Circuito impresso
Os circuitos impressos ou placas de circuito impresso (PCI), também referidos pelas siglas PCB ou PCBA, foram criados em substituição às antigas pontes de terminais, onde se fixavam os componentes eletrônicos, em montagem conhecida, no jargão de eletrônica, como "montagem aranha", em razão da sua aparência final, onde existiam principalmente válvulas eletrônicas e seus múltiplos pinos terminais do soquete de fixação. Esses circuitos suportam mecanicamente e conectam eletricamente componentes eletrônicos usando trilhas, pads e outros, gravados em folhas de cobre laminado, em um substrato não condutor.
O desenvolvimento dos métodos usados nos circuitos impressos modernos começou no inicio do século XX. Em 1903, um inventor alemão Albert Hanson descreveu folhas laminadas para uma placa isoladora, em múltiplas camadas. Thomas Edison experimentou métodos químicos para galvanização de condutores em um papel de linho em 1904. Arthur Berry, em 1913, patenteou um método de impressão e gravação (print-and-etch) no Reino Unido. Charles Ducas, em 1927, patenteou um método de galvanoplastização de padrões de circuitos. O engenheiro austríaco Paul Eisler inventou o circuito impresso como parte de um rádio, enquanto trabalhava no Reino Unido, no final da década de 1930. Em 1941, um circuito impresso multicamadas foi usado na Alemanha para influenciar magneticamente minas navais. Por volta de 1943, os EUA começaram a usar a tecnologia em larga escala, visando a produção de mísseis de curto alcance, que foram usados na Segunda Guerra Mundial.
Inicialmente, as PCBs eram projetadas manualmente, criando uma fotomáscara em uma folha de mylar claro, geralmente em tamanho equivalente a duas ou quatro vezes o tamanho real. Partindo do diagrama esquemático, as pads dos pinos do componente eram dispostas no mylar e, em seguida, os traços eram encaminhados para ligar as pads. Traços eram feitos com fita autoadesiva. Para fabricar a placa, a fotomáscara foi reproduzida fotolitograficamente sobre um revestimento de fotorresistência nas placas em branco, revestidas com cobre. Circuitos impressos modernos são projetados com software de layout dedicado, geralmente nos seguintes passos:
A fabricação de PCI's consiste de diversos passos: 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. Os buracos são geralmente feito por uma broca de pequeno diâmetro feitas de carboneto de tungstênio. Um revestimento de carboneto de tungstênio é recomendado já 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.
PCI FAC (Fabricação assistida por computador)
A fabricação inicia com os dados de fabricação da PCI gerados por um design feito em computador (Gerber layer images, Gerber ou Excellon drill files, IPC-D-356 netlist) e informação dos componentes. Os arquivos do Gerber ou Excellon nunca são usados diretamente na fabricação do equipamento, e sim no software FAC, que realiza as seguintes funções:
Panelização
Panelização é um procedimento onde um número de PCIs 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 PCIs únicas devido a eficiência. 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.
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 branco (não condutora). Esta técnica também é usada na fabricação de circuitos híbridos. * Impressão a silk screen - Usada para PCIs com grandes características. * Fotogravação ou Transferência de imagem por processo fotográfico- Usada quando as características de largura de trilhas e espaçamento entre as mesmos são muito finas e espeçamento muito pequenos. nestes casos este tipo de processo de faz necessário. Este processo é executado através da exposição por luz ultravioleta (expositora) através de um filme (Diazo) polimerizado a película fotossensível que está aplicada na superfície cobreada, Ou esta película foto sensível é polimerizada seletivamente através de um equipamento de transferência da imagem por lazer (LDI) " Lazer Direct Imagin ", este último é possível obter muito maior precisão
Processos subtrativos, aditivos e semiaditivos
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 fotossensível que é exposto a luz por uma máscara. As partes expostas são sensíveis ao banho químico, geralmente contendo paládio 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.
Corrosão química
Corrosão química é geralmente feita com persulfato de amônia ou cloreto férrico. Para placas com buracos condutores, passos adicionais de depósito sem eletricidade são realizados depois que os buracos são feitos, então o cobre é colocado 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.
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 escaneia a placa e compara com uma imagem digital gerada pelos dados do design.
