Circuito Impresso

PTC2527 EPUSP Guido Stolfi 2005

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Circuito Impresso

Funes Essenciais: Suporte Mecnico dos Componentes Propriedades do Substrato

Conectividade Eltrica do Circuito Trilhas (cobre) Ilhas (soldagem) Furos de Transpasse (Ligao entre faces opostas)2

Circuito Impresso Funes Secundrias: Dissipao de calor Blindagem Eletrosttica Elementos de Circuito Indutores Microlinhas Contatos

Identificao de Componentes Serigrafia3

Processos de Fabricao Subtrativo: Corroso Seletiva de substrato previamente metalizado

Aditivo: Deposio seletiva de condutor no substrato

Furo metalizado: Interligao (aditiva) entre 2 ou mais camadas condutoras4

Materiais para Substratos Fenolite = Papel prensado, impregnado com resina fenlica Vantagens: Baixo custo Facilidade de usinagem (puncionamento)

Desvantagens: Baixa resistncia mecnica Baixa resistncia trmica Baixa resistncia umidade Dilatao durante processamento Propriedades dieltricas inferiores5

Materiais para Substratos Fibra de Vidro/Epxi (FR-4) = Manta de fibra de vidro tranada, impregnada com Resina Epxi Vantagens: Boa estabilidade mecnica Boa resistncia umidade Boa resistncia trmica Caractersticas dieltricas satisfatrias Permite fabricao de circuitos multi-camadas

Desvantagens: Material abrasivo prejudica usinagem Custo mais elevado que a Fenolite6

Materiais para Substratos Fibra de Vidro/Teflon (Duroid) = Manta de fibra de vidro tranada, impregnada com PTFE (Teflon ) Vantagens: Propriedades dieltricas excelentes em alta freqncia

Desvantagens: Custo elevado Baixa aderncia ao cobre dificulta soldagem

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Materiais para Substratos Polister (Polietileno Tereftalato - PET; Mylar ) = Utilizado para circuitos impressos flexveis Vantagens: Baixo custo Boa resistncia mecnica e qumica Boas propriedades dieltricas

Desvantagens: Baixa resistncia trmica (soldagem difcil)8

Materiais para Substratos Poliimida (Kapton ) = Utilizado para circuitos impressos flexveis Vantagens: Boa resistncia trmica Boas propriedades dieltricas

Desvantagens: Custo mais elevado

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Fabricao do Circuito Impresso

Processo Serigrfico Face simples

Processo Fotogrfico Face Dupla Multicamadas

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Processo Serigrfico

RDOTINTA

TELA

COBRESUBSTRATO

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Processo Fotogrfico

U.V. FOTOLITO (DIAZO)

ExposioCOBRE SUBSTRATO PHOTO-RESIST

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Processo Fotogrfico

Aps revelaoCOBRE

Aps corroso

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Face Dupla com Furo Metalizado

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Circuito Impresso Multicamadas

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Fabricao: Dupla Face, Furo Metalizado

Material Base

COBRE17 a 70 um

SUBSTRATO~ 1.6 mm

Aps Furao

SUBSTRATO

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Dupla Face, Furo Metalizado

Aplicao de Pelcula FotoSensvel (Riston)

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Dupla Face, Furo Metalizado

Exposio Fotogrfica

DIAZO

P.RESIST, RISTON

Aps Revelao

PHOTORESIST

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Dupla Face, Furo Metalizado

Metalizao com Cobre Qumico e Eletroltico

COBRE~ 25 um

Galvanoplastia Com chumbo e Remoo do Riston

CHUMBO~ 12 um

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Processos para Corroso

Percloreto de Ferro (FeCl3) Soluo aquosa, concentrao 28% a 42% por peso Barato, compatvel com photo-resist Incompatvel com mscara de chumbo/estanho Problemas ecolgicos

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Processos para Corroso

Persulfato de Amnia ((NH4)2S2O8) Soluo aquosa, concentrao 20% Relativamente barato, compatvel com photoresist e mscara de chumbo/estanho Mais lento que percloreto Problemas ecolgicos

