760-560-0530
EnglishEspañolPortuguês

O que é fabricação de placas de circuito impresso - realmente
Thomas Smiley, Precisionpcbs

Primeiro precisamos distinguir uma placa de circuito impresso não-montada (sem que seus componentes tenham sido montados e adicionados) e uma placa montada e completamente funcional. Placas montadas são chamas, nesse mercado, de PCBA’s. Tudo o que está abaixo desse patamar – onde todo o circuito é plenamente funcional e tem todos os seus componentes – é chamado de PCB ou placa de circuito impresso.
O segundo passo é compreender que a função da placa não-montada é oferecer uma forma eficaz e rápida de interconectar todos os componentes que permitem ao sistema realizar alguma ação útil ou divertida. Estamos falando da tela em branco, das veias e artérias que, futuramente, serão parte integral de um circuito completo. Esse é o quadro geral.

O que é PCB manufacturing(ou fabricação de placas de circuito impresso)? É muito comum ouvir de novos clientes a seguinte pergunta:

“Então, para fazer um circuito impresso, você simplesmente adiciona fibra de vidro verde e cobre ao seu equipamento, carrega os arquivos da minha empresa e pronto: a placa sai pronta do lado de lá... certo?” Errado.

Sempre acreditamos que poderia ser um processo mais simples. Exatamente como ir ao caixa eletrônico: antigamente você ia ao banco, pegava uma fila imensa e aguardava sua vez para poder realizar um saque em sua conta corrente. A modernidade trouxe o caixa eletrônico que, por sua vez, já está à beira da obsolescência – mas permite que você realize o processo sozinho e, quase sempre, sem filas. Hoje em dia, no entanto, quem precisa de saque? O advento dos pagamentos por impressão digital e celular prometem transformar o caixa eletrônico numa atração de museu. Com as placas de circuito impresso, no entanto, a coisa funciona de maneira um pouco diferente.

A verdade é que o processo é composto por 15 a 25 passos diferentes que envolvem tecnologias distintas - e que vão transformar os seus arquivos Gerber em uma placa montada. Para um passo a passo resumido que inclui fotos do processo visite www.precisionpcbs.com/pcb-for- newbies/. Para a versão detalhada, continue lendo esse post.

A placa do circuito impresso de hoje em dia é composta por camadas alternadas de resina de fibra de vidro resistente ao fogo e conexões ultrafinas (0,005 polegadas de diâmetro por 0,00135 polegadas de espessura) de cobre em sua superfície – os traçados – que de fato conectarão os diferentes componentes que serão montados sobre ou sob a placa em um processo posterior.

O ponto de partida de uma placa como essa é uma fina camada dessa fibra de vidro que, por sua vez, é coberta de uma camada ainda mais fina de cobre em ambos os lados – e esse é um detalhe básico importantíssimo.

Entre as camadas que contêm os traçados de cobre estão outras camadas isolantes da mesma fibra de vidro. Algumas placas são compostas apenas pelo cobre de ambos os lados – as placas dupla-face – e algumas têm múltiplas camadas – 7 camadas empilhadas é um dos padrões. O número de camadas empilhadas pode chegar a 30 mas, em sua maioria, os circuitos tendem a ter entre 4 e 12 camadas. Essas camadas internas são ligadas umas às outras por perfurações preenchidas com cobre que têm localizações pré-definidas: o nome dessas perfurações é “via”. As vias, por sua vez, são ligadas às camadas internas durante o processo de revestimento.

O que nos leva a outro passo do processo – a perfuração das vias. Dentro do seu pacote Gerber existe um arquivo chamado ‘arquivo ferramenta’ ou ‘arquivo perfuração’. Isso informa o fabricante sobre a localização das vias. O fabricante, por sua vez, empilha dois ou três painéis de cobre bruto em uma grande linha de comando CNC, realiza o upload desse arquivo e simultaneamente perfura 4 ou 5 pilhas de painéis conforme as coordenadas X e Y ali contidas.

Para placas multi-camada as camadas internas são preparadas primeiro (como é possível ver em detalhes abaixo, onde falamos sobre gravação de alta precisão). Depois elas são empilhadas como em um ‘livro’ de camadas de cobre intercaladas com cola que chamamos de “prepeg”. O último passo é prensar cada página do livro contra uma placa revestida sólida.

Mas voltemos aos traçados de cobre. O ponto de partida de uma placa de circuito é uma fina camada de fibra de vidro revestida de ambos os lados por uma camada ainda mais fina de cobre. De alguma forma nós, como fabricantes, precisamos transformar isso num labirinto de linhas conectoras que levarão sinais de um componente ao outro. A melhor maneira de fazer isso é realizando um processo chamado gravação de alta precisão, onde o cobre é removido dos locais onde ele não é necessário. Imagine uma agulha que remove uma fina camada de tinta de uma superfície, somo se esculpisse essa camada (um grande artista uma vez disse que esculpira uma mulher em um bloco de pedra simplesmente removendo a parte da pedra que não se parecia com uma mulher). Simples, certo? É nesse momento que seus arquivos Gerber serão utilizados.

