Projeto pci cefetmt

Escola Técnica Federal de Mato Grosso

Projeto de placas de circuito impresso

Introdução sua distribuição e diminu- materiais possam se prestar.
indo o espaço necessário à Como exemplo podemos
O circuito impresso é o meio montagem. A camada citar as características físicas
mais comum e prático usado condutora está fixada sobre de flexibilidade, resistividade
para montagens definitivas uma base isolante, por da superfície, dissipação de
de circuitos eletrônicos. exemplo, fenolite ou fibra de calor, constante dielétrica,
Os processos de confec- vidro, sendo que na maior resistência à elevação da
ção de placas de circuito parte das temperatura,
impressos são vários, aplicações indus- umidade, etc.
podendo distinguir-se basi- triais utilizam-se Sobre o pro-
camente em processos casei- duas ou mais jetista recai,
ros (acessíveis a qualquer camadas de cobre, muitas vezes, a
pessoa) e processos profis- separadas pela escolha do
sionais (mais elaborados, base isolante. material-base
que possibilitam uma para a placa de
produção industrial em larga A placa de circuito impres-
escala). so. Como todos
O termo circuito circuito Fig. 01 - Placa desenvolvida
impresso. seguindo as técnicas desta sabem, os dois
impresso é derivado do materiais mais
apostila. (Face das trilhas de
método original, onde um A placa de circuito cobre) utilizados para
padrão gravado ou estam- impresso fornece essa finalidade
pado é usado para mascarar uma base ideal, são o fenolite e a fibra de
as áreas desejadas, de uma sobre a qual a maior parte vidro. É de conhecimento
placa de cobre. dos componentes pequenos geral, também, que a fibra de
O objetivo principal da pode ser montada e fixada. O vidro possui características
placa de circuito impresso é aperfeiçoamento dos superiores às do fenolite,
a circulação da corrente de processos de fabricação de sendo inclusive bem mais
um circuito por meio de uma placas de circuito cara. Na tabela abaixo procu-
impresso trouxe uma ramos fazer uma comparação
diversificação nos mais concreta entre ambos,
materiais da base envolvendo custo, isolação e
isoladora, sendo que outros de interesse.
os materiais mais
usados atualmente
são: fenolite, papel-
Fig. 02 - Placa desenvolvida sem nenhum padrão, epoxy, fibra de vidro-
nem qualidade. (Face das trilhas de cobre)
epoxy, fibra de vidro e
poliéster. A
fina camada de cobre ou determinação do material a
outro condutor, substituindo ser utilizado obedece às
assim a fiação, fixando os características e especifica-
componentes, melhorando ções desejadas, às quais estes

Comparação entre materiais usados nas placas
Tipo Custo Resistência Resistência Isolação Resistência
mecânica térmica galvânica à fusão
Fenolite Baixo Razoável Baixa * Baixa Baixa

Fibra de vidro Alto Alta Alta Alta Alta
* No caso de queima e carbonização, o fenolite torna-se condutor.

Desenho de Circuitos Eletrônicos / Prof. Luís Júlio Pedroso


a ser utilizado, a aplicação do aleatória. Ao contrário, deve
Planejamento e equipamento e o local de obedecer a vários critérios,
confecção do “Lay- montagem dessa placa, a entre os quais são impor-
out” partir do qual será determi- tantes a simplificação do
nado o tamanho da placa a traçado e a obediência aos
A primeira etapa a ser consi- ser utilizada e o tipo de parâmetros elétricos do
derada é o estudo e o conse- placa. projeto eletrônico, não
qüente conhecimento do Conhecidos, o diagrama esquecendo de dar atenção
diagrama esquemático a ser elétrico e os componentes, neste momento à exata
passado para o circuito im- passamos então para a dimensão e localização das
presso. elaboração do “lay-out”. É ilhas. Exemplificando o pri-
Este estudo deve ser óbvio que a distribuição de meiro, deve-se distribuir os
acompanhado pela análise componentes sobre a placa componentes praticamente
do formato dos componentes nunca deve ser feita de forma com a mesma disposição do

