Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Projeto de Placa de Circuito Impresso e Fabricação

Palavras-chave: Fabricante de PCB

As PCBs são materiais contemporâneos utilizados em dispositivos eletrônicos, pois proporcionam uma forma de interligar os componentes eletrônicos. Essas placas possuem trilhas e pastas metálicas, juntamente com outros elementos formativos, criados através de processos de fotolitografia a partir de folhas de cobre coladas a materiais não condutores, como a fibra de vidro epóxi FR-4. As PCBs de um Fabricante de PCB são necessárias em uma vasta gama de aplicações, incluindo eletrodomésticos, dispositivos industriais e equipamentos aeroespaciais. As placas de circuito impresso simples face, dupla face e multicamadas atendem a parâmetros e limitações específicos de um circuito.

Existem outros subtipos de tecnologias de PCB que foram introduzidos no mercado para atender às complexidades do desenvolvimento de dispositivos eletrônicos avançados e miniaturizados, incluindo as PCBs flexíveis, rígido-flexíveis e de interconexão de alta densidade. No processo de seleção, é fundamental determinar qual tipo de placa de circuito impresso será usado em uma determinada aplicação, e isso pode ser feito com uma perspectiva mais clara dependendo da natureza e das características das placas de circuito impresso.

Principais Matérias-Primas da PCB

As camadas essenciais de uma placa de circuito impresso (PCB) são um material base não condutor, normalmente derivado de fibra de vidro chamado FR-4, poliamida ou PTFE. Caminhos de cobre, conexões e outros padrões são desenvolvidos na superfície do substrato para formar os caminhos elétricos necessários.

Para possibilitar a conectividade elétrica entre as diferentes partes da PCB onde os componentes são colocados, são utilizadas trilhas de cobre. A largura e espessura dessas trilhas são determinadas com base na capacidade de condução de corrente e na impedância desejada do circuito.

Vias são pequenos furos através da PCB, preenchidos com camadas de cobre, permitindo a conexão entre as camadas da placa. Alguns dos tipos comuns de vias são through hole, blind e buried, com diferentes usos no design de PCB.

Máscaras de solda, normalmente um polímero, são aplicadas à superfície da PCB principalmente para proteger as trilhas de cobre contra oxidação e, especialmente durante a soldagem, para evitar curtos-circuitos. Também ajudam a fornecer isolamento elétrico entre a trilha mais próxima e a pasta adjacente.

Folha de cobre: A folha de cobre vem em diferentes pesos para a produção de trilhas condutoras, pastas e planos.

Materiais do substrato: O FR-4 é o material base típico devido às suas boas características mecânicas e elétricas; no entanto, a poliamida e o PTFE são usados em alta frequência e alta temperatura.

Máscara de solda: As máscaras de solda LPI são bastante populares devido à capacidade de fornecer grande precisão dimensional e flexibilidade substancial.

Serigrafia: Uma camada de tinta na camada externa de cobre que contém texto, logotipos e referências de componentes, facilitando a montagem dos componentes e a solução de problemas.

Acabamentos superficiais: Opções de substrato que incluem nivelamento de solda por ar quente (HASL), bem como métodos de revestimento químico como níquel químico e imersão em ouro (ENIG) ou preservador de soldabilidade orgânico (OSP) que cobrem o cobre exposto e melhoram a soldabilidade.

As PCBs ou placas de circuito impresso são compostas por vários materiais atualmente, mas é importante conhecer as propriedades de cada um.

O FR-4, que significa laminado epóxi reforçado com vidro, é popular entre os fabricantes de PCB devido às suas características elétricas, térmicas e mecânicas, caracterizadas por uma constante dielétrica de 4,5 a 1 MHz com um fator de dissipação de 0,02, sendo aplicável para uso geral. Possui uma Tg (temperatura de transição vítrea) que varia de 130°C a 180°C; e uma condutividade térmica de 0,3 W/mK.

A poliamida, um polímero de alto desempenho, caracteriza-se pela alta resistência ao calor, resistência química e resistência mecânica. A 1MHz, uma constante dielétrica de 3,2 a 3,6 e um fator de dissipação de 0,002 tornam-na ideal para uso em alta frequência. A poliamida pertence aos plásticos termoendurecíveis e possui uma temperatura de transição vítrea entre 260 e 400 graus Celsius; o material tem uma capacidade de dissipar calor de 0,2 watts por metro Kelvin.

