Circuito impresso: diferenças entre revisões

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Desde 1980 a tecnica de montagem em superficie vem sendo usada no lugar dos componetes "through-hole"; isso leva a menores placas para determinada função, e baixos custos de produção.
 
== '''Fabricação''' ==
A fabricação de PCI's consiste de diversos passos.
 
=== '''PCI FAC (Fabricação assistida por computador)''' ===
A fabricação inicia com os dados de fabricação da PCI gerados por um design feito em computador, como Gerber layer images, Gerber ou Excellon drill files, IPC-D-356 netlist e informação dos componentes.<ref name=":0">{{Citar web|url=http://www.epectec.com/pcb/data-requirements.html|titulo=PCB Data Requirements - Printed Circuit Board Fabrication Instructions|acessodata=2017-04-26|obra=www.epectec.com|ultimo=LLC|primeiro=Keith Arauo - Epec,|lingua=en}}</ref> Os arquivos do Gerber ou Excellon nunca são usados diretamente na fabricação do equipamento e sim no software FAC. o FAC realiza as seguintes funções:<ref>{{Citar web|url=http://www.eurocircuits.com/Frontend-data-preparation/|titulo=Front-end data preparation – Eurocircuits|acessodata=2017-04-26|obra=www.eurocircuits.com|lingua=en-US}}</ref>
 
1. Entrada dos dados de fabricação.<ref name=":0" />
 
2. Verificação dos dados
 
3. Compensação de desvios no processo de fabricação (ex. compensação de escala para distorções durante a laminação)
 
4. Panelização
 
5. Saida das ferramentas digitais (Padrões de cobre, imagem resistiva da solda, imagem legendada, arquivos da perfuração, dados para inspeção ótica automatizada, arquivos de testes elétricos, ...)<ref name=":0" />
 
=== '''Panelização''' ===
Panelização é um procedimento onde um número de PCI's são agrupados para fabricação em uma placa maior - o painel. Geralmente o painel consiste de um único design, mas as vezes vários designs são misturados em um único painel. Existem dois tipos de painel: Painel montado - geralmente chamados arrays (em série) - e fabricação de painéis de placas cruas. Os montadores geralmente montam os componentes no painel ao invés de PCI's únicas devido a eficiência.<ref>{{Citar web|url=http://www.eurocircuits.com/making-a-pcb-pcb-manufacture-step-by-step/|titulo=Making a PCB – PCB Manufacture step by step – Eurocircuits|acessodata=2017-04-26|obra=www.eurocircuits.com|lingua=en-US}}</ref> As fabricações de placas cruas sempre usam painéis, não somente para eficiência, mas por causa dos requisitos do processo de chapeamento. Portanto a fabricação de um painel pode consistir de um grupo de PCI's ou arrays, dependendo do que precisa ser entregue. <ref name=":0" />
 
O painel é eventualmente quebrado em PCI's individuais; isto é chamado despanelização. A separação é geralmente assistida por perfurações em torno dos limites dos circuitos individuais, parecido com uma folha de selos postais. Outro método, que ocupa menos espaço, é recortar sulcos em forma de "V" por toda a dimensão do painel. As placas PCI são então quebradas nessas linhas de fraqueza. Hoje em dia a despanelização é geralmente feita com lasers que cortam a placa sem contato o que reduz o stress em circuitos frágeis.<ref>{{citar livro|título=Complete PCB Design Using OrCad Capture and Layout|ultimo=Mitzner|primeiro=Kraig|editora=newnes|ano=2011|local=|páginas=443-446|acessodata=26/04/2017}}</ref>
 
=== '''Padrão de cobre''' ===
O primeiro passo é replicar o padrão do sistema FAC do fabricante em uma máscara de proteção na camada da folha de cobre da PCI. Subsequentemente raspar o cobre não desejado. (alternativamente, uma tinta condutora pode ser espalhada numa placa em brando (não condutora). Esta técnica também é usada na fabricação de circuitos híbridos.
 
1. Impressão Silk Screen usa uma tinta resistente a corrosão para criar a máscara de proteção.
 
2. Fotogravação usa uma fotomáscara e um desenvolvedor remove uma máscara sensível a UV. Técnicas de imagem direta são usadas as vezes quando é necessária uma alta resolução. Experimentos são feitos com resistência térmica.
 
3. Fresagem PCI usa um sistema de fresa de dois ou três eixos mecânicos para recortar a folha de cobre de um substrato. Uma máquina de fresa PCI (chamado "Prototizador PCI) opera de modo semelhante a uma plotter, recebendo comando do software que controla a posição da cabeça de corte no eixo "x", "y" e se relevante no "z".
 
