162541067 Circuitos Impresos 7 PDF

1Introduccin al Diseo de Circuitos Impresos

Circuitos Electrnicos II (66.10)Departamento de Electrnica

Facultad de Ingeniera. Universidad de Buenos AiresIng. Fabin Acquaticci

Proceso de Diseo

Dibujar el diagrama esquemtico o circuito Generar la lista de conexiones (netlist) Diagramar el circuito impreso Fabricar las plaquetas

! Existen diferentes procesos de fabricacin, los cuales se deben tener en mente a la hora de realizar los diseos.

2Sistemas para Diseo con PC

www.cadsoft.deCadSoft (EAGLE)

kicad.sourceforge.net/KiCad

www.microcode.comProtel Technology

www.orcad.comOrcad

www.ivex.comIvex Design

www.interactiv.comInteractive Imaging Technologies

www.expresspcb.comExpressPCB

www.acceltech.comAltium

www.advancedmsinc.comAdvanced Microcomputer SystemsPgina WebFabricante

Circuitos impresos

Los circuitos impresos se puede clasificar segn el nmero de capas en los siguientes tipos:

Circuitos de una sola capa conductora o simple faz Circuitos de dos capas conductoras o doble faz Circuitos de cuatro o ms capas conductoras o multicapa

! Los circuitos de una sola capa tienden a desaparecer debido a los compromisos y dificultades en la realizacin de impresos EMC.

3Circuitos impresos

Composicin de un circuito impreso:

Lado de componentes (top side) Lado de soldaduras (bottom side) Islas (pads) Pistas de cobre (tracks) Texto e inscripciones Smbolos de montaje de los componentes Mscara antisoldante (antisolder masks)

Circuitos impresos

PadsPistas Mscara antisoldante

Smbolos de montaje

Inscripciones

Texto

4Diagrama esquemtico

Est compuesto por cuatro clases de elementos:

Componentes Smbolos Conexiones Anotaciones

Diagramacin de circuitos impresos

Para diagramar un circuito impreso, se debe:

Importar la lista de conexiones (netlist). Colocar los contenedores para cada uno de los

componentes. Asignar a cada contenedor el nombre correspondiente al

componente que identifica en el esquema. Recorrer la lista de conexiones e ir trazando las pistas para

unir todos los pads indicados. Reorganizar las pistas para que no se entrecrucen. Optimizar las conexiones y el tamao.

5Diagramacin de circuitos impresos(Editor de Layout)

Diagramacin de circuitos impresos(Ubicacin de los componentes)

6Diagramacin de circuitos impresos(Ruteo manual. La diagramacin se hace a medida de los requerimientos de diseo)

Diagramacin de circuitos impresos(Autoruteo. No se logra optimizar las conexiones y la organizacin de las pistas de acuerdo con los requerimientos )

7Diagramacin de circuitos impresos


AMPLIFICADOR DE AUDIODE DE 25 WATTS


Las mltiples Capas:

Cada capa agrupa un conjunto de elementos que tienen algo en comn.

Serigrafa (silkscreen): Incluye los smbolos de montaje de los componentes, textos e inscripciones. Se imprime del lado de componentes

Cobre inferior (bottom copper): Incluye los pads y las pistas de cobre del lado inferior (lado de soldaduras) de la plaqueta.

Cobre superior (top copper): Incluye los pads y las pistas del lado superior (lado de componentes de la plaqueta).

Diagramacin de circuitos impresosEn la aplicacin cada capa aparece como un color diferente, para que se puedan diferenciar. En base a estas capas, la aplicacin genera otras dos en forma automtica:

Mscara inferior (bottom solder mask): Cubre todos los pads del lado inferior (lado de soldaduras) de la plaqueta, indicando que esas zonas son las que no se deben cubrir con la laca protectora de la mscara antisoldante (antisoldermask). Pues, estas son las partes en donde se deben realizar las soldaduras.

Mscara superior (top solder mask): Idem anterior, pero para los pads del lado superior (lado de componentes) de la plaqueta.

! Durante la diagramacin, la vista de las diferentes capas es desde el lado superior.