O Multiwire é uma técnica patenteada de interconexão que usa fios isolados em roteamento de máquina embutidos em uma matriz não-condutora (muitas vezes resina de plástico). Foi usado durante as décadas de 1980 e 1990. (Kollmorgen Technologies Corp, Patente U.S. 4 175 816 arquivada em 1978) Multiwire ainda está disponível em 2010 através da Hitachi. Existem outras tecnologias de cablagem discreta competitivas que foram desenvolvidas (Jumatech, folhas em camadas). Uma vez que era muito fácil empilhar interconexões (fios) dentro da matriz de inclusão, a abordagem permitiu que os designers esquecer completamente sobre o roteamento de fios (geralmente uma operação demorada de design dos circuitos impressos): Em qualquer lugar que o designer precisa de uma conexão, a máquina vai Desenhar um fio em linha reta de um local / pino para outro. Isso levou a tempos de projeto muito curtos (sem algoritmos complexos para usar mesmo para projetos de alta densidade), bem como crosstalk reduzido (o que é pior quando os fios correm paralelos uns aos outros - o que quase nunca acontece em Multiwire), embora o custo é muito alto Para competir com tecnologias de circuito impresso mais baratas quando grandes quantidades são necessárias.Correções podem ser feitas para uma placa Multiwire mais facilmente do que para um circuito impresso.
A construção de Cordwood pode economizar espaço significativo e foi frequentemente usada com componentes com terminação de arame em aplicações onde o espaço era premiado (como fusíveis, guias de mísseis e sistemas de telemetria) e em computadores de alta velocidade, onde traços curtos eram importantes. Na construção de Cordwood, os componentes com chumbo axial são montados entre dois planos paralelos. Os componentes são soldados em conjunto com jumper wire, ou podem ser conectados a outros componentes por um fina fita de níquel soldada em ângulos retos sobre o componente .Para evitar o encurtamento de diferentes camadas de interconexão, coloca-se placas de isolamento finas entre elas. Perfurações ou furos nas placas permitem que os componentes passem para a próxima camada de interconexão. Uma desvantagem deste sistema era que os componentes especiais de níquel-chumbo tinham de ser utilizados para permitir que as soldaduras de interligação fossem feitas. A expansão térmica diferencial do componente pode exercer pressão sobre as derivações dos componentes e os traços de circuitos impressos e causar danos físicos (como se viu em vários módulos no programa Apollo). Além disso, os componentes localizados no interior são difíceis de substituir. Algumas versões da Construção de Cordwood usam circuitos impressos unilaterais soldados como o método de interconexão, permitindo o uso de componentes com chumbo normal.
São chamados de Placas de Circuito impresso Multicamadas (multilayers) as placas que possuem 4, 6, 8 ou mais faces condutoras. Uma das suas principais funcionalidades é a redução do ruído originado pela Interferência eletromagnética, possibilitando assim equipamentos cada vez menores e com circuitos integrados novos (que apenas estão disponíveis em encapsulamento BGA). Os campos eletromagnéticos gerados por correntes que circulam na superfície de placas convencionais de face simples ou dupla e que emanam por todo o ambiente não são guiados por um condutor de retorno controlado (um plano de referência de terra). Este pode ser apontado como o grande problema das placas dupla face ou face simples. Mais do que isso até, não só não voltam para o terra, como tendem a interferir em circuitos adjacentes. Essa interferência pode causar mau funcionamento. Esse fenômeno de indução indesejada é conhecido como crosstalk. Muitos desses campos também irradiam para a superfície de toda a placa e também para todo o ambiente ao redor. Se acoplada a uma trilha de um circuito próximo, pode amplificar o sinal que passa por ela, pois usa a placa como uma grande antena. E quanto maior for a trilha e maior for seu loop, maior é essa amplificação e o prejuízo para o sistema e ambiente ao redor.
A placa de circuito impresso universal trata-se de uma placa isolante que apresenta em sua superfície trilhas condutoras, que representam o circuito em que serão soldados os dispositivos eletrônicos. Essa peça foi fabricada com alta tecnologia e está substituindo com eficiência as antigas pontes de terminais, e utilizada nos mais diversos setores que empregam tecnologia eletrônica, como a: A placa de circuito impresso é fabricada de acordo com o projeto apresentado pelo cliente, e em sua confecção são utilizadas apenas matérias-primas de qualidade comprovada, oferecidas por fornecedores homologados em conformidade com um rígido sistema de qualidade.
As placas de circuito impresso estão presentes em praticamente todos os equipamentos da indústria de eletroeletrônicos. O material que compõe a base, chamada laminado, de uma placa de circuito impresso, pode ter diferentes composições, alguns exemplos são: fenolite (papelão impregnado com uma resina fenólica), fibra de vidro, composite (mistura de resina fenólica com a fibra de vidro) e cerâmicos. O laminado é recoberto por uma fina camada de cobre, sobre a qual são montados os componentes eletrônicos. As conexões entre os componentes ocorrem do lado recoberto com cobre através de caminhos condutores. Os equipamentos eletrônicos contêm várias frações de materiais valiosos sendo que a maioria destas substâncias está nas placas de circuito impresso. As quantidades de metais valiosos são significativas considerando-se, por exemplo, que a concentração de ouro existente na PCI é superior à encontrada no minério de ouro bruto
