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MANUAL DIGIPLAQ
GUIA DE ESTILO PARA ROTEAMENTO E LAYOUT
PARTE 1: CONCEITOS BÁSICOS
 
A diferença entre ciência e arte, é que na ciência existem regras mais ou menos
exatas; enquanto a arte caracteriza-se por uma obra difícil ou mesmo impossível
de se descrever como um mero conjunto de regras que conduzam ao resultado
final.
Projetar um circuito impresso de qualidade é um misto de ciência e arte. Há
regras, mas elas servem mais como uma orientação geral do que como uma
fórmula pronta -- até porque não há uma fórmula geral para se desenhar um bom
layout.
Mesmo as regras existentes eventualmente são contraditórias ou mutuamente
excludentes, levando o projetista a ter que decidir qual a regra a ser priorizada em
seu caso particular, o que enfatiza ainda mais o sentido artístico do trabalho.
Vamos ver algumas destas regras, e o caso em que cada uma delas se aplica,
bem como as vantagens de cada uma. A partir desta orientação, o projetista
iniciante poderá aprender a desenvolver a sensibilidade de saber qual o estilo
mais adequado em cada caso.
As regras vistas aqui são apenas uma introdução básica às necessidades de um
bom layout. Na verdade este assunto é muito mais complexo, especialmente em
placas destinadas a uso em condições críticas, como freqüências muito
elevadas, combinações de altas impedâncias e sinais de pequena amplitude,
tensões elevadas, etc.
CONHECENDO AS PARTES DO LAYOUT DE UM CIRCUITO IMPRESSO
Este desenho é o layout
hipotético de uma pequena placa
de circuito impresso, para
montagem mista (componentes
convencionais e SMDs), com
seus elementos principais
assinalados. Vamos examiná-los:
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assinalados. Vamos examiná-los:
(A) - ilhas (com furo): em vários
tamanhos, para a inserção dos
terminais de componentes
convencionais, fios, conectores e terminais, etc.
(B) - ilhas cegas (sem furo), ou pastilhas: para a montagem de componentes
SMD, para pontos de teste, ou para a soldagem de fios de ligação, provisórios ou
definitivos.
(C) - trilhas, ou pistas: fazem a interligação entre as ilhas.
(D) - conector "edge board": um conector que utiliza o próprio circuito impresso.
Neste exemplo, o conector tem apenas cinco vias de conexão. Conectores
típicos normalmente têm muito mais vias, podendo chegar a centenas.
(E) - furos de montagem: recebem parafusos, pinos ou rebites de fixação e
montagem mecânica. Podem servir tanto para a instalação da placa em seu lugar,
como para a sustentação de componentes grandes e/ou pesados.
(F) - marcas de alinhamento: servem para alinhar entre si as várias camadas do
desenho, quando é o caso. Normalmente há pelo menos duas destas marcas,
dispostas em extremos diagonalmente opostos do desenho, e fora da área útil da
placa.
(G) - marcas de corte: orientam a posição exata do corte da placa, durante a
fabricação. Neste exemplo, além das marcas nos quatro cantos, há as marcas
correspondentes ao recorte do conector (D).
Nas placas de dupla face com furos
metalizados, as paredes dos furos recebem
uma camada de metalização, que consiste na
eletrodeposição de cobre nas paredes dos
furos, interligando as ilhas da face superior
com as da face inferior.
No desenho ao lado, está a vista em corte de
um furo metalizado. Em castanho, o cobre que
forma as ilhas superior e inferior, e a metalização da parede do furo, interligando
as ilhas.
Este outro desenho esquematiza como
é feita a montagem de componentes
convencionais e SMDs. Os primeiros
também são chamados de through hole,
por serem instalados com seus
terminais inseridos em furos de
montagem. Os SMDs (de Surface Mount
Devices ou dispositivos para montagem
em superfície) são soldados a ilhas
cegas (sem furo). Em placas montadas
automaticamente, os SMDs são colados
no lugar, antes de receberem solda.
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TAMANHO DE ILHAS E TRILHAS
Em um bom layout as trilhas devem ser homogêneas, todas da mesma
espessura. Embora possam haver casos em que trilhas condutoras de corrente
mais elevada precisem ser mais espessas, não devemos variar demais as
espessuras, quando não houver necessidade.
