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De Que São Feitas as Placas de Circuito

De Que São Placas de Circuito, As placas de PCB encontram-se em todos os dispositivos que usamos diariamente.

Seja o smartphone ou uma simples calculadora, a sua funcionalidade depende do desempenho dos PCB.

Sabe de que são feitas as placas de circuito de PCB? 

PCB vs PCBA – Quais as diferenças?

Por acaso já abriu o seu iPhone para ver o que está lá dentro?

Se o fizer, encontrará apenas algumas coisas, como o digitalizador, a bateria, a solda e, claro, o PCB.

A placa lógica é o que mantém seu iPhone a funcionar, e qualquer dano que sofra, impedirá o seu telefone de se ligar novamente.

O desenho da placa de circuito compacto do iPhone X, por exemplo, impressionou muitos analistas e técnicos.

É um feito de engenharia que poucas empresas conseguiram superar.

Então, o que torna as placas de circuito tão únicas?

O que torna uma placa de circuito melhor do que a outra? Em que consiste uma placa de circuito?

Nós preparamos este guia útil onde pode saber mais sobre os materiais usados para fazer um PCB.

Pode igualmente ficar com uma ideia de como um fabricante os produz. Vamos começar por ver do que são feitas as placas de circuito.

Em seguida, veremos como pode fazer você mesmo as suas placas de circuito.

1. De que são feitas as Placas de Circuito de PCB

As placas de circuito são também conhecidas como placas de circuito impresso ou PCB’s.

Elas controlam os diferentes equipamentos eletrónicos e elétricos e as ferramentas que usamos todos os dias.

A maioria dos PCB’s é formada pela combinação de duas ou mais camadas, dependendo da complexidade e natureza do dispositivo em que serão utilizados.

Os PCB utilizam uma variedade de materiais na sua composição.

Uma camada pode ser feita de fibra de vidro ou resina derivada do papel.

Outros materiais, como cobre, máscara de solda e camadas de serigrafia, são também usados.

Em seguida, ficaremos a saber de que materiais são feitas as placas de circuito de PCB.

De Que São Placas de Circuito

Imagem 1: PCB

2. De que Materiais são Feitas as Placas de Circuito

O PCB é geralmente feito a partir de quatro camadas de material ligadas entre si por calor, pressão e outros métodos.

Quatro das camadas de um PCB são feitas de substrato, cobre, máscara de solda e serigrafia.

O substrato é geralmente constituído por fibra de vidro, também conhecida como FR4.

FR refere-se ao retardador de fogo e fornece a base do PCB.

A camada de substrato é a mais espessa de qualquer PCB, embora a sua espessura varie.

É a camada que oferece rigidez ao PCB.

Também pode ser feita a partir de materiais flexíveis que, por vezes, podem também ser esticados.

Recentemente, muitos materiais inovadores estão a ser usados para criar o substrato, alguns dos quais baseados em plantas.

Outros materiais também usados para fazer o substrato, são o epóxi ou os fenólicos.

As placas feitas de resina epóxi são sensíveis à temperatura e a laminação pode desaparecer rapidamente, em alguns casos.

Pode encontrar facilmente essas placas económicas no mercado e reconhecê-las pelo cheiro que exalam.

O material também precisa que os componentes lhe sejam soldados.

Feitas as Placas de Circuito

Imagem 2: Material de PCB

Pode encontrar estes materiais de substrato em dispositivos eletrónicos de consumo, de baixo custo.

Os substratos feitos de materiais inferiores, como os fenólicos, vêm com uma baixa decomposição térmica, o que resulta na sua delaminação.

Também podem criar fumo ou carbonizar se usar o ferro de soldar durante muito tempo sobre eles.

A seguinte camada a aplicar na placa é o cobre, que é ligado através de adesivo industrial ou calor.

A camada de cobre pode estar presente num dos lados do PCB ou em ambos os lados do substrato.

Os aparelhos eletrónicos simples fazem uso de PCB’s apenas com uma camada de cobre num dos lados.

