Placas de Circuito Impresso

Origem Anteriormente à invenção dos transistores os circuitos eletrônicos baseavam-se em válvulas à vácuo que, por serem relativamente grandes, dispensavam maiores preocupações quanto à redução do tamanho da montagem final.

Origem Nos circuitos à válvula, geralmente estas eram montadas sobre um chassi de chapa metálica. A interligação entre os componentes principias era feita pela parte de baixo do chassi.

Origem Quando não eram necessárias válvulas, ou somente algumas, a maior parte do circuito era montado em ponte de terminais, sendo as ligações feita por fios ou pelos próprios componentes.

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Origem A invenção do circuito impresso foi creditado a um engenheiro austríaco chamado Paul Eisler (1907 1995), em 1936. Paul Eisler patenteou um método de se corroer uma camada de cobre sobre uma superfície isolante, semelhante ao método que utilizamos hoje em dia.

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Origem Existe também registro de uma patente norte-americana de 1925, em nome de Charles Ducas, que propunha depositar uma tinta condutiva sobre um substrato isolante, que deu origem à expressão Circuito Impresso.

Origem A primeira vez que os circuitos impressos foram usados de uma forma mais ampla foi por volta de 1943, quando foram empregados em equipamentos de rádio para uso militar, onde era essencial que o circuito funcionasse em situações extremamente adversas.

Origem Após a Segunda Guerra Mundial os circuitos impressos foram usados em outras aplicações e, com o advento dos transistores, tornou-se a forma mais comum de construção de circuitos transistorizados. Atualmente, as Placas de Circuito Impresso (PCIs) são amplamente utilizadas em todos os tipos de equipamentos eletrônicos.

Constituição O material inicialmente utilizado na fabricação de placas de circuito impresso foi uma chapa conhecida como Fenolite, que na verdade era originalmente uma marca comercial de um fabricante de chapas isolantes utilizadas em máquinas elétricas e transformadores.

Constituição As chapas de fenolite são fabricadas através de uma mistura de resina fenólica com serragem de madeira, o que a deixa com tom variando entre marrom claro e marrom escuro. A mistura é moldada e prensada a quente em forma de chapas.

Desvantagem Composição à base de celulose: em ambientes úmidos, certa quantidade água é absorvida, prejudicando as suas propriedades isolantes e fazendo com que as placas empenem.

FV Na tentativa de corrigir os problemas apresentados pela fenolite, foram desenvolvidas na década de 60 as placas conhecidas como Fibra de Vidro.

FV Composição As chapas de FV na verdade são compostas em grande parte por resina epóxi e existe apenas uma fina manta interna de tecido de fibra de vidro. O uso da resina epóxi torna as placas de FV totalmente impermeáveis, entretanto, com dureza semelhante à do granito, o que dificulta o corte e a furação.

FV - Composição Além do mais, as chapas de FV costumam ser 30% mais caras do que as de fenolite. Entretanto, devido à sua excelente capacidade isolante e estabilidade dimensional, a grande maioria das PCIs de equipamentos eletrônicos são feitas de FV, ficando as de fenolite restritas a projetos menores ou quando se utiliza uma técnica mais artesanal na fabricação.

NBR 8188/83 FR-2: Placas de Circuito Impresso de Fenolite FR-4: Placas de Circuito Impresso de Fibra de Vidro FR = Flame Resistant

PTFE Para aplicações com frequência muito elevada (> 10 10 Hz), PCIs de Fenolite ou FV podem apresentar problemas de polarização dielétrica. Para isso, foram criadas PCIs onde o material isolante utilizado é o politetrafluoroetileno (PTFE), material mais conhecido pelo nome comercial Teflon. Têm preço muito elevado.

Poliester Estas PCIs são utilizadas quando há necessidade de flexibilidade, como por exemplo em notebooks, agendas telefônicas, telefones celulares, tablets, book readers, entre outros. Sua fabricação demanda cuidados especiais e seu preço é relativamente elevado.

MCPCB Tipo de placa especial que sido utilizada com mais frequência nos últimos anos, a Metal Clad Printed Circuit Board. Consiste de uma placa de alumínio com 2mm a 3mm de espessura, sobre qual é depositada uma camada de material dielétrico (geralmente óxido de alumínio) e uma camada condutora de cobre.

MCPCB Este tipo de placa é normalmente utilizado quando se necessita de grande dissipação de calor. Sua principal aplicação é na montagem de diodos emissores de luz (LED) de alta potência, encontrando também uso em conversores DC-DC e em sistemas de injeção eletrônica de combustíveis.

Material Condutor Em todas as PCIs citadas, o material condutor utilizado é o cobre, devido à excelente condutividade elétrica e característica mecânica que permite pequenas espessuras. Em geral, as PCIs são chamadas de cobre a uma onça, pois a área de 1 pé quadrado pesa uma onça (28,34g).

Material Condutor Espessura da camada de Cobre: ½ Onça: espessura de 18µm 1 Onça: espessura de 35µm Para aplicações especiais, existem placas de 3 e até de 5 onças.

Espessura x Corrente Apesar de aparentemente muito pouco espessa, a camada de cobre existente na face de uma placa de circuito impresso possibilita a condução de corrente elétrica em níveis elevados.

NBR 8188/89

SMD A partir de 1975 começaram a surgir PCIs com uma nova classe de componentes, chamados SMD (surface mount devices dispositivos para montagem em superfície). Estes não continham terminais longos que requeressem furos na PCI, o que dispensava uma das etapas de fabricação.

SMD Os componentes vêm em rolos e são, num primeiro momento, colados precisamente em seus locais na placa através de um robô. Em seguida, a placa é levada a um banho de solda que fixa os terminais à trilha. Posteriormente, componentes de maiores dimensões são soldados com técnicas tradicionais.

Layers e Vias Como resultado das pequenas dimensões dos SMDs, surgiu a necessidade de se projetar placas com trilhas em camadas intermediárias, além das trilhas normalmente existentes nas faces superior e inferior da placa. Algumas placas chegam a ter trilhas em 16 camadas, chamadas de layers.

Layers e Vias Um circuito com 4 layers significa que a placa de circuito impresso possui trilhas nas faces superior e inferior e também duas camadas metálicas intermediárias, onde igualmente existem trilhas gravadas. Geralmente os layers intermediários são usados para a alimentação elétrica dos componentes, ou para controle de ruído eletromagnético (plano de terra).

Layers e Vias As trilhas existentes nas diferentes camadas são interligadas através de orifícios cuja superfície interna recebe um revestimento metálico, através de um processo eletroquímico. Estes orifícios metalizados são chamados de vias.

Layers e Vias Nos projetos que empregam exclusivamente SMDs, as vias servem unicamente como meio de interligação entre layers; se forem usados componentes tradicionais com terminais na forma de fios, os orifícios de vias podem ser usados também para a fixação e soldagem desses terminais.

Layers e Vias

Layers e Vias Placas-mãe de computadores costumam ter 4, 6 ou 8 layers.

Importância A criação de um projeto na Engenharia Eletrônica normalmente se utiliza de protoboards em suas fases iniciais. Entretanto, para a apresentação final com exposição ou para trabalhos que objetivam um produto final, a criação de uma placa de circuito impresso vai além de capricho: é essencial.