O que são placas de circuito impresso?

Finalidade das PCBs
 

Placas de circuito impresso, ou PCBs, são estruturas que contêm e conectam circuitos elétricos. Elas funcionam como o cérebro do sistema, conectando componentes para ativar diferentes funcionalidades. Também chamadas de PCAs (montagens de circuitos impressos) ou CCAs (montagens de placas de circuito).

As PCBs são onipresentes na tecnologia atual. Elas representam a tendência geral em tecnologia em que sistemas de maior potência ocupam menos espaço físico. Embora com tamanhos variados, as PCBs geralmente exigem muito menos espaço físico em um projeto de produto do que outras formas de fiação elétrica. Essa qualidade das PCBs de economia de espaço é um de seus principais pontos de atração no desenvolvimento de produtos modernos.

Outro recurso importante das PCBs é sua adaptabilidade. Devido à natureza modular de construção, as PCBs podem ser adaptadas para atender a uma ampla variedade de funções, dependendo do seu caso de uso específico. Em última análise, as PCBs servem para conectar circuitos eletrônicos, alimentando, assim, muitos dos dispositivos eletrônicos dos quais dependemos atualmente, de smartphones a sistemas industriais.

Como as PCBs são feitas?

Vista aproximada de uma PCB

Fabricação de PCBs

Compostas por uma, duas ou várias layers, as PCBs são construídas por layers alternadas de um metal condutor – geralmente cobre – e uma layer de isolamento. Os caminhos condutores, ou traçados, são gravados, layer por layer, no metal de cobre. Isso pode ser feito de duas maneiras. O primeiro método tem uma folha de cobre completa sendo colocada sobre a placa. Em seguida, os caminhos desejados para os traçados são mascarados, e uma máquina remove o excesso de cobre, deixando o metal condutor apenas nos locais onde o projetista pretendia que houvesse traçados.

Como alternativa, é possível deixar apenas os caminhos dos traçados expostos e mergulhar a placa em uma solução de cobre. Esse método reveste em cobre apenas as partes expostas da layer, resultando no mesmo produto final que o método anterior. Este segundo método é às vezes preferido quando há produção em larga escala ou para PCBs com múltiplas layers, pois pode ser mais econômico e reduz o desperdício de cobre. Independentemente do método, esse processo é repetido até que a placa atinja o número desejado de layers. A montagem completa de todas as layers da PCB é frequentemente chamada de "pilha de layers" ou "stackup".

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Quem está envolvido no projeto da placa de circuito impresso?

As PCBs são componentes eletrônicos integrais que são necessários para uma série de funcionalidades eletrônicas. Vamos nos aprofundar e explorar alguns dos principais profissionais envolvidos no projeto, integração e produção de PCBs.

Avatar do projetista de PCB

Projetista de PCB

 

O projetista de PCB é uma função especializada dentro da engenharia eletrônica. O foco exclusivo de um projetista de PCB é o projeto e a funcionalidade das placas de circuito impresso. Muitas vezes exigindo conhecimento de ferramentas CAD, um projetista de PCB será responsável pelas fases de esquema, seleção de componentes, layout e documentação do processo de projeto.

Os projetistas de PCB precisam ter um conhecimento profundo da função da placa em particular que estão projetando e são responsáveis por tomar decisões como o nível apropriado de rigidez na placa, o material principal ideal e outras decisões materiais/organizacionais.

Avatar do projetista de PCB

Engenheiro eletrônico/Arquiteto de sistemas

 

Um engenheiro eletrônico ou arquiteto de sistemas, função mais ampla do que a de um projetista de PCB, é responsável por visualizar a integração de uma PCB no sistema elétrico maior. Isso pode envolver mapear conexões entre PCBs e outras entradas, ou até mesmo determinar a disposição ideal das placas em relação aos requisitos do sistema.

Em uma organização menor, os cargos de um projetista de PCB e de um engenheiro eletrônico/arquiteto de sistemas podem ser combinadas em uma só função. No entanto, é importante fazer a distinção entre o projeto da própria placa e o mapeamento geral e a visualização do sistema elétrico geral.

Engenheiro mecânico

 

Um engenheiro mecânico será capaz de oferecer uma perspectiva única sobre o ajuste geral da peça e fornecer orientações sobre como uma peça pode ser modificada ou um projeto alterado para melhor integração no projeto geral do produto. Envolver um engenheiro mecânico é fundamental quando se trata de integrar a PCB ao projeto geral do produto.

Além das funções acima, um engenheiro mecânico terá um insight mais aprofundado sobre como incorporar melhor o gerenciamento térmico ao produto em geral para evitar o superaquecimento do sistema, o que é uma grande preocupação durante o projeto e a implementação da PCB.