4. Abrasão resistente a laser, espalha tinta preta no cobre laminado, e coloca em uma plotter laser. O laser scanneia a PCI e vaporiza a tinta onde não há agente resistor. (Nota: Abrasão de cobre a laser é raramente usada e é considerada experimental.
 
==== '''Alto volume''' ====
<nowiki>*</nowiki> Impressão a silk screen - Usada para PCI's com grandes características.
 
<nowiki>*</nowiki> Fotogravação - Usada quando características finas são necessárias.
 
==== '''Baixo Volume''' ====
<nowiki>*</nowiki> Impressão em um filme transparente e usa-lo como máscara junto com placas foto-sensíveis, então cauterizar. (ALternativamente usa-se um filme foto-cortável)
 
<nowiki>*</nowiki> Abrasão resistente a laser
 
<nowiki>*</nowiki> Fresagem PCI
 
==== '''Artesanais''' ====
<nowiki>*</nowiki> Impressão resistente a laser: Impressão a laser em um papel transter, transferência por calor com um ferro ou laminador modificado em uma placa crua, banho mergulhado em água, adicionado marcadores e depois é cauterizado.
 
<nowiki>*</nowiki> Filme vinyl e resistente, marcador não lavável, e outros métodos. Intensivo trabalho, só é viável para placas individuais.<ref>Itshak Taff, Hai Benron. "Liquid Photoresists for Thermal Direct Imaging". The Board Authority, October 1999.</ref>
 
=== '''Processos subtrativos, aditivos e semi-aditivos''' ===
Métodos subtrativos removem o cobre de uma placa inteira deixando somente o padrão de cobre desejado. Em métodos aditivos o padrão é posto usando eletro-placas em um substrato crú usando um processo complexo. A vantagem de métodos aditivos é que menos material é necessário e menos desperdício é produzido. No processo completo aditivo o laminado é coberto com um filme foto-sensível que é exposto a luz por uma máscara. As partes expostas são sensíveis ao banho químico, geralmente contendo palladium e similares que fazem a área exposta capaz de prender íons de metais. O laminado é então chapeado com cobre nas áreas sensíveis. Quando a máscara é retirada a PCI está pronta.
 
Semi-aditivo é o processo mais comum: A placa sem trilha já tem tem uma fina camada de cobre. Uma máscara reversa é aplicada (diferente da máscara do processo subtrativo, esta máscara expõe as partes do substrato que eventualmente se tornarão os traços). Cobre adicional é então chapeado nas partes sem máscara. Estanho-chumbo ou outras superfícies galvanizadas são aplicadas. A máscara é retirada e breves passos de fresagem removem os laminados de cobre não expostos da placa, isolando os traços individuais. Algumas placas de lado único que foram chapeadas com buracos são feitas assim. General Eletric fez conjuntos de rádios ao consumidor nos anos 60 usando placas aditivas.
 
O processo semi-aditivo é geralmente usado em placas de multicamadas já que facilita a colocação com os buracos para produzir vias condutivas na placa de circuito.<ref name=":1">{{Citar web|url=http://www.wellpcb.com/news/32-layer-printed-circuit-boards.html|titulo=http://www.wellpcb.com/news/32 Layer Printed Circuit Boards|acessodata=2017-04-27|obra=www.wellpcb.com}}</ref>
 
=== '''Corrosão química''' ===
Corrosão química é geralmente feita com persulfato de amônia ou cloreto férrico. Para placas com buracos, passos adicionais de depósito sem eletricidade são feitos depois que os buracos são feitos, então o cobre é colocado eletricamente para definir a espessura,e depois é posto uma camada de estanho/chumbo. O estanho/chumbo se torna resistente deixando o cobre ser dissolvido fora.
 
O método mais simples, usado em produção de pequenas escalas e geralmente por hobby, é a imersão em uma solução abrasiva como cloreto férrico. Comparado aos métodos de produção em massa, o tempo de abrasão é longo. Calor e agitação podem ser aplicado ao banho para acelerar a taxa de corrosão. Na corrosão com bolhas, o ar passa pelo banho para agitar a solução e acelerar a corrosão. A corrosão por jato usa um motor para direcionar o jato corrosivo na placa, o processo se tornou comercialmente obsoleto pois não é tão rápido como a corrosão por spray. Na corrosão por spray, a solução corrosiva é distribuída na placa por bicos. Ajustes de padrão do bico, taxa de fluxo, temperatura, e composição do corrosivo costumam dar um controle previsível das taxas de corrosão e alto ritmo de produção.
 
