Circuito Impresso - Past Paper - UFCD 6030 - 12TEC - 2024/2025 (PDF)

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TEXTOS DE APOIO ACM UFCD 6030 – ENSINO PROFISSIONAL – 12TEC – NOVEMBRO 2024 Ano Letivo 2024/2025 O Professor: Carla Barbosa Nome: _________________________________________________________________ N.º: ______ O CIRCUITO IMPRESSO O fabrico do circuito impresso teve início na 2ª Guerra Mundial, nos anos 40. O circuito impresso substitui com muitas vantagens o circuito elétrico usual com condutores soltos de cobre que constituíam autênticos emaranhados de fios que tornavam difícil a deteção e reparação de avarias. O circuito impresso é muito utilizado na aparelhagem elétrica, máquinas elétricas, computadores, telecomunicações, etc. Existem no mercado fundamentalmente dois tipos de placa, a placa normal e a placa pré-sensibilizada. A diferença entre as duas reside no facto da placa pré-sensibilizada ter uma camada de verniz sobre todo o cobre cuja função é permitir usar uma técnica para efetuar a impressão do circuito na placa de circuito impresso. A placa normal apresenta apenas o cobre sobre a base isoladora. A placa de circuito impresso (P.C.I.) ou “pressed circuit Ilha ou pad board (P.C.B., em inglês) é constituída por uma base de material isolante revestida, numa ou nas duas faces, por uma fina camada de cobre onde vão ser desenhadas as pistas (que substituem os condutores) que interligam os vários componentes eletrónicos do circuito. Quando os componentes são em número reduzido, os circuitos (pistas e ilhas ou pads) são impressos numa das Pista ou faces e os componentes são colocados na outra face, com trace os seus terminais a passarem nos furos para serem soldados nas ilhas ou pads, fazendo-se assim os contactos elétricos. Quando os circuitos têm muitos componentes utiliza-se a placa de circuito impresso de dupla face ou até em multicamadas, isto é, várias camadas sobrepostas e ainda a tecnologia S.M.T. (Surface Mounted Technology) que  Ilha é a área de soldadura do terminal do componente. Pista é a ligação elétrica entre duas ou mais ilhas. Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática utiliza componentes S.M.D. (Surface Mounted Device) que são componentes que são soldados diretamente nas pistas. O material utilizado no fabrico das placas é um material isolante como a baquelite, a resina-epóxi, a fenolite, a fibra de vidro, a composite, a cerâmica, etc. A espessura mais comum das placas está normalizada e tem os seguintes valores: 1mm, 1,5mm, 2,2mm e 3mm. O material das pistas (“trace” em inglês) é geralmente o cobre. O cobre é colocado sobre a placa numa camada muito fina, cuja espessura tem os seguintes valores: 0,035mm e 0,07mm. A largura mínima das pistas é de 0,30mm. Sendo a espessura do cobre fixa, então a largura da pista varia de uma forma diretamente proporcional com a intensidade da corrente que a irá percorrer. Um mau dimensionamento da pista pode fundi-la devido a sobrecarga ou aquecimento excessivo. Na tabela seguinte indica-se a relação entre largura, espessura das pistas e intensidade máxima admitida. Dimensionamento das pistas Largura Intensidade máxima permitida (A) (mm) Espessura de 0,035mm Espessura de 0,07mm 0,5 2,7 Amperes 4,3 Amperes 0,7 3,8 5,0 1 4,3 7,7 1,5 6 10,3 2 8 13 2,5 9 14,2 3 10,5 17 6 25 35 A separação entre pistas (“air gap”, em inglês) é função da tensão entre elas, de acordo com os valores indicados: 0,5mm  0 a 50 V 1mm  100 a 170 V 1,2mm  171 a 250 V No espaçamento de pistas deve-se considerar o valor mínimo de 0,8mm No software (por exemplo o Eagle) que se pode utilizar para o fabrico de circuito impresso, os valores vêm frequentemente em polegadas (“inches”, em inglês) que vale: 1 polegada = 2,54 cm. Também é utilizada a abreviatura “mil” que tem o significado de milésima de polegada. A distância entre terminais (“raster” em inglês)) é um múltiplo de 2,54 milímetros, quer dizer a décima parte de uma polegada. A título de exemplo, os condensadores com dielétrico de plástico de uso comum têm uma separação entre terminais de 5,08 mm e os circuitos integrados têm uma separação entre terminais de 2,54 mm. As brocas a serem utilizadas para a furação das placas de Epóxy devem ser e carboneto de tungsténio ou de aço rápido. Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática Os diâmetros dos furos a serem realizados na pci devem estar de acordo com a seguinte tabela: Diâmetro do furo Aplicação do furo em mm Componentes de uso corrente (resistências, condensadores, díodos) 1mm Transístor 0,8mm Ligadores para circuito impresso 1,25mm Parafusos de fixação 3,5mm Modo de utilização de uma placa de circuito impresso pré sensibilizada Características da placa Placa pré-sensibilizada positiva Espessura do estratificado FR4: 16/10 Espessura da baquelite: 15/10 Espessura da lâmina de cobre: 35µ Características do fotolito a utilizar A qualidade do fotolito que utilizarmos na insolação incidirá diretamente na qualidade do circuito que obteremos. O suporte sobre o qual se deve realizar o circuito deve ser totalmente transparente, ou permeável à luz ultra violeta. O desenho do circuito terá que ser realizado com tinta opaca aos raios ultra violetas. Manipulação da placa A placa vem protegida com um plástico negro e adesivo, opaco à luz ultra violeta, que nos permite armazená- la e manipulá-la sem necessidade de tomar precauções especiais. Se a placa tem de ser cortada, recomendamos que esse corte se efetue antes de retirar o plástico negro protetor. Insolação Retirar a protecção negra adesiva da placa - Posiciona o fotolito ou desenho original sobre a face fotossensível da placa. - Colocar a união placa + fotolito na insoladora. - Efectuar a insolação da placa: Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática  De 2 a 2,30 minutos, se se utiliza um fotolito transparente. De 2,30 a 4 minutos, se se utiliza papel vegetal. Sempre que seja possível deve-se utilizar luz ultra violeta. Se não for possível, e utilizar luz branca multiplicar os tempos indicados por dois. Recomendamos que efetue testes com troços pequenos da placa. Revelação - Verter o revelador para a placa positiva numa tina. - Imediatamente depois de insolar a placa, introduza-a no revelador de forma que fique totalmente coberta, agitar a placa com uma pinça. - Toda a resina fotossensível que foi exposta à luz ultra violeta desaparecerá em menos de 2 minutos. - Se não vai fazer o ataque químico da placa imediatamente, deve lavar a placa com água abundante. Ataque químico com percloreto de ferro - Verter o percloreto e ferro numa tina e introduzir nela a placa. - O tempo necessário ao ataque químico será de 15 minutos aproximadamente, variando em função da temperatura a que se faz o banho. Possíveis incidentes e suas soluções - Não se consegue a revelação ou só se consegue em parte: o Aumentar o tempo de insolação o Temperatura muito baixa (recomendamos que seja superior a 20ºC) o Revelador saturado, mudá-lo. - Aparecem muitos cortes: o Original defeituoso. o Mau contacto durante a insolação. - Desapareça toda a emulsão ao revelar: o Diminuir o tempo de insolação. o O desenho do original não é suficientemente opaco. - Pistas finas depois da revelação: o Diminuir o tempo de insolação. o Mau contacto durante a insolação. - Parece revelada mas não se grava: Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática  o Aumentar o tempo de revelação. INSTUÇÕES GERAIS PARA AS MONTAGENS DE ELECTRÓNICA COMPONENTES  Em todos os circuitos, dos mais simples aos mais complexos, existem basicamente dois tipos de componentes: os polarizados e os não polarizados. Os componentes não polarizados são na sua grande maioria, resistências e condensadores comuns. Não importa a sua posição só é necessário saber o seu valor (e outros parâmetros) e ligá-lo no lugar certo do circuito.  