Placa de circuito impresso (PCB) são encontrados em quase todos os tipos de dispositivos eletrônicos. If there are electronic components in a piece of equipment, they are also embedded in various sizes of PCB. In addition to fixing various small parts, the main function of the PCB is to provide electrical connections between the components. As electronic equipment becomes more and more complex, more and more parts are needed, and the wiring and parts on the PCB become more and more dense. A standard PCB looks something like this. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

The substrate of the board itself is made of a material that is insulated and resistant to bending. The small line material that can be seen on the surface is copper foil. Originally, the copper foil is covered on the whole board, and the middle part is etched away in the manufacturing process, and the remaining part becomes a network of small lines. These lines are called conductors or conductors and are used to provide electrical connections to parts on the PCB.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. Em um PCB básico, as partes estão concentradas em um lado e os fios estão concentrados no outro. So we need to make holes in the board so that the pins can go through the board to the other side, so the pins of the parts are welded to the other side. Because of this, the front and back sides of a PCB are called Component Side and Solder Side respectively.

Se houver peças no PCB que podem ser removidas ou colocadas de volta após a fabricação, o soquete será usado para instalar as peças. Because the socket is directly welded to the board, the parts can be arbitrarily disassembled. A ZIF (Zero InserTIon Force) plug allows parts to be inserted and removed easily. The lever next to the socket can hold the parts in place after you insert them.

To connect two PCBS to each other, an edge connector is commonly used. O dedo de ouro contém várias almofadas de cobre que, na verdade, fazem parte da fiação do PCB. Normalmente, para conectar, inserimos o dedo de ouro em um PCB no slot apropriado (comumente chamado de slot de expansão) no outro PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

A cor verde ou marrom no PCB é a cor da máscara de solda. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. Outra tela de seda será impressa na camada de resistência de solda. It is usually printed with words and symbols (mostly white) to indicate the position of the parts on the board. Screen printing surface is also known as icon surface

Lenda).

Placas de um lado

Como mencionamos, em um PCB básico, as partes estão concentradas em um lado e os fios estão concentrados no outro. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Como os painéis individuais tinham muitas restrições estritas no design do circuito (porque havia apenas um lado, a fiação não podia cruzar e tinha que seguir um caminho separado), apenas os primeiros circuitos usavam essas placas.

Placas de dupla face

A placa de circuito possui fiação em ambos os lados. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. Essa “ponte” entre os circuitos é chamada de orifício-guia (VIA). Os orifícios-guia são pequenos orifícios no PCB preenchidos ou revestidos com metal que podem ser conectados a fios em ambos os lados. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

Multi-layer Boards

Para aumentar a área que pode ser conectada, são usadas mais placas de fiação de um ou dois lados. A placa multicamadas usa vários painéis duplos, e uma camada de isolamento é colocada entre cada painel e colada (prensada). The number of layers of the board represents several independent wiring layers, usually an even number of layers, including the outermost two layers. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. A maioria dos grandes supercomputadores usa algumas camadas de placas-mãe, mas elas caíram em desuso porque podem ser substituídas por grupos de computadores comuns. Because the layers in a PCB are so tightly integrated, it’s not always easy to see the actual number, but if you look closely at the motherboard, you might be able to.

The guide hole (VIA) we just mentioned, if applied to a double panel, must be through the entire board

But in a multilayer, if you only want to connect some of the lines, the guide holes may waste some of the line space in the other layers. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. Buried holes are only connected to the internal PCB, so light is not visible from the surface.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. So we classify the layers as Signal, Power or Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Tecnologia de embalagem de peças

Through Hole Technology

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. This part takes up a lot of space and one hole is drilled for each pin. Portanto, suas juntas ocupam espaço em ambos os lados, e as juntas de solda são relativamente grandes. Por outro lado, as peças THT são mais bem conectadas ao PCB do que as peças com tecnologia Surface Mounted (SMT), sobre as quais falaremos mais tarde. Sockets like wired sockets and similar interfaces need to be pressure-tolerant, so they are usually THT packages.

Surface Mounted Technology

For Surface Mounted Technology (SMT) parts, the pin is welded on the same side with the parts. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

As peças adesivas superficiais podem até ser soldadas em ambos os lados.

O SMT também possui peças menores do que o THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. So it’s no surprise that most of today’s PCBS are SMT.