As camadas de cobre são muito mais finas e delicadas do que o substrato.

O cobre usado em PCB’s é referido por peso e apresentado em quilos por metro quadrado.

A maioria dos PCB comuns vêm com um teor de cobre de 0.3052 quilos por metro quadrado.

A quantidade de cobre presente no PCB determina a quantidade de energia que ele irá trocar.

Há uma camada superior verde no PCB, conhecida como máscara de solda, que é aplicada sobre a camada de cobre de forma a entrar em contato com as outras partes elétricas.

Por cima da máscara de solda, é fornecida uma camada de serigrafia a fim de criar marcas e etiquetas para a colocação dos vários componentes.

Em seguida, vamos ver como pode desenvolver uma placa de circuito personalizada utilizando uma aplicação de computador.

3. Placas de Circuitos Personalizadas

Sabemos que os PCB são elementos complexos, pelo que pode tornar-se um pouco difícil para hobistas desenhar um circuito de trabalho por sua conta.

A primeira coisa que vai precisar é de um software confiável para criar o projeto do seu PCB.

Em seguida, pode usar muitas soluções de desenho de PCB, tais como o Eagle, da Cadsoft Computer, que faz um excelente trabalho de projeto de PCB’s.

Preparar a Vista Esquemática

Em primeiro lugar, tem que preparar a vista esquemática para criar o seu PCB personalizado.

Aceda à biblioteca de componentes presente no seu software de desenho e coloque-os no ecrã.

Em seguida, conecte os pinos junto com as linhas que simbolizam as conexões elétricas no software.

O mesmo número de peça pode confundi-lo um pouco, devido às várias opções existentes.

Os diferentes pacotes podem incluir o chip montado na superfície ou uma caixa Dual-in-line (DIP).

Se é um hobista ou se está com um projeto Faça-Você-Mesmo em mãos, faz sentido optar por sistemas em pacotes (SIP) ou DIP’s significativos e percetíveis.

Você pode encontrá-los facilmente e estes sistemas tornam muito mais fácil a soldagem em comparação com dispositivos montados na superfície, reservados para aplicações comerciais.

As diferentes opções de embalagem podem parecer semelhantes, na vista esquemática.

No entanto, vão começar a parecer diferentes quando mudar para a vista de layout para iniciar o seu projeto.

Além de posicionar as suas interconexões e componentes, terá que fornecer os sinais de terra e energia necessários ; para este efeito, pode utilizar os recursos GND, VDD e VCC que encontrará na Biblioteca Eagle.

É importante que não se esqueça de integrar igualmente os conectores na placa de forma a poder utilizar o aterramento e a energia.

Nesta fase, também poderá incluir qualquer dispositivo externo que queira, como um potenciómetro ou LED’s.

O seu projeto precisa agora de passar por uma verificação de regras elétricas ou ERC, depois de tudo devidamente posicionado.

O teste é crucial para garantir que não existem erros, que dificultariam a funcionalidade da sua placa de circuito.

Alguns problemas comuns são os fios que parecem estar conectados, mas na realidade não estão.

Pode verificar pequenos pontos no software Eagle, através da representação das interseções de conexão dos fios.

Outros problemas podem incluir sinais de terra e energia que se esqueceu de conectar.

Lembre-se, então, que os testes automatizados não vão confirmar que a sua placa vai realizar a ação desejada, mas podem sempre validar as propriedades elétricas do seu projeto.

Preparar a Vista Esquemática

Imagem 3: Diagrama Esquemático e Vista de Layout

Aceda à Vista de Layout da Placa

Depois de ter feito tudo o que é necessário na vista esquemática, tem que ativar a vista de layout da placa.

Ao ativar a vista de layout, vai encontrar os componentes espalhados aleatoriamente no seu software Eagle.

Também vai verificar que os fios se conectam diretamente aos pinos.

Para tornar a imagem um pouco menos confusa, mova os componentes até que eles façam sentido.

Por exemplo, você pode mover os conectores para as bordas para que tudo faça mais sentido.

