Minicurso de Prototipagem de placa de circuito impressoHeitor Medeiros Florencio Graduando em engenharia de computao pela UFRN ca Monitor do Instituto Metrpole Digital o Caio Cesar de Souza Guimares a Graduando em engenharia eltrica pela UFRN e Tcnico em eletrotcnica da Escola de cincia e tecnologia e e e Leonardo Gomes de Paiva Amorim Engenheiro de computao da AutSol ca Outubro de 2011

Conte do u1 Introduo ca 2 Introduo ao desenvolvimento de placa de circuito impresso(PCB) ca 2.1 Apresentao dos softwares de design de Circuito impresso . . . . . . . . ca 2.2 Introduo ao Eagle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 2.2.1 Desenvolvimento do Esquema Eletrnico . . . . . . . . . . . . . . o 2.2.2 Desenvolvimento do Layout PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Visualizao em 3D da placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 2.2.4 Gerao dos arquivos Gerbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 2.2.5 Exportando - Arquivo de brocas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6 Exportando - Arquivo dos furos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.7 Exportando - Arquivo do BOTTOM . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.8 Exportando - Silk e Solder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Introduo a prototipagem de PCI ca 4 Introduo as maquinas da LPKF ca 4.1 ProtoMat S62 . . . . . . . . . . . 4.2 Protoplace S . . . . . . . . . . . 4.3 Protoow S . . . . . . . . . . . . 4.4 Zelprint LT300 . . . . . . . . . . 4.5 MiniContac RS . . . . . . . . . . 2 3 3 4 4 11 16 19 19 19 20 21 23 25 25 25 26 26 26 28 28 28

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5 Confeco de trilhas e furos em placas de circuito impreso ca 5.1 CircuitCAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 BoardMaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lista de Figuras2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Telas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Painel de controle . . . . . . . . . . . . . . . . Criando um projeto . . . . . . . . . . . . . . Barra superior . . . . . . . . . . . . . . . . . Barra inferior . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adicionando um frame . . . . . . . . . . . Ligao de componentes . . . . . . . . . . . . ca Criao de o (sem destino) . . . . . . . . . . ca Uso do Label . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bloco do circuito dos LEDs . . . . . . . . . . Bloco do circuito do reset . . . . . . . . . . . Bloco do circuito de gravao . . . . . . . . . ca Bloco do circuito do cristal . . . . . . . . . . Bloco do circuito dos botes . . . . . . . . . . o Bloco do circuito da fonte . . . . . . . . . . . Bloco do circuito do microcontrolador . . . . Esquematico nal . . . . . . . . . . . . . . . . Tela inicial da ferramenta de layout PCB . . Posicionamento dos componentes na PCB por Posicionamento dos componentes na PCB . . Placa depois do roteamento automtico . . . a Uso do layer top no roteamento . . . . . . . . Exemplo da placa nal . . . . . . . . . . . . . Passo inicial para criao de arquivo 3D . . . ca Tela inicial do Pov Ray for Windows . . . . . Arquivo .pov no Pov Ray . . . . . . . . . . Imagem da placa (TOP) . . . . . . . . . . . . Imagem da placa (BOTTOM) . . . . . . . . . Tela Silk sreen . . . . . . . . . . . . . . . . Tela Solder mask . . . . . . . . . . . . . . . Imagens da ProtoMat S62 . Imagem da Protoplace S . . Imagem da Protoow S . . Imagem da Zelprint LT300 Imagem da MiniContac RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . blocos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 5 5 5 7 7 8 8 8 9 9 9 9 10 10 11 12 13 14 15 15 16 16 17 17 18 18 22 22 25 26 26 27 27

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Resumo Este material referente ao minicurso de Prototipagem de placa de circuito impresso oferecido na e Semana de Engenharia Eltrica da UFRN(Universidade Federal do Rio Grande do Norte), em outubro e de 2011. O minicurso tem como objetivos introduzir o conceito de desenvolvimento de placa de circuito impresso aos estudantes e hobbistas de eletrnica e fornecer bases para etapas do desenvolvimento de o projetos acadmicos em diversas reas, como sistemas embarcados, automao industrial, robtica, e a ca o entre outras. Este material aborda o desenvolvimento de placa de circuito impresso desde etapa de criao do esquemtico at a gerao de arquivos Gerbers, passando por criao do layout da placa e ca a e ca ca visualizao 3D da placa. O material tambm documenta conceitos sobre as mquinas de processos ca e a de fabricao de placa, no nosso caso as mquinas da LPKF. ca a

Este trabalho, junto a execuso do minicurso, teve a ajuda dos professores Dr. Pablo Javier Alsina, a Departamento de Engenharia de Computao e Automao, e Dr. Luiz Eduardo Cunha Leite, Escola ca ca de Cincia e tecnologia, e do tcnico de eletrnica Thiago Alves Silva, tcnico do Instituto Metrpole e e o e o Digital. Qualquer noticao pode ser enviada para o email heitorm@dca.ufrn.br. ca

Distrubuio ca Este trabalho pode ser copiado e distrubu livremente, desde que sejam mantidos os crditos aos do e seus autores.

