Circuito impresso

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Placa de circuito impresso flexível, produzida por processo industrial.

Os circuitos impressos foram criados em substituição às antigas pontes de terminais onde se fixavam os componentes eletrônicos, em montagem conhecida no jargão de eletrônica como montagem "aranha", devido a aparência final que o circuito tomava, principalmente onde existiam válvulas eletrônicas e seus múltiplos pinos terminais do soquete de fixação.

O circuito impresso consiste de uma placa isolante de fenolite, fibra de vidro, fibra de poliéster, filme de poliéster, filmes específicos à base de diversos polímeros, etc, que possuem a superfície com uma ou, duas faces, por fina película de cobre, constituindo as trilhas condutoras, revestidas por ligas à base de ouro, níquel entre outras, que representam o circuito onde serão soldados e interligados os componentes eletrônicos.

Circuitos Impressos podem ser também ser constituídos de 4, 6, 8 ou mais faces condutoras , chamados de " Multilayers" ou " Multicamadas "

Design[editar | editar código-fonte]

Inicialmente PCBs foram projetados manualmente, criando uma fotomáscara em uma folha de mylar claro, eralmente em duas ou quatro vezes o tamanho verdadeiro. Partindo do diagrama esquemático, as almofadas dos pinos do componente foram dispostas no mylar e, em seguida, os traços foram encaminhados para ligar as almofadas. As transferências secas de Rub-on de pegadas de componentes comuns aumentaram a eficiência. Traços foram feitos com fita auto-adesiva. Grades pré-impressas não reproduzidas no mylar assistido no layout. Para fabricar a tábua, a fotomáscara acabada foi reproduzida fotolitograficamente sobre um revestimento de fotorresistência nas placas em branco revestidas com cobre.

Circuitos impressos modernos são projetados com software de layout dedicado, geralmente nos seguintes passos[1]

  1. Captura esquemática através de uma ferramenta de automação de projeto eletrônico.
  2. As dimensões e o modelo do cartão são decididos com base no circuito necessário e no caso do circuito impresso.
  3. As posições dos componentes e dissipadores de calor são determinadas.
  4. A camada de pilha do circuito impresso é decidida com uma a dezenas de camadas dependendo da complexidade. Os planos terrestres e de potência são decididos. Um plano de potência é a contrapartida de um plano de aterramento e se comporta como um sinal AC de terra, enquanto fornece alimentação DC para os circuitos montados no circuito impresso. As interligações de sinais são traçadas nos planos de sinal. Os planos de sinal podem estar tanto nas camadas externas como internas. Para um desempenho ótimo da interferência eletromagnética, os sinais de alta frequência são encaminhados em camadas internas entre os planos de potência ou terra[2]
  5. A impedância da linha é determinada usando espessura de camada dielétrica, espessura de cobre de roteamento e largura de traço. A separação de rastreamento também é levada em conta no caso de sinais diferenciais. Microstrip, stripline ou stripline duplo pode ser usado para encaminhar sinais.
  6. Os componentes são colocados. Considerações térmicas e geometria são consideradas. Vias e terras estão marcadas.
  7. Rastreamentos de sinal são roteados. Ferramentas de automação de design eletrônico geralmente criar folgas e conexões em aviões de poder e terreno automaticamente.
  8. Arquivos Gerber[3] são gerados para a fabricação.

Sistemas de confecção manual do diagrama antes da corrosão.[editar | editar código-fonte]

Para desenhar o diagrama impresso manualmente, em caso de protótipos para testes ou versão final que não exija alta qualidade, os aficcionados ou experimentadores eletrônicos utilizam canetas especiais, algumas com ponta porosa, outras para confecção de micropistas com pontas semelhantes às canetas de nanquim, ou podem combinar o uso da caneta com decalques próprios para circuito impresso (porém estes já caindo em desuso). A tinta deve ser resistente à soluções ácidas ou alcalinas, conforme o metal utilizado sobre a placa isolante. Após desenhado o circuito desejado, corta-se a placa nas dimensões requeridas pelo projeto.

Placa "virgem" já com alguns furos e onde as trilhas do circuito começam a ser traçadas.
Traçado do circuito que será impresso na placa.
Desenho do circuito pronto.