Considerações e Justificativas para algumas soluções de "Lay-
out"
Errado Correto Justificativa
Filetes largos ou grandes Melhor condição de
superfícies soldagem reduz o
espalhamento de solda.
Ligações em triângulo Melhor distribuição de
corrente aumento da área
útil e redução do número de
pontos de chegada nas ilhas
propiciando melhor
soldagem.
Cruzamentos Redução do número de
pontos de chegada nas ilhas
(de 3 para 1) propiciando
melhor soldagem.
Curvas

Redução da indutância das
trilhas melhor estética.

Cruzamento sem ilhas Melhor distribuição de
corrente e melhor estética.

Grandes áreas Redução de correntes
parasitas, solução utilizada
por baixo de indutores e
transformadores, devido às
correntes de Foucault.
Correspondência entre A dimensão das ilhas deve
trilhas e ilhas corresponder à largura das
trilhas (o diâmetro deverá
ser aproximadamente o
dobro da largura da trilha).



diagrama elétrico, formando formas, devido à resistência é de 2,5 mW/mm2. A trilha,
um desenho o mais plano elétrica do filete (dissipação como todo condutor, sempre
possível – isto é, com poucos de potência na forma de apresenta alguma dissipação,
filetes dando voltas ou trans- calor ou efeito Joule) e dife- mas se for mantida abaixo
passando-se, pois desta renças de potencial, ambas dessas densidades aceitáveis,
forma obtém-se caminhos de nocivas ao projeto da placas. as potências e correntes
ligação mais curtos entre Para compreender melhor envolvidas não irão
componentes. Quanto ao esse problema, basta aplicar comprometer a placa. Se
segundo critério, é preciso a Lei de Ohm ao circuito esses níveis forem
conhecer razoavelmente a  ultrapassados, haverá
natureza do circuito, se é de R =ρ aquecimento excessivo da
impresso: a ⋅ b . Nesta
alta ou baixa freqüência, se área ao redor das pistas,
possui correntes elevadas, se formula, dois dados são dilatação das mesmas e
é digital ou analógico, etc. Os conhecidos de antemão, que provavelmente o
demais critérios de impor- são a resistividade do cobre ( deslocamento e ruptura de
tância são os que levam em ρ = 0,17241 Ωm/mm 2 ) e a algumas delas. Cumpre
conta as dimensões entre os espessura da trilha (a = 0,05 observar, porém, que esses
elementos do circuito e a mm). Tem-se, portanto, uma valores podem ser alterados
possível interação entre eles, resistência total de: de acordo com as condições
térmica, elétrica, magnética R = 0,345/b , onde “b” é a de projeto e utilização; desse
– ruído elétrico ou ruído modo, por exemplo, as
eletromagnético, por exem- largura da trilha, em trilhas podem ter sua
plo – que possam gerar per- milímetros, e “l” é a extensão espessura aumentada em até
turbações. da mesma trilha, em metros. 5 ou mais vezes através do
Existem circuitos que Assim, por exemplo, uma estanhamento superficial,
podem passar diretamente trilha de 1 mm de largura e caso em que seria preciso
de uma montagem tipo 0,1 m de comprimento teria recalcular tudo desde o
“aranha” (ponte de terminais uma resistência global de início. Resumindo, o
ou matriz de contatos) para a 0,0345 W – valor desprezível dimensionamento das trilhas
placa impressa, funcionando para circuitos pouco críticos, deve obedecer a duas
sem problemas. Por outro de aplicações gerais. Por condições básicas: queda de
lado, determinados circuitos outro lado, essa mesma tensão aceitável e densidade
só podem ser testados e trilha apresenta, em linha de corrente (ou potência).
depurados quando já monta- reta, uma indutância da Exemplo: Vamos supor uma
dos na placa. ordem de 15 nH e sua largura placa projetada para uma
vai determinar a corrente fonte de tensão de 5 V e 5 A,
Dimensionamento máxima de utilização, cuja que usa apenas um
análise deve ser feita usando- regulador. Sabendo-se que a
das trilhas
se a densidade de corrente trilha que interliga a saída do
A largura e a extensão das ou potência (a condutividade regulador ao extremo da
trilhas, assim como o diâ- do cobre é conhecida e pode placa tem 0,06 m (6 cm) de
metro das ilhas de conexão, ser considerada constante). extensão. Admitindo, de
também não devem ser uma No caso de trilhas de circuito antemão, uma queda de
escolha aleatória. Sabe-se, impresso, o valor máximo tensão máxima de 1% ou
por exemplo, que, quanto aceitável para a densidade de 0,05 V, vamos calcular
maior a largura da trilha, corrente (J) é de 35 A/mm2 primeiro a largura dessa
maior será a confiabilidade – bem acima dos níveis trilha pelo método da queda
do circuito impresso, embora permissíveis ao condutor de tensão: R=V/I =
nem sempre seja possível cilíndricos comuns, graças á 0,005V/5A = 0,01W como
respeitar totalmente esse própria geometria plana das R=0,345l/b temos
detalhe. Na verdade, a lar- trilhas, que proporcionam que b=0,345l/R
gura da trilha depende da maior capacidade de logo b=0,345·0,06/0,01 = 2,1
ordem de grandeza das cor- dissipação de potência por mm. Portanto, pela queda de
rentes envolvidas no circuito; unidade de área. Da mesma tensão essa trilha deve ter,
o efeito causado pela cor- forma, a densidade de no mínimo, 2,1 mm de
rente manifesta-se de duas potência máxima superficial



