introdução ao projeto de placas de circuito impresso

Introdução ao Projeto de Placas

de Circuito Impresso

• Apresentar algumas considerações iniciais para permitir ao

estudante se familiarizar com a placa de circuito impresso

(PCI), identificar os tipos básicos existentes, os cuidados no

desenho e utilizar um software para desenhar o layout da PCI.

Thiago Alencar Moreira de Bairros 224/11/2017

OBJETIVO

• Na sua forma básica uma placa de circuito impresso é

construída com um lado cobreado em cima de um substrato

isolante (fenolite ou fibra de vidro).

• As conexões entre os componentes são feitas do lado do

cobre através de caminhos condutores (traçado condutor) no

cobre conhecido como trilha.

• As conexões terminam nos pontos de conexão com os

componentes, os quais denominamos de ilhas (ou Pads), os

quais normalmente possuem furos onde são inseridos os

terminais dos componentes.



Figura 1- Exemplo de Placa de circuito Impresso

Fenolite


• Os materiais de base (laminado) mais comumente

encontrados são Fenolite e Fibra de Vidro.

Fibra de Vidro

• O Fenolite é constituído de papelão impregnado com uma

resina fenólica (de onde surgiu seu nome).

• Possui boa rigidez e isolação elétrica.

• Utilizado somente em placas do tipo face‐simples.

• • Possui boa estampabilidade, servindo como base para

fabricação de placas em larga escala e com baixo custo.


• A placa de fibra de vidro é composta de um laminado de fibra

de vidro, podendo ter uma ou ambas as faces com cobre.

• Possui boa rigidez e ótima isolação elétrica.

• Utilizado em circuitos impressos profissionais e para

fabricação de placas de face‐simples, dupla‐face e multilayer.

• Não possui boa estampabilidade.

• Consegue‐se produzir circuitos de alta densidade de trilhas,

devido as suas características.


• Quanto ao número de faces

• Face Simples: Possui cobre em apenas uma das faces.

• 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.


Classificação das Placas de Circuitos Impressos


Figura 1- Exemplo de Placa de circuito Impresso

• A função básica de uma PCI é a interligação elétrica e suporte

mecânico entre os componentes utilizados no circuito eletrônico.

• O projeto de uma PCI vai além simplesmente da interligação

entre os componentes, pois deve avaliar além do projeto elétrico

o projeto mecânico com maior ou menor intensidade,

dependendo da aplicação.


Projeto mecânico

• Deve levar em conta alguns aspectos

estéticos e funcionais, tais como:

– LEDs e displays que deverão aparecer externamente ao

gabinete;

– Posição de transformadores, chaves e fusíveis;


Projeto da PCI

– Localização de componentes críticos, como transistores e

resistores de potência, e a necessidade de ventilação e por onde

passa o fluxo de ar;

– Onde a placa ou caixa será instalada, volume disponível e

condições ambientais;


• Considerações relacionadas tanto ao projeto mecânico,

quanto ao projeto da PCI propriamente dita podem levar a ao

aparecimento de elementos que não estavam previstos no

projeto inicial, por exemplo, conectores na PCI.


• Projeto elétrico:

• Define as características técnicas e funcionais da placa de

circuito impresso.

• Como resultado obtém-se o desenho da placa, conhecido

como layout da PCI.


• Alguns dos aspectos relevantes no projeto de qualquer PCI

são:

Disposição dos componentes na placa;

Desenhos das trilhas e ilhas;

Considerações gerais;


• O projetista deve seguir algumas considerações básicas

para elaboração do layout da PCI, para que não ocorram

problemas.

• Porém mas cabe ao projetista a utilização do bom senso

para avaliar a aplicação em maior ou menor intensidade das

questões apresentadas de acordo com o projeto.


Disposição dos Componentes na Placa.

• Procure posicionar os componentes que serão ligados

diretamente pertos uns dos outros. Tenha o circuito

eletrônico em mãos;

• Quando for posicionar os componentes procure rotacionar

quando for necessário para diminuir o comprimento das

trilhas e manter os componentes alinhados;

• Muitas vezes é mais fácil posicionar os componentes

maiores, como CIs, e depois dispor os menores como

resistores e capacitores ao redor deles;


• Atenção em não posicionar os componentes perto demais,

pois dificulta a montagem e com as ilhas muito próximas na

soldagem pode ocasionar curto‐circuito;

• Para dispor os componentes, bem como routear (traçar) as

ligações, utiliza‐se geralmente uma grade imaginária, também

chamada de raster.

• Esta grade normalmente é medida em uma unidade

denominada mils. (40 mils = 1,016mm);

• Os componentes são sempre dispostos utilizando‐se

múltiplos desta unidade (ex.: 100 mils);





• Para dispor os componentes, bem como routear (traçar) as

ligações, utiliza‐se geralmente uma grade imaginária, também

chamada de raster.

• Esta grade normalmente é medida em uma unidade

denominada mils. (40 mils = 1,016mm);

• Os componentes são sempre dispostos utilizando‐se

múltiplos desta unidade (ex.: 100 mils);





• Circuitos integrados que utilizam o encapsulamento DIP

(Dual Inline Package) têm seus pinos dispostos à uma

distância de 100 mils. (~2,5 mm);


• Normalmente resistores e diodos são dobrados utilizando‐se

uma grade de 400 mils (ou 10,16mm);

Ex.: Diodo 1N4007 Fab. Semikron


• RESISTORES: Apresentam‐se em diferentes tamanhos.

