Um guia completo para projeto e montagem de PCB

No projeto de PCB, você precisa desenvolver diagramas esquemáticos de circuitos e diagramas de layout de PCB. Este projeto de PCB inclui o posicionamento dos componentes e o roteamento do caminho elétrico. Já na montagem de PCB, os fabricantes de PCB instalam os componentes eletrônicos de acordo com o projeto do PCB. Esses componentes incluem capacitores, resistores e circuitos integrados.

Entender o que é um PCB, como projetar um PCB e o que é uma montagem de PCB pode ajudar a garantir

 Montagem precisa de placas de circuito impresso. O papel de um projetista de PCB é garantir que o projeto e o layout do PCB sejam adequados para serviços de montagem confiáveis ​​e levar em consideração os materiais dos quais a placa de circuito é composta.

O que é uma PCB?

Vamos começar com o básico: o que é uma PCB? A placa de circuito impresso (PCB) é uma placa plana que fornece suporte mecânico e conexão elétrica aos componentes eletrônicos por meio de circuitos condutores, pads e outras estruturas gravadas em folha de cobre.

Essas placas de circuito são o núcleo dos produtos eletrônicos modernos. Entender o que é uma montagem de PCB ajuda os engenheiros a desenvolver diversos produtos, desde dispositivos vestíveis até controladores industriais.

Do que são feitas as placas de circuito?

Uma placa de circuito impresso não é uma placa única. Ela possui inúmeras camadas. Curiosamente, cada camada é desenvolvida para desempenhar uma função específica. Você lerá os detalhes abaixo.

Substrate

O substrato é o substrato básico. Qual é a sua função? Ele torna as camadas condutoras estáveis. Consequentemente, ele combate o calor, a tensão e as cargas elétricas.

Materiais de substrato comuns:

FR4:

FR4 é um epóxi bastante popular. Em dispositivos modernos, características repelentes à água tornaram-se cruciais. Por isso, os fabricantes de PCBs contemporâneos preferem trabalhar com materiais FR4.

Poliimida:

O material de poliimida torna a base do PCB flexível. Isso ajuda o PCB a se flexionar e se adaptar às superfícies. Este material oferece baixo ruído eletrônico e funciona em altas temperaturas.

Cerâmica:

Eles organizam caminhos condutores nas superfícies do PCB. Como este material possui excelentes propriedades elétricas, ele não permite que as peças do PCB, como sistemas de comunicação e RF, retenham calor excessivo.

Substratos com núcleo metálico:

Substratos com núcleo metálico geralmente são feitos de alumínio ou cobre. Eles combatem a geração problemática de calor. Esse é um recurso essencial para aplicações como equipamentos de energia e LEDs.

Camadas de Cobre

As rotas elétricas que conectam os componentes são feitas de camadas de cobre. Essas camadas são usadas para a transmissão de sinais e energia na placa de circuito impresso.

Propriedades das camadas de cobre:

Condutividade: O cobre, sendo um metal altamente condutor, permite melhor transmissão de sinal e energia.

Espessura de cobre:A espessura do cobre afeta a quantidade de corrente que o PCB transportará.

Espessuras comuns de cobre:

Cobre padrão (1 oz/ft²):

1 oz/ft² indica o peso do cobre espalhado por um pé quadrado, correspondendo a uma espessura de aproximadamente 35 mícrons.

Cobre pesado (2-10 oz/ft²):

É uma película mais espessa para a condução de grandes correntes. Você pode encontrar esse material em fontes de alimentação e controladores de motores.

Camada Dielétrica

Entre as camadas de cobre, há uma camada dielétrica, um material isolante. Isso evita curtos-circuitos, garantindo o funcionamento correto da placa de circuito impresso.

Lista de propriedades de materiais dielétricos:

Constante dielétrica

A constante dielétrica mede a capacidade de armazenamento de energia elétrica de um material. Valores de constante dielétrica mais altos indicam quanta carga elétrica o material absorve em comparação com o vácuo. Valores mais baixos são adequados para peças que permitem velocidades de sinal maiores, como linhas de transmissão de micro-ondas, RF e circuitos digitais.

Tangente de Perda

Indica a propagação da potência do sinal, que é absorvida pelo material como energia térmica. Dependendo de sua estrutura e da indução da resina de vidro, Df é adequado para montagens de alta frequência.