largura. Vejamos o mesmo por exemplo. Teremos, (Associação Brasileira de
cálculo, agora, levando em então, uma tensão induzida Normas Técnicas) através da
conta a densidade de sobre os filetes: norma NBR 8188/1983 –
 ΔI 60 ⋅ 10 − 3 Guia de projetp e uso da
J=
a ⋅ b então V = L = 10 ⋅ 10 − 9 = 40 mV placa impressa, como
corrente: Δt 15 ⋅ 10 soluções para placa de
 Considerando, agora, várias processamento industrial.
35 = cargas dessa natureza ligadas
temos a ⋅ b sendo l=5 O formato e dimensão
à mesma rede de das ilhas de conexão também
A, e a=0,05 mm temos
alimentação, torna-se claro têm uma relativa mportância
5 que o problema vai
b= no projeto. No quadro abaixo
0,05 ⋅ 35 = 2,85 mm. aumentando, até alcançar pode-se ver reunidas as
Assim, a largura mínima da níveis críticos, que podem principais opções
trilha é imposta pela comprometer todo o projeto. encontradas sob a forma de
densidade de corrente, Por isso utilizam-se os símbolos transferíveis.
devendo ser igual a 2,85 mm. capacitores de Em placas de uma certa
desacoplamento em tais complexidade, onde se exige
Indutância parasita situações, para minimizar o um trabalho profissional, é
problema. Os valores citados conveniente desenhar o
Vamos falar um pouco no exemplo ocorrem com traçado em escala 2:1. Dessa
também sobre a indutância freqüência na prática, até forma, aumenta-se a
das trilhas, bem mais mesmo em boas condições confiabilidade da placa, já
importante que os efeitos da de montagem. Embora não que se tornam visíveis todos
capacitância, embora possa pareçam de utilidade os detalhes de interligações,
parecer o contrário. Muitos imediata para o projeto de além do aspecto estético,
já devem ter notado que, em placas, essas informações que, apesar de não ser tão
placas de circuitos digitais foram incluídas para importante, sempre influi no
mais complexos, existe um enfatizar a importância de se serviço final. De fato, todo
pequeno capacitor de fazer traçados com trilhas projetista, com o tempo,
desacoplamento junto a cada mais curtas possíveis. O passa a considerar seu
integrado ou, então, exemplo dado envolveu um trabalho uma arte. Uma
capacitores planares circuito de chaveamento, vantagem adicional dessa
distribuídos, sob a forma de mas pode (e deve) ser técnica reside na eliminação
CIs. Tais capacitores, que considerado para outros de pequenas falhas (como os
não são exclusivos dos casos. O cálculo do valor defeitos em desenhos a
circuitos digitais, costumam exato para o capacitor de nanquim), que se tornam
ser usados para compensar o desacoplamento varia muito, imperceptíveis após a
efeito da indutância das de um caso para outro, sendo redução.
pistas do circuito impresso. impossível generaliza-lo
Vamos analisar um exemplo. aqui.
Supondo que as pistas de
uma placa formem uma Considerações e
linha de alimentação para soluções práticas no
uma carga qualquer e
tenham 0,4 mm de largura e
traçado do “Lay-out”
12 mm de extensão, Passamos a expor abaixo
considerando que a algumas considerações a
indutância total desse serem lavadas em conta no
percurso alcance cerca de 10 momento da confecção do
mH. Imaginemos, em “lay-out” com relação ao seu
seguida, que essa carga traçado, junto com as
chaveie da fonte uma respectivas justificativas,
corrente entre 10 e 70 mA, muitas destas considerações
durante um intervalo de 15 são indicadas pelo COBEI
ns – correspondente ao (Comitê Brasileiro de
acendimento de dois LED´s, Eletricidade) / ABNT



