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  • 1. Projeto de Placas de Circuito Impresso Mauricio Kugler 14 de outubro de 2004

2. To fcil quanto copiar este arquivo referenci-lo em seu trabalho. c 2004, Mauricio Kugler www.mauricio.kugler.com 3. Sumrio1 Introduo12 Procedimentos de Projeto 22.1 Criao de biblioteca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22.2 Denio de componentes em Mentor . . . . . . . . . . . . . . .32.3 Criao de componentes pelo projetista .. . . . . . . . . . . . .52.4 Criao de componentes por bibliotecrios . . . . . . . . . . . . .82.5 Captura de esquemticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82.6 Empacotamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7 Posicionamento dos componentes . . . . .. . . . . . . . . . . . . 122.8 Roteamento . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 132.9 Complemento do roteamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.10 Gerao dos dados de fabricao . . . . .. . . . . . . . . . . . . 193 Anlise Trmica 224 Anlise de Compatibilidade Eletromagntica235 Processos de Fabricao e Montagem245.1 Gerao de fotolitos . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 245.2 Fabricao de PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.2.1 Processo Subtrativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.2.2 Processo Aditivo . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 315.2.3 Fresagem . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 335.3 Tcnicas de montagem de componentes desuperfcie. . . . . . . 336 Projetos de Referncia36 4. Lista de Figuras 1Smbolo eltrico e suas propriedades associadas . . . . . . . . ..4 2Geometria de uma cpsula SO14 . . . . . . . . . . . . . . . . ..6 3Representao de terminais e furos de passagem . . . . . . . . . .7 4Resultado de um roteamento por grid . . . . . . . . . . . . . .. 14 5Construo de um grcos de escape . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6Fotoploter a laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 7Esquema das camadas de uma placa de circuito impresso . . .. 26 8Sensibilizao dos painis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 9Tanques de corroso, deposio e lavagem dos painis . . . . . . 28 10 Prensagem das camadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29 11 Conjunto de furadeiras automticas . . . . . . . . . . . . . . . . 30 12 Aplicao da mscara de solda . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31 13 Fitas de bolhas para a montagem de componentes de superfcie . 33Lista de Tabelas 1Larguras e distncias das diferentes classes de traado . . . . . .16 Agradecimentos Agradeo a todos que colaboraram no meu aprendizado sobre o assunto e naconfeco desse material, em especial ao colega de trabalho Reginato DomingosScremim e ao professor Gilson Yukiu Sato. 5. 1IntroduoAtualmente, a complexidade dos sistemas eletrnicos vem crescendo de formacada vez mais rpida, exigindo uma conseqente evoluo nos processos de pro-jeto e fabricao de placas de circuito impresso. Mais componentes em um menorespao, mais pinos por componentes, distncias e furos cada vez menores e umnmero de camadas nunca antes imaginado vm se tornando rotina no desen-volvimento de PCB, exigindo dos projetistas novas tcnicas, novas ferramentase novos procedimentos.A Siemens adota, desde 1994, as ferramentas Mentor Graphics1 para o de-senvolvimento de placas de circuito impresso, desde a criao de bibliotecas ato roteamento e a gerao de dados para a fabricao. Estas ferramentas soutilizadas tanto no Brasil quanto em outros pases onde existem empresas dogrupo Siemens (Alemanha, EUA, Argentina, dentre outros), permitindo a pa-dronizao dos dados, o que torna possvel o compartilhamento de informaes eo desenvolvimento conjunto de projetos. As ferramentas Mentor apresentam umgrau de complexidade bastante grande, sendo utilizadas no desenvolvimento deplacas de circuito impresso complexas, cujo desenvolvimento seria invivel emoutros ambientes. Como diferenciao, as ferramentas Mentor apresentam umaabrangncia total das etapas de desenvolvimento de um projeto de hardware,indo desde a captura de diagramas eltricos at a gerao dos dados de fotoplo-tagem, passando por simuladores analgicos e digitais, anlise trmica, anlisede interferncia eletromagntica, dentre outros. Todos esses processamentos sorealizados sobre uma mesma base de dados, possibilitando o desenvolvimentoparalelo, tornando o processo muito mais produtivo. Alm disso, todo o sistemade arquivos Mentor baseado em arquivos ASCII, possibilitando uma grandeexibilidade para o projetista na alterao de parmetros e conguraes, almda soluo de problemas. Outra vantagem a estruturao hierrquica doscomponentes e esquemticos. No ciclo de desenvolvimento das placas de cir-cuito impresso na Siemens, so utilizadas, alm das ferramentas destinadas aoprojeto da placa efetivamente, ferramentas de anlise trmica, anlise de com-patibilidade eletromagntica e ferramentas de ps-processamento de placas, asquais sero descritas adiante.Devido ao considervel aumento de