Histrico desde Documento o Outubro de 2011 - Verso 0.1 - In [Construo em andamento] a cio ca

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Cap tulo 1

Introduo caOs circuitos impressos foram criados em substituio `s antigas pontes onde se xavam o componentes ca a eletrnicos devido a aparncia nal que o circuito tomava. O circuito impresso consiste de uma placa o e de fenolite, bra de vidro, bra de polister, lme de polister, etc, que possuem a superf coberta em e e cie uma ou mais faces por na pelicula de cobre, prata entre outras. Antigamente era poss encontrar vel nas casas especializadas chassis de metal de diversos tamanhos, muitos dos quais j com a furao a ca necessria ` xao dos soquetes das vlvulas. a a ca a A placa de circuito impresso(PCI) tm como sua funo bsica proporcionar suporte mecnico e e ca a a interligao eltrica para os componentes utilizados no circuito eletrnico. Existem muitos modos de ca e o se fazer uma placa de circuito impresso a ponto de cada um poder dar um toque especial em sua montagem que seja capaz de identic-la. Podemos entretanto resumir alguns aspectos bsicos das a a tcnicas de elaborao de circuitos impressos e repassar aos inexperientes um processo bsico simples. e ca a

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Cap tulo 2

Introduo ao desenvolvimento de ca placa de circuito impresso(PCB)2.1 Apresentao dos softwares de design de Circuito impresso ca

Existem vrios softwares com ferramentas design de placa de circuito impresso, aqui vamos falar um a pouco de trs desses. O OrCad, Proteus e Eagle, com este ultimo vamos introduzir vrios conceitos e a de etapas de prototipagem de placa circuito impresso. OrCAD E um dos melhores e mais completos programas que podemos encontrar para desenhar circuitos eletrnicos a n o vel prossional, podendo automatiz-los e fazer todo tipo de simulaes. a co Dentre as principais caracter sticas de OrCAD est a que lhe permite denir a temperatura e outros a elementos ambientais do circuito, para que assim a simulao seja totalmente real. Software bastante ca poderoso, porm complexo para iniciantes. e Produzido pela CADENCE. O pacote de programas inclu dos em OrCAD conta com OrCAD Capturem OrCAD Layout, OrCAD PBC editor, OrCAD Pspice(Simulao), OrCAD schematics, OrCAD ca Sigxplorer e Specctra for OrCAD. PROTEUS Proteus PCB design formado pelos programas ISIS schematic capture e ARES e PCB layout. Produzido pela LabCenter Electronics. Muito usado no ramo acadmico. Um grande e problema deste software no ter verso gratuita dispon e a a vel. EAGLE O CAD EAGLE(Easily Applicable Graphical Layout Editor) um software para design de e placas de circuito impresso(PCI/PCB) de alto desempenho e baixo custo ideal para projetistas. Este minicurso aborda alguns conceitos fundamentais para criao e desenvolvimento de placa de circuitos ca impressos, desde o esquema eltrico, layout da PCB, at a gerao de arquivos 3D da placa e arquivos e e ca Gerbers para confeco da placa. ca Realizando uma breve comparao entre o softwares temos que o OrCAD pode ser considerado ca melhor em muitos requisitos que PROTEUS e EAGLE, requisitos ligados a grande quantidade de inovaes em servios relacionados a produtos eletrnicos. Adotando alguns campos importantes co c o e poss vel escolher outro software como o melhor, dependendo de sua aplicao. O Eagle apesar de ca ter uma verso gratuita, ele no tem simulador interno. E poss a a vel a simulao em outro software, ca compativel com o mesmo. Em projetos acadmicos so vistos como principais o Proteus e o Eagle. e a

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Introduo ao Eagle ca

O Eagle um software para design de placas de circuito impresso de alto desempenho e baixo custo. e O software Eagle foi produzido pela CadSoft Computer GmbH. Aqui vamos utilizar da sua verso graituita EAGLE Light Edition, disponibilizada em ftp: a //ftp.cadsoft.de/eagle/program/5.11/eagle-win-5.11.0.exe, ento para qualquer verso difea a rente desta poss e vel deparar-se com erros no decorrer do minicurso. A verso graituita no tem a a limitaes em bibliotecas. Algumas das limitaes da verso so rea da placa limitada(100x80mm co co a a a 4x3.2 inches), somento dois layers(Top e Bottom) e o esquemtico s pode criar um sheet. a o Como exemplo temos as imagens abaixo referente a tela de trabalho do editor esquemtico(gura a 2.1 (a)) e a tela do editor de layout PCB(gura 2.1 (b)).