Os principais componentes dos circuitos são, na maioria das vezes, polarizados, ou seja, os seus terminais têm posição certa e única para serem ligados ao circuito. Entre tais componentes destacam-se os díodos, leds, tirístores, triacs, transístores, condensadores eletrolíticos, circuitos integrados, etc. É muito importante que, antes de se iniciar qualquer montagem se identifique corretamente os terminais, já que qualquer inversão na altura das soldagens ocasionará o não funcionamento do circuito, além de eventuais danos no próprio componente. LIGAR E SOLDAR  Deve ser sempre utilizado ferro de soldar leve, de ponta fina e de baixa potência (máximo 30 W). A solda também deve ser fina, de boa qualidade e de baixo ponto de fusão. Antes de iniciar a soldagem, a ponta do ferro deve ser limpa, removendo-se qualquer oxidação ou sujidade ali acumulada. Depois de limpa e aquecida a ponta do ferro deve ser levemente estanhada (espalhando-se um pouco de solda sobre ela) o que facilitará o contacto térmico com os terminais.  As superfícies cobreadas das placas de circuito impresso devem ser rigorosamente limpas (com lixa fina ou palha de aço) antes das soldagens. O cobre deve estar brilhante, sem qualquer resíduo de oxidação, sujidade, gorduras, etc. (que podem dificultar as boas soldaduras). Notar que depois de limpas as ilhas e pistas cobreadas não devem mais ser tocadas com os dedos pois a gordura e ácidos contidos na transpiração humana (mesmo que as mãos pareçam limpas e secas) atacam o cobre com grande rapidez, prejudicando as boas soldaduras. Os terminais dos componentes também devem estar limpos (se preciso, raspe-os com uma lâmina ou estilete, até que o metal fique limpo e brilhante) para que a solda "pegue" bem.  Verificar sempre se não existem defeitos nas pistas de cobre da placa. Verificada alguma falha ela deve ser remediada antes de se colocarem os componentes na placa. Pequenas falhas no cobre podem ser facilmente recompostas com uma gotinha de solda cuidadosamente aplicada. Já eventuais curto - circuitos entre ilhas ou pistas, podem ser removidas raspando-se o defeito com uma ferramenta de ponta afiada. Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática  Durante a soldadura evite sobreaquecer os componentes (que podem danificar-se pelo calor excessivo desenvolvido numa soldadura muito demorada). Se uma soldadura não corre bem nos primeiros 5 segundos, retire o ferro, espere a ligação arrefecer e tente novamente, com calma e atenção.  Evite excesso de solda (que pode gerar corrimentos e curto - circuitos) ou falta de solda (que pode ocasionar má ligação). Um bom ponto de solda deve ficar liso e brilhante. Se a solda, após arrefecer, se mostrar rugosa e fosca, isso indica uma ligação mal feita (tanto elétrica quanto mecanicamente).  Apenas corte os excessos dos terminais ou pontas de fios (pelo lado cobreado) após rigorosa verificação dos valores, posição, polaridade, etc. de todas as peças, componentes, ligações periféricas (aquelas externas à placa), etc. É muito difícil reaproveitar ou corrigir as posições de um componente cujos terminais já tenham sido cortados. Placa de circuito impresso (PCI ou PCB)  Placa normal  Placa pré-sensibilizada Espessura do cobre: Cobre Monoface 0,035 mm (35 µ) 1 mm Dupla face Muitos componentes 1,5 mm Multicamadas Baquelite 2,2 mm Fibra de vidro Fenolite Ilhas e Pistas Resina-epóxi Ilha ou pad Air gap – f (V) ≥ 0,8 mm Pista ou trace ≥ 0,30 mm Componentes eletrónicos Polegada ou inch Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática 1 “ (polegada) = 2,54 cm = 25,4 mm Raster Múltiplo de 2,54 mm (1/10 “) Departamento Curricular de Eletrotecnia, Mecanotecnia e Informática