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1/78 Circuito Impresso PTC2527 – EPUSP Guido Stolfi 2009.

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1 1/78 Circuito Impresso PTC2527 – EPUSP Guido Stolfi 2009

2 2/78 Circuito Impresso Funções Essenciais: –Suporte Mecânico dos Componentes Propriedades do Substrato –Conectividade Elétrica do Circuito Trilhas (cobre) Ilhas (soldagem) Furos de Transpasse (Ligação entre faces opostas)

3 3/78 Circuito Impresso Funções Secundárias: –Dissipação de calor –Blindagem Eletrostática –Elementos de Circuito Indutores Microlinhas Contatos –Identificação de Componentes p/ Montagem Serigrafia

4 4/78 Processos de Fabricação Subtrativo: –Corrosão Seletiva de substrato previamente metalizado Aditivo: –Deposição seletiva de condutor no substrato Furo metalizado: –Interligação (aditiva) entre 2 ou mais camadas condutoras

5 5/78 Materiais para Substratos Fenolite = Papel prensado, impregnado com resina fenólica –Vantagens: Baixo custo Facilidade de usinagem (puncionamento) –Desvantagens: Baixa resistência mecânica Baixa resistência térmica Baixa resistência à umidade Dilatação durante processamento Propriedades dielétricas inferiores

6 6/78 Materiais para Substratos Fibra de Vidro/Epóxi (FR-4) = Manta de fibra de vidro trançada, impregnada com Resina Epóxi –Vantagens: Boa estabilidade mecânica Boa resistência à umidade Boa resistência t é rmica Caracter í sticas diel é tricas satisfat ó rias Permite fabrica ç ão de circuitos multi-camadas –Desvantagens: Material abrasivo prejudica usinagem Custo mais elevado que a Fenolite

7 7/78 Material: FR-4 “Flame Resistant”, Epóxi + Fibra de Vidro –  r = 4,2 típico (3,8 a 4,4) –Coef. Dilatação linear = ppm/ O C 2 tipos de malhas de fibra de vidro; diâmetro típico das fibras de 3 a 10  m

8 8/78 Resina Epóxi

9 9/78 Resina Epóxi Multifuncional

10 10/78 Materiais para Substratos Fibra de Vidro/Teflon (Duroid®) = Manta de fibra de vidro trançada, impregnada com PTFE (Teflon® ) –Vantagens: Propriedades diel é tricas excelentes em alta freq ü ência –Desvantagens: Custo elevado Baixa aderência ao cobre dificulta soldagem

11 11/78 Materiais para Substratos Poliéster (Polietileno Tereftalato - PET; Mylar ®) = Utilizado para circuitos impressos flexíveis –Vantagens: Baixo custo Boa resistência mecânica e qu í mica Boas propriedades diel é tricas –Desvantagens: Baixa resistência t é rmica (soldagem dif í cil)

12 12/78 Materiais para Substratos Poliimida (Kapton ®) = Utilizado para circuitos impressos flexíveis –Vantagens: Boa resistência t é rmica Boas propriedades diel é tricas –Desvantagens: Custo mais elevado

13 13/78 Fabricação do Circuito Impresso Processo Serigráfico –Face simples Processo Fotográfico –Face Simples / Dupla –Multicamadas

14 14/78 Processo Serigráfico RODO TINTA TELA SUBSTRATO COBRE

15 15/78 Processo Fotográfico SUBSTRATO COBRE “PHOTO-RESIST” FOTOLITO (DIAZO) U.V. Exposição

16 16/78 Processo Fotográfico COBRE Após revelação Após corrosão “PHOTO-RESIST”

17 17/78 Face Dupla com Furo Metalizado

18 18/78 Circuito Impresso Multicamadas

19 19/78 Fabricação: Dupla Face, Furo Metalizado COBRE 17 a 70 um SUBSTRATO ~ 1.6 mm SUBSTRATO Material Base Após Furação

20 20/78 Dupla Face, Furo Metalizado Aplicação de Película Foto- Sensível (Riston®)

21 21/78 Dupla Face, Furo Metalizado DIAZO PHOTO RESIST, “RISTON” PHOTO- RESIST Exposição Fotográfica Após Revelação

22 22/78 Dupla Face, Furo Metalizado COBRE ~ 25 um CHUMBO ~ 12 um Metalização com Cobre Químico e Eletrolítico Galvanoplastia Com chumbo e Remoção do Riston