Exemplo de um layout inadequado:
mistura de trilhas de várias
espessuras, em uma mesma seção de
circuito, resultando em um mau
aspecto estético final.
As vantagens de se usar todas as
trilhas da mesma espessura são uma
melhor estética, e inspeção visual
facilitada.
As ilhas devem ter tamanho compatível com os furos e as trilhas. Vantagens:
estética; melhora a qualidade da soldagem; dificulta a ruptura da trilha junto à
ilha, ou ruptura da própria ilha.
Nesta figura, todos os furos são do
mesmo diâmetro. Em A, uma ilha
pequena demais para o furo. A ilha
fica frágil, podendo romper-se
durante operações de soldagem,
dessoldagem, retirada e reinserção
do terminal. A trilha é quase da
mesma largura da ilha, o que causa
escorrimento da solda. 
Em B, uma ilha grande demais para
o furo, associada a uma trilha muito fina. Será preciso usar mais calor durante a
soldagem, o que aumenta risco de dano ao componente. Calor e esforços
mecânicos podem romper a trilha, junto à ilha. 
Em C, ilha e trilha de proporções adequadas.
CAPACIDADE DE CORRENTE
A largura das trilhas depende da corrente a
ser conduzida. O tipo mais comum de
placa de circuito impresso é produzido
com uma folha de cobre de 35 micra
(0,035mm) de espessura (W), com
tolerância de 5 micra para mais ou para
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menos. Logo, a área da seção transversal
(S) de uma trilha de 1mm de largura (L) será
de 0,035mm² nominal, ou 0,03mm² no
mínimo. 
Assumindo uma densidade de corrente de 4A/mm², a capacidade nominal da
trilha será de 140mA, e a capacidade mínima será de 120mA. Para aumentar a
margem de segurança, podemos usar como base de cálculo o valor de 100mA
por milímetro de largura. 
A trilha estreita, de 1mm de largura,
conduz até 100mA (0,1A) com
segurança.
Uma trilha larga pode conduzir 3,5A
(3500mA). Esta trilha precisaria medir
35mm de largura.
A capacidade de corrente pode ser consideravelmente aumentada, pela aplicação
de uma camada espessa de solda sobre a trilha. Esta técnica é comum em placas
de auto-rádios onde, no estágio de saída, é preciso confinar elevadas correntes
em pouco espaço. Nestas placas, o reforço de solda se forma por um recorte
previsto na máscara de solda, que deixa a trilha ficar exposta durante a soldagem
por ondas.
A foto abaixo é do estágio de saída de um auto rádio e toca-fitas Toshiba TX-204.
Percebe-se as pistas reforçadas, dispostas na horizontal.
TENSÃO DE TRABALHO
Na maioria das placas, as trilhas funcionam sob baixa tensão. Em placas
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operando a tensões mais altas, como no circuito primário de fontes de
alimentação ligadas à rede, circuitos associados a tubos de raios catódicos, etc.,
o espaçamento das ilhas e trilhas deve ser considerado. A distância exata
depende do material usado: a fibra de vidro permite melhor isolação do que o
fenolite. Em algumas placas, um rasgo é fresado ao longo do espeço entre as
trilhas, melhorando a capacidade de isolamento.
Trilhas submetidas a apenas 12V
podem situar-se bem próximas.
Estas trilhas, apresentando diferença
de potencial de 350VAC, precisam de
maior espaçamento.
RESISTÊNCIA ELÉTRICA E RIGIDEZ MECÂNICA
A resistência do cobre eletrolítico,
usado em circuitos impressos, é de
cerca de 0,018 ohms/mm²/m. Uma
trilha com 0,5mm de largura e
0,035mm de espessura terá,
portanto, cerca de 1,02 ohms por
metro de comprimento.
Trilhas muito finas e longas podem
representar uma resistência
ôhmica não desprezível, o que na
grande maioria dos casos não
causa problemas, mas pode afetar
o funcionamento de circuitos com
necessidades especiais.
Por exemplo, em placas de
computadores é comum o emprego de trilhas finíssimas, seguindo percursoslongos devido ao tamanho da placa, num circuito que combina tensões críticas e
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elevadas correntes de alimentação. Os projetos destas placas sempre precisam
levar em consideração a resistência das trilhas.