Fabricante da PCB

 

Os fabricantes de PCBs também são alguns dos principais profissionais do processo de projeto, integração e produção de PCB. Responsáveis pela aquisição dos materiais necessários para fabricar as PCBs, os fabricantes da PCB devem estar envolvidos em conversas durante todo o processo de projeto, pois eles fornecem uma perspectiva inestimável sobre quais recursos estão disponíveis para executar os projetos que estão sendo desenvolvidos por indivíduos nos cargos acima.

Além disso, a fabricação das PCBs representa uma parte significativa do orçamento para qualquer produto que contenha PCBs, especialmente para sistemas mais complexos. Como tal, os fabricantes de PCBs representam um grupo importante a ser envolvido em conversas sobre custos projetados, o que é fundamental ao apresentar uma proposta de projeto aos gestores.

Onde as placas de circuito impresso são usadas?

As PCBs são encontradas em quase todos os dispositivos tecnológicos modernos, de dispositivos inteligentes pessoais até grandes sistemas industriais. Conheça melhor alguns desses setores abaixo.

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Nossas soluções para placas de circuito impresso

O SOLIDWORKS oferece uma variedade de ferramentas para dar suporte a sistemas elétricos em seu portfólio do SOLIDWORKS Electrical, incluindo aquelas que suportam a integração de PCBs em projetos CAD. Vamos dar uma olhada.

CircuitWorks para SOLIDWORKS

captura de tela do CircuitWorks

O CircuitWorks é um complemento disponível no software SOLIDWORKS CAD. O CircuitWorks traz o desenvolvimento de projetos de PCB para o ecossistema do SOLIDWORKS, permitindo maior integração entre as equipes de ECAD e MCAD. O CircuitWorks é uma ferramenta de colaboração que permite aos usuários importar diretamente informações de layout de PCB para seus projetos paramétricos no SOLIDWORKS e definir montagens dentro do SOLIDWORKS, que podem ser enviadas para a ferramenta de PCB de sua escolha. Essa concepção de projeto bidirecional garante que o CircuitWorks se adapte à sua forma de trabalhar, otimizando seu fluxo de trabalho

Glossário: Definição de placas de circuito impresso

Há uma terminologia exclusiva que acompanha as PCBs. Vamos definir alguns dos principais termos e conceitos relacionados ao projeto, integração e produção de PCBs.

Termo
Definição
Rastreamento

Traçado é um caminho condutivo, normalmente feito de cobre, que é gravado em sua respetiva layer da placa. Os traçados podem ser internos e externos. Traçados internos e externos diferem em suas capacidades de dissipação de calor e outras características, como largura e espessura. Vamos ver mais de perto.

Traçado interno
Um traçado interno está contido em uma layer interna da placa de circuito. Os traçados internos têm pior dissipação de calor em comparação com um traçado externo. Como tal, deve-se tomar cuidado ao selecionar a largura, a espessura e o direcionamento apropriados para esses traçados para evitar superaquecimento.

Traçado externo
De maneira inversa, um traçado externo é encontrado na parte superior ou na base da placa. Esses traçados são visíveis quando se olha para a placa montada, dando às PCBs seus padrões de linha característicos. Os traçados externos são melhores na regulação térmica do que os internos, devido à sua posição em uma face exposta da placa.

Furo

Furo em uma PCB é qualquer perfuração através de uma layer da placa. Essa abertura pode ser feita por perfuração mecânica, remoção a laser ou dissolução química. Pode haver furos estruturais feitos para prender componentes físicos à superfície da PCB ou furos para conectar as layers. A forma, o tamanho e a orientação específicos dos furos em relação um ao outro dependem dos requisitos da placa exclusiva. 

Além disso, os furos de PCB podem ser metalizados ou não metalizados: 

Furos metalizados
Um furo metalizado é um furo feito e então revestido com um metal condutor. Esses furos são especificamente projetados para conduzir eletricidade.

Furos não metalizados
Um furo não metalizado é um furo feito para passar por uma ou mais layers da PCB que não conduzem eletricidade. Geralmente são usados para fins estruturais, em vez de suportar circuitos, pois não são condutores.

Furo de passagem

Um tipo de furo metalizado, os furos de passagem permitem que os sinais sejam roteados entre as layers da PCB. Os principais tipos de furos de passagem incluem:

Furo passante
Um furo passante vai do topo da placa até a base, permitindo a conectividade através de todas as layers da placa. São uma escolha eficaz devido à sua relativa facilidade de fabricação em comparação com o uso de uma combinação de furos cegos e enterrados.

Furo cego
O furo cego fica na layer superior ou na base da PCB. Esses furos adicionam conectividade entre as layers externas e internas da placa. O que se perde em espaço de superfície disponível é o que se ganha em espaço interno da layer.