(a) Editor esquematico

(b) Layout PCB

Figura 2.1: Telas Na gura 2.2 temos a tela inicial do eagle, onde est o painel de controle. O painel de controle a e responsvel por realizar a congurao de diretrios, consulta a bibliotecas e criao de projetos. a ca o ca

Figura 2.2: Painel de controle

2.2.1

Desenvolvimento do Esquema Eletrnico o

Criando um novo projeto: Criao de pasta: New Folder. Necessrio para organizao do projeto. ca a ca Criao do projeto: New Project. ca 4

Criao do esquemtico: New Schematic. ca a

(a) Editor esquemtico a

(b) Layout PCB

Figura 2.3: Criando um projeto Existem duas barras de ferramentas necessrias para a utilizao do editor, que so a barra supea ca a rior(gura 2.4) e a barra lateral(gura 2.5).

Figura 2.4: Barra superior

Figura 2.5: Barra inferior Existe tambm a barra de aes, onde temos como principais botes: e co o CAM - Exportar arquivo para formato de industrializao. ca

Use - Caso seja necessrio utilizar alguma biblioteca que no esteja dispon automaticamente. a a vel Dentre os principais botes de comandos, temos: o

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Informaes f co sicas do objeto. Mover componente(s). Selecionar grupo de componentes. Apagar componente(s). Alterar nome do componente. Desenhar linhas. ERC - Checagem de conexo eltrica. a e Copiar componente(s). Adicionar componente. Alterar valor do componente. Inserir texto. Denir dimensionamento de trilhas. Inserir nomes em linhas. O dimensionamento de trilhas torna-se importante quando temos restries eltricas rigorosas no co e projeto. O tamanho da trilha depende da intensidade de corrente. E necessrio ter uma ateno para a ca esse fato para ento evitar danos na placa devido ao aquecimento e rompimento de trilhas. a Para nosso minicurso foram usados os componentes abaixo. E necessrio adicionar todos compoa nentes ao esquemtico. Como dica basta adicionar um de cada e caso seja preciso mais de um, iremos a criar usando a tecla COPIAR. Microchip PIC16F62 PIC16LF628P Led LED LED5MM Rcl R-EU E-EU0207/10 Rcl C-EU C-EU025-024X044 Rcl C-EU C-EU050-025X075 Rcl CPOL-EU CPOL-EUE2.5-5 Switch-dil DIP04S Crystal CRYSTAL CRYSTALHC49S 6

Switch-omron 10-XX Con-amp-quick M05 Con-shiua-chyuan SCD-014A Diode 1N4148 V-reg LM317TL Supply1 +12V Supply1 +5V Supply1 GND Muitas vezes necessrio documentar o esquemtico no relatrio do projeto, para isso podemos e a a o fazer o uso de Frames. Os Frames podem ser utilizados em alguns blocos do esquemtico ou a em todo o esquemtico. Inicialmente basta clicar em Add, em seguida adicionar um componente a normalmente da biblioteca Frame. Existm vrios tipos de frames dentro da biblioteca, com formas a e tamanhos diferentes, esses so adequados para ultilizao em todo o esquemtico. Alguns deles a ca a guardam, em uma das extremidades, campos como nome do projeto e data de atualizao. Na ca gura 2.6 temos um exemplo da ultilizaao de um tipo de frame. c

Figura 2.6: Adicionando um frame Aps adicionar todos os componentes necessrio fazer a ligao entre eles. Para facilitar este o e a ca processo vamos dividir o circuito em blocos. Para realizar a ligao dos componentes basta clicar em ca Desenhar linha, em seguida um clique na extremidade do componente levando at a extremidade e do outro componente. Como mostrado na gura 2.7. e

(a) passo 01

(b) passo 02

(c) passo 03

Figura 2.7: Ligao de componentes ca 7

Como normalmente a placa a ser confeccionada tem muitos componentes, e consequentemente muitas ligaes, suma importncia o uso de Label para evitar poluio visual no esquemtico. co e a ca a Essa tcnica faz a interligao f e ca sica sem a necessidade da interligao grca(visual) dos componenca a tes. Para isso necessrio criar dois os(sem destino) em cada extremidade dos componentes a serem e a ligados, como mostrado na gura 2.8.