À partir dos arquivos Gerber um filme fotográfico com as imagens dos traçados é cirado. Uma vez criado o filme ele é revelado diretamente sobre o painel de cobre e fibra de vidro. A imagem é, na verdade, “transmitida” (como na ampliação de uma fotografia) para um material sensível à luz que chamamos de “resist” e que reveste a camada de cobre. Porque esse material é necessário? Porque, uma vez concluído o processo de “revelação” dessa “ampliação fotográfica” o material adere somente aos locais onde o arquivo Gerber determinou os traçados e protege o cobre nesses locais do corrosivo químico que será aplicado em seguida. Ele “resiste” a esse componente corrosivo, garantindo que apenas o cobre que não será usado nos traçados seja removido da placa. Esse processo oferece precisão de 0,001 polegada – o que nos permite imprimir traçados com esse diâmetro quando necessário. O padrão, no entanto, são traçados de 0,005 polegadas. Novas tecnologias estão sendo desenvolvidas com o intuito de facilitar esse processo. Atualmente, no entanto, 95% das placas de circuito são impressas utilizando esse mesmo método descrito aqui – que tem 65 anos de idade. É inacreditável que o processo tenha se mantido inalterado por tanto tempo.
Concluído o processo, as placas têm traçados nos lugares corretos e estão prontas para receber o revestimento de epóxi – que é aplicado com um pincel ou com uma espécie de rodo especial. Esse revestimento é curado sobre a placa para garantir maior durabilidade.

Porque as placas de circuito impresso são verdes? Ninguém sabe ao certo porque verde é a cor padrão, mas aos poucos outras cores vêm sendo usadas: azul (atualmente em voga, especialmente quando tem detalhes em dourado), vermelho, preto, branco e às vezes violeta. O ponto mais importante é que a cobertura verde corresponde, na verdade, ao epóxi que cobre os traçados. Esse epóxi atua como um isolante, aplicado para proteger contra curtos e impedir a entrada de humidade na fibra de vidro.

O próximo passo do processo inclui a aplicação de um revestimento metálico sobre as bases dos blocos de montagem que não apenas garante facilidade ao processo de soldagem, mas impede a oxidação dos traçados de cobre. O processo tradicional incluía, no passado, soldas compostas por chumbo e estanho. A combinação tende a funcionar bem, mas acarreta dois problemas: em primeiro lugar o chumbo é um material tóxico que foi banido da maior parte das operações devido aos danos causado à saúde dos operários. Em segundo lugar a mistura é bastante espessa e tende a criar “bolinhas” sobre a placa – que podem impedir a montagem perfeitamente plana dos componentes. Hoje em dia, com a diminuição drástica do tamanho dos componentes usados, esse problema tende a ser mais pronunciado.

Nos últimos cinco anos o setor substituiu a fórmula tradicional por uma combinação de ouro, aplicado numa camada extrafina, e níquel, aplicado numa
camada mais espessa. Para uma explicação detalhada desse processo

http://www.pcbdesignschool.com/2012/11/25/when-enig-doesnt-solder/.

A versão simplificada dessa explicação é:
1. A combinação dos dois metais garante que as bases estejam completamente planas – o que garante a instalação plana dos demais componentes.
O níquel é uma solda excelente – desde que tenha seu problema de corrosão controlado. A aplicação de uma fina camada de ouro é suficiente para combater esse problema. A camada é tão fina (2 a 3 mícrons), que é completamente incinerada até a conclusão do processo de soldagem – deixando apenas o níquel na placa.

Finalmente estamos prontos para começar a imprimir o circuito sobre a placa. Toda placa de circuito contém inscrições, tipicamente adicionadas para identificar a localização de cada componente na hora da conjunto do PWB montagem. Além disso, caso a placa precise de reparos no futuro, isso facilita a identificação de qual componente precisa ser reposto. Ao final do processo de impressão o fabricante adicionará sua marca e a data de fabricação – normalmente impressa no formato semana/ ano. A maior parte das placas passa também por um processo de aprovação na UL (Underwriters Laboratories – uma empresa americana especializada em certificar a qualidade de componentes eletrônicos), que também adiciona sua marca impressa. Esse processo de impressão é conduzido por silk-screen – como na impressão da estampa em uma camiseta – ou de maneira similar à utilizada durante a gravação de alta precisão dos traçados.
O último passo no processo de fabricação é o corte das placas no formato solicitado pelo cliente. É importante manter em mente que as placas são construídas em grandes painéis, onde diversas placas são desenhadas e montadas lado a lado – e simultaneamente. Esses grandes painéis contendo diversas placas são empilhados, normalmente em grupos de três, e adicionados novamente à linha de comando CNC para que sejam recortados.

Mas a placa ainda não está pronta: ela precisa ser testada. Cada placa é então submetida a um teste elétrico que verifica se todos os componentes estão conectados da maneira correta e funcionando plenamente. E só então a placa pode ser entregue ao cliente.

Para ver de perto os diferentes equipamentos e máquinas envolvidos nesse processo basta acessar o link: www.precisionpcbs.com/bare- board. A informação detalhada está no final da página.

Comentário final: o setor, atualmente, é tão sofisticado e competitivo que os principais palyers realmente vendem a ideia de que basta colocar fibra de vidro e cobre em uma máquina e o processo, como que por mágica, é concluído em minutos e apresenta uma placa perfeita para consumo. Mas a realidade é como os bastidores de uma novela – enquanto a mágica acontece na frente das câmeras, centenas de pessoas trabalham longe dos olhos dos espectadores.