Ao pegar uma placa de circuito impresso, você notará uma rede de pequenos caminhos nela. Esses são os traços de PCB, que permitem que sinais elétricos sejam transmitidos eficientemente por toda a placa. Neste guia definitivo, mergulhamos nos traços de PCB e discutimos considerações sobre design de roteamento, dicas de otimização de design de roteamento e como reparar traços. Se você está apenas entrando no campo, este guia dará o que você precisa saber sobre traços de PCB.
O que são traços de PCB?
Os traços de PCB são caminhos condutores gravados ou impressos no substrato que podem transmitir sinais elétricos. Esses traços conectam os componentes na placa de circuito, permitindo que os sinais elétricos fluam entre os componentes para uma operação adequada. Eles são cuidadosamente projetados e dispostos com largura, espessura e espaçamento específicos para transportar diferentes correntes e garantir a operação normal da placa de circuito.
Materiais de traços de placas de circuito
Os traços de PCB transmitem sinais elétricos, então o material usado para fazer os traços deve ter alta condutividade e estabilidade. O cobre tem as vantagens de excelente condutividade, fácil processamento e baixo custo. Além disso, tem boa condutividade térmica, o que ajuda a dissipar o calor e manter a placa dentro de uma faixa de temperatura operacional segura. Portanto, o cobre é o material mais popular para fabricação de traços. Não é a única opção para seleção de material. Os materiais de roteamento de PCB comumente usados incluem ouro, prata, alumínio, etc.
Principais considerações de design para rastros de PCB eficazes
Ao projetar traços de PCB, fatores como espessura, largura e espaçamento de PCB desempenham um papel significativo na obtenção de desempenho e confiabilidade ideais de PCB. Vamos explorar essas principais considerações de design em detalhes.
1. Compreendendo a espessura dos traços de PCB
A espessura dos traços na placa deve ser a mais uniforme possível. Espessuras irregulares podem causar incompatibilidade de impedância, reflexões de sinal e diafonia, o que pode afetar o desempenho do circuito. A espessura do traço do PCB também precisa ser ajustada de acordo com a estrutura e o tipo da placa de circuito.
A espessura do traço de cobre do PCB é medida em onças. Onças é uma medida de peso e não de espessura. Uma onça de cobre, quando distribuída uniformemente em uma área de 1 pé quadrado, resulta em uma camada de cobre de 1.37 mil de espessura. Usando um padrão uniforme (1 oz/pé quadrado), PCBs de diferentes fabricantes podem manter características físicas e elétricas consistentes. Geralmente, os fabricantes adotam como padrão uma espessura de traço de 1 onça para PCBs, a menos que especificado de outra forma na documentação do projeto. Para projetos de PCB com alta tensão ou requisitos especiais de resistência ou impedância, uma camada de cobre mais espessa pode ser necessária.
2. Calculando PCB Traça WIDþ
A largura do traço do PCB afeta diretamente a capacidade de transporte de corrente, a integridade do sinal e as capacidades de gerenciamento térmico. Geralmente é medida em mils. A largura do traço padrão para sinais comuns varia de 7 a 12 mils. Muita corrente através de um traço pode fazer com que a temperatura aumente, afetando o desempenho da placa ou até mesmo danificando-a. Traços mais largos têm menor resistência e podem transportar correntes mais altas sem superaquecimento. A escolha da largura do traço depende de muitos fatores, incluindo a corrente transportada, temperatura operacional, espaço de roteamento disponível, restrições de fabricação, etc.
3. Definindo espaçamento de rastreamento
A distância entre dois traços vizinhos é chamada de espaçamento de traços de PCB. Este parâmetro é crucial para evitar diafonia e interferência eletromagnética. O espaçamento apropriado pode reduzir o acoplamento do campo eletromagnético entre os traços e evitar afetar a integridade do sinal. Especialmente em circuitos de alta frequência, pode ser necessário um espaçamento específico para reduzir diafonia, reflexões e acoplamento. A interferência com o sinal pode causar corrupção de dados. Os projetistas podem controlar o espaçamento dos traços de forma mais eficaz e garantir a estabilidade e a confiabilidade do circuito com a orientação de padrões como IPC-2221 e IPC-2141.
Como calcular a largura do traço?
Na indústria de PCB, há muitas calculadoras que podemos usar que seguem os padrões da indústria para calcular a largura do traço. IPC 2152 e IPC 2221 são dois dos padrões mais comuns, que abordaremos em detalhes abaixo.
IPC 2221:
O IPC 2221 é derivado do padrão mais antigo IPC-D-275 que era usado. Ele não apenas fornece métodos para cálculos de largura de traço, mas também contém diretrizes de design de PCB mais abrangentes. A calculadora IPC 2221 usa um gráfico e uma fórmula para ajudar os designers a determinar a capacidade de transporte de corrente dos traços na placa de circuito. A calculadora usa a equação “I=kΔTbAc” para calcular a largura do traço.
As variáveis na fórmula são representadas da seguinte forma:
- I: Corrente elétrica, sua unidade é ampere.