(a) passo 01

(b) passo 02

(c) passo 03

Figura 2.8: Criao de o (sem destino) ca

Em seguida vamos clicar em

e depois sobre o o. Para alterar o nome desse o basta clicar

e clicar sobre o o, quando os dois os forem renomeados ir aparecer uma tela de aviso, a a em perguntando se para realizar a ligao f e ca sica dos componentes, escolhemos YES e nalizamos a ligao. Lembrando que se essa tela de aviso no aparecer ento teve algum erro na ligao(talvez ca a a ca tenha colocado nomes diferentes). A gura 2.9 mostra esse passo a passo.

(a) passo01

(b) passo02

Figura 2.9: Uso do Label

Pronto, o passo agora criar todos os blocos necessrios. Iniciamente fazendo as ligaes dos e a co componentes de mesmo bloco e depois com o uso de Label fazendo a ligao de componentes de ca blocos diferentes. Os varios blocos propostos esto mostrados nas guras 2.10, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14, a 2.15 e 2.16.

Figura 2.10: Bloco do circuito dos LEDs

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Figura 2.11: Bloco do circuito do reset

Figura 2.12: Bloco do circuito de gravao ca

Figura 2.13: Bloco do circuito do cristal

Figura 2.14: Bloco do circuito dos botes o

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Figura 2.15: Bloco do circuito da fonte

Figura 2.16: Bloco do circuito do microcontrolador

No nal podemos ter dois esquemticos para documentao, um com frame em cada bloco como a ca mostrado na gura 2.17 (b) e outro apenas com o frame geral como mostrado na gura 2.17 (a). Para adicionar frames de dimenso no especicada pode usar o comando Frame no menu Draw. a a

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(a) nal01

(b) nal02

Figura 2.17: Esquematico nal

2.2.2

Desenvolvimento do Layout PCB

Quando esquemtico est pronto e existe a necessidade de fazer um prottipo de trilhas e ilhas com a a o qualidade, no h outra opo do que usar uma ferramenta CAD para gerar um arquivo pcb, para a a ca em seguida passar o layout da placa de circuito impresso para a placa de fenolite. A ferramenta de layout PCB realiza o posicionamento dos componentes na placa de circuito impresso, o roteamento das trilhas do circuito, entre outras funes. co Estando pronto o esquemtico, basta clicar no boto Board, ento aparecer a tela da gura a a a a 2.18

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Figura 2.18: Tela inicial da ferramenta de layout PCB Como no esquemtico, aqui tambm temos uma barra de comandos com botes que descrevem a e o algumas funes, alguns deles j presentes na ferramenta de criao do esquemtico. Alguns botes co a ca a o importantes so: a Rotear manualmente Excluir roteamento Realizar roteamento automtico a Melhorar roteamento de trilhas mais prximas o Adicionar furos de xao ca Dicas: posicionamento de componentes Algumas dicas seram repassadas para o posicionamento de componentes, porm lembre-se que o posicionamento uma escolha do projetista. e e Sempre d prioridade para o microcontrolador car no centro da placa, desta forma os pinos de e conexo cam mais dispon a veis. O microcontrolador deve car orientado de forma que os recursos da placa quem mais acess veis para o usurio, nesse caso as chaves e LEDs. a Prera colocar a fonte no local mais afastado do usurio. a Evitar colocar componentes de alta frequncias prximos a fontes de ru e o do. Sempre prera fazer a placa quadrada ou retangular, pois assim aproveitar melhor a placa onde a ser fresada. a

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O retngulo branco na tela mostra os limites da placa de circuito impresso a ser usada. Lembre-se a que o tamanho padro da rea de placa quando o board gerado, para a verso gratuita, de a a e a e 10x10cm. Na gerao do board, os componentes so posicionados aleatoriamente e fora da rea ca a a da placa. Para organizar sua placa necessrio fazer o uso do comando Move, como dica separe a e a placa por blocos. Aps deixar os blocos espaados entre si, em seguida devemos juntar para diminuir o c a placa. Na gura 2.19 est o resultado do passo inicial para a placa. a

Figura 2.19: Posicionamento dos componentes na PCB por blocos

Use o comando Rastnest sempre que achar necessrio. Depois verique que na maioria dos a casos sua placa tenha mudado o roteamento para os os mais prximos. o A gura 2.20 mostra o resultado do segundo passo, lembrando que dependendo do projeto pode usar mais ou menos da rea da placa usada. Podemos tambm adicionar os furos de xao da placa, a e ca basta clicar no comando hole, colocar o valor de DRILL para 0.33(como exemplo), e em seguida colocar um furo em cada extremidade da placa. O passo seguinte pode ser considerado o mais demorado.