As ilhas que suportem
componentes pesados devem ser
maiores, para evitar o rompimento
devido ao esforço. Veja este
layout parcial de um estágio com
um transistor 2N 3055, em
encapsulamento TO-3. As ilhas
são desproporcionalmente
grandes, em relação ao diâmetro
dos furos e à largura da trilha
ligando o resistor R203 à base (B)
do transistor 2N3055. O aparente
exagero assegura melhor
resistência mecânica.
Já a trilha ligada ao emissor (E) precisou desobedecer à regra de
proporcionalidade com o tamanho da ilha, por causa da elevada corrente que irá
conduzir.
As três ilhas que recebem os parafusos de montagem dos dois transistores são
propositalmente grandes em relação aos furos, para suportar o esforço de aperto
dos parafusos. Além de servir para fazer contato elétrico, as ilhas funcionam
como se fossem arruelas coladas à placa, melhorando a rigidez.
DENSIDADE
Estudando mais a fundo as dimensões das ilhas e trilhas, chegamos ao conceito
de densidade. Podemos descrevê-lo como a quantidade de trihas e ilhas por
unidade de área. Uma maior densidade traduz-se por elementos menores e mais
próximos entre si.
A densidade deve ser escolhida de acordo com o processo de fabricação, o tipo
de placa (fenolite, fibra de vidro), o processo de soldagem, e outros fatores. Por
exemplo, se um layout se destina à produção de um protótipo por traçagem
manual, a densidade deve ser mais baixa, mantendo a dimensão dos traços
compatível com a espessura e espaçamento mínimos que se pode obter no traço
a caneta. Já em placas onde se necessita de uma montagem extremamente
compacta, e quando se pode lançar mão de processos de impressão e corrosão
mais controlados e precisos, a densidade pode ser maior.
A densidade é classificada por nomenclaturas que variam de um fabricante para
outro. Apenas como exemplo, a figura seguinte exibe três níveis de densidade,
que classificamos como D-1, D-2 e D-3. A referência para comparação é um
circuito integrado DIL típico, com espaçamento de 1/10" (2,54mm) entre pinos, e
de 3/10" (7,62mm) entre fileiras.
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Repare que na densidade D-3, a trilha interligando os pinos 9 e 10 do circuito
integrado (canto superior esquerdo) está descentralizada. Isto é preferível em
ilhas oblongas, sempre que a densidade elevada causa a diminuição da largura
da auréola (borda da ilha). Voltaremos a este assunto na Parte 3.
As densidades D-1, D-2 e D-3 podem orientar qual a densidade máxima que
podemos obter em placas fabricadas por traçagem manual, por silk-screen e por
processo fotográfico, respectivamente.
A tabela a seguir resume a densidade permissível das trilhas, conforme visto na
figura anterior, sempre tomando como referência o circuito integrado DIL padrão:
Densidade Trilhas paralelas entre as fileiras depinos
Trilhas entre pinos
adjacentes
D-1 Até duas Nenhuma
D-2 Até quatro Até uma
D-3 Até cinco Até duas
 
Podemos ser mais específicos, padronizando as medidas mínimas admissíveis
para as ilhas e trilhas. As medidas principais destes elementos estão indicadas
no desenho a seguir:
 
LT - Menor espessura admissível de uma trilha
LA - Menor espessura admissível de uma auréola (borda da ilha)
ST - Menor espaçamento admissível entre trilhas adjacentes
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SA - Menor espaçamento admissível entre ilhas adjacentes
SB - Menor espaçamento admissível entre trilha e ilha
 
Uma das nomenclaturas usadas na indústria para indicar as densidades é o
sistema de Classes A, B e C, que normatiza as dimensões dos elementos
exibidos no desenho anterior, de acordo com a tabela a seguir. Repare que as
Classes A, B e C são, a princípio, similares às densidades que classificamos
anteriormente como D1, D2 e D3, mas as reduzidas dimensões das trilhas e
auréolas, principalmente na Classe C, exigem um processo muito preciso de
gravação e corrosão.