40016.0502.0

25010.0251.0

2008.0200.70

1506.0150.40

1004.0100.30

Grosor (mil)

Corriente (A)Grosor (mil)

Corriente (A)Grosores de las pistas:


Durante la diagramacin del impreso se debe considerar:

Ubicacin de los componentes Trazado de las pistas de alimentacin y masa Trazado de las pistas de seales

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Circuitos impresos simple faz:

Disminuir la impedancia de los caminos, ensanchndolos cuando sea posible.

Hacer los caminos lo ms cortos posibles. Colocar capacitores de desacople entre masa y alimentacin. Utilizar fuentes de alimentacin separadas para circuitos digitales y

analgicos. Unir la masa digital y analgica en un nico punto.

Diagramacin de circuitos impresosDistribucin errnea de masa y alimentacin:

Trazos largos y finos, con elevada inductancia y resistencia.

Gran distancia entre caminos de alimentacin y su retorno, por lo tanto capacidades pequeas e inductancias elevadas.

Espiras de corriente a travs de los integrados.

Acoplamiento inductivo y capacitivo entre caminos de distintas ramas de alimentacin y su retorno.

Los acoplamientos inductivos son origen de ruido. Cuando un campo magntico variable atraviesa el rea encerrada por una espira conductora, en los extremos de sta se obtiene una diferencia de potencial, cuya magnitud es directamente proporcional al rea involucrada.

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Diagramacin de circuitos impresosProblemas de tierra y PCBs

Una pista de 10 mils y 10 cm de longitud, cuyo cobre posee un espesor de 35 um y una resistividad de 0.016 ohm.mm2/m tiene una resistencia de 0.18 ohm y presenta una inductancia de 1 uH.

En diseos de bajo ruido debe prestarse especial atencin a la tierra. Todas las tierras deben partir de un nico punto y desde el dirigirse a todos los dems. Esta tcnica se llama interconexin en estrella Recordar que las pistas introducen efectos parsitos capacitivos, inductivos y resistivos.

Incorrecto. La tierra no es limpia

Correcto. Al dividir la pista crtica en dos ya no hay interaccin de una pista con otra

Diagramacin de circuitos impresosDistribucin mejorada de masa y alimentacin:

CLZ =0

La velocidad de propagacin en un circuito impreso tpico es de 150 mm/ns.

Las pistas de un circuito impreso se comportan como lneas de transmisin cuando el tiempo de propagacin es mayor que 1/10 del perodo de una seal senoidal, como por ejemplo, la seal portadora en un sistema de comunicacin. De igual modo, si el tiempo de propagacin es mayor que el tiempo de transicin en un circuito digital.

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Diagramacin de circuitos impresosCircuitos impresos doble faz:

Se obtienen menores impedancias que con los circuitos simple faz.

A pesar de las posibilidades de conexin por el uso de through holes, se debe ser cuidadoso puesto que este tipo de unin posee alta impedancia.

Las lneas de alimentacin pueden ser ruteadas en sendas caras, una sobre otra, lo cual conduce a una menor impedancia caracterstica, reducindose an ms las posibilidades de radiacin.

Distribucin masa y alimentacin:

! Las lneas por s mismas funcionan como antenas y con solo dos capas es imposible confinar ms el campo magntico.

Diagramacin de circuitos impresosCircuitos impresos multicapa:

Circuito impreso de cuatro capas:

! El uso de ms de dos capas aumenta las posibilidades de conexin por unidad de rea, pero al mismo tiempo se pueden obtener grandes beneficios desde el punto de vista EMC.

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Conclusiones: En general, en un circuito simple faz, los caminos de los conductores de

alimentacin deben ser lo ms ancho posibles y estar dispuestos uno prximo al otro con el objetivo de disminuir el rea efectiva y por lo tanto la impedancia caracterstica.

Los capacitores de desacople deben ser los adecuados, de modo que funcionen a la frecuencia correspondiente debiendo estar ubicados lo ms cerca posible de los circuitos integrados.

Las lneas de seal deben crear la menor rea compatible con la distribucin de los elementos con su camino de retorno. Esta consideracin es muy importante tanto para los caminos de alta corriente y/o velocidad como para lneas de gran sensibilidad.