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Figura 2.20: Posicionamento dos componentes na PCB O passo seguinte consiste no real roteamento, denindo o local onde cada trilha passar e tamanho a desta. Para realizar este processo bom denir algumas regras de roteamento. e Vamos clicar em . Na aba Sizes, colocar 20mil no campo Minimum width.

O Eagle dispe da ferramenta de Roteamento automtico, que nem sempre ser uma boa sa o a a da pro seu projeto. Para isso vamos clicar em TOP: N/A BOTTOM: / Estes campos indicam como queremos que sejam criados as ligaes. Aps escolher essas opes, co o co pode-se clicar em OK e o computador far a anlise do melhor roteamento automtico para a placa. a a a O resultado pode ser algo parecido como a gura 2.21. Usando o comando Rastnest novamente podemos agora ver um aviso na parta inferior do lado esquerdo da tela do software mostrando quantos os faltam serem roteados. No nosso caso temos: e denir:

Quando o roteamento automtico no consegue realizar todo o roteamento da placa, no nosso a a caso em apenas um layer, ento necessrio o uso do roteamento manual. Para isso basta usar a tela a e a move e a tecla Route. Para alguns projetos bom tentar realizar todo o roteamento manualmente. e Lembre-se que cada projetista tem sua forma de desenhar e o layout mostrado aqui apenas uma e referncia. Um bom projeto s depende de prtica do projetista. e o a Caso exista alguma ligao que no seja poss no layer bottom, poss adicionar uma ligao ca a vel e vel ca no layer top, e aps a fabricao usar da velha tcnica de uso de jumper. Na gura 2.22 mostrado o ca e e o uso do layer top, com o o na cor vermelho.

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Figura 2.21: Placa depois do roteamento automtico a

Figura 2.22: Uso do layer top no roteamento Malha de terra E uma tcnica que tem como objetivo evitar que ru e dos externos causem problemas no comportamento da placa. Para o uso deste recurso basta clicar em em torno da placa, seguindo a linha branca. Em seguida clicar em adicionada, denir como GND, e mudar para the entire signal. e adicionar um quadrado , clicar sobre a malha que foi

Para escolher as conguraes da malha de terra basta clicar em co e depois clicar sobre a malha. Uma janela abrir e na opo Isolate devemos colocar 0.04. Isso far que o nosso sinal de GND a ca a que mais isolado dos outros sinais.

Um exemplo de um resultado nal da placa est na gura 2.23. a

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Figura 2.23: Exemplo da placa nal

2.2.3

Visualizao em 3D da placa ca

A criao da imagem da placa bastante util para analisar a posio dos componentes e poss ca e ca veis erros que no foram percebidos anteriormente. a Para realizar a visualizao da placa so necessrios os softwares Eagle3D, que deve ser instalado ca a a no seguinte diretrio ...\EAGLE-5.1.0\ulp\Eagle3D e pode ser baixado em http://www.matwei.de/ o lib/exe/fetch.php?id=en%3Aeagle3d%3Aeagle3d&cache=cache&media=files:eagle3d:eagle3d_1_ 05_27112006.exe , e o Pov Ray, para o windows 32bits pode ser baixado em http://www.povray. org/redirect/www.povray.org/ftp/pub/povray/Official/Windows/povwin362-32bit.msi. Para o passo inicial para criar um arquivo em 3D deve ir em File Run e na pasta Eagle3D selecione o arquivo 3d41.upl. A seguinte tela ser aberta: a

Figura 2.24: Passo inicial para criao de arquivo 3D ca Nesse prximo passo devemos escolher o local onde o arquivo nome.pov ser salvo, esse aro a quivo ser usado para a gerao da imagem da placa utilizando o outro programa, e escolher a pasta a ca de destino do projeto, como dica crie uma pasta dentro do projeto com o nome Imagens 3D. Em seguida para criar o arquivo escolha Criar POV-File e Sair. Depois ser necessrio denir diversas a a conguraes, como cor de led(s), fabricante de CI, tamanho do cristal, entre outras, ento de escolha co a e prpria. Agora vamos fazer o uso do software Pov Ray for Windows, abaixo temos a tela inicial deste. o 16

Figura 2.25: Tela inicial do Pov Ray for Windows

Neste software o passo inicial procurar o arquivo nome.pov criado nos passos anteriores, para e isso basta ir em e procurar o arquivo.