Quanto mais cobre é consumido da placa, o corrosivo vai se tornando saturado e menos eficiente; diferentes corrosivos tem diferentes capacidades para cobre, alguns chegam a 150g de cobre por litro de solução. No uso comercial, corrosivos podem ser regenerados para restaurar sua ação, e o cobre dissolvido recuperado e vendido. Corrosão em pequena escala necessita de atenção no descarte do corrosivo, que é toxico devido aos metais contidos.
 
A corrosão remove o cobre em toda a superfície exposta pelo agente resistivo. Pode ocorrer corrosão abaixo do agente resistivo o que pode causar circuitos abertos, o controle do tempo de corrosão é necessário para prevenir tal situação. Quando uma placa metálica é usada com agente resistor, podem deixar resíduos que podem causar curto circuitos entre linhas adjacentes quando muito perto uma das outras, os resíduos podem ser removidas com uma escovação depois da corrosão.<ref>R. S. Khandpur,''Printed circuit boards: design, fabrication, assembly and testing'', Tata-McGraw Hill, 2005, pages 373–378</ref>
 
=== '''Inspeção óptica automatizada das camadas internas''' ===
As camadas internas recebem uma inspeção completa antes da laminação porque erros subsequentes não podem ser corrigidos. A inspeção óptica scanneia a placa e compara com uma imagem digital gerada pelos dados do design.<ref>{{citar periódico|ultimo=Mello|primeiro=Alexandre|data=2015|titulo=SISTEMA DE INSPEÇÃO VISUAL DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO PARA LINHAS DE PRODUÇÃO EM PEQUENAS SÉRIES EM UM CONTEXTO MULTIAGENTES|jornal=|doi=|url=https://repositorio.ufsc.br/xmlui/bitstream/handle/123456789/158843/337436.pdf?sequence=1&isAllowed=y|acessadoem=26/04/2017}}</ref>
 
=== '''Laminação''' ===
Circuitos impressos de multicamadas tem trilhas dentro da placa. Isto é atingido laminando uma pilha de materiais em uma prensa aplicado pressão e calor por um período de tempo. Isto resulta em uma peça inseparável e única.<ref name=":1" />
 
=== '''Perfuração''' ===
Os buracos são geralmente feito por uma broca de pequeno diâmetro feitas de carboneto de tungstênio. Um revestimento de carboneto de tungstênio é recomendado ja que muitos materiais de placas são muito abrasivos e a perfuração precisa de uma alta RPM e alta alimentação para ter um bom custo efetivo. As brocas de perfuração precisam permanecer afiadas para não danificar o circuito. Perfurar com aço em alta velocidade é inviável já que as brocas vão desgastar rapidamente e assim rasgar o cobre e danificar o circuito. A perfuração é feita com máquinas automáticas com os lugares de furo controlados por uma fita de furo, ou arquivo de furo. Estes arquivos gerados por computador são chamados ''numerically controlled drill (''NCD), os arquivos descrevem a localização e tamanho de cada furo.
 
Os furos podem ser condutores, feito por galvanoplastia ou inserção de ilhós de metal (oco), para ligar eletricamente e termicamente as camadas da placa. Alguns orifícios condutores são destinados para a inserção de componente de passagem. Outros, tipicamente menores e usados ​​para conectar camadas da placa, são chamados vias.
 
Quando vias muito pequenas são necessárias, a perfuração com brocas é cara devido a altas taxas de desgaste e quebra. Neste caso, as vias podem ser perfuradas a laser - evaporadas por lasers. Vias perfuradas por laser normalmente têm um acabamento de superfície inferior dentro do buraco. Estes furos são chamados micro vias.
 
Também é possível com perfuração de profundidade controlada, perfuração a laser ou por pré-perfuração das folhas individuais do PCI antes da laminação, para produzir furos que conectam apenas algumas das camadas de cobre, ao invés de passar por toda a placa. Esses furos são chamados de vias cegas quando conectam uma camada interna de cobre a uma camada externa, ou vias enterradas quando conectam duas ou mais camadas internas de cobre e sem camadas externas.<ref>{{Citar web|url=https://www.ourpcb.com/pcb-assembly|titulo=pcb assembly,pcb assembly quote,Printed Circuit Board Assembly - OURPCB|acessodata=2017-04-27|obra=www.ourpcb.com|lingua=en-US}}</ref>
 
