Guia Completo para Design de PCB para Iniciantes

Seu PC funcionou bem até agora e, de repente, ficou em branco e não será ativado com todos os truques de bricolage que você aprendeu com amigos e com os gurus de computador criados por você. Tente um assistente de computador real, e ele provavelmente lhe dirá que a placa de circuito impresso (PCB) do seu PC caiu. E agora você tem dois problemas em vez de apenas um: você tem um PC morto e uma longa terminologia que você não conhece. Vamos ver como podemos ajudá-lo a começar com um guia direto para o design de PCBs para iniciantes.

O que é um PCB?             

Uma placa de circuito impresso, às vezes chamada de placa de fiação impressa, é uma placa que define a função de uma estrutura de fio elétrico ou mecânico do circuito. A maioria dos dispositivos e aparelhos eletrônicos ou mecânicos funciona graças aos comandos gerados no PCB. Isso implica que o PCB é o coração desses sistemas, e se os circuitos eletrônicos nesses sistemas não forem construídos em um design ou layout de PCB de som, o sistema não funcionará.

PCBs são feitos de materiais que não são condutores. A fibra de vidro é um bom exemplo de material não condutor. No PCB existem circuitos projetados nas placas com faixas de cobre para permitir a transmissão de comandos elétricos de uma parte para outra. Ao fazer furos na placa, o fabricante pode fixar os componentes eletrônicos em suas posições correspondentes e soldá-los para que, juntamente com os trilhos de cobre, eles formem um circuito completo. As PCBs usadas em dispositivos eletrônicos permitem o funcionamento, controle e monitoramento precisos desses dispositivos em comparação com outras opções de fiação.

Partes de um PCB

O PCB possui quatro partes principais: substrato, camada de cobre, máscara de solda e serigrafia.

O substrato é feito de fibra de vidro unida a epóxi e pode ser considerado o esqueleto do painel. É usado porque não é condutor e pode resistir à quebra.

A camada de cobre consiste em uma folha de cobre ou revestimento de cobre. O objetivo desta parte é transferir os sinais elétricos para e da placa. Pode ser descrito como o CNS do PCB.

A máscara de solda é a pele protetora dos PCBs. É feito de polímero e destina-se a proteger a camada de cobre de curtos-circuitos quando entra em contato com o meio ambiente.

A serigrafia é o seu guia para a PCB. Se pensássemos em um gráfico, poderíamos descrever a serigrafia como sua lenda. Ele está ao lado e possui um layout com números das diferentes partes, seus logotipos, referências de componentes e configurações de alternância de símbolos.

Felizmente, a maioria de nós que usa dispositivos eletrônicos não precisa se preocupar com as porcas e parafusos dos PCBs. Mas se você é um engenheiro eletrônico ou mecânico, conhecer os PCBs é a alma da sua profissão. Há muita coisa que você precisa saber, começando com o básico de PCBs e design de PCBs.

O que é design de PCB?

Se você possui todas as partes de um dispositivo eletrônico em potencial, mas não possui PCB, seu dispositivo é tão bom quanto inexistente. O design do circuito impresso dá vida ao seu dispositivo. Um software de layout é usado para converter o diagrama esquemático do seu circuito em um layout de design de PCB. Isso implica vincular componentes e rotear para dar forma à conectividade elétrica em uma placa de circuito. O software de layout é selecionado de acordo com o produto elétrico pretendido a ser realizado. Se você é iniciante, é importante saber que existem vários tipos de software de layout disponíveis. Aqui estão 6 dos mais comuns:

EAGLE (Editor de layout gráfico facilmente aplicável)

Um software de layout de PCB gratuito que pode ser baixado no Windows, Mac e Linux. É amplamente popular porque é fácil de usar e possui uma vasta biblioteca de componentes eletrônicos e elétricos. Usando o editor esquemático do software, o designer pode adicionar os componentes e vinculá-los de acordo com os requisitos do circuito. O esquema é convertido no editor de layout da placa de circuito impresso para configurar os componentes.

Multismo

O multismo é comum entre os pesquisadores e trainees de software de layout devido à sua história. Foi desenvolvido para ensinar eletrônica em faculdades e oferece soluções de ensino, pesquisa e design. Esses recursos tornam a opção ideal quando se trata de design de PCB para iniciantes.

Entre seus principais pontos fortes está a capacidade de analisar eletrônicos eletrônicos analógicos e digitais. Além disso, também permite a integração com análises complexas de parâmetros, metas incorporadas e design simplificado com modelos que o usuário pode definir para se adequar à finalidade.

Muitas vezes, é concedido crédito igual ao EAGLE, mas também o supera devido ao seu excelente ambiente de simulação, embora o EAGLE tenha uma oferta superior para o design de layout de PCB. O Multisim pode ser baixado no Windows.

OrCAD

O OrCAD também pode ser baixado no Windows, Linux e Mac. O nome do software é derivado do nome da empresa (Oregon) e CAD (Design Assistido por Computador). O software possui um conjunto de design padrão do OrCAD, OrCAD Professional e Allegro.