Ainda tem muito trabalho a fazer para produzir a placa de circuito.

Então, tem que fazer corresponder os sinais às camadas, mas lembre-se que as diferentes camadas presentes na mesma camada não devem tocar umas nas outras.

A versão profissional da solução Eagle vem com um recurso de auto-layout que pode encaminhar os sinais com um único clique.

No entanto, os utilizadores da versão padrão têm que o fazer eles próprios.

Também pode encontrar uma solução de desenho no seu fabricante PCB para esta etapa.

Depois de ter estabelecido os sinais, chegou a hora de executar a DRC ou a verificação de desenho.

A verificação garante se os orifícios foram perfurados suficientemente perto de uma linha de sinal.

Também avisa se os traços não estiverem a uma distância ótima um do outro ou da borda da placa.

Pode personalizar as regras, e às vezes o seu vendedor de PCB poderá disponibilizar um arquivo que pode ser integrado na solução Eagle, com os valores DRC especificados.

Em seguida, se o seu projeto passar no DRC, pode avançar para o carregamento dos seus arquivos de desenho.

Deve utilizar uma camada específica para adicionar letras de serigrafia na parte superior.

A impressão irá ajudá-lo a saber que componente se encaixa, onde apresentar os números de peças e os esboços.

Isto permite evitar erros, como por exemplo, colocar uma resistência de 100K em vez de uma de 1K.

Um arquivo Gerber revela a linguagem do desenho do PCB, e a placa 3each pode ter muitos arquivos associados.

Terá um arquivo separado para especificações das almofadas de solda e arquivos diferentes para cada camada.

Os arquivos de perfuração também carregam as especificações da perfuração.

Pode, então, enviar o projeto ao seu fabricante, que poderá usar outro programa para apresentar a aparência final das camadas, e também poderá saber se os componentes têm o tamanho certo para caber nos orifícios.

Com isto, você chegou ao fim da criação de uma placa de circuito personalizado através de um software de desenho.

Em seguida, vamos explorar como o fabricante produz o PCB.

fabricante produz o PCB.

Imagem 4: Vista de Layout

4. Como são feitas as placas de circuito

Até agora, você aprendeu como personalizar o seu PCB.

A tecnologia de PCB é complicada e é preciso passar por um processo de fabricação em várias fases.

Também terá que escolher um fabricante com todo o equipamento de alta precisão necessário para dar vida ao seu projeto.

Vamos abordar resumidamente o processo de fabricação de PCB’s, apenas para si.

1. Fazer o Substrato

Pode pensar em PCB como sanduíches com várias camadas.

O material de base que se encontra no meio é conhecido como substrato. Por isso, o material do substrato é responsável por dar largura ao PCB.

Se observar um PCB pelo ângulo lateral, vai constatar que a camada mais grossa é o substrato.

Tradicionalmente, os PCB eram feitos com substrato de fibra de vidro, que é rígida.

Hoje em dia, pode encontrar material de substrato flexível.

Muitos materiais podem ser usados, mas a opção padrão é usar um plástico especial para o substrato que possa tolerar altas temperaturas.

O material usado para fazer o substrato geralmente é espalhado; o fabricante mergulha-o, então, ou borrifa-o com resina epóxi.

Em seguida, o material é enrolado para obter a espessura desejada, como se se estivesse a enrolar a massa de uma torta com um rolo.

Os rolos param quando o substrato atinge a espessura desejada, e o substrato passa para uma nova etapa em que é colocado no forno para se tornar sólido e firme.

Após concluir este passo, você terá criado a primeira camada do seu PCB.

2. As Camadas de Cobre

As camadas de cobre são essenciais para transportar a eletricidade através de seu PCB.

Dependendo da finalidade, os PCB’s têm um desenho simples ou complexo.

Para além da camada de base do substrato, as camadas de cobre são outro componente essencial.

O seu PCB terá uma única camada de cobre aplicada na parte superior ou duas camadas em ambos os lados do substrato.

O PCB também pode ter numerosas camadas com outro cobre e substrato.

