Como projetar PCBs?

Os projetos de PCB começam quando um engenheiro eletrônico escolhe os componentes necessários para executar as funções do produto final e, em seguida, determina a melhor maneira de conectar esses componentes eletricamente.
O design fornece ao fabricante muitas informações, incluindo a dimensão da placa de circuito impresso, tamanhos e posições dos furos e definição mecânica geral; também pode incorporar notas referentes ao tipo de material, especificações, requisitos UL, máscara de solda e requisitos de teste.

 

CAD: Criando Hardware com Software

Enquanto Design PCB antes eram reproduzidos manualmente em filme mylar, agora são criados usando o software Computer Aided Design (CAD). O software CAD determina automaticamente as rotas para os condutores, reduzindo o trabalho manual necessário. A maioria dos fornecedores de CAD fornece uma biblioteca de formas e tamanhos de componentes disponíveis. Essas formas e tamanhos são conhecidos como contornos. A área onde esses componentes entram em contato com a placa é chamada de footprint.

Selecionando Materiais

Como uma variedade de espessuras de cobre, propriedades de epóxi e tipos de trama de vidro estão disponíveis, o projetista deve definir a combinação desejada. Uma consideração importante é a composição do prepreg – o agente que une as camadas de um PCB multicamada. Prepreg (ou resina de estágio B) é um pano de vidro que foi impregnado com epóxi e depois parcialmente curado. Existem 3 propriedades básicas: térmica, elétrica e química.

Especificando acabamentos metálicos

O cobre é usado como condutor na maioria dos PCBs em produção e, se não for protegido, manchará e impedirá a soldagem adequada dos componentes à placa nua. Um metal que não mancha ou que demora a manchar é aplicado para proteger as superfícies de cobre expostas do PCB. Os acabamentos de superfície metálica variam em preço, prazo de validade, confiabilidade e processamento de montagem. Alguns dos acabamentos de superfície populares estão listados abaixo:

  • Nivelamento de solda a ar quente (HASL): o PCB é mergulhado em um banho de solda derretida (estanho-chumbo).
  • Electroless Immersion Gold (ENIG): Este é um dos melhores e mais populares métodos de acabamento RoHS. ENIG oferece excelente umectação, coplanaridade, oxidação e longa vida útil.
  • Imersão de Prata
  • Preservativo Orgânico de Soldagem (OSP): OSP é um composto orgânico à base de água compatível com RoHS que se liga seletivamente ao cobre e fornece uma camada orgânica/metálica que protege o cobre durante a soldagem.
  • HASL sem chumbo: O banho fundido é livre de chumbo e RoHS. Ele usa uma liga modificada de níquel para dar resultados semelhantes.

Criando a folha de empilhamento

Como etapa final, o designer cria uma folha empilhada que fornece uma visão geral do quadro.

 

Gerando dados de fabricação

  • Especificações internas ou da indústria
  • Requisitos do Laboratório de Subscritores (UL)
  • Requisitos de teste
  • Especificações personalizadas

Transferindo o projeto para o fabricante

Os formatos de transferência de dados mais usados ​​são usados ​​abaixo:

  • Gerber e seu derivado, Gerber RS-274X.
  • ODB++, GenCAM e PIC-D-350.

Convertendo o design para ferramental

O processo de fabricação começa com a transferência dos dados eletrônicos recebidos do projetista, usando programas especiais conhecidos como software Computer Aided Manufacturing (CAM). O CAM permite que o fabricante execute:

  • Executando Panelização e Foto-ferramentas

O processo de panelização consiste em múltiplas imagens de PCB para preencher toda a superfície do painel de laminado de forma mais econômica. Recursos auxiliares: números de camada, símbolos UL, bordas e cupons de teste são adicionados ao painel. Em seguida, ele é transferido para a plotadora de fotos: uma máquina que desenha a imagem em painel com luz laser através do processo de imagem. A imagem final é desenhada em filme fotográfico.

A imagem direta a laser (LDI) é outro método de aplicação ou exposição do Design PCB para o painel de fabricação, criando imagens diretas dos circuitos para o painel de fabricação usando um poderoso laser.

  • Gerando Dados de Perfuração e Roteamento

Gerar a broca numericamente controlada (NC) e os dados de roteamento para transmissão para a seção de perfuração.

  • Inspeção de Programação e Dados de Teste

Os fabricantes usam a inspeção óptica automática (AOI) para encontrar quebras ou curtos no roteamento da PCB. O fabricante programa a memória AOI usando uma placa dourada ou dados CAD como referência. A máquina AOI escaneia a placa sob inspeção e a compara com a placa dourada. No caso de incompatibilidade, a máquina identificava a localização dos defeitos.

A placa nua é testada eletricamente para garantir que o projeto original seja seguido. Existem dois métodos para testar.

  • Teste Golden Board: Este método é usado principalmente quando nenhum Gerber ou dados eletrônicos estão disponíveis para gerar a arte usada no fabricante da placa de circuito impresso. Produtos legados que geralmente são de furos, placas simples de 2, 4 ou até 6 camadas ainda são testados dessa maneira.
  • Teste de Netlist: Este método pode ser usado quando os dados Gerber estão disponíveis. É realizado quando todas as redes (uma sequência de pontos ao longo de um circuito) podem ser extraídas das informações fornecidas. Onde o teste da placa dourada é um teste de comparação, o netlist testa todos os pontos, garantindo uma alta confiança na integridade elétrica. Este verdadeiro teste elétrico de ponto a ponto está a apenas um passo do desenho esquemático real do PCB.

 

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