37

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Montagem da placa

Aps a impresso e corroso temos a montagem final. Ateno com a limpeza dos terminais; Procure dobrar com cuidado os componentes e dobrar os terminais conforme a figura abaixo;

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Soldagem - solda fria"?

Aqui obteve-se uma boa aderncia da solda ao terminal, mas h um mau contato com a Pista do circuito impresso. Causas: aquecimento insuficiente da Pista, ou a placa de circuito impresso est suja ou oxidada. J neste caso h boa aderncia Pista do circuito impresso, porm um mau contato com o terminal do componente. Causas: aquecimento insuficiente do terminal, ou terminal sujo ou oxidado.

Exemplo de uma soldagem correta: obteve-se boa aderncia da solda Pista do circuito impresso e ao terminal do componente.39

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