Ex. Tamanho dos resistores(~)


• CAPACITORES: Tem de diferentes formas, valores e

material de fabricação.

• É necessário uma atenção especial a este componente.


• CAPACITOR ELETROLÍTICO: O capacitor eletrolítico é

fornecido com terminais em modo:


Desenho das trilhas e ilhas

• As ligações elétricas existente entre os componentes numa

placa de circuito impresso denomina‐se traçado condutor, e

é comumente chamado de trilha.

• O local onde o terminal do componente é soldado na placa

de circuito é impresso denomina‐se ilha de soldagem, ou

simplesmente ilha.

• Também conhecido pela sua denominação em inglês: PAD.


• As ilhas podem ser de dois tipos: convencionais e de

superfície.

• As ilhas convencionais são utilizadas para soldagem de

componentes com terminais (chamados também de

componentes convencionais);

• • As ilhas de superfície são utilizadas em componentes SMD

e em contatos de bordas (também conhecidos como

conectores de borda).


• Na figura a seguir apresentam-se os tipos de ilhas

existentes.


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 seção

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).

• Na prática, recomenda-se que os furos devem ser 0,20 mm

maiores do que o diâmetro do terminal do componente. Isto

facilita a 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 efeito capilar da solda.


• O dimensionamento do anel metálico leva em consideração

a sustentação mecânica do componente, o tipo de material

base utilizado e até a corrente elétrica e/ou uma possível

dissipação térmica.

• Placas de circuito impresso fabricadas utilizando‐se

materiais como o fenolite requerem um anel metálico mais

reforçado se comparadas as mesmas placas utilizando fibra

de vidro, por exemplo.


• Isto se deve principalmente à aderência do cobre ao material

utilizado como base.

• O fenolite possui menor aderência ao cobre do que a fibra

de vidro.




• Para terminais de componentes cujos furos sejam maiores

do que 1 mm, aconselha‐se um alargamento do anel

metálico da ilha, de forma a garantir a sustentação mecânica

do componente.




• O fenolite possui menor aderência ao cobre do que a fibra

de vidro.


Considerações gerais

• Existem alguns critérios que devem ser seguidos no que diz

respeito a proximidade de componentes da borda da placa;

• Deve existir uma distância mínima entre qualquer ilha/trilha

e a borda de corte.

• Esta distância nunca pode ser inferior a 1mm, pois durante o

corte da placa pode‐se ter o rompimento do cobre nesta

região;


• Além disto, um furo deve estar distante no mínimo a um

espaçamento superior a espessura da própria placa em

relação a borda 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.


• Ex.: um diodo cujo encapsulamento seja o DO‐41

(ex:1N4007), com terminal de 1 mm de diâmetro, deve‐se

dimensionar o anel metálico da ilha para no mínimo 0,5mm

(20 mils).


• Desta forma, para compor a ilha utiliza‐se a seguinte regra:

• Terminal do Componente: 1mm de diâmetro.

• Diâmetro do Furo: 1,2mm ou 47 mils (0,2mm maior que o

tamanho do terminal).

• Anel Metâlico: 20 mils.

• Dimensão final da ilha: 20 + 47 + 20 = 87mils


• Ao desenhar as ilhas, procure sempre que possível garantir

o maior anel metálico possível, principalmente em se

tratando de componentes pesados ou de potência, ou ainda

aqueles que provoquem aquecimento durante o

funcionamento da placa.

• Você pode ( e deve) fazer o uso de formatos diferentes do

circular, como ilhas oblongas ou retangulares quando

necessário.



Etapas do projeto eletrônico

Dicas Finais na elaboração da PCI

• Definição do projeto após simulação e montagem. Para tentar

evitar componentes pendurados na placa.

• Cuidado com com fontes de ruído;

• Obter os componentes. É importante pois pode ser que

algum componente não esteja disponível no mercado local

nas especificações de projeto.

Ex. Tensão de capacitor eletrolítico ou terminal radial/axial;


• Dispor os componentes adequadamente no software. Não

esquecer os conectores. Procurar deixar os elementos

alinhados.

• Atentar para separar os sinais de comando dos de potência.

Atenção com calor gerado.

• Atenção com aterramento.Identificar os sinais dos

conectores;

• • Atenção com a limpeza da placa na impressão e soldagem;


• 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;


• Após a impressão e corrosão a próxima etapa consiste da

montagem final.

• Atenção com a limpeza dos terminais;

• Procure dobrar com cuidado os componentes e dobrar os

terminais conforme a figura abaixo;


Soldagem


REFERÊNCIAS


• http://gedabr.projetos.etc.br/article/articleview/13/1/3/• http://www.eletrica.ufpr.br/mehl/• http://www.py2bbs.qsl.br/capacitores.php• Revista Eletrônica Saber• Notas de aula do Prof. Stefano disponível em http://joinville.ifsc.edu.br/~stefano/

http://joinville.ifsc.edu.br/~stefano/

introdução ao projeto de placas de circuito impresso

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