Conclusiones: En los circuitos de baja frecuencia es ms conveniente lograr una buena

distribucin de componentes que mantener el control de impedancia. Siempre se debe reducir el rea efectiva y evitar bucles de masa o

alimentacin. Todas las superficies no utilizadas de impreso deben ser completadas con

cobre y conectadas a masa. Minimizar las capacidades parsitas entre masa y las lneas de seal. Los PCB de dos capas tienen aplicacin en circuitos sencillos de baja

frecuencia con un mnimo de lneas crticas y donde el cumplimiento de las normas es fcilmente obtenible.

Cuando se desea realizar un circuito de excelente prestacin en trminos de EMC y en alta frecuencia, es necesario recurrir a circuitos multicapa.

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Diagramacin de circuitos impresos(Ejemplo: LMH6624)

Diagramacin de circuitos impresos(Ejemplo: LMH6624)

FeaturesVS = 6V, TA = 25C, AV = 20, (Typical values unlessspecified)Gain bandwidth (LMH6624) 1.5GHzInput voltage noise 0.92nV/Input offset voltage (limit over temp) 700uVSlew rate 350V/sSlew rate (AV = 10) 400V/sHD2 @ f = 10MHz, RL = 100 63dBcHD3 @ f = 10MHz, RL = 100 80dBcSupply voltage range (dual supply) 2.5V to 6VSupply voltage range (single supply) +5V to +12VImproved replacement for the CLC425 (LMH6624)Stable for closed loop |AV| 10ApplicationsInstrumentation sense amplifiersUltrasound pre-ampsMagnetic tape & disk pre-ampsWide band active filtersProfessional Audio SystemsOpto-electronicsMedical diagnostic systems

LAYOUT CONSIDERATIONNational Semiconductor suggests the copper patterns on theevaluation boards listed below as a guide for high frequencylayout. These boards are also useful as an aid in devicetesting and characterization. As is the case with all highspeedamplifiers, accepted-practice RF design technique onthe PCB layout is mandatory. Generally, a good high frequencylayout exhibits a separation of power supply andground traces from the inverting input and output pins. Parasiticcapacitances between these nodes and ground maycause frequency response peaking and possible circuit oscillations(see Application Note OA-15 for more information).Use high quality chip capacitors with values in the range of1000pF to 0.1F for power supply bypassing. One terminal ofeach chip capacitor is connected to the ground plane and theother terminal is connected to a point that is as close aspossible to each supply pin as allowed by the manufacturersdesign rules. In addition, connect a tantalum capacitor with avalue between 4.7F and 10F in parallel with the chipcapacitor. Signal lines connecting the feedback and gainresistors should be as short as possible to minimize inductanceand microstrip line effect. Place input and output terminationresistors as close as possible to the input/outputpins. Traces greater than 1 inch in length should be impedancematched to the corresponding load termination.

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Diagramacin de circuitos impresos(Ejemplo: Pancake Coils)

Diagramacin de circuitos impresos(Ejemplo: Switching Regulator)

CIRCUIT LAYOUT GUIDELINESAs in any switching regulator, layout is very important. Rapidlyswitching currents associated with wiring inductancegenerate voltage transients which can cause problems. Forminimal inductance and ground loops, keep the length of theleads and traces as short as possible. Use single pointgrounding or ground plane construction for best results.Separate the signal grounds from the power grounds. When using theAdjustable version, physically locate the programming resistors as nearthe regulator IC as possible, to keep the sensitive feedbackwiring short.

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Diagramacin de circuitos impresosRecomendaciones para el diseo.

Pautas para lograr circuitos impresos prolijos, funcionalmente correctos y un armado y puesta en marcha ms eficiente:

Trabajar con un snap-grid de 25 mills. Trabajar con grillas ms pequeas solo cuando sea imprescindible y

volver inmediatamente a 25 mills. Las pistas deben comenzar y terminar en el centro del pad, nunca sobre

el borde. Los bordes de la placa se deben definir con un trazo de 12 mils en el

lugar de corte. De igual forma se deben indicar las caladuras. Dejar una franja de 0.4 mm sin cobre en todo el contorno del circuito

impreso. Si el tamao del circuito impreso es crtico se debe tener en cuenta el

mtodo de corte o panelizacin utilizado.