Técnicas de Bancada

Confecção da placa Deveremos colocar o decapagem ou corrosão do
de circuito impresso "Lay-out" sobre a face da cobre. Nesta fase, a placa é
placa que possua cobre e mergulha. da numa
A técnica que veremos a fazer a marcação ou furação substância que irá agir sobre
seguir é bastante simples e o de todas as ilhas e pontos as partes cobreadas
processo esta dividido em 5 necessários para a descobertas, corroendo-as e
etapas, vale lembrar que “Impressão” do "Lay-out". deixando à mostra a parte
algumas dessas etapas Punção – utiliza-se para isolante (fenolite). Os locais
podem sofrer alterações marcar ilhas e outros pontos, cobertos com a tinta não
conforme a técnica utilizada. deverá ser fino e não deverá sofrerão a corrosão, porque
ser martelado, sim, foi formada sobre eles uma
1ª Etapa – Corte e pressionado e girado para espécie de capa, protegendo
limpeza que se faça uma marca. o cobre do contato com a
Furadeira – utiliza-se para a substância corrosiva. Estes
A placa de circuito impresso
furação das ilhas e furos trechos não corroidos
deverá ser adquiria no
necessários para colocação constituirão as futuras partes
tamanho exato ou cortada,
de dissipadores e conectores condutoras da placa.
quando for necessário, de
aplicando-se já o seu A substância geralmente
acordo com o projeto. No
diâmetro final. empregada é o cloreto de
segundo caso, após o corte
ferro conhecido
da placa – que poderá ser 3ª Etapa – “Impressão”
comercialmente como
feito com segueta, serra tico- do “Lay-out”
"percloreto de ferro",
tico ou cortador de placas – Nesta explicação vamos encontrado sob a forma de
as bordas da mesma deverão considerar somente o pó ou pedra e que, antes deve
ser lixadas para que não processo em que utilizamos ser dissolvido em água, á
apresentem rebarbas do canetas, embora possam ser razão de 250 a 300 gramas
corte e para que esta fique utilizados outros processos por litro.
com as dimensões finais. tais como “silk-screen”, O tempo em que a placa
Após o corte e ajuste nas papel termo transferível, etc. deve ficar mergulhada no
suas dimensões esta deverá O primeiro passo é a percloreto de ferro, varia
sofrer um processo de pintura de todas as ilhas, com a concentração e
limpeza para retirada de toda podendo-se para isso utilizar qualidade deste; geralmente
a oxidação e impurezas um gabarito para que as ilhas 30 minutos bastam para a
presente nela. saiam no seu tamanho final e decapagem. Observe certo
Quando este processo fiquem perfeitamente cuidado na utilização do
tiver terminado não redondas. Elas também cloreto de ferro, a fim de não
deveremos mais tocar com as servirão para orientar a manchar roupas ou corroer
mãos sobre o cobre para que pintura do restante do "Lay- outros objetos metálicos que
o mesmo não fique marcado out". As trilhas sempre que estejam nas proximidades.
pelo sal e pela gordura de possível deverão ser pintadas Procure utilizar portanto, um
nossas mãos, assim sendo utilizando-se uma régua recipiente de vidro ou
deveremos utilizar luvas de como guia, e as grandes plástico para executar esta
borracha ou pegar a placa superfícies deverão ter o seu operação.
somente pelas suas bordas. perímetro pintado em
primeiro lugar passando 5ª Etapa – Limpeza final
2ª Etapa – Marcação ou
então ao seu preenchimento e proteção
furação
conforme o projeto. Feita a decapagem, lave a placa
Esta etapa será aplicada
com água e seque-a em seguida.
somente no processo de 4ª Etapa – Banho de
Com acetona ou alcool e um
“Impressão” em que se corrosão ou decapagem
pedaço de algodão, remova a
utiliza caneta. A próxima etapa é a de



