aula10_PCI

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Prof. Michael
ELETRÔNICA DIGITAL II
Parte 10
Introdução ao Projeto de Placas de Circuito Impresso
Professor Dr. Michael Klug
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• PCB (Printed Circuit Board) ou PCI (Placa de Circuito 
Impresso):
– Consiste na técnica de, por meio de processos industriais 
e/ou artesanais, imprimir um desenho contendo ligações 
elétricas (circuito) entre componentes em uma chapa de 
material resistente recoberta por uma fina camada de 
cobre.
Circuito Impresso?
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• Basicamente: PCI constituída de um lado cobreado
(single-sided) em cima de um substrato isolante
(fenolite ou fibra de vidro)
– Conexões entre componentes são realizadas no lado do 
cobre através de caminhos condutores (TRILHAS)
– Local onde o terminal do componente é soldado na PCI é 
denominado ilha de soldagem, ou simplesmente ILHA 
(PAD).
Elementos
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Trilha ilha
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• Fenolite: papelão impregnado com uma resina fenólica
– Boa estampabilidade, rigidez e isolação elétrica;
– Baixo custo
• Fibra de Vidro: laminado de fibra de vidro
– Utilizado em circuitos profissionais;
– Boa rigidez, isolação elétrica e resistência mecânica.
Materiais de Base
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Custo: PCI 10x10cm face simples
Fenolite: R$2,61 Fibra: 6,38
Comparativo
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OBS: na utilização de perfuradores
manuais considerar o uso de PCIs de
Fenolite
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• Número de faces:
– Face Simples (single-sided), Dupla Face (double-sided) e Multi-
Camadas (Multilayer)
– Em geral: top layer, bottom layer.
• Encapsulamento:
– PTH (pin through hole) ou SMD (surface mounted device)
Classificação
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• Etapas de um Projeto Eletrônico:
– Projeto em bloco: ideias no papel
– Esquemático
– Simulação: Multisim, Orcad, Proteus, Altium, etc
– Montagem temporária: Protoboard, Placa Padrão
– Projeto do Layout da PCI: Manual ou com Softwares 
específicos
– Construção da placa:
• Transferência manual do layout para a placa, 
• Usinagem CNC (Prototipagem)
– Soldagem e Testes
– Documentação
Projeto Eletrônico
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• Função Básica: interligação elétrica e suporte 
mecânico entre os componentes utilizados no 
circuito eletrônico
– Dimensão dos componentes, volume disponível, 
arrefecimento, condições ambientais ...
• Outros aspectos a serem considerados:
– Espessura do laminado de cobre
– Espessura do material base
Projeto da PCI
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mils = milésimo de polegada
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• 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;
– Localização de componentes críticos, como transistores e
resistores de potência, e a necessidade de ventilação (fluxo de
ar);
– Local onde a placa ou caixa será instalada, volume disponível e
condições ambientais;
As considerações acima expostas poderão levar ao aparecimento de elementos
que não estavam previstos no projeto inicial, por exemplo, conectores na PCI.
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Projeto da PCI
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• Projeto elétrico: define as características técnicas e
funcionais da placa de circuito impresso. Como
resultado teremos 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: corrente elétrica, efeito capacitivo e indutivo
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Projeto da PCI
A seguir serão apresentadas algumas considerações básicas para
elaboração do layout da PCI, 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
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– 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.
Disposição dos componentes na placa:
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Projeto da PCI
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– 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);
Disposição dos componentes na placa:
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Projeto da PCI
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– Circuitos integrados: para o encapsulamento DIP (Dual Inline
Package) os pinos estão dispostos à uma distância de 100 mils.
(~2,5 mm);
Ex. 7400
EM GERAL:
NUNCA SOLDE O C.I. DIRETO NA PCI.
Utilize sempre soquetes para fixar na placa.
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Principais Componentes
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– Diodos: normalmente são dobrados utilizando-se uma grade
de 400 mils (ou 10,16mm);
Ex.: Diodo 1N4007 Fab. Semikron
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Principais Componentes
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Principais Componentes
– Display de 7 segmentos:
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Principais Componentes
– LED de 5mm
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– Resistores: Apresentam-se em diferentes tamanhos.
Ex. Tamanho dos Resistores
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Principais Componentes
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Principais Componentes
– Resistor Variável:
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– Capacitores: Tem de diferentes formas, valores e material de
fabricação. É necessário uma atenção especial a este
componente.
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Principais Componentes
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– Capacitor Eletrolítico: O capacitor eletrolítico é fornecido com
terminais em modo:
axial radial
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 
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Principais Componentes
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Ex: Relê Metaltex
modelo miniatura MH
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Principais Componentes
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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. 
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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Desenho das Trilhas e Ilhas
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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 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.
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Desenho das Trilhas e Ilhas
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• 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.
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Desenho das Trilhas e Ilhas
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Desenho das Trilhas e Ilhas
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Desenho das Trilhas e Ilhas
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• 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 rompimentodo 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.
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Considerações Gerais
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Placas Universais e Barra de Terminais
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• Manual: caneta especial
• Método Fotográfico (photoresist), Silk-Screen
• Térmico (papel transfer ou couchê):
– Utilização de impressora laser;
– Transferência através de prensa térmica (ou ferro de passar roupas)
• Usinagem (Prototipadora):
– Máquina de comando numérico (CNC) 
Transferência do Layout p/ Placa
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ISOLATION DRILL
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• Para os métodos Manual, ..., Térmico
– Após a transferência do layout a placa deve passar pelo processo de corrosão 
(solução de percloreto de ferro)
Processos de Fabricação
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• Usinagem da PCI
– Cobre é removido somente para isolar as trilhas e pads
– Arquivos Gerber: padrão da indústria de placas de circuito impresso
• São armazenadas de forma ordenada várias informações sobre a placa: layers, tipos de furos, 
locais de furação, entre outros
– Gerber to G-code: máquinas CNC utilizam como padrão o código G 
(coopercam)
Processos de Fabricação
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• 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;
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Montagem da Placa
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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 circuito
impresso, porém um mau contato com o terminal do
componente. Causas: aquecimento insuficiente do
terminal, ou terminal sujo ou oxidado.
Exemplo de uma soldagem correta: obteve-se boa
aderência da solda à trilha do circuito impresso e 
ao terminal do componente. 
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Evitando Solda Fria
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