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

No projeto de PCB, na verdade, há etapas muito longas a serem percorridas antes da fiação formal. O seguinte é o principal processo de design:

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

A próxima etapa é criar um diagrama de blocos funcional do sistema. A relação entre os quadrados também deve ser marcada.

Divide the system into several PCBS

Dividing the system into several PCBS not only reduces the size, but also gives the system the ability to upgrade and swap parts. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

Determine o método de embalagem a ser usado e o tamanho de cada PCB

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. A qualidade e a velocidade do diagrama do circuito também devem ser levadas em consideração ao selecionar a tecnologia.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. PCB em todos os sistemas devem ser descritos, e a maioria deles usa CAD (Computer Aided Design) atualmente. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Diagrama esquemático do circuito PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Such software can read blueprints and show how the circuit works in many ways. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

The way parts are placed depends on how they are connected to each other. Eles devem estar conectados ao caminho da maneira mais eficiente. Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Test wiring possibilities with correct operation at high speed

Alguns dos softwares de computador atuais podem verificar se o posicionamento de cada componente pode ser conectado corretamente ou se pode operar corretamente em alta velocidade. Esta etapa é chamada de arranjo de partes, mas não iremos muito longe nisso. Se houver um problema com o projeto do circuito, as peças também podem ser reorganizadas antes que o circuito seja exportado para o campo.

Circuito de exportação em PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Esta etapa geralmente é totalmente automatizada, embora geralmente sejam necessárias alterações manuais. Below is the wire template for 2 laminates. As linhas vermelha e azul representam a camada de peças PCB e a camada de soldagem, respectivamente. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. Os pontos e círculos vermelhos representam furos e guias de perfuração. Na extrema direita podemos ver o dedo de ouro na superfície de soldagem do PCB. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Each design must conform to a set of rules, such as minimum reserved gaps between lines, minimum line widths, and other similar practical limitations. Essas especificações variam de acordo com a velocidade do circuito, a intensidade do sinal a ser transmitido, a sensibilidade do circuito ao consumo de energia e ruído e a qualidade do material e do equipamento de fabricação. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. In order to reduce PCB costs, while reducing the number of layers, it is also necessary to pay attention to whether these regulations are still met. Se mais de 2 camadas forem necessárias, a camada de energia e a camada de solo são geralmente usadas para evitar que o sinal de transmissão na camada de sinal seja afetado e podem ser usadas como uma blindagem da camada de sinal.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. Este teste também verifica se há conexões incorretas e todas as conexões seguem o diagrama esquemático.

Estabelecer e arquivar

Como existem atualmente muitas ferramentas CAD para projetar PCBS, os fabricantes devem ter um perfil que atenda aos padrões antes de poderem fabricar placas. There are several standard specifications, but the most common is the Gerber Files specification. A set of Gerber files includes a plan of each signal, power and ground layer, a plan of the solder resistance layer and the screen printing surface, and specified files of drilling and displacing.

Electromagnetic compatibility problem

Dispositivos eletrônicos que não são projetados para especificações EMC podem emitir energia eletromagnética e interferir em aparelhos próximos. EMC impõe limites máximos de interferência eletromagnética (EMI), campo eletromagnético (EMF) e interferência de radiofrequência (RFI). Este regulamento pode garantir o funcionamento normal do aparelho e de outros aparelhos próximos. A EMC impõe limites estritos à quantidade de energia que pode ser espalhada ou transmitida de um dispositivo para outro e é projetada para reduzir a suscetibilidade a EMF, EMI, RFI externos e assim por diante. In other words, the purpose of this regulation is to prevent electromagnetic energy from entering or emanating from the device. This is a very difficult problem to solve, and is usually solved by using power and grounding layers, or putting PCBS into metal boxes. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. We won’t go too far into these issues.

The maximum speed of the circuit depends on EMC compliance. EMI interno, como perda de corrente entre condutores, aumenta à medida que a frequência aumenta. Se a diferença de corrente entre os dois for muito grande, certifique-se de aumentar a distância entre eles. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. A taxa de atraso na fiação também é importante, portanto, quanto menor o comprimento, melhor. Portanto, um PCB pequeno com boa fiação funcionará melhor em altas velocidades do que um PCB grande.