23 23/78 Dupla Face, Furo Metalizado SOLDA Após Corrosão e Refusão com Solda Chumbo/Estanho

24 24/78 Processos para Corrosão Percloreto de Ferro (FeCl 3 ) –Solução aquosa, concentração 28% a 42% por peso –Barato, compatível com photo-resist –Incompatível com máscara de chumbo/estanho –Problemas ecológicos

25 25/78 Processos para Corrosão Persulfato de Amônia ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) –Solução aquosa, concentração 20% –Relativamente barato, compatível com photo- resist e máscara de chumbo/estanho –Mais lento que percloreto –Problemas ecológicos

26 26/78 Processos para Corrosão Hidróxido de Amônia ( NH 4 OH ) –Solução aquosa, pH 8,0 a 8,8 –Compatível com photo-resist e máscara de chumbo/estanho –Permite operação contínua –Baixa produção de resíduos na placa –Problemas ecológicos menores

27 27/78 Aplicação de Máscara de Solda Reduzir curtos no processo de soldagem Reduzir volume utilizado de solda Reduzir contaminação da solda por Cu Proteger circuito de contaminação posterior Proteger contra umidade Impedir dendritos por eletromigração Isolação elétrica entre trilhas e componentes

28 28/78 Dendritos por Eletromigração Crescimento cristalino entre dois condutores com cargas opostas; pode ocasionar curto-circuito. d = 0,5 mm V = 10 V T = 85 o C RH = 85%

29 29/78 Filamentos Metálicos (“Whiskers”) Filamentos formados especialmente em superfícies de estanho puro, mesmo na ausência de campo elétrico ou umidade

30 30/78 Aplicação de Máscara de Solda Aplicação: Serigrafia (tinta epóxi), líquido ou filme seco foto-sensível 0.05 a 0,15 mm 0,1 a 0,15 mm

31 31/78 Circuito Impresso 4 Camadas COBRE 17 a 35 um SUBSTRATO Tip. 0.5 mm Material Base (Faces Internas) Após Exposição, Corrosão e Remoção de Riston

32 32/78 Circuito Impresso 4 Camadas COBRE 17 a 35 um COBRE SUBSTRATO SEMI- POLIMERIZADO Preparação Para Laminação

33 33/78 Circuito Impresso 4 Camadas Após Laminação e Cura Típico 1,6 mm Após Processamento das Faces Externas (Mesmo Processo que Dupla Face)

34 34/78 Exemplo: Plano de Terra (2)

35 35/78 Plano de Alimentação (3)

36 36/78 Face Superior (1)

37 37/78 Face Inferior (4)

38 38/78 Máscara de Solda Superior (TM)

39 39/78 Máscara de Solda Inferior (BM)

40 40/78 Serigrafia de Componentes Superior (TS)

41 41/78 Serigrafia Inferior (BS)

42 42/78 Identificação dos Diâmetros dos Furos

43 43/78 Furos Metalizados

44 44/78 Furos Metalizados Rebarbas na furação das camadas internas

45 45/78 Furos Metalizados Erros de registro nas camadas internas

46 46/78 Propriedades da Lâmina de Cobre Secção transversal e superfície aderente da Folha de cobre produzida por galvanoplastia

47 47/78 Propriedades da Lâmina de Cobre Densidade (onça/pé 2 ) Densidade g/m 2 Espessura nominal (  m) Espessura (mils) Resistivi- dade (m  /sq) ½ oz oz oz

48 48/78 Resistência de Trilhas

49 49/78 Elevação de Temperatura nas Trilhas Laminado de Cobre, 1 oz. (34  m)

50 50/78 Elevação de Temperatura nas Trilhas Laminado de Cobre, 2 oz. (68  m)

51 51/78 Critérios Aproximados para Dimensionamento de Trilhas Largura da trilha: ~ 20 mils /A (0,5 mm/A) (trilhas curtas, lâmina 2 oz.) Tensão de ruptura entre trilhas: ~ 5 V/ mil (4 mm = 1 kV)

52 52/78 Linhas de Transmissão (Microstrip) Substrato (  r ) Plano Terra w t h Trilha Ex.: Zo = 50 Ohms  r = 4.2 (FR-4) h = 0,8 mm w = 1,5 mm t = 35  m

53 53/78 Furação da Placa Geometria de uma broca (50000 a rpm)

