Introdução ao Projeto de Placas de Circuito Impresso

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Objetivo:

• Apresentar algumas considerações iniciaispara permitir ao estudante se familiarizar coma placa de circuito impresso (PCI), identificaros tipos básicos existentes, os cuidados noos tipos básicos existentes, os cuidados nodesenho e utilizar um software para desenharo layout da PCI.

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O que é um Circuito Impresso?

• Circuito Impresso, como o próprio nome diz,consiste na técnica de, por processosindustriais e/ou artesanais, imprimir umdesenho contendo ligações elétricas (circuito)desenho contendo ligações elétricas (circuito)entre os componentes num determinadocircuito eletrônico sob uma chapa de materialresistente recoberta por uma fina camada decobre.

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• Na sua forma básica uma placa de circuito impresso éconstruída com um lado cobreado em cima de umsubstrato isolante (fenolite ou fibra de vidro).

• As conexões entre os componentes são feitas do lado docobre através de caminhos condutores (traçado condutor)no cobre conhecido como trilha.

• As conexões terminam nos pontos de conexão com os• As conexões terminam nos pontos de conexão com oscomponentes, os quais denominamos de ilhas (ou Pads), osquais normalmente possuem furos onde são inseridos osterminais dos componentes.

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Tipos de Material Base

• Os materiais de base (laminado) mais comumente encontrados são:

– Fenolite;– Fenolite;

– Fibra de Vidro:

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FENOLITE

• Constituído de papelão impregnado com uma resinafenólica (de onde surgiu seu nome). Possui boarigidez e isolação elétrica. Utilizado somente emplacas do tipo face-simples.

• Possui boa estampabilidade, servindo como basepara fabricação de placas em larga escala e combaixo custo.

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Fibra de Vidro

• Constituído de um laminado de fibra de vidro, podendoter uma ou ambas as faces com cobre. Possui boarigidez e ótima isolação elétrica.

• Utilizado em circuitos impressos profissionais e parafabricação de placas de face-simples, dupla-face e multi-layer.layer.

• Não possui boa estampabilidade. Consegue-se produzircircuitos de alta densidade de trilhas, devido as suascaracterísticas.

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Comparativo entre os tipos de PCI

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Ex: PCI 10x15 cm face simplesFenolite = R$ 2,90Fibra vidro = R$ 5,25

Fonte:Blucolor

Atenção: A placa de Fenolite facilita a perfuração. Recomenda-se utilizar ela na confecção dos protótipos

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Classificação das Placas de Circuitos Impressos

• 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 deMulti-Camadas ou Multi-Layer: Possui mais de uma camada decobre, geralmente utilizado nas placas profissionais.

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Projeto da PCI

• A função básica de uma PCI é a interligação elétrica e suportemecânico entre os componentes utilizados no circuitoeletrônico.

• O projeto de uma PCI vai além simplesmente da interligaçãoentre os componentes, pois deve avaliar além do projetoO projeto de uma PCI vai além simplesmente da interligaçãoentre os componentes, pois deve avaliar além do projetoelétrico o projeto mecânico com maior ou menorintensidade, dependendo da aplicação.

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• 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;

Projeto da PCI

– Localização de componentes críticos, como transistores eresistores de potência, e a necessidade de ventilação e poronde passa o fluxo de ar;

– 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 elétrico: define as características técnicas e funcionais daplaca de circuito impresso. Como resultado teremos o desenhoda placa, conhecido como layout da PCI. Alguns dos aspectosrelevantes no projeto de qualquer PCI são:

– Disposição dos componentes na placa;

– Desenhos das trilhas e ilhas;

Projeto da PCI

– Desenhos das trilhas e ilhas;

– Considerações gerais

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 rotacionar

Disposição dos componentes na placa:

Projeto da PCI

– 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.

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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) as

Disposição dos componentes na placa:

Projeto da PCI

– 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);

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– Circuitos integrados que utilizam o encapsulamento DIP (DualInline Package) têm seus pinos dispostos à uma distância de100 mils. (~2,5 mm);

Ex. 7400

Disposição dos componentes na placa:

Circuito Integrado

NUNCA SOLDE O C.I. DIRETO NA PCI.

Utilize sempre soquetes para fixar na placa.Ex. 7400

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Utilize sempre soquetes para fixar na placa.