Alguns PCB usados em dispositivos avançados ou smartphones têm mais de 12 ou 16 camadas de cobre.

As camadas de cobre são muito menores em largura do que as camadas de substrato e não terá eletricidade fluindo no seu circuito se elas não existirem.

O fabricante pode utilizar uma combinação de diferentes métodos para ligar o cobre à superfície do substrato.

Qualquer método padrão envolve o uso de calor, pressão e adesivo para que as camadas de cobre sejam fixadas firmemente no substrato.

Pode passar o seu PCB para a perfuração depois do cobre estar ligado ao substrato.

Para que o seu dispositivo funcione, é necessário que o PCB transmita carga para os pontos certos, de uma camada para outra, na placa.

Terá que criar orifícios chamados de via para haver fluidez.

O fabricante tem várias opções para perfurar o PCB e pode utilizar um laser de CO2, um laser UV ou outro equipamento.

A precisão e a eficiência da máquina de perfuração determinam a precisão e a complexidade do PCB.

Tem que limpar quaisquer detritos existentes nos orifícios ou qualquer material que possa ter permanecido após o processo de perfuração.

Também podem ser rebarbados para que qualquer material adicional possa aderir ao PCB.

Depois disso, os lados internos dos vias são revestidos de cobre para transportar a carga de uma camada da placa de circuito para outra.

Em seguida, deve imprimir o padrão do circuito no PCB.

O fabricante pode implantar o cobre com precisão seguindo o projeto para concluir a placa.

Caso contrário, podem aplicar cobre em toda a placa e, em seguida, remover o cobre para gravar o padrão do circuito.

O PCB pode ser submetido a um banho alcalino para remover qualquer cobre extra desnecessário.

Nesta fase, o que precisa adicionar no PCB são os outros componentes, tais como transístores, capacitores, ou LED’s.

Pode soldar as peças no PCB através dum ferro de soldar.

Antes de adicionar as componentes, o PCB é submetido a uma série de testes elétricos através de um testador de rede ou de uma sonda voadora, a fim de garantir que não há curto-circuitos ou conexões abertas.

O seu fabricante também pode usar uma máquina para bombear as peças no seu PCB.

De Que São Placas de Circuito

Imagem 5: Padrões de Cobre

3. A Máscara de Solda Final

Os metais que permanecem expostos na placa de circuito podem ser danificados.

A natureza do cobre é enferrujar, o que tornará o seu PCB inútil.

Pode proteger adequadamente o revestimento de cobre e outros componentes do PCB, adicionando uma camada de proteção extra no topo.

Geralmente, os fabricantes usam ouro, níquel ou chumbo-estanho em partes específicas e vulneráveis do PCB.

Finalmente, o fabricante aplica outra camada no topo a que chamamos máscara de solda.

A cor verde que vê no PCB é devida à aplicação da camada de máscara de solda; a máscara de solda também tem outras funções além de cobrir e proteger todas as peças de metal que não precisam de formar conexões, como garantir que a corrente flui para os lugares certos seguindo caminhos absolutos.

Às vezes, também pode encontrar uma camada de serigrafia em cima da máscara de solda, que é usada para gravar etiquetas nas peças necessárias.

Para concluir, o fabricante irá aparar e retirar qualquer material extra ou peças desnecessárias do seu PCB.

Feitas as Placas de Circuito

Imagem 6: Máscara de Solda Verde

5. Conclusão

As placas de circuito podem ser difíceis de criar, especialmente porque há muitos fatores envolvidos.

Por um lado, você tem que garantir o uso do cobre e da solda adequados.

Saber o que compõe as placas de circuito pode ajudá-lo a visualizar a placa precisa para o seu negócio.

A criação de placas de circuitos requer conhecimentos especializados e equipamentos de precisão.

É igualmente importante ter um fabricante confiável e experiente que possa construir o PCB com precisão e de acordo com as suas especificações.

Entre em contato connosco para fabricarmos e darmos vida ao seu projeto de placa de circuito personalizado!

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