Um arquivo como o mostrado abaixo deve ser aberto:

Figura 2.26: Arquivo .pov no Pov Ray Inicialmente temos congurar o programa Pov Ray(apenas na primeira vez). Para isto deve ir em Tools Edit master POVRAY.INI, e na ultima linha adicionar o comando: Library Path=C:\..\EAGLE-5.1.0\ulp\Eagle3D\povray . Dependendo do computador esse comando pode mudar, basta car atento para o local de instalao do programa Eagle3D. ca

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Em seguida devemos clicar em e no campo Section escolher 640x480 AA 0.3. E depois clicar em Render para que o nosso cdigo seja renderizado e a imagem criada. Algumas mensagens o de erros devem aparecer, basta clicar em OK, essas mensagens so de permisses de acesso as pastas a o e no iro causar graves problemas. a a Na gura 2.27 temos o resultado nal desse passo, representando a imagem da placa no TOP.

Figura 2.27: Imagem da placa (TOP) Para gerar a imagem do BOTTOM, basta procurar nas ultimas linhas do cdigo onde est marcado o a maczrot e trocar por 180, isso realizar a rotao da placa em 180 graus, e em seguida deve a ca salvar, clicar novamente em , e nalmente clicar em Render. E a gura 2.28 ser gerada. a

Figura 2.28: Imagem da placa (BOTTOM)

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2.2.4

Gerao dos arquivos Gerbers ca

Arquivos Gerbers so formatos utilizados por indstrias de software de placa de circuito impresso a u para descrever as imagens da placa, como exemplo: copper layers ou, Bottom layer e Top layer, solder mask, solder lenged, dados de furao, dados de fresagem etc. ca E desejvel que os arquivos sejam fornecidos nesse formato para a fabricao das placas, pois a ca trazem apenas informaes necessrias para o processo de fabricao, oferecendo maior proteo ao co a ca ca projeto e evitando problemas que podem ser gerados pela diferena de congurao entre o software c ca de CAD que gerou a placa e o software que geros os arquivos Gerbers. Existem dois tipos de formatos Gerbers, RS-274X e o RS-274-D. Eles so enviados para Indstrias a u de fabricao de placa de circuito impresso, onde eles so carregados em um sistema de CAM(Computer ca a Aided Manufacturing) para preparar os dados para cada etapa do processo de produo da placa. ca Logo de suma importncia saber o processo de gerao de arquivos gerbers. e a ca Os nomes dados aos arquivos gerbers so de escolha do projetista, porm bom usar nomes a e e relacionados aos layers, como por exemplo no arquivo que armazena as informaes do layer bottom co colocamos o nome BOTTOM, e a extenso depende do software usado. a Existem algumas formas diferentes de gerar esses arquivos, aqui vamos mostrar uma forma padro a que utilizamos.

2.2.5

Exportando - Arquivo de brocas

O primeiro arquivo a ser gerado dene os tipos de brocas que necessrio para a fabricao da placa, e a ca o arquivo do DRILL. Para cri-lo deve est no board e clicar em File RUN. Uma pasta ser e a a a aberta com os arquivos UPL, e ento devemos escolher o arquivo drillcfg.ulp. a Na tela seguinte devemos escolher mm, ao fazer isso est dizendo que a unidade de medida dos furos a sero em mil a metros.

Com isso ser aberta a tela abaixo, onde informa o dimetro dos furos que a placa ter. J que os a a a a furos intermedirios so arredondados. a a

Por m o programa pede para salvar esses furos, agora necessrio escolher uma pasta para salvar e a o arquivo, indico crie uma pasta Export dentro da pasta do projeto, nela que vo ser colocados e a todos os arquivos exportados, o nome do arquivo deve ter extenso .drl. Lembrando que o uso da a pasta Export apenas uma dica do minicurso, no obrigatrio para a fabricao da placa. e a e o ca

2.2.6

Exportando - Arquivo dos furos

Para gerar os arquivos de furos da placa, devemos usar o arquivo das brocas gerado anteriormente. Para comear preciso ir em File CAM Processor. Na janela que abrir basta clicar em File c e a Open Job e escolher o arquivo excellon.cam. 19

Uma nova janela abrir e nela faremos algumas modicaes, que so feitas somente na primeira a co a vez de uso, depois basta salvar o arquivo CAM e guardar as modicaes. co

As modicaes so as seguintes: co a Job Section : DRILL Output Device : escolher EXCELLONRACK. Output Rack: escolher o arquivo das brocas .drl gerado anteriormente. Output File : escolher onde vai salvar o arquivo, a dica salvar na pasta Export criada, e e deve colocar o nome do arquivo DRILL.drd(dica). Certique-se que a congurao est igual com a imagem a seguir. ca a

Para nalizar devemos clicar em Process Job, assim gerando o arquivo DRILL.drd. Ao fechar ele vai pedir para salvar o JOB, pode escolher que Sim e ento para poder ser usado futuramente. a Caso fosse feito outra placa bastaria trocar as seguintes conguraes: Output Rack e Output co File, para o nosso arquivo. O proximo passo criar os arquivos e plotagem da placa. e

2.2.7

Exportando - Arquivo do BOTTOM

Nos arquivos de plotagem, vai usar somente o BOTTOM ou lado da solda. Para isso necessrio e a ir em File CAM Processor. Na janela que abrir devemos ir em File Job e escolher a gerb274x.cam. A gura abaixo mostra esse passos.