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Processos para Corroso

Hidrxido de Amnia ( NH4 OH ) Soluo aquosa, pH 8,0 a 8,8 Compatvel com photo-resist e mscara de chumbo/estanho Permite operao contnua Baixa produo de resduos na placa Problemas ecolgicos menores

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Dupla Face, Furo Metalizado

SOLDA

Aps Corroso e Refuso com Solda Chumbo/Estanho

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Aplicao de Mscara de Solda

Reduzir curtos no processo de soldagem Reduzir volume utilizado de solda Reduzir contaminao da solda por Cu Proteger circuito de contaminao posterior Proteger contra umidade Impedir dendritos por eletromigrao Isolao eltrica entre trilhas e componentes24

Dendritos por Eletromigraod = 0,5 mm V = 10 V T = 85 oC RH = 85%

Crescimento cristalino entre dois condutores com cargas opostas, pode ocasionar curto-circuito.25

Filamentos Metlicos (Whiskers)

Filamentos formados especialmente em superfcies de estanho puro, mesmo na ausncia de campo eltrico ou umidade26

Aplicao de Mscara de Solda

0.05 a 0,15 mm

0,1 a 0,15 mm Aplicao: Serigrafia (tinta epxi), lquido ou filme seco foto-sensvel

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Circuito Impresso 4 Camadas

Material Base (Faces Internas)

COBRE17 a 35 um

SUBSTRATOTip. 0.8 mm

Aps Exposio, Corroso e Remoo de Riston

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Circuito Impresso 4 CamadasCOBRE17 a 35 um

Preparao Para Laminao

SUBSTRATO SEMIPOLIMERIZADO

COBRE

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Circuito Impresso 4 CamadasAps Laminao

Tpico 1,6 mm

Aps Processamento das Faces Externas (Mesmo Processo que Dupla Face)30

Exemplo: Plano de Terra (2)

31

Plano de Alimentao (3)

32

Face Superior (1)

33

Face Inferior (4)

34

Mscara de Solda Superior (TM)

35

Mscara de Solda Inferior (BM)

36

Serigrafia de Componentes Superior (TS)

37

Serigrafia Inferior (BS)

38

Identificao dos Dimetros dos Furos

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Furos Metalizados

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Furos Metalizados

Rebarbas na furao das camadas internas41

Furos Metalizados

Erros de registro nas camadas internas42

Material: FR-4 Flame Resistant, Epxi + Fibra de Vidro r = 4,2 tpico (3,8 a 4,4) Coef. Dilatao linear = 12-15 ppm/OC

2 tipos de malhas de fibra de vidro; dimetro tpico das fibras de 3 a 10 m

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Resina Epxi

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Resina Epxi Multifuncional

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Propriedades da Lmina de Cobre

Seco transversal e superfcie aderente da Folha de cobre produzida por galvanoplastia46

Propriedades da Lmina de Cobre

Densidade Densidade Espessura Espessura Resistividade nominal (m) (ona/p2) g/m2 (mils) (m/sq) oz.1 oz. 2 oz.

152305 610

1734 68

0.681.35 2.7

1.010.49 0.25

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Resistncia de Trilhas

48

Elevao de Temperatura nas Trilhas

Laminado de Cobre, 1 oz. (34 m)49

Elevao de Temperatura nas Trilhas

Laminado de Cobre, 2 oz. (68 m)50

Critrios Aproximados para Dimensionamento de Trilhas Largura da trilha: ~ 20 mils /A (trilhas curtas, lmina 2 oz.) Tenso de ruptura entre trilhas: ~ 5 V/ mil (4 mm = 1 kV)

51

Linhas de Transmisso (Microstrip)

Trilha

w t Ex.: h Zo = 50 Ohms r = 4.2 (FR-4) h = 0,8 mm w = 1,5 mm t = 35 m52

Substrato (r) Plano Terra

Furao da Placa

Geometria de uma broca (50000 a 150000 rpm)53

Qualidade da Furao

54

Microfuros (Furos Cegos e Enterrados)