Sistemas de confecção industrial da placa[editar | editar código-fonte]

Na produção industrial podem ser utilizados diversos métodos, entre estes os mais conhecidos são:

  • Serigrafia, onde são impressas as pistas por método serigráfico.
  • Processos fotográficos de gravação, nestes a placa é banhada numa solução fotossensível, que após queimada é revelada em meio corrosivo à semelhança das fotografias.
  • Processos de jatos abrasivos, nestes se usam jatos de micro esferas lançadas contra uma máscara resistente interposta entre o fluxo e a placa.
  • Processos de transferência de imagem, nestes se usam filmes com as imagens do circuito, a partir deste filme é feito a exposição na expositora onde é feita a transferência do filme para o circuito, método esse parecido com serigrafia mas são utilizados raios ultravioleta para fazer essa transferência, e são revelados com banhos químicos.
  • Processos de transferência térmica da imagem. Neste caso a imagem impressa a laser em papel próprio para transferência térmica (transfer), utiliza-se uma prensa térmica regulada para temperatura em torno de 200°C e tempo que pode variar, ficando em torno de dois a três minutos.

Existem mais processos menos utilizados e de baixa produtividade.

Corrosão[editar | editar código-fonte]

Banho em solução corrosiva.

Para os processos semelhantes à serigrafia, fotografia ou desenho direto, é necessária a corrosão da superfície metalizada ou superfícies metalizadas da placa por mergulhamento ou por jato de solução química. A corrosão somente ocorrerá na superfície nua, isto é na superfície que não está coberta por tinta ou emulsão fotográfica queimada e revelada.

Artesanalmente ou em baixa escala de produção é utilizado o percloreto de ferro ou persulfato de amônia, para produção industrial em alta velocidade de corrosão é muito utilizado o ácido nítrico, entre outros.

No caso de produção artesanal, o tempo de corrosão depende da área e da espessura do metal a ser corroído além das múltiplas reutilizações da solução. Em média para se corroer uma placa de dimensões 10 x 10 cm leva-se em torno de 10 minutos.

Na corrosão industrial, o processo leva de alguns segundos a três minutos no máximo. A velocidade de corrosão praticamente independe da espessura e área a ser corroída, pois é regulada pela concentração e velocidade do jato da solução lançada sobre as placas.

Verificação artesanal da corrosão e recomendações para evitar danos ao meio ambiente[editar | editar código-fonte]

  • Para se ter a certeza que a corrosão da superfície foi total, usa-se uma espátula de madeira ou plástico para manipular a placa de circuito.
  • Alguns fazem um pequeno furo na chapa e amarram um fio de nylon, fazendo-a emergir e submergir num movimento rítmico, o que causa uma melhora na qualidade e velocidade de corrosão.
  • Após o uso da solução, esta deve ser armazenada em recipiente de plástico ou vidro.
  • Para o descarte das soluções utilizadas existem normas de neutralização do produto geralmente impressas na embalagem.

Pós corrosão[editar | editar código-fonte]

Quando confeccionada artesanalmente, retira-se a placa da solução (percloreto de ferro ou persulfato de amônia, se for o caso), deixando-a um tempo para escorrer. Após deve-se lavá-la com bastante água corrente. Para remover a tinta da caneta ou serigráfica, usa-se removedor apropriado, geralmente indicado na embalagem da tinta, e após secá-la devemos polí-la com uma esponja de aço bem fina.

Placa ao término do processo de corrosão.

Perfuração e montagem do circuito[editar | editar código-fonte]

Limpas as trilhas de cobre, restará o trabalho de perfurar as ilhas para a fixação dos componentes eletrônicos. Normalmente, usa-se um furador de placas ou uma broca de 1mm de diâmetro.

Componentes montados sobre uma pequena placa.

Recomendações básicas para confecção artesanal[editar | editar código-fonte]

Deve-se evitar criar trilhas muito largas (quando a placa for utilizada para circuitos de alta frequência) ou próximas entre si, isto poderá causar a inserção indesejável de elementos indutivos ou capacitivos entre as pistas, podendo ocorrer interações e mútua interferência eletromagnética, que poderá causar conseqüentemente alguma realimentação, ou oscilação indesejável do circuito eletrônico, principalmente em projetos de alta frequência.

As trilhas extremamente finas também devem ser evitadas, e utilizadas somente quando necessárias, pois poderão se partir com facilidade.

O ideal é criar trilhas com largura aproximada de 3 mm. As "ilhas" onde serão fixados os componentes, poderão ter uma circunferência com diâmetro aproximado de 5 mm.