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– Normalmente diodos são dobrados utilizando-se uma gradede 400 mils (ou 10,16mm);

Ex.: Diodo 1N4007 Fab. Semikron

Disposição dos componentes na placa:

Diodo

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• Não soldar direto na placa;

• Utilize um soquete de CI na base.(Corte o soquete em duas partes)

Display

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LED

LED DE 5 mm

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– RESISTORES: Apresentam-se em diferentes tamanhos.

Ex. Tamanho dos resistores(~)

Disposição dos componentes na placa:

Resistores

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Potenciômetros

Resistor variável

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– CAPACITORES: Tem de diferentes formas, valores e material de fabricação.É necessário uma atenção especial a este componente.

Disposição dos componentes na placa:

Capacitores

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– CAPACITOR ELETROLÍTICO: O capacitor eletrolítico é fornecidocom terminais em modo:

axial radial

Disposição dos componentes na placa:

Capacitores

Ele apresenta diferentes tamanhos :Da esquerda para direita

1µF (50V) diâmetro 5 mm, altura 12 mm

47µF (16V) diâmetro 6 mm, altura5 mm

100µF (25V) diâmetro 5 mm, altura11 mm

220µF (25V) diâmetro 8 mm, altura12 mm

1000µF (50V) diâmetro18 mm, altura40 mm 22

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Relê

Ex: Relê Metaltexmodelo miniatura MH

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Transistores

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– As ligações elétricas existente entre os componentes numa placa decircuito impresso denomina-se traçado condutor, e é comumentechamado de trilha.

– O local onde o terminal do componente é soldado na placa de circuitoimpresso denomina-se ilha de soldagem, ou simplesmente ilha. É tambémconhecido pela sua denominação em inglês: PAD.

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

conhecido pela sua denominação em inglês: PAD.

Trilha ilha

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• As ilhas podem ser de dois tipos: convencionais e de superfície. As ilhasconvencionais 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 debordas (também conhecidos como conectores de borda). Na figura a seguir,

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

bordas (também conhecidos como conectores de borda). Na figura a seguir,apresentamos os tipos de ilhas existentes.

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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.

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

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

maiores 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.

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

capilar da solda.

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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 materiais

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

• 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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• Para terminais de componentes cujos furos sejam maiores doque 1 mm, aconselha-se um alargamento do anel metálico dailha, de forma a garantir a sustentação mecânica docomponente.

Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

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Desenhos das trilhas e ilhas

Projeto da PCI

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Desenhos 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 nesta

Considerações gerais

Projeto da PCI

durante 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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• 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:

Considerações gerais

Projeto da PCI

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

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• Ao desenhar as ilhas, procure sempre que possível garantir o maior anelmetálico possível, principalmente em se tratando de componentes pesados oude potência, ou ainda aqueles que provoquem aquecimento durante ofuncionamento da placa.

• Você pode fazer o uso de formatos diferentes do circular, como ilhasretangulares.

Considerações gerais

Projeto da PCI

• Você pode fazer o uso de formatos diferentes do circular, como ilhasretangulares.

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Resumo – Etapas do Projeto Eletrônico

Projeto Eletrônico

Simulação

Montagem em Protoboard

Em qualquer instante emque se verificar que o projetonão atende as especificaçõeso circuito pode ser alterado

Especificações de Projeto

Desenho da PCI

Impressão e Corossão

Montagem do Protótipo

Testes e Validação

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Dicas Finais na elaboração da PCI• Definição do projeto após simulação e montagem. Para tentar evitar

componentes pendurados na placa. Atenção com fontes de ruído;

• Obter os componentes. É importante pois pode ser que algum componentenão esteja disponível no mercado local nas especificações de projeto. Ex.Tensão de capacitor eletrolítico, conectores, etc;Tensão de capacitor eletrolítico, conectores, etc;

• Dispor os componentes adequadamente no software. Não esquecer osconectores. Procurar deixar os elementos alinhados. Atentar para separar ossinais de comando dos de potência. Atenção com calor gerado. Atenção comaterramento. Identificar os sinais dos conectores;

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

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Montagem da placa

• 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;terminais conforme a figura abaixo;

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Soldagem - “solda fria"?

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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Referências

• http://gedabr.projetos.etc.br/article/articleview/13/1/3/

• http://www.eletrica.ufpr.br/mehl/

• http://www.py2bbs.qsl.br/capacitores.php• http://www.py2bbs.qsl.br/capacitores.php

• Revista Eletrônica Saber

• Notas de aula do Prof. Stefano

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