tinta protetora das partes fornecimento de uma de ácido sulfúrico de 1:7 (ou
condutoras. corrente contínua de 1,5 a 2,5 15%, digamos), e houver à
Para facilitar a soldagem A para cada 100 cm2 de disposição 250 g de ácido
e mesmo para proteção alumínio - o que pode ser sulfúrico numa concentração
contra oxidação, obtido tanto por uma fonte de 50%, a quantidade de
recomendamos que se passe retificadora variável, como água destilada a ser
um verniz apropriado sobre por baterias de grande adicionada é de 583 g
a placa. Um bom verniz pode capacidade acopladas a um Atenção: todo o cuidado
ser feito com breu e álcool, apropriado reostato, a fim de é pouco ao manipular esses
dissolvendo-se 50 a 100 manter a corrente dentro dos ácidos. Em primeiro lugar,
gramas de breu para cada limites estabelecidos. sempre adicione o ácido à
litro de álcool. Passado o Na eletrólise, o alumínio água, e não a água ao ácido.
verniz, sua placa está pronta faz as vezes do anodo, ao Não esqueça de reservar um
para receber os passo que o catodo é local de trabalho bem
componentes. formado por uma peça de ventilado e de não fumar
chumbo. As áreas (devido à produção de gás
Anodização de superficiais de alumínio e oxidrilo, que é altamente
caixas e peças de chumbo devem ser combustível); além disso, é
Alúminio aproximadamente iguais. conveniente proteger suas
A obtenção dos’ produtos roupas com um avental, suas
Anodização é um processo químicos n~o deve mãos com luvas de borracha
pelo qual uma fina película representar problemas, ou plástico e também seus
de óxido é depositada sobre embora dificílmente sejam olhos.
o alumínio - protegendo-o encontrados nas E preciso pensar também
contra corrosão, arranhões e concentrações pedidas. A no meio ambiente: assim que
impressões digitais. solução de soda caústica, por os compostos químicos
Representa, em muitos exemplo, é preparada tiverem sido utilizados e não
casos, uma boa alternativa à misturando-se 10 gramas de forem mais necessários, é
pintura pura e simples do hidróxido de sódio em 100 recomendável neutralizá-los,
metal, além de geralmente ml de água destilada; esse antes de jogá-los fora. Os
ter melhor aparência. preparado, aliás, não pode dois ácidos empregados no
Indo direto ao assunto, ser armazenado em processo podem ser
vejamos a relaçâo de recipientes de vidro, mas neutralizados com a solução
materiais necessários: apenas nos de plástico. A de soda caústica (talvez seja
- Solução de soda caústica concentração de ácido nítrico melhor fazer um pouco mais
(1:10); não é crítica: basta dessa solução, logo de início,
- Ácido nítrico; acrescentar uma parte de prevendo esta etapa). Os
- Solução de ácido sulfúrico ácido para cada 9 partes de mais conscenciosos poderão
(1:7); água destilada. até mesmo testar o pH dos
- Água destilada; A preparação da solução líquidos, antes de se desfazer
- Uma peça de chumbo; de ácidio sulfúrico é um deles; para isso pode-se usar
- Um recipiente adequado; pouco mais complicada, pois um peagâmetro ou os
- Fonte de alimentação é preciso usar a seguinte tradicionais papéis
variável ou uma bateria fórmula: indicadores - como a
adequada. m1 = m2(x%-y%)/y%, onde fenolftaleína, que fica incolor
Devido ao ácido m1 = água destilada, em nos ácidos, mas torna-se
sulfúrico, o tanque de gramas vermelha em meio alcalino.
anodização deve ser de vidro m2 = ácido sulfúrico, em
ou plástico, além de amplo o gramas
suficiente para seus Anodizando
x% = concentração de ácido
objetivos. Banheiras para sulfúrico Tomadas todas as
revelação fotográfica podem y% = concentração da precauções necessárias,
ser uma boa opção, assim solução ácida desejada podemos então por mãos à
como grandes garrafas ou Assim, por exemplo, se obra. Antes de mais nada, é
botijões plásticos com o topo for necessária uma solução preciso uniformizar a
cortado. É indispensável o superfície do metal com uma