Densidade Aplicação
Trilhas
entre
pinos(1)
Menor
espessura(2)
Menor
espaçamento(3)
Classe A
Circuitos impressos de face
simples, tipicamente em
fontes de alimentação e
circuitos eletrônicos de
potência.
Nenhuma 0,5mm (20mils)
0,5mm (20
mils)
Classe B
Circuitos impressos de face
simples, dupla face, ou multi-
camadas, onde a densidade
da placa seja média.
Uma 0,3mm (12mils)
0,3mm (12
mils)
Classe C
Utilizado principalmente em
circuitos impressos de dupla
face e multicamadas, onde a
densidade da placa seja
alta, e/ou em placas com
componentes SMD, cuja
distância entre terminais
exija este tipo de traçado.
Duas 0,2mm (8mils) 0,2mm (8 mils)
(1) Trilhas que podem ser acomodadas entre dois pinos adjacentes de um circuito integrado DIL padrão.
(2) Menor espessura admissível de LT ou LA. (3) Menor espaçamento admissível de ST, SA ou SB.
As primeiras placas de circuito impresso eram fabricadas em densidades tão
baixas, que os circuitos integrados eram produzidos com pinos espaçados, para
permitir pontos de solda maiores e ilhas mais afastadas. A foto a seguir mostra
três circuitos integrados Philco para TV em cores, da década de 1970. Embora
tenham as mesmas medidas de um encapsulamento DIL padrão, os pinos são
dispostos em ziguezague, para formar um padrão de ilhas mais afastado que nos
CIs DIL atuais.
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MÁSCARA DE SOLDA OU SOLDER MASK
A máscara de solda é uma camada de verniz resistente à solda, chamado de
solder resist, que serve para delimitar as áreas cobreadas que vão ser expostas à
soldagem. As trilhas ficam cobertas pelo verniz, impedindo que a solda possa
aderir a elas.
A máscara de solda impede que respingos, imperfeições ou erros humanos
causem a formação de "pontes" de solda entre trilhas, interligando-as
indevidamente. É especialmente útil em placas de alta densidade, em que as
trilhas são dispostas muito próximas. 
Em placas destinadas a uso amador, a máscara de solda normalmente não é
usada, por ser um processo um tanto difícil de ser feito por meios artesanais. Mas
é usada na grande maioria das placas industrializadas.
A figura ao lado mostra as três camadas de um
layout. Em preto, a impressão com o chapeado
dos componentes, a ser aplicada por silk
screen pela face superior; em azul, a máscara
de solda; em vermelho, a área cobreada. As
duas últimas estão vistas em transparência
("espelhadas"), visto que correspondem á face
inferior. 
O solder resist tradicional é de cor verde-
esmeralda, mas outras cores também são
usadas. Por exemplo, em placas de
procedência européia, é comum a cor azul,
enquanto que em placas de computadores, os
fabricantes usam cores variadas e vistosas, na
tentativa de diferenciar seus produtos:
vermelho, azul-safira, alaranjado, amarelo, e outras. Este modismo pouco afeta a
função da máscara de solda; apenas, o verde e o azul são mais recomendáveis,
por melhorar ligeiramente o contraste dos componentes e áreas cobreadas, e
com isso facilitar a inspeção visual da placa e dos pontos de solda.
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Esta figura mostra como ficam as três
camadas sobrepostas, vistas em
transparência pela face superior. 
A máscara de solda aparece em azul; as
áreas cobreadas expostas aparecem em
vermelho; as cobertas pela máscara de
solda, em preto; e o silk-screen com o chapeado dos componentes, em amarelo.
Os furos, no centro das ilhas, aparecem na cor branca. 
Esta placa é de um kit de intercomunicador,
vendido no final da década de 1970. Repare no
estilo "trilhas e ilhas gordinhas", cheio de
curvas suaves e áreas preenchidas, bastante
comum em layouts antigos. Este tipo de layouté apelidado de "Estilo Bold"
O estilo Bold é uma espécie de interpretação
artística, quase uma aproximação à mão livre,
em contraste com o estilo rigorosamente
técnico, traçado a régua e compasso, típico do
circuito impresso moderno. 
Já vimos os conceitos básicos de layout: passemos agora à Parte 2, onde iremos
aperfeiçoar a técnica.
 
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