Circuitos Impresos 7.pdf

7/27/2019 Circuitos Impresos 7.pdf

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Introduccin 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 enmente a la hora de realizar los diseos.


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Sistemas 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 Systems

Pgina WebFabricante

Circuitos impresos

Los circuitos impresos se puede clasificar segn elnmero 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 loscompromisos y dificultades en la realizacin de impresos EMC.


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Circuitos 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


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Diagrama 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 loscomponentes.

Asignar a cada contenedor el nombre correspondiente alcomponente que identifica en el esquema.

Recorrer la lista de conexiones e ir trazando las pistas paraunir todos los pads indicados.

Reorganizar las pistas para que no se entrecrucen.

Optimizar las conexiones y el tamao.


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Diagramacin de circuitos impresos(Editor de Layout)

Diagramacin de circuitos impresos(Ubicacin de los componentes)


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Diagramacin 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 )


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AMPLIFICADOR DE AUDIODE DE 25 WATTS


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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 ladoinferior (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).


En la aplicacin cada capa aparece como un color diferente, para que sepuedan diferenciar. En base a estas capas, la aplicacin genera otras dos enforma 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 sedeben 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 dellado superior (lado de componentes) de la plaqueta.

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


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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.


Distribucin errnea de masa y alimentacin: Trazos largos y finos,

con elevada inductancia

y resistencia.

Gran distancia entrecaminos 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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Problemas de tierra y PCBsUna 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


Distribucin mejorada de masa y alimentacin:

C

LZ =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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Circuitos 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 esimposible confinar ms el campo magntico.


Circuitos impresos multicapa:

Circuito impreso de cuatro capas:

! El uso de ms de dos capas aumenta las posibilidades de conexin porunidad 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 delos 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 unless

specified)

Gain bandwidth(LMH6624) 1.5GHz

Input voltage noise 0.92nV/

Input offset voltage (limit over temp) 700uV

Slew rate 350V/s

Slewrate (AV = 10) 400V/sHD2 @ f = 10MHz, RL = 100 63dBc

HD3 @ f = 10MHz, RL = 100 80dBc

Supply voltage range(dual supply) 2.5V to 6V

Supply voltage range(single supply) +5V to +12V

Improved replacement for the CLC425 (LMH6624)

Stablefor closed loop |AV| 10

ApplicationsInstrumentation sense amplifiers

Ultrasound pre-amps

Magnetic tape & disk pre-amps

Wide band active filters

Professional Audio Systems

Opto-electronics

Medical diagnostic systems

LAYOUT CONSIDERATIONNational Semiconductor suggests the copper patterns on the

evaluation boards listed belowas a guide for high frequency

layout. These boards are also useful as an aid in device

testing and characterization. As is the case with all highspeed

amplifiers, accepted-practice RF design technique on

the PCB layout is mandatory. Generally, a good high frequency

layout exhibits a separation of power supply and

ground traces from the inverting input and output pins. Parasitic

capacitances between these nodes and groundmay

cause frequencyresponse peaking and possible circuit oscillations

(see Application Note OA-15 for more information).

Use highquality chip capacitorswith values in the range of

1000pF to 0.1F for power supply bypassing. One terminal of

each chip capacitor isconnected to theground planeand the

other terminal is connectedto a point that isas closeas

possible to each supply pin as allowed by themanufacturers

design rules. In addition, connect a tantalum capacitor witha

value between 4.7F and 10F in parallel with the chip

capacitor. Signal lines connectingthe feedback and gain

resistors should be as short as possible to minimize inductance

and microstrip lineeffect. Place input and output termination

resistors as close as possible to the input/output

pins. Traces greater than1 inch in length should be impedance

matched 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. Rapidly

switching currents associated with wiring inductance

generate voltage transients which can cause problems. For

minimal inductance andground loops, keep thelength of the

leads and traces as short as possible. Use single point

grounding or ground plane construction for best results.

Separatethe signal grounds fromthe power grounds. When using the

Adjustable version, physically locate the programming resistors as near

the regulator IC as possible, to keep the sensitive feedback

wiring short.


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Diagramacin de circuitos impresosRecomendaciones para el diseo.

Pautas para lograr circuitos impresos prolijos, funcionalmentecorrectos 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 mecnica

del 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 lasleyendas.

Diagramacin de circuitos impresosEleccin del tamao del Pad

! La posibilidad dereparar exitosamente

una plaqueta electrnica

que necesite el

reemplazo de algn

componente daado,

est dada entre otrascosas 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 delcircuito impreso, es conveniente probar elmontaje de los componentes reales sobre elpapel.


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 alrededordel circuito impreso

Limpiar la placa

cobreadaApoyar 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 PINZASDE PLSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOSEN LA MEZCLA.SE DEBE HACER EN UNA CUBETA DE PLSTICO.NO SE DEBE ARROJAR EL REVELADOR EN EL DESAGE. GUARDARLO EN UNRECIPIENTE 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 PINZASDE PLSTICO PARA MANIPULAR LA PLACA Y PROCURAR NO INTRODUCIR LOS DEDOSEN 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 latemperatura de lapunta

Fusin rpida y

controlable sobre la

soldadura.

Fusin completa de2 a 5 seg.

Temperatura entre

315 a 400 (segn

la aplicacin)


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Soldadura y Desoldadura deComponentes Electrnicos

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