lixa d’água, tomando o processo todo pode ser
cuidado de não sobreaquecê- considerado encerrado
lo, a fim de não provocar quando a corrente diminui
manchas durante a de valor; a peça de alumínio
anodização. Em seguida, deve passar por uma
deve-se imergir a peça por 10 lavagem em água destilada
minutos na solução de soda depois de cada etapa do
caústica (à temperatura mesmo.
ambiente), para remover A última providência
toda e qualquer gordura da consiste em manter a peça de
mesma. A descoloração que alumínio em água fervente
normalmente ocorre nesse por 15 minutos, em média, o
estágio pode ser eliminada que tem o efeito de “curar o
submetendo o alumínio a revestimento, fechando os
uma decapagem na solução poros do óxido.
1:10 de ácido nítrico.
Só então é que deve ser feita
a eletrólise propriamente
dita. Suspende-se a chapa de
chumbo dentro do
recipiente, mergulhada na
solução de ácido sulfúrico e
ligada ao terminal negativo
da fonte ou bateria. A peça
de alumínio vai então
conectada ao terminal
positivo, através de algum
outro objeto de alumínio (já
que outros materiais podem
dissolver durante o
processo). Uma solução
adequada seria prender a
peça por meio de uma
pequena morsa de alumínio,
daquelas usadas em
modelismo, com a rosca
devidamente “preparada”,
conforme o exemplo da
figura 1. Nesse caso, o cabo
de alimentação é firmemente
parafusado à morsa e a peça
a ser tratada deve ser um
pouco maior que o requerido
- já que não ocorre
anodização sob os pontos de
contato da rosca.
Mantendo a solução
numa temperatura de 16 a
200C (que convém
inspecionar com freqüência),
o processo tomará cerca de
uma hora. Talvez seja
necessário resfriar a solução
de vez em quando, além de
agitá-la ocasionalmente. O


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