Na eletrônica moderna, a montagem de componentes em placas de circuito impresso (PCBs) é uma parte fundamental do desenvolvimento de qualquer dispositivo eletrônico. No entanto, o termo PCBA, ou Printed Circuit Board Assembly (Montagem de Placa de Circuito Impresso), vai além da simples definição de uma placa de circuito impresso. Neste artigo, vamos entender o que significa PCBA, como ela difere da PCB e sua importância na fabricação de equipamentos eletrônicos.

PCB x PCBA: Qual é a Diferença?

A sigla PCB (Printed Circuit Board) refere-se à Placa de Circuito Impresso, que é a base onde os circuitos eletrônicos são montados. Ela consiste em uma estrutura formada por várias camadas de materiais isolantes e condutores, geralmente feita de fibra de vidro e cobre. A PCB é essencial para conectar os componentes eletrônicos, como resistores, capacitores e microprocessadores, por meio de trilhas condutoras.

Por outro lado, PCBA (Printed Circuit Board Assembly) é o processo de montagem de todos os componentes eletrônicos na PCB, resultando em uma placa pronta para ser utilizada em um dispositivo. Em resumo, enquanto a PCB é a estrutura básica da placa, a PCBA é o produto final, com os componentes eletrônicos fixados e conectados entre si.

Etapas da Montagem de uma PCBA

O processo de montagem de uma PCBA envolve várias etapas, desde o projeto até a soldagem dos componentes, que pode ser feita de forma manual ou automatizada, dependendo da aplicação. Aqui estão as etapas principais:

1. Projeto da PCB: Antes de qualquer montagem, é necessário projetar a PCB com o layout correto das trilhas e dos pads (áreas onde os componentes serão fixados). Esse design é feito por meio de softwares CAD especializados.
2. Aplicação da pasta de solda: A pasta de solda é aplicada nas áreas onde os componentes serão montados. Essa pasta contém uma mistura de fluxo e partículas de solda que, ao aquecer, formam as conexões elétricas.
3. Montagem dos componentes (SMT e THT):

• SMT (Surface Mount Technology): Os componentes são montados diretamente na superfície da PCB.
• THT (Through-Hole Technology): Nesse método, os componentes possuem pinos que atravessam furos na PCB e são soldados do outro lado.

1. Reflow ou soldagem por onda: No processo SMT, os componentes montados passam por um forno de reflow, onde a pasta de solda derrete e cria conexões elétricas permanentes. No caso do THT, a soldagem por onda é utilizada para fixar os pinos dos componentes nos furos da placa.
2. Inspeção e testes: Após a montagem, a PCBA passa por uma série de inspeções visuais e testes elétricos para garantir que os componentes foram montados corretamente e que o circuito funciona como esperado.

Importância do PCBA na Indústria Eletrônica

As placas de circuito impresso montadas, ou PCBA, são o coração de todos os dispositivos eletrônicos modernos. Desde eletrodomésticos simples até equipamentos médicos e automotivos de alta complexidade, as PCBAs permitem que os circuitos eletrônicos funcionem de forma integrada e eficiente. Sua confiabilidade e qualidade são essenciais, já que uma falha em um único componente pode comprometer todo o dispositivo.

Além disso, o processo de montagem de PCBA é constantemente otimizado para garantir maior eficiência na produção em massa, principalmente com o uso de máquinas de montagem automatizada e inspeção por imagem. Esse avanço tecnológico é o que possibilita a fabricação de produtos eletrônicos cada vez menores, mais poderosos e com custos reduzidos.

Conclusão

A PCBA é uma etapa crítica no processo de fabricação de eletrônicos, transformando uma simples PCB em uma placa funcional e pronta para uso. Com a integração de componentes e o uso de tecnologias como SMT e THT, a PCBA garante o funcionamento adequado de dispositivos eletrônicos que fazem parte do nosso dia a dia.

Agora que você entende o que é PCBA e como funciona o processo de montagem, pode explorar ainda mais o mundo da eletrônica e entender melhor como os circuitos são criados e integrados. Se tiver interesse em aprender mais sobre técnicas específicas de soldagem ou design de PCBs, fique à vontade para conferir outros artigos aqui no Basicão da Eletrônica.

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11 de agosto de 2017 por Dora Yang

Os elementos eletrônicos estão desempenhando um papel cada vez mais ativo nos automóveis. Atualmente, um veículo de alto nível pode conter mais de 200 unidades de controle eletrônico, algumas das quais são sensores e processadores aplicados no cockpit do carro. Pode-se concluir que o valor dos produtos eletrônicos para automóveis está nos sistemas dinâmicos, no corpo e no chassi, sendo a maioria deles relacionados à energia digital.

A aplicação de sistemas eletrônicos em automóveis visa aumentar o desempenho do veículo, abrangendo três aspectos: melhoria ambiental, aprimoramento da segurança e conveniência e conforto.

Melhoria ambiental refere-se à economia de combustível, redução de gases de escape e transformação de combustível de gasolina, gás natural, biocombustível para energia híbrida e pura. Os veículos elétricos, portanto, tornaram-se uma direção estratégica para a indústria automotiva.
Aprimoramento da segurança está relacionado à redução de acidentes de trânsito, variando de airbag, monitoramento por radar, câmera estéreo, monitoramento por infravermelho e evasão automática até a condução autônoma. Atualmente, os veículos autônomos estão atraindo a maior parte da atenção e dos investimentos globais.
Conveniência e conforto estão geralmente enraizados em áudio, exibição de vídeo, ar-condicionado, computador, comunicação móvel, internet, navegação e cobrança eletrônica de pedágios para considerações de conveniência e humanização.

Como espinha dorsal dos dispositivos eletrônicos, os PCBs (Placas de Circuito Impresso) aplicados para automóveis também devem atender aos requisitos mencionados acima.

Requisito Fundamental para PCBs Automotivos

Requisito de Garantia de Qualidade

Uma demanda básica de garantia de qualidade a longo prazo para fabricantes ou distribuidores reside em um sistema sólido de gestão de qualidade, como o ISO9001, de uma perspectiva internacional. Devido à particularidade da indústria automotiva, três grandes fabricantes de automóveis da América do Norte co-estabeleceram um sistema de gestão de qualidade em 1994 exclusivamente para a indústria automotiva, o QS9000. No início do século 21, foi publicado um novo sistema de administração de qualidade por fabricantes automotivos mundiais, baseado nos regulamentos do ISO9001, o ISO/TS16949.

Como regulamento técnico para a indústria automotiva em todo o mundo, o ISO/TS16949 integra requisitos especiais para a indústria automotiva e se concentra na prevenção de defeitos, flutuação de qualidade e redução de desperdícios na cadeia de suprimentos de componentes automotivos.

Portanto, o primeiro certificado que os fabricantes de PCBs automotivos devem obter é o ISO/TS16949 antes de sua entrada genuína no mercado automotivo.

Requisito Básico de Desempenho

Alta confiabilidade

A confiabilidade automotiva vem