54 54/78 Qualidade da Furação

55 55/78 Microfuros (Furos Cegos e Enterrados)

56 56/78 Produtividade x Largura de Trilha

57 57/78 Produtividade x Espaçamento Mínimo

58 58/78 Regras de Projeto Típicas (Brasil) Largura mínima de trilha: 8 mils (0,2 mm) Espaçamento mínimo: 8 mils (0,2 mm) Diâmetro de furos de transpasse: 16 mils (0,4 mm) Diâmetro da ilha de transpasse: 36 mils (0,9 mm) Número de Camadas: 2 (máximo: 4)

59 59/78 Regras de Projeto Extremas (Brasil) Largura mínima de trilha: 4 mils (0,1 mm) Espaçamento mínimo: 4 mils (0,1 mm) Diâmetro de furos de transpasse: 12 mils (0,3 mm) Diâmetro da ilha de transpasse: 26 mils (0,7 mm) Número de Camadas: 6

60 60/78 Teste Elétrico Cama-de-pregos (para pontos em grade padrão)

61 61/78 Teste Elétrico Cama-de-pregos com transporte lateral (para pontos fora da grade)

62 62/78 Teste Elétrico Pontas Móveis para teste Seqüencial x-y

63 63/78 Soldagem Conectividade Elétrica Fixação Mecânica Proteção contra Corrosão Solda mais utilizada: 63% Sn / 37% Pb –Ponto de Fusão: 183 o C –Acabamento brilhante Pode ter 1 a 2% de Ag (“Solda de Prata”)

64 64/78 Tipos de Montagem (SMD)

65 65/78 Soldagem por Refusão Soldagem de Componentes SMD na face superior, com uso de pasta de solda

66 66/78 Aplicação de Pasta de Solda

67 67/78 Bolas de Solda na Soldagem por Refusão

68 68/78 Processo Genérico de Soldagem Aplicação de Pasta de Solda Aplicação de Compo- nentes SMD Refusão Aplicação de Cola Soldagem por Onda Corte das Placas Aplicação de Compo- nentes SMD Aplicação Componentes Convencionais Lado A Lado B

69 69/78 Soldagem por Onda

70 70/78 Soldagem de Terminais de Componentes Terminal de Componente SMD Terminal c/ furo Corte transversal de terminal SMD

71 71/78 Solda por Dupla Onda

72 72/78 Perfil de Temperatura na Soldagem

73 73/78 Linha de Montagem para SMD

74 74/78 Fluxo Substância redutora, dissolve os óxidos nas superfícies a serem soldadas Resinas orgânicas (ácido abiético, ácido pimárico) Ativadas ou não com haletos inorgânicos

75 75/78 Solda Livre de Chumbo Problema ecológico: evitar contaminação dos lençóis freáticos por Chumbo Pb sendo banido na Comunidade Européia e Japão (ROHS) Exemplos de Alternativas: LigaP. FusãoLigaP. Fusão 93.6 Sn 4.7 Ag 1.7 Cu216 o C78 Sn 6 Zn 16 Bi Sn 3.9 Ag 0.6 Cu217 o C91 Sn 9 Zn199 o C 99.3 Sn 0.7 Cu227 o C92Sn 3.3Ag 3Bi 1.7In Sn 58 Bi138 o C93Sn 3.1Ag 3Bi 0.5Cu Sn 56 Bi 1 Ag136.5 o C95.2Sn 2.5Ag 0.8Cu 0.5Sb Sn 4.8 Bi 3.4 Ag211 o C95.5 Sn 3.5 Ag 1 Zn217 o C

76 76/78 Solda Livre de Chumbo Problemas: –Custo mais elevado –Corrosão –Aderência inferior –Incompatibilidade com alguns revestimentos –Efeito termoelétrico 20 a 200 vezes maior

77 77/78 Outras Alternativas Furos de Transpasse: –Tinta Condutiva (Ag) –Ilhós, micro-rebite Revestimento: –Ouro, Níquel –SMOBC (Solder Mask Over Bare Copper) Ligações: –Trilhas aditivas com Tinta Condutiva (Ag, C) –Wire-Wrap

78 78/78 Outras Alternativas “OCCAM”

79 79/78 Referências Clyde F. Coombs: Printed Circuits Handbook – McGraw-Hill, 2001 Micropress Circuitos Impressos Philips Data Handbook IC26 – 1998 Verdant Electronics


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