- K: Constante, depende da posição do traço. Para traços visíveis, K é 0.0048. Para traços internos, k é 0.024.
- ΔT: Mudanças na temperatura são medidas em Celsius.
- A: A área da seção transversal do traço.
- b: O valor é 0.44.
- c: O valor é 0.725.
Usando esta fórmula, um intervalo específico de valores precisa ser considerado ao calcular a largura do traço. Isso garante a precisão do cálculo.
- Faixa de corrente: entre 0 e 35 amperes.
- Largura do traço: entre 0 e 10.16 mm.
- Espessura do cobre: entre 0.5 e 3 oz.
- Aumento de temperatura: entre 10℃ e 100℃.
IPC 2152:
O IPC-2152 é um padrão mais moderno especificamente para calcular larguras de traços de PCB. Comparado com o IPC-2221 tradicional, o IPC-2152 adota métodos técnicos mais avançados. Assim, ele fornece um cálculo de corrente máxima de traço mais preciso. Ao usar esta calculadora, devemos confiar em gráficos gerais integrados por computador para obter as áreas transversais não ajustadas. A calculadora leva em consideração vários parâmetros para calcular a largura de traço correta.
Dicas úteis para otimizar o roteamento de traços de PCB
Uso inteligente de ferramentas de roteamento automático de PCB
O software de design de PCB pode executar roteamento automático, o que economiza tempo e é uma maneira eficaz de roteamento. O roteamento automático não pode ser usado como a única solução completa. Ele pode perder requisitos de design críticos ou especiais. Combinar roteamento automático e roteamento manual é o método mais eficaz. Use o roteamento automático para o roteamento básico inicial e, em seguida, otimize manualmente o Layout PCB para obter o melhor caminho com base nos requisitos de projeto.
Selegendo o correto PCB Traça WIDþ
A largura do traço deve corresponder à capacitância do traço para ter um fluxo de corrente suave. A largura mínima de um traço deve ser determinada com precisão. Se isso não for feito, pode superaquecer a placa e impactar o gerenciamento térmico. A largura adequada do traço também reduzirá o risco de desconexão.
Projetando G eficazvolta Ppistas
O plano de aterramento fornece uma referência consistente para medições de tensão em todos os traços. É importante projetar um plano de aterramento contínuo, em toda a área de cobre ou usando um aterramento de camada completa em uma placa multicamadas. Colocar um plano de aterramento abaixo dos traços portadores de sinal pode reduzir a impedância e aumentar a imunidade a ruídos.
Evitaring Capacitivo Crebatendo
Para reduzir o acoplamento capacitivo causado pelo roteamento acima e abaixo de um grande plano de aterramento, as linhas de energia e sinal analógico devem ser roteadas separadamente em camadas dedicadas para evitar o acoplamento. Capacitores de desacoplamento são uma solução eficaz e econômica.
Como reparar traços de PCB?: Um guia de manutenção passo a passo
Quando a unidade de fonte de alimentação apresenta falhas ou faz ruídos incomuns, significa que os traços do PCB precisam de reparo. Depois de entender o conhecimento relevante de rastreamento, também é importante saber como repará-lo. Vamos explicar passo a passo.
Passo 1: Encontre vestígios de danos no PCB, como quebras, corrosão, etc. Um microscópio ou uma lupa podem ser usados para detectar pequenas falhas que não são visíveis ao olho humano.
Passo 2: Com o uso de uma ferramenta de corte, corte e remova o traço danificado. Não danifique os traços, contatos ou componentes ao redor. Limpe a área de reparo de partículas de revestimento e outros resíduos.
Passo 3: Aplique fluxo ao traço e estanhe cada extremidade do traço usando um ferro de solda e um pavio de solda.
Passo 4: Selecione um novo fio para substituir o antigo.
Passo 5: O isolamento é removido das pontas dos fios e estanhado com solda.
Passo 6: Sobreponha o novo fio sobre o traço existente e aplique fluxo à sobreposição, soldando-os juntos. A distância de sobreposição é pelo menos duas vezes a largura do traço.
Passo 7: Use a ferramenta de fio para criar os fios necessários para combinar com o design do PCB.
Passo 8: Fixe os fios na placa usando ferramentas como adesivos e pontos de fita para mantê-los firmemente presos à placa.
Passo 9: Solde a outra ponta do fio também. O reparo está quase concluído. Certifique-se de que a conexão esteja funcionando corretamente. Ao mesmo tempo, limpe as manchas restantes.
Palavras finais
Rastros de PCB apropriados são essenciais para a função e confiabilidade de dispositivos eletrônicos. Da determinação da espessura, largura e espaçamento do traço de PCB ao roteamento geral, cada fator desempenha um papel importante na obtenção do desempenho ideal do produto. O design do traço de PCB se torna mais desafiador à medida que os PCBs ficam menores e mais complexos. Dominar o conhecimento básico do traço de PCB ajudará você a fazer um bom trabalho no roteamento de PCB.