[4] [5] [6]

Placas de Circuito Impresso Multicamadas (Multilayers)[editar | editar código-fonte]

São chamados de Placas de Circuito impresso Multicamadas as placas que possuem 4, 6, 8 ou mais faces condutoras. Uma das suas principais funcionalidades é a redução do ruído originado pela Interferência eletromagnética, possibilitando assim equipamentos cada vez menores e com circuitos integrados novos (que apenas estão disponíveis em encapsulamento BGA).

Os campos eletromagnéticos gerados por correntes que circulam na superfície de placas convencionais de face simples ou dupla e que emanam por todo o ambiente não são guiados por um condutor de retorno controlado (um plano de referência de terra). Este pode ser apontado como o grande problema das placas dupla face ou face simples. Mais do que isso até, não só não voltam para o terra, como tendem a terminar em trilhas de circuitos adjacentes. Essa interferência pode causar mau funcionamento. Esse fenômeno de indução indesejada é conhecido como crosstalk. Muitos desses campos também irradiam para a superfície de toda a placa e também para todo o ambiente ao redor. Se acoplada a uma trilha de um circuito próximo, pode amplificar o sinal que passa por ela, pois usa a placa como uma grande antena. E quanto maior for a trilha e maior for seu loop, maior é essa amplificação e o prejuízo para o sistema e ambiente ao redor. 

A imagem mostra 8 diferentes camadas em uma placa de circuito impresso.

A principal proposta das placas de circuito impresso multicamadas é de planos de terra e alimentação nos planos no meio da placa. Os retornos de corrente para circuitos em placas multilayers são bem curtos, se o layout é feito de forma que o terra vá direto do fim do circuito para camada de terra. Dizemos que esse terra é “forte” pois não permite que correntes indesejadas fiquem “passeando” pela placa, acoplando em outros circuitos e causando interferências, “sujando” o ambiente com radiação eletromagnética indesejada e atrapalhando sinais fundamentais para o funcionamento dos circuito da placa. Esse é um dos motivos pelos quais é recomendado que os planos de terra e alimentação sejam colocados entre layers, no interior da placa de circuito impresso. 

A utilização de placas de circuito impresso multicamadas nos permite fazer com que a corrente retorne ao terra  por um caminho menor, conforme explicado acima. Isso diminui também a susceptibilidade dos circuitos eletrônicos a Interferências eletromagnéticas (EMI) externas. 

O uso de planos de alimentação e terra também diminui a impedância na distribuição de energia, essencial para um bom desacoplamento da fonte de alimentação. 

Colocar os sinais entre os planos de terra e alimentação é uma ótima ideia pois esses layers agem como um escudo contra radiação externa (principalmente proteção contra descargas eletromagnéticas - ESD) e também reduzem a radiação emitida pelos sinais que percorrem essas vias. Ou seja, a emissão medida do lado de fora do equipamento é bem menor. Equipamentos que passam por certificação precisam de tal rigor. Em laboratórios regulamentados pode-se verificar a quantidade de emissão de determinados equipamentos eletrônicos que, muitas vezes precisam ser certificados.

São comuns atualmente placas de circuito impresso com 4, 6 e 8 layers. Placas com mais layers são encontradas em Motherboards e equipamentos mais sofisticados. 

Em circuitos de alta velocidade é comum se empregar placas multicamadas, pois os outros tipos apresentam maior influência do efeito de acoplamento por impedância-comum. É recomendado que as trilhas em camadas subsequentes sejam traçadas formando ângulos de 90°, diminuindo os acoplamentos indesejáveis dos sinais.[7]


Ver também[editar | editar código-fonte]

O Commons possui uma categoria contendo imagens e outros ficheiros sobre Circuito impresso
  1. http://www.cs.berkeley.edu/~prabal/teaching/cs194-05-s08/cs194-designflow.ppt Printed Circuit Board Design Flow Methodology
  2. «Design Guide for the Packaging of High Speed Electronic Circuits» (PDF) 
  3. «Gerber format». Wikipedia (em inglês). 18 de abril de 2017 
  4. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos (8ª Ed) - Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky
  5. Análise Básica de Circuitos Para Engenharia - 10ª Ed. 2013 - J. David Irwin
  6. Circuitos Elétricos - Col. Schaum - 5ª Ed. 2014 - Edminister, Joseph A. / Nahvi, Mahmood
  7. Sanches, Durval (2007). Interferência Eletromagnética. Rio de Janeiro: Interciência. 124 páginas