As paredes de furo para tábuas com duas ou mais camadas podem ser feitas condutoras e então galvanizadas com cobre para formar furos banhados. Esses furos conectam eletricamente as camadas condutoras do PCI. Para placas multicamadas, aquelas com três camadas ou mais, a perfuração produz tipicamente um resíduo dos produtos de decomposição a alta temperatura do agente de ligação no sistema laminado. Antes que os furos possam ser banhados, estes resíduos devem ser removidos por um processo químico de desmoldagem, ou por corrosão com plasma. O processo de desmagnetização assegura que uma boa conexão é feita às camadas de cobre quando o furo é chapeado completamente. Em placas de alta confiabilidade um processo chamado etch-back é realizado quimicamente com permanganato de potássio à base de corrosivo ou plasma. O corrosivo remove a resina e as fibras de vidro de modo que as camadas de cobre se estendem para dentro do orifício e à medida que o orifício é chapeado tornam-se integrais com o cobre depositado. <ref>{{Citar web|url=http://electronics.macdermid.com/products-and-applications/omg/|titulo=MacDermid Electronics :: Legacy Electrochemicals|acessodata=2017-04-27|obra=electronics.macdermid.com|lingua=en}}</ref>
 
=== '''Chapeamento e revestimento''' ===
PCI's são banhados com solda, estanho ou ouro sobre o níquel como um agente resistor à corrosão para corroer o cobre subjacente desnecessário.<ref>{{Citar livro|url=https://www.nap.edu/read/11515/chapter/13#81|título=Appendix F Sample Fabrication Sequence for a Standard Printed Circuit Board {{!}} Linkages: Manufacturing Trends in Electronics Interconnection Technology {{!}} The National Academies Press|lingua=en|doi=10.17226/11515}}</ref>
 
Depois que as PCI's são gravadas e banhadas com águas, a máscara de solda é aplicada, e em seguida, qualquer cobre exposto é revestido com solda, níquel / ouro ou algum outro revestimento anticorrosivo.<ref>{{Citar web|url=http://www.uyemura.com/solder-joint-reliability-of-gold-surface-finishes-ENIG-ENEPIG-DIG.htm|titulo=Solder Joint Reliability of Gold Surface Finishes (ENIG, ENEPIG, DIG)|acessodata=2017-04-27|obra=www.uyemura.com}}</ref>
 
É importante usar a solda compatível com a PCI e as peças usadas. Um exemplo é a BGA usando bolas de solda de estanho-chumbo para conexões perdendo suas bolas em traços de cobre cru ou usando pasta de solda sem chumbo.
 
A migração eletroquímica é o crescimento de filamentos metálicos condutores em uma placa de circuito impresso sob a influência de um viés de tensão DC.<ref>Publication IPC-TR-476A, "Electrochemical Migration: Electrically Induced Failures in Printed Wiring Assemblies," Northbrook, IL, May 1997</ref> Prata, zinco e alumínio são conhecidos por formar linhas sob a influência de um campo elétrico. A prata também cria caminhos condutivos na presença de haleto e outros íons, tornando-se uma má escolha para uso eletrônico. Estanho também cria trilhas devido à tensão na superfície chapeada. Estanho-chumbo ou solda revestida também cria trilhas, apenas reduzido pela percentagem de estanho substituído. Reflow para fundir a solda ou a placa do estanho para aliviar o stress de superfície reduz a incidência do das trilhas criadas com condução. Outra questão de revestimento é a praga de estanho, a transformação do estanho em um alótropo em pó a baixa temperatura.<ref>{{citar livro|título=Printed Circuits Handbook|ultimo=Coombs|primeiro=Clyde|editora=McGraw-Hill Education|ano=2007|local=|páginas=|acessodata=}}</ref>
 
=== '''Aplicações de resistentes a solda''' ===
As áreas que não devem ser soldadas podem ser cobertas com máscara de solda.Um revestimento fotossensível é aplicado à superfície da placa, depois exposto à luz através da película/máscara e finalmente as áreas não expostas são retiradas. A máscara usada é semelhante ao filme usado para o para chapeamento ou gravura da placa. Uma vez comum, mas não mais comumente usados por causa de sua baixa precisão e resolução. A resistência da solda também fornece proteção contra o ambiente.<ref>[http://www.coates.de/ccp/connections/liquid.pdf "liquid photoimageable solder masks"] (PDF). Coates Circuit Products. Retrieved 2 Sep 2012.</ref>
 
=== '''Teste de placas''' ===
Placas não montadas são geralmente testadas para procurar aberturar e curtos. Um curto é uma conexão entre dois pontos que não deveria existir e a abertura é uma conexão faltando que deveria existir. Para uma produção de alto volume um adaptador com uma agulha rígida é usado para fazer contato com ás áreas de cobre na placa, porém tem um custo fixo por placa, por isso esse método só é viável para produções de alto valo ou volume. Para pequenos e médios volumes é usado testadores flutuantes com controladores de eixos, “x”,”y” e “z” para fazer contato com a placa. O teste é realizado aplicando voltagem a cada ponto de contato e verificando se ela chega no ponto de destino.<ref>{{Citar web|url=http://www.eurocircuits.com/Electrical-test/|titulo=Electrical test. – Eurocircuits|acessodata=2017-04-27|obra=www.eurocircuits.com|lingua=en-US}}</ref>
 