Uma janela abrir, como a placa tem somente o lado do bottom para fresar, devemos escolher a aba a BOTTOM, como mostrado abaixo: 20

(a) Passo 01

(b) Passo 02

As conguraes que devem ser feitas so: co a Output Device : escolher GERBERRS274X. Output File : escolher onde vai salvar o arquivo BOTTOM.sol. Certique-se que a congurao est igual com a imagem a seguir. ca a

Para nalizar deve-se clicar em Process Section, para que no gerber seja criado somente o layer do BOTTOM. Ao fechar esse JOB ir pedir para gravar, deve clicar em YES para que essas a modicaes sejam guardadas. co

2.2.8

Exportando - Silk e Solder

E necessrio tambm exportar os arquivos de Silk screen CMP e Solder stop mask SOL. O Silk a e screen CMP armazena dados de nomes e estruturas que no fazem parte da fresagem. Um dos a objetivos para que quando a placa estiver pronta, poder ver onde colocar cada componente, sem o e uso do layout via computador. O Solder stop mask SOL um processo artesanal e de prevenso. e a Esta mscara conhecida como Mscara anti-solda. Em etapas futuras do curso vamos falar um pouco a e a mais desses processos. O processo de criao dos arquivos equivalente ao do BOTTOM.sol. As imagens a seguir ca e mostram as telas dos layers discutidos. 21

Figura 2.29: Tela Silk sreen

Figura 2.30: Tela Solder mask

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Cap tulo 3

Introduo a prototipagem de PCI caOs primeiros equipamentos eletrnicos eram montados em barras de terminais, nos quais eram soldados o os componentes e os para termos as devidas conexes eltricas. Com a criao da tcnica de circuitos o e ca e impressos, em 1957, os equipamentos puderam ter seus tamanhos reduzidos, bem como aumentada sua escala de produo. Os primeiros circuitos eram impressos por processo serigrco e o excesso de cobre ca a era retirado por processo qu mico (corroso). Atualmente, conseguimos fabricar circuitos impressos a com mltiplas camadas de cobre (tanto externas como internas) e utilizam-se diversos materiais como u base, como o fenolite, a bra de vidro e at alguns compostos cermicos. e a Existem basicamente dois tipos de processos de fabricao de placas de circuito impresso. ca Processo Subtrativo Processo mais antigo e mais utilizado atualmente para fabricao de PCI ca em empresas e fabricao caseiras de placas. Utiliza-se uma chapa(material base) recoberta por uma ca na camada de cobre em uma ou em ambas as faces. Sob essas faces transfere-se uma imagem do circuito(processo serigrco ou por laminao de lmes) e retira-se o cobre em excesso(corroso a ca a qu mica). Processo Aditivo Parte de uma chapa do material base limpa(sem cobre) e deposita-se o cobre, por processos de deposio atravs de qu ca e micos, formando os condutores e ilhas. Vantagem: Economia no uso do cobre e reduo nos valores nais dos produtos. Utilizado para circuitos impressos de larga ca escala, como placas de computadores, televisores, etc. Enquanto a classicao das placas de circuito impressos, temos: ca 1. Quanto ao nmero de faces u Face simples Dupla-face Multi-camadas ou Multi-layer 2. Quando ao tipo de material base Fenolite Fibra de vidro Cermicos a A concepo de uma placa de circuito impresso parte de dois pontos principais: o projeto ca mecnico, que leva em considerao detalhes estticos e funcionais, posicionamento de chaves e botes, a ca e o e localizao de componentes cr ca ticos(resistores de potncia, transistores, etc), e o projeto eltrico, e e que dene uma funcionalidade para a PCI.