A suíte Standard é usada para conceitos sobre o design de produção, enquanto a suíte Professional oferece habilidades de design. A suíte Allegro é usada por profissionais no nível de especialista.

Altium Designer

O Altium pode ser baixado no Windows, mas o uso do software afunda mais seu bolso em comparação com a maioria dos outros softwares de layout. A assinatura anual varia em torno de 7000 dólares. No entanto, seus recursos avançados para o design de PCBs valem a pena. Eles incluem projeto, desenvolvimento, matriz de portas programável em campo e captura esquemática.

A Altium pode produzir os designs mais complexos em pouco tempo e com facilidade, o que o torna perfeito para o design de BCP para iniciantes. Os designers podem ter uma visualização em 3D do seu trabalho para observar e verificar os menores detalhes no design.

KiCAD

Originalmente desenvolvido por Jean-Pierre Charras, o KiCAD é um software de projeto elétrico gratuito sob a licença creative commons (CC). Pode ser usado para criar layouts de PCB 2D e 3D, entre outros recursos. Possui uma biblioteca útil para o design de PCBs para iniciantes.

Os designers de PCB consideram o editor esquemático e o visualizador de layout do KiCAD mais úteis para criar e modificar os projetos. O software suporta arquivos criados com o EAGLE.

EasyEDA

Uma opção baseada na Web para design eletrônico automatizado. Isso significa que você entra no site da empresa e trabalha a partir daí sem precisar fazer o download e ocupar espaço em sua máquina. É descrita como uma interface fácil de usar, o que a torna uma boa plataforma no design de PCBs para iniciantes. Ao usar o EasyEDA, você tem a possibilidade de consultar uma ampla variedade de projetos da biblioteca.

O ponto forte do Easy EDA é sua capacidade de suportar bibliotecas e esquemas de PCB da Altium e EAGLE, além de alguns outros softwares de design não discutidos aqui.

Etapas na criação de PCBs

Com o conhecimento anterior sobre PCB, é mais fácil entender as etapas usadas no design de PCB. Descrevemos as principais etapas do projeto de placas de circuito impresso usando o software Altium descrito acima.

Etapa 1: Criando o Esquemático

No design de PCB, converter um esquema em um layout de placa é sempre a escolha mais fácil. É mais árduo projetar diretamente a bordo. O esquema pode ser um modelo ou um criado pelo designer e é usado para criar e editar o layout.

Etapa 2: Criando o design da placa

Isso implica produzir um documento PCB em branco (PCBdoc) usando o software. O documento permite definir a forma e as dimensões do design. Você pode revisar e atualizar as opções antes de criar o PCBdoc final.

 Etapa 3: vinculando o esquema ao quadro

Isso envolve vincular as informações esquemáticas ao PCBdoc usando estas etapas no seu software de layout.

  • Clique no design e atualize o PCB (nome do seu PCBdoc)
  • Uma caixa de diálogo é aberta, permitindo visualizar os componentes do esquema. Em seguida, você verifica as alterações adicionando as informações esquemáticas ao seu projeto PCB corretamente e clicando na opção validar alterações quando terminar.
  • Um status verde em todos os itens indica uma aprovação e você pode executar as alterações com confiança.
  • Feche a caixa de diálogo.

Etapa 4: definindo a placa e a pilha de camadas

Usando o gerenciador de empilhamento de camadas no seu software, você pode definir a forma e o número de camadas para o seu PCB.

Etapa 5: Colocando os Componentes

No Altium designer, você pode optar por colocar os componentes do seu circuito automática ou manualmente. A combinação das duas opções pode permitir que você verifique se cada componente está colocado em seu respectivo lugar.

Etapa 6: marque os furos

Isso implica inserir as marcas nos pontos onde os furos serão feitos na placa real. Alguns designers podem descrevê-lo como montagem e vias. Os furos devem ser perfurados de acordo com as especificações do fabricante da placa de circuito impresso.

Etapa 7: roteando os rastreamentos

O roteamento envolve a criação de conexões entre os componentes. Se você tiver mais de uma camada na placa real, o roteamento será feito através de orifícios de uma camada que serve como plano de terra por todas as camadas para a que atua como plano de energia.

Etapa 8: verificar o layout do circuito

No editor de regras e restrições de PCB, você executa a verificação de regras de design no seu software clicando nas regras que se aplicam ao seu design.

Etapa 9: Adicionando a Legenda

Quando tudo o que foi feito acima, é hora de adicionar etiquetas, marcações, logotipo, identificadores e outros aspectos da serigrafia. Verifique se a fonte é facilmente legível pelo usuário.

Etapa 10: Gerando os Arquivos de Design

Os arquivos de design são gerados como arquivos Gerber. Os arquivos Gerber são o formato padrão para PCB, apresentando-se como um fotoplotador para a construção da placa real.

Palavra final

O processo abrangente para o design de PCB pode parecer complexo para iniciantes. Dominar os termos básicos, conhecer o software disponível e os pontos fortes de cada um, e seguir as etapas simples descritas podem tornar o design de PCBs para iniciantes muito menos complicado.