complexidade dos projetos de PCB, sefaz necessria uma seqncia bem denida de passos a serem seguidos no seudesenvolvimento, a qual ser descrita a seguir. Estes passos no so mera ar-bitragem, mas sim, o resultado da longa experincia adquirida pelos projetistasda Siemens ao longo dos anos.Para a garantia do funcionamento de uma placa de circuito impresso antesde sua fabricao, cada vez mais se faz uso de simulaes, que minimizam anecessidade de prottipos, reduzindo os custos nais da empresa. As simulaesmais importantes referentes ao projeto de placas de circuito impresso so a si-mulao Trmica e a de Compatibilidade Eletromagntica, que sero analisadasmais adiante.Atualmente, muita importncia tambm dada aos processos que iro seraplicados depois do projeto de uma placa, no que se diz respeito possibilidadee facilidade de fabricao, montagem e testes. Esses conceitos so conhecidoscomo DFM (Design for Manufacturing) e DFT (Design for Testability).1 Endereo eletrnico: 6. 2 Procedimentos de ProjetoO desenvolvimento das placas pode ser dividido, somente para referncia, emquatro grandes blocos: Criao de biblioteca; Captura de esquemtico; Projeto da ao impressa; Gerao dos dados de fabricao;2.1Criao de bibliotecaA Siemens possui um sistema de numerao de seus produtos que os organizaem nveis hierrquicos, onde cada bloco de um produto possui um nmero espe-cco. Estes nmeros esto organizados num sistema de listas chamado TGB,organizadas em um grande banco de dados comum para todas as unidades Si-emens no mundo. O sistema TGB dividido em duas grandes partes: o TGDe o TBB. No primeiro cam armazenadas as listas bsicas dos produtos Sie-mens, sua descrio, instrues de montagem, desenhos de construo, ou seja,como um produto deve ser feito e todos os componentes utilizados no mesmo.No TBB, onde so especicados matrias primas, fornecedores, e tudo que serelaciona com o que usar para fazer um produto. Em relao s placas de cir-cuito impresso, no sistema TBB, so cadastrados os componentes, com as suascaractersticas fsicas e fornecedores possveis, bem como as caractersticas decada tipo de placa de circuito impresso, possveis fabricantes e os dados exigidospor cada um deles. Porm, para o projeto de uma placa de circuito impresso, osistema de listas TGD o mais importante.Uma lista a descrio de um produto, onde esto relacionados todos osblocos que ele contm, indicando assim o que necessrio para que este produtoseja fabricado. Uma lista de nvel hierrquico alto normalmente possui apenasblocos comuns a vrios produtos; estes blocos, por sua vez, tambm possuemsuas listas, formando uma rvore onde os nveis mais inferiores so os que contmefetivamente os componentes eletrnicos a serem utilizados na fabricao de umproduto. Por exemplo, para vrios tipos de telefone fabricados na Siemens, ogancho de todos eles o mesmo; assim, a lista de nvel mais alto possui apenastrs componentes: a lista do gancho, a lista do circuito interno e a lista dacarcaa. Embaixo da lista do circuito interno, temos a relao dos componentesque vo montados na placa e a placa efetivamente. Na lista da carcaa, estorelacionados as peas mecnicas a serem utilizadas, bem como cada tipo deparafuso. Na lista do gancho, teremos a carcaa do gancho e o seu circuitointerno. Assim, quanto mais complexo o produto, maior a sua rvore delistas e mais ramicaes ela possui.No caso dos componentes, que so o nvel mais baixo dessa hierarquia, noexiste uma lista, e sim a descrio do componente no sistema TBB. O sistemade biblioteca de componentes Mentor na Siemens segue esta mesma numerao,possuindo inclusive ferramentas de interao entre ele e o TGD de listas, comvalidao no sistema TBB.A Siemens adota o sistema de bibliotecas LMS, desenvolvido pela Mentor,para a organizao dos componentes. Este sistema organizado em catlogos, 7. 2 PROCEDIMENTOS DE PROJETO3onde o prprio bibliotecrio dene a estrutura de classicao dos componentes,apresentando todas as vantagens tradicionais de um sistema centrado de bibli-oteca. Estes catlogos so semelhantes aos catlogos de componentes criadoslocalmente, mas so gravados em formato binrio e s podem ser editados numaferramenta chamada Library Manager. A principal vantagem do sistema LMSde bibliotecas a segurana, pois apenas os bibliotecrios tm permisso deedio dos arquivos, mas todos tm acesso para o uso dos componentes. Outravantagem a garantia de que todos os projetos sempre esto usando a versomais atual dos componentes, pois quando algum componente modicado, asferramentas de captura de esquemtico acusam que o componente j colocadono esquema est desatualizado e precisa ser recolocado.A ferramenta Library Manager facilita a criao dos componentes por ser umambiente integrado com as ferramentas de criao de smbolos e de geometrias,sendo todos os nomes de arquivos e caminhos de diretrio atualizados auto-maticamente, tirando do bibliotecrio essas preocupaes secundrias. Permitetambm a manipulao da biblioteca como um todo, e no apenas dos compo-nentes isoladamente. Por exemplo, a mesma propriedad

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