Opções de materiais:

.  Resina epóxi

.  PTFE (politetrafluoroetileno)

.  Cerâmica Dielétrica

máscara de solda

As máscaras de solda são uma laca fina. São feitas de polímero. Essa camada protege os traços de cobre. Em muitos casos, sempre há uma chance de oxidação.

Funções da Máscara de Solda:

Reduz Pontes: Impede que a solda flua na direção errada

Proteção de cobre: Previne oxidação e corrosão.

Mais fácil de visualizar: Traços e almofadas de cobre são mais visíveis.

Silkscreen

Serigrafia — a camada superior impressa na máscara de solda. Ela fornece rótulos e dicas para auxiliar na montagem e organização dos problemas.

Finalidade da serigrafia:

Rotulagem de componentes: Etiquetas de peças, pinos e direções

Orientação de montagem: Auxilia na colocação de componentes, seja manualmente ou por meio de automação.

Auxiliar de Teste: Marca os pontos de teste e conexões críticas para fins de teste.

Exemplos de materiais de fabricação avançados

Um caso de uso especializado para PCBs requer materiais de PCB avançados porque há demandas adicionais a serem atendidas.

Como projetar um PCB?

Por onde começar a montar conjuntos de PCB? Envolve as mesmas etapas. Mas precisão, criatividade e capacidade técnica são primordiais. Isso atenderá a cada etapa, como bom funcionamento, produtividade e orçamento.

Etapas detalhadas do projeto:

.  Identificar as necessidades de design

.  Roteamento

.  Planos de energia e solo

.  Simulação e Verificação

.  Verificações de regras de design

.  Geração de arquivos

Identificar as necessidades de design

Dê o primeiro passo elaborando uma lista de funcionalidades das PCBs. Isso depende das condições ambientais específicas do produto. Mencione o tamanho necessário, as dimensões detalhadas, a necessidade de camadas e o posicionamento dos componentes.

Projeto esquemático:

Os projetistas de PCB criam o design visual de uma PCB. Por que eles fazem isso? O motivo é mostrar como os componentes serão interconectados. Além disso, será fácil detectar erros. Portanto, é recomendável focar em uma documentação precisa.

Planos de energia e aterramento:

Representa as áreas contínuas mais amplas. Concentra-se na distribuição da tensão de alimentação e dos sinais elétricos. O ruído nos sinais pode frequentemente ser minimizado pela separação.

Simulação e Verificação:

Use um software especializado para construir um modelo virtual. Dessa forma, você pode analisar as reflexões do sinal, o comportamento eletrônico, os pontos de alta temperatura ou problemas de diafonia.

Verificações de regras de design:

Verificações automatizadas garantem que seu layout esteja em conformidade com as tolerâncias de fabricação, como largura mínima do traço, distância entre traços (espaçamento) e tamanho da via.

Geração de arquivo:

Exportar arquivos como Gerber e arquivos de perfuração, além de outros documentos de fabricação. Você deve verificá-los cuidadosamente para garantir que correspondam ao que você está projetando.

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O que é PCB Assembly?

A montagem de PCB (PCBA) converte uma PCB comum em um circuito eletrônico completo por meio da montagem e soldagem de componentes. Isso significa que há tecnologia e medidas concretas que permitem que cada peça desempenhe seu papel com eficiência.

Existem os principais tipos de métodos de montagem de PCB:

Tecnologia de montagem em superfície

Os componentes são fixados à superfície do PCB. A Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT) auxilia na instalação de mais componentes por unidade de área e, portanto, é adequada para dispositivos miniaturizados modernos.

THT

Para soldar componentes com terminais, você deve inseri-los em furos pré-perfurados. Para maior resistência mecânica, os componentes do conector são removidos do THT.

Tecnologia Mista:

Integra SMT e THT para aproveitar o melhor dos dois mundos.

Como montar uma PCB?

Você projetou e fabricou um PCB, então o que vem a seguir? O próximo passo é a montagem. Os fabricantes de PCB instalam pequenas peças por toda a placa. Vamos ler as diferentes etapas envolvidas no PCBA.

Aplicação de pasta de solda

Os fabricantes de PCB podem aplicar pasta de solda na placa, o que proporciona adesão temporária às peças.