55

Produtividade x Largura de Trilha

56

Produtividade x Espaamento Mnimo

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Regras de Projeto Tpicas (Brasil)

Largura mnima de trilha: 8 mils (0,2 mm) Espaamento mnimo: 8 mils (0,2 mm) Dimetro de furos de transpasse: 20 mils (0,5 mm) Dimetro da ilha de transpasse: 36 mils (0,9 mm) Nmero de Camadas: 2 (mximo: 4)58

Regras de Projeto Extremas (Brasil)

Largura mnima de trilha: 4 mils (0,1 mm) Espaamento mnimo: 4 mils (0,1 mm) Dimetro de furos de transpasse: 16 mils (0,4 mm) Dimetro da ilha de transpasse: 26 mils (0,7 mm) Nmero de Camadas: 659

Teste Eltrico

Cama-de-pregos (para pontos em grade padro)

60

Teste Eltrico

Cama-de-pregos com transporte lateral (para pontos fora da grade)61

Teste EltricoPontas Mveis para teste Seqencial x-y

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Soldagem

Conectividade Eltrica Fixao Mecnica Proteo contra Corroso Solda mais utilizada: 63% Sn / 37% Pb Ponto de Fuso: 183 oC Acabamento brilhante

Pode ter 1% de Ag (Solda de Prata)63

Tipos de Montagem (SMD)

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Soldagem por Refuso

Soldagem de Componentes SMD na face superior, com uso de pasta de solda65

Aplicao de Pasta de Solda

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Bolas de Solda na Soldagem por Refuso

67

Processo Genrico de SoldagemLado AAplicao de Pasta de Solda Aplicao de Componentes SMD

Refuso

Aplicao de Cola

Aplicao de Componentes SMD

Aplicao Componentes Convencionais

Soldagem por Onda

Corte das Placas

Lado B68

Soldagem por Onda

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Soldagem de Terminais de Componentes

Terminal de Componente SMD

Terminal c/ furo

Corte transversal de terminal SMD70

Solda por Dupla Onda

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Perfil de Temperatura na Soldagem

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Linha de Montagem para SMD

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Fluxo Substncia redutora, dissolve os xidos nas superfcies a serem soldadas Resinas orgnicas (cido abitico, cido pimrico) Ativadas ou no com haletos inorgnicos74

Solda Livre de Chumbo Problema ecolgico: evitar contaminao dos lenis freticos por Chumbo Pb sendo banido na Comunidade Europia e Japo Exemplos de Alternativas:Liga93.6 Sn 4.7 Ag 1.7 Cu 95.5 Sn 3.9 Ag 0.6 Cu 99.3 Sn 0.7 Cu 42 Sn 58 Bi 43 Sn 56 Bi 1 Ag 91.8 Sn 4.8 Bi 3.4 Ag

P. Fuso216 oC 217 oC 227 oC 138 oC 136.5 oC 211 oC

Liga78 Sn 6 Zn 16 Bi 91 Sn 9 Zn 92Sn 3.3Ag 3Bi 1.7In 93Sn 3.1Ag 3Bi 0.5Cu 95.2Sn 2.5Ag 0.8Cu 0.5Sb 95.5 Sn 3.5 Ag 1 Zn

P. Fuso134-196 199 oC 210-214 209-212 216-218 217 oC75

Solda Livre de Chumbo

Problemas: Custo mais elevado Corroso Aderncia inferior Incompatibilidade com alguns revestimentos Efeito termoeltrico 20 a 200 vezes maior

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Outras Alternativas Furos de Transpasse: Tinta Condutiva (Ag) Ilhs, micro-rebite

Revestimento: Ouro, Nquel SMOBC (Solder Mask Over Bare Copper)

Ligaes: Trilhas aditivas com Tinta Condutiva (Ag, C) Wire-Wrap77

Referncias

Clyde F. Coombs: Printed Circuits Handbook McGraw-Hill, 2001 Micropress Circuitos Impressos

Philips Data Handbook IC26 - 1998

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