=== '''Montagem''' ===
Na montagem a placa é preenchida com os componentes elétricos para formar uma placa de circuito impresso funcional. Na montagem em placas com furos, os componentes são inseridos nos mesmos envoltos por condutores, os furos mantem os componentes no lugar. Na montagem de placas com componentes na superfície, os mesmo são colocados em alinhados com os condutores e uma pasta de solda, previamente aplicada na placa segura os componentes no lugar. Caso a montagem tenha que ser feita dos dois lado, os componentes são primeiros colados na placa e depois soldados.
 
Existe uma variedade de técnicas de solda usadas para anexar os componentes na placa. Na produção de alto volume geralmente é feito com uma máquina que pega e coloca os componentes e depois os solda, mas técnicos habilidosos também conseguem soldar partes muito pequenas a mão com um microscópio, usando pinças uma ponta de solda muito pequena para protótipos de pequeno volume. Algumas partes não podem ser soldadas a mão, como BGA's.
 
Geralmente a solda com furos e superficial devem ser combinadas em uma única montagem porque alguns componente só estão disponível para montagem superficial e outros só por furos. Outro motivo é porque a solda com furos da mais força para componente resistirem ao stress físico, enquanto componentes que não ficaram expostos ao toque são soldados na superfície por usarem menos espaço.
 
Depois que a placa é montada ela pode ser testada de vários modos:
 
<nowiki>*</nowiki> Enquanto desligada: Inspeção visual, Inspeção ótica automatizada, análise de assinatura analógica.
 
<nowiki>*</nowiki> Enquanto ligada: Testes dentro do circuito onde medições físicas podem ser feitas (como exemplo a voltagem).
 
Para facilitar estes teste a placa pode ser feita com áreas extras para conexões temporárias serem feitas. Algumas vezes essas áreas devem ser isoladas com resistores. O teste dentro do circuito também pode ser feito usando um scanner de limites em alguns componentes e também para programar componentes de memória não voláteis na placa.
 
No scanner de limites é feito um teste em vários CI's na placa formando conexões temporárias para verificar se os mesmo estão funcionando corretamente. Isso é feito usando configurações de teste padrões , sendo o mais comum o teste de juntas (JTAG- Joint Test Action Group) cuja arquitetura permite testar interconexões entre circuitos na placa sem usar pontas de prova físicas. As ferramentas do vendedor de JTAG fornecem vários tipos de estímulos a algoritmos sofisticados, não somente para detectar redes de falha, mas também para isolar as falhas para redes específicas, dispositivos e pinos.
 
Quando uma placa falha no teste, os técnicos podem dessoldar e substituir os componentes que estão falhando, uma tarefa conhecida como retrabalho.<ref>Borkes, Tom. [http://www.smta.org/files/smta_techscan_0201_overview.pdf "SMTA TechScan Compendium: 0201 Design, Assembly and Process"] (PDF). Surface Mount Technology Association. Retrieved 2010-01-11.</ref><ref>Ayob, M.; Kendall, G. (2005). "A Triple Objective Function with a Chebychev Dynamic Pick-and-place Point Specification Approach to Optimise the Surface Mount Placement Machine". ''European Journal of Operational Research''. '''164''' (3): 609–626. </ref><ref>Ayob, M.; Kendall, G. (2008). "A Survey of Surface Mount Device Placement Machine Optidmisation: Machine Classification". ''European Journal of Operational Research''. </ref>
 
=== '''Proteção e embalagem''' ===
PCI's feitos para ambientes extremos geralmente tem um revestimento “conformal” que é aplicado mergulhando depois dos componentes terem sido soldados. O revestimento previne a corrosão e vazamentos de corrente por condensação. Os revestimentos modernos são geralmente mergulhados em solução de silicone, poliuretano, acrílico ou epóxi. Outra técnica para a aplicação do revestimento é a pulverização do plástico em uma câmara a vácuo. A desvantagem do revestimento é que a manutenção da placa fica extremamente difícil.<ref>{{citar livro|título=Intro To Embedded Systems|ultimo=Shibu|primeiro=|editora=Tata McGraw-Hill|ano=2009|local=|páginas=293|acessodata=27/04/2017}}</ref>
 
== Design ==