Processo:

Um estêncil de aço inoxidável com furos é colocado sobre a placa de circuito impresso. Pasta de solda — uma mistura de fluxo e pó de solda — é aplicada sobre o estêncil com um rodo. Essa pasta adere apenas onde as almofadas ficam expostas. Os componentes serão colocados sobre ela.

Posicionamento de componente

Os componentes são colocados na placa de circuito impresso em áreas onde já foram aplicadas lacunas de pasta de solda. Esta etapa pode ser feita à máquina ou manualmente, dependendo do projeto.

Máquinas que transportam produtos de um ponto da fábrica para outro automaticamente são chamadas de máquinas automáticas de coleta e colocação. Os componentes são posicionados com extrema precisão por máquinas miniaturizadas de alta velocidade.

Essas máquinas leem o arquivo de projeto para saber onde cada componente deve ser inserido. As peças são retiradas de bobinas ou bandejas e colocadas diretamente na pasta de solda.

Colocação manual:

Adequado para projetos únicos, de maior e menor volume. Os operadores posicionam manualmente componentes grandes, como conectores ou transformadores.

Soldadura por refluxo

Soldagem por refluxo, usada em componentes de tecnologia de montagem em superfície (SMT). Isso permite que a pasta de solda se liquefaça e endureça posteriormente. Ela cria conexões elétricas que não só são muito duráveis, como também possuem resistência mecânica.

Processo:

A placa de circuito impresso (PCB) de pasta de solda foi colocada na correia que vai para um forno de refluxo. A placa passa pelo seguinte processo de aquecimento gradual em um forno:

Pré-aquecimento: Comece com aquecimento lento para garantir que o choque térmico seja evitado.

Absorver: Mantém a temperatura estável para obter ativação do fluxo da pasta de solda.

Refluxo:Aumenta a temperatura que liquefaz a solda (~250°C para solda sem chumbo)

Resfriamento: Reduza lentamente a temperatura para congelar a solda.

Soldadura em onda

Para componentes through-hole (THT), usamos soldagem por onda. Isso é mais eficaz quando os terminais das peças são inseridos em furos na placa de circuito impresso.

Processo:

Segurando-a em ângulo, a placa de circuito impresso é conduzida por um fluxo de solda derretida. A solda é aplicada aos terminais expostos e preenche os furos, criando conexões fortes.

Limpeza:

Empresas de montagem de PCB incorporam IPA em componentes com solda limpa. Isso ajuda significativamente a remover resíduos de fluxo e poeira da placa.

AOI

Câmeras escaneiam a placa em busca de componentes instalados incorretamente. A AOI também identifica soldas defeituosas, como solda insuficiente, pontes, etc.

Inspeção de raios-X:

Aplique em juntas de solda invisíveis, como em peças Ball Grid Array (BGA). Detecção in situ de vazios, rachaduras ou solda insuficiente abaixo do componente.

Teste funcional

O teste funcional é importante para verificar todo o conjunto, e não apenas os componentes. Nesta etapa, as fontes de energia são aplicadas para alimentar o dispositivo.

É a etapa final para verificar se as peças estão funcionando corretamente ou não, sob simulação em tempo real.

Dicas do projeto de PCB à montagem

Você seria um especialista em conceitos básicos de projeto e montagem de PCBs. No entanto, aqui, você encontrará algumas dicas muito úteis para aprimorar seu projeto e montagem.

A primeira etapa é o Design:

1. Esquemas precisos são algo com que você deve ter muito cuidado. Recomenda-se incorporar símbolos e rótulos visíveis.

2. A segunda dica é verificar novamente o seu layout. Isso é importante porque reduzirá a diafonia e a duração do sinal.

3. A melhor dica é incorporar o DRC para que você possa identificar os problemas a tempo.

2ª Etapa é a Montagem:

1. Procure sempre um fornecedor confiável, pois ele pode lhe fornecer peças de primeira qualidade.

2. Simultaneamente, escolha soldagem por refluxo ou onda para fazer juntas muito potentes.

3. Nunca se esqueça de fazer um teste de inspeção. Isso ajudará a identificar quaisquer componentes faltantes.

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Conclusão:

Antes de chegar a uma conclusão, você precisa ter compreendido os fundamentos do projeto e da montagem de PCBs. Você leu as etapas acima para projetar uma PCB e os materiais do substrato do núcleo. Além disso, como você pode garantir o sucesso da montagem de PCBs?

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