Furo enterrado
Um furo enterrado fica entre as layers internas que carregam sinal em uma ou várias layers internas. Ao contrário de um furo cego, com furos enterrados o que se perde em espaço de layer interna se ganha em espaço de superfície disponível.

Microfuro
Um microfuro é uma perfuração especializada usada em PCBs HDI (interconexão de alta densidade). Esses furos podem ser consideravelmente menores do que os tradicionais, permitindo um projeto de circuito de maior densidade, para encaixar mais funcionalidades em menos espaço.

Espaços de afastamento/acesso

Espaços de afastamento/acesso são uma expressão comum no projeto de PCBs. Estão relacionados às decisões sobre onde projetar ou não componentes na layer da placa.

 

Componentes do dispositivo de montagem na superfície (SMD)

Um componente de dispositivo de montagem em superfície (SMD) é fixado à superfície da placa por soldagem. Esses componentes não passam pela placa nas layers internas, pois um componente de furo passante o faria. Alguns tipos comuns de SMDs incluem resistores, indutores, transistores, capacitores, diodos, e controladores integrados (ICs).

 

Rigidez

A rigidez determina a flexibilidade de uma placa. Existe uma variedade de rigidez possível, com as formas mais comuns descritas abaixo:

Rígida
Uma PCB rígida é inflexível. Ainda o tipo mais comum de PCB, as placas rígidas são ideais para ambientes de baixa tensão e geometrias padrão. As placas rígidas também são relativamente simples de fabricar, em comparação com outras, e são ideais para a produção em massa também.

Flexível
Uma PCB flexível é um circuito completamente flexível. PCBs flexíveis são comumente feitos em poliimida, essencialmente um plástico altamente flexível e resistente ao calor. Ideais para geometrias irregulares devido à sua flexibilidade, as PCBs flexíveis são comumente encontradas em dispositivos como vestíveis pessoais.

Rígida-flexível
Uma PCB rígida-flexível combina elementos das PCBs rígidas e flexíveis. São placas ideais graças à sua capacidade de absorver um limiar mais elevado de choque mecânico em comparação com uma placa rígida, e à sua combinação única de flexibilidade e durabilidade por conter elementos rígidos e flexíveis. Embora possam exigir mais considerações de projeto em comparação com outros tipos de placa em relação ao raio de curvatura e deformação mecânica, essas placas, uma vez construídas, tornam-se excelentes opções para projetos personalizados e qualquer variedade de casos de uso de produtos – de aplicações pessoais até industriais.

Prepregs

Prepreg, do inglês “pre-impregnated” (pré-impregnado), é uma layer de isolamento em uma PCB com várias layers. Geralmente feitas de fibra de vidro impregnada com resina, as layers de prepreg são essenciais para a conexão e isolamento das layers de cobre da PCB. Layers de prepreg separadas, fora de seu uso na montagem do núcleo, geralmente não são necessárias em uma placa de layer única, pois há apenas uma layer condutiva neste tipo de placa e, portanto, não há necessidade da separação de layer adicional fornecida pelas prepregs.

 

Núcleos

Às vezes, um núcleo em uma PCB também é chamado de base da PCB ou substrato da placa. Os núcleos são layers pré-prensadas. O núcleo ou material de substrato é colocado entre as layers de folha de cobre e materiais prepreg, respectivamente. Os núcleos são comumente feitos de uma mistura de fibra de vidro e resina semelhante aos prepregs, conforme descrito acima, que você pode ver descritos como núcleos/PCBs "FR4". Os núcleos também podem ser feitos ou aprimorados com cerâmica para melhor condutividade térmica, ou podem ser feitos de metal para uso em uma PCB de núcleo de metal, que tem benefícios estruturais adicionais. A escolha de núcleo dependerá do caso de uso desejado e do ambiente no qual a placa será implantada.

 

Serigrafia

A serigrafia é a layer superior da PCB. Esta é uma das últimas etapas do processo de fabricação. Geralmente feita em branco, a layer de serigrafia é usada para rótulo, branding e qualquer outra informação escrita necessária na placa.

 

Máscara de solda

Às vezes também chamada de resistência de solda, cobre a PCB inteira, exceto as áreas de soldagem. Geralmente na cor verde, embora também apareçam em vermelho ou preto, as máscaras de solda ajudam a evitar curtos-circuitos por traçados de isolamento físico e elétrico na placa.

 

Arquivos Gerber

Arquivo Gerber é um tipo de arquivo de fabricação comum que é a forma padrão de comunicação das especificações da placa com um fabricante.

 

Arquivos ODB++

Arquivos ODB++ são outra maneira de comunicação entre projeto e fabricação. Eles são uma maneira eficaz de comunicar informações do projeto de PCB entre ferramentas CAD e CAM e, portanto, entre as equipes de projeto/engenharia e fabricação.