Aqui estão as principais considerações de projeto de placa de circuito impresso:

Posicionamento de componentes: Deve-se visar o posicionamento correto dos componentes para reduzir emissões e, ao mesmo tempo, melhorar a integridade do sinal e térmica, além de aprimorar a fabricabilidade da placa de circuito impresso. Em relação ao posicionamento dos componentes, é necessário tomar algumas medidas específicas: tamanho, forma, orientação dos componentes e suas proximidades em relação aos fatores de interferência devem ser considerados adequadamente e devem corresponder às condições necessárias para proporcionar o funcionamento adequado do sistema.

Integridade do sinal: Garanta que a qualidade e o timing do sinal sejam mantidos em toda a placa de circuito impresso, desde o fabricante da PCB, através do correto traçado e roteamento, casamento de impedância e minimização de diafonia e EMI. Coisas como planos de terra, ausência de curvas abruptas e boa terminação devem ser aplicadas para evitar distorção do sinal. Portanto, use diagramas de olho e TDR ou outras ferramentas de simulação e técnicas de análise para melhorar o desempenho.

Gerenciamento térmico: O controle de calor foi realizado para evitar falhas nos componentes, devido ao acúmulo excessivo de calor, no aparato de fluxo. Leve em consideração a perda de potência do componente elétrico, a temperatura ambiente e os métodos mais focados no resfriamento do sistema. Para dissipar calor, use vias térmicas, preenchimentos de cobre e dissipadores de calor. Use todas as ferramentas de simulação térmica para investigar e melhorar o gerenciamento térmico, particularmente em usos de alta potência.

Distribuição de energia: Projete um PDN adequado para que os componentes do sistema possam receber um fornecimento ininterrupto de energia limpa. Desacople os planos de energia e terra, evite áreas de cobre não utilizadas nas placas de circuito impresso e reduza o ruído da fonte de alimentação. Capacitores de desacoplamento devem ser empregados, enquanto a colocação de vias precisa ser otimizada para melhorar a situação com a distribuição de energia. Desenvolva dentro de tais limites para alcançar uma respeitável confiabilidade de fabricação a um custo consideravelmente baixo.

Compatibilidade eletromagnética (CEM): Isso significa que todos devem garantir que a placa de circuito impresso não produza alto EMI e resista a alto EMI vindo de fora. Exercite medidas como aterramento CA, blindagem e filtragem, entre outras. Conformidade com CEM e padrões para legislação sobre CEM, particularmente nos setores automotivo, aeroespacial e médico.

Tipos de PCBs

É igualmente importante ter alguns insights sobre os principais tipos de placas de circuito impresso para que uma melhor escolha possa ser feita em seu uso. As três classificações de PCBs incluem placas de circuito impresso de face simples, dupla face e multicamadas, cada uma com suas características, pontos fortes e fracos.

Uma PCB de face única possui linhas condutoras e componentes em apenas um lado do substrato, onde o material do substrato é principalmente FR-4. Essas placas são as mais fáceis e menos dispendiosas disponíveis para os projetistas; recomendadas para circuitos simples encontrados em dispositivos básicos e modelos iniciais. No entanto, as placas de circuito impresso de face única têm duas desvantagens: a) opções de roteamento limitadas e b) menor densidade de componentes, o que limita seu uso em aplicações mais sofisticadas.

As placas de circuito impresso dupla face são aquelas com traços condutores e componentes em ambas as faces do substrato, com o uso de vias furação. Essas vias são na verdade orifícios perfurados que recebem placa nas camadas superiores, facilitando o fluxo de sinais entre as duas camadas. Qualquer complexidade de roteamento e alta densidade de componentes é possível em PCBs dupla face, e os tipos de uso variam desde eletrônicos de consumo, equipamentos de computador, controle industrial e automação.

As placas de circuito impresso multicamadas são circuitos com três ou mais camadas condutoras; e as placas de circuito são feitas de material isolante tecido ou acolchoado ou camadas de pré-impregnado. Essas placas oferecem o design mais intrincado e componentes em camadas, permitindo seu uso em aplicações complexas, como aparelhos digitais de alta velocidade, dispositivos eletrônicos de RF e aparelhos aeroespaciais.

É por isso que a PCB multicamada do Fabricante de PCB oferece a capacidade de ter roteamento complexo, melhor integridade de sinal e melhor dissipação de calor, pois todas as camadas internas podem ser usadas como planos de energia e terra. Isso também significa que mais camadas permitem a utilização de técnicas aprimoradas, como vias cegas e enterradas, o que, por sua vez, aumenta o desempenho geral das PCBs multicamadas.