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Sempre que poss vel, dimensione os componentes de potncia adequedamente. Preveja dissipadoe res de calor para componentes que aquecem muito. Temos alguns termos tcnicos espec e cos: Grade ou GRID A maioria dos componentes utilizados em circuito impresso possui distncia entre terminais a medida em polegadas. Para dispor os componentes, utiliza-se uma grade imaginria. Esta grade a normalmente medida em uma unidade denominada mils (abreviao de milsimo de polegada) e ca e e corresponde a um milsimo da polegada, ou seja, 0,0254 mm (1 pol = 2,54 cm). e Trilha So as ligaes eltricas existente entre os componentes numa placa de circuito impresso, chaa co e mado tambm de traado condutor. e c PAD E o local onde o terminal do componente soldado na placa de circuito impresso, chamado e tambm de ilha de soldagem, ou siplesmente ilha. e

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Cap tulo 4

Introduo as maquinas da LPKF caNesta parte do material vamos falar um sobre cada mquina que temos acesso no laboratrio da a o UFRN, onde foi realizado o minicurso.

4.1

ProtoMat S62

A Protomat S62 uma mquima especializada na criao de circuito impresso. Ela oferece preciso de e a ca a at 0,2mm e caixa de ferramentas, possibilitando a troca automtica de brocas (ajuste de profundidade e a manual). Seu gabinete integrado reduz os sons do sistema e tambm serve como capa protetora, proporcionando e maior segurana ao ambiente de trabalho. Alm disso, possui iluminao integrada, opcionais de c e ca sistema de vcuo para melhor xao das placas e sistema de cmeras para reconhecimento automtico a ca a a dos furos de ducial e aux na calibragem da profundidade das brocas. lio

(a) imagem 01

(b) imagem 02

Figura 4.1: Imagens da ProtoMat S62

4.2

Protoplace S

A Protoplace S uma mquina especializada em posicionar componentes em placas de circuito impresso e a SMD. Seu sistema ergonmico semi-automtico e seu sistema de cmera permitem preciso superior o a a a 25

aos mtodos convencionais. Possui, tambm, o modo dispenser que permite a aplicao de pasta de e e ca solda nas placas.

Figura 4.2: Imagem da Protoplace S

4.3

Protoow S

A Protoow S um forno utilizado para confeco de lead-free reuxo da solda. Sua nalidade a e ca e prototipagem rpida SMD e produo de pequenos lotes. a ca Apresenta gaveta motorizada para acesso placa de circuito, conexo externa com medidor de uxo a a de gs inerte (reduzindo a oxidao no processo de reuxo e proporcionando juntas melhor soldadas) e a ca possibilidade de ser equipado com quatro sondas termoplar opcional (proporcionando melhores dados ` A cerca das mudanas de temperatura, podendo ser esses dados posteriormente armazenados em um c computador). A protoow muito util para preuxo SMD de solda, endurecimento adesivo por precipitao e e ca endurecimento por precipitao de pasta condutora, dentre outros procedimentos. ca

Figura 4.3: Imagem da Protoow S

4.4

Zelprint LT300

A ZelPrint LT300 uma impressora de mesa manual para prototipagem SMD e confeco de pequenos e ca lotes de produtos. Permite a aplicao da pasta de solda para componentes SMD com preciso superior ca a aos processos convencionais.

4.5

MiniContac RS

A MiniContac RS um sistema desenvolvido para a produo de prottipos e pequenas sries de e ca o e placas de circuito impresso. 26

Figura 4.4: Imagem da Zelprint LT300 O sistema usa chapeamento de pulso revers vel selecionvel,que utiliza pulsos reversos controlados a para remover o excesso de material durante o chapeamento. Isso posssibilita um chapeamento mais uniforme, sendo util para pequenos furos em PCBs de alta densidade e aumentando a conabilidade da produo durante a soldagem. ca A MiniContac RS possui apenas quatro bacias qu micas que podem ser facilmente alterados caso se faa necessrio. c a

Figura 4.5: Imagem da MiniContac RS

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Cap tulo 5

Confeco de trilhas e furos em placas ca de circuito impreso5.1 5.2 CircuitCAM BoardMaster

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Bibliograa[1] Wikipdia e A enciclopdia e livre, Circuito impresso, dispon vel http://pt.wikipedia.org/wiki/Circuitoimpresso acesso em 12 de outubro de 2011. em

[2] De Oliveiro, Cliceu Buture, Apostila Eagle 4.x, dispon vel em http://www.eletronica.org/arq apostilas/apostilaeagle4x.pdf acesso em 04 de outubro de 2011. [3] Ilton, Projeto de Placas de Circuitos Impressos, dispon vel em http://www.coinfo.cefetpb.edu.br/professor/ilton/apostilas/discip yahoo/iltonbarbacena/alarme/manual/curso/index.html acesso em 07 de outubro de 2011. [4] CadSoft, http://www.cadsoftusa.com/. [5] LPKF - Laser e Electronics, http://www.lpkf.com/.

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