Definir los dimetros de perforado. Tener en cuenta los incrementos mnimos entre valores.

Mantener la cantidad de dimetros de perforado distintos en un nmero mnimo sin perder funcionalidad.

Verificar las medidas reales de los componentes para evitar dificultades durante el proceso de armado, especialmente en diseos de dimensiones reducidas o posicionamientos muy cercanos.

Utilizar una relacin dimetro pad/dimetro perforado (corona)adecuada al tipo de PCB. Mayor corona, mayor resistencia mecnicadel pad, y facilidad en los procesos de soldadura y reparacin.

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Estandarizar los puentes de alambre para agilizar los procesos de armado al poder performar el mismo como cualquier componentes axial.

Verificar antes de enviar el diseo a produccin los layers definidos para las mscaras antisoldantes y la legibilidad de los layers de impresin de componentes. Muchas veces es necesario reordenar las leyendas.

Diagramacin de circuitos impresosEleccin del tamao del Pad

! La posibilidad de reparar exitosamente una plaqueta electrnica que necesite el reemplazo de algn componente daado, est dada entre otras cosas por el dimetro de sus pads y su relacin con respecto al dimetro de perforado. Durante los procesos de soldadura o reparacin de un circuito impreso, el calor es destructivo si no se lo disipa adecuadamente.

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Diagramacin de circuitos impresosEspecificaciones de fabricacin

Diagramacin de circuitos impresosEspecificaciones de fabricacin

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Fabricacin casera de impresos

Los pasos bsicos para generar un circuito impreso son:

Prepararacin de la plaqueta Transferencia del dibujo del circuito impreso a la plaqueta Procesado qumico Perforado Proteccin del circuito impreso

! Antes de proceder a la fabricacin del circuito impreso, es conveniente probar el montaje de los componentes reales sobre el papel.


Disear el circuito impreso

Imprimir una imagen especular del PCB (mediante impresora lser) sobre papel de transferencia trmica

Recortar la impresin

Sistema de transferencia trmica

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Es conveniente dejar un margen alrededor del circuito impreso

Limpiar la placa cobreada

Apoyar la impresin de manera que la cara activa, que es la que contiene el toner est en contacto con el cobre



Pasar la plancha caliente (170C a 190C)

Dejar enfriar y separar el papel de la placa


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Mscaras positivas

Sistema Fotosensible

Insolacin Revelado con metasilicato de sodioDURANTE EL REVELADO TENER EN CUENTA QUE:

EL METASILICATO DE SODIO ES ALTAMENTE CUSTICO.ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE LTEX Y ANTEOJOS PROTECTORES.A PESAR DE UTILIZAR GUANTES, PUEDEN TENER POROS. DEBEN UTILIZARSE PINZAS DE PLSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOS EN LA MEZCLA.SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLSTICO.NO SE DEBE ARROJAR EL REVELADOR EN EL DESAGE. GUARDARLO EN UN RECIPIENTE DE PLSTICO OPACO.


Cloruro Frrico

Ataque Qumico

DURANTE EL ATAQUE QUMICO:

ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE LTEX Y ANTEOJOS PROTECTORES.A PESAR DE UTILIZAR GUANTES, PUEDEN TENER POROS. DEBEN UTILIZARSE PINZAS DE PLSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOS EN LA MEZCLA.SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLSTICO.NO DEBE REALIZARSE EN RECIENTOS CERRADOS Y DEBE HABER VENTILACIN.NO ARROJAR EL CLORURO FRRICO AL DESAGE.

Ataque qumico. Sumergir la placa en el cido para eliminar el cobre innecesario

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Taladrado

Terminacin

Limpieza

Soldadura y Desoldadura de Componentes ElectrnicosSeleccin de la

temperatura de la punta

Fusin rpida y controlable sobre la soldadura.

Fusin completa de 2 a 5 seg.

Temperatura entre 315 a 400 (segn la aplicacin)

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Soldadura y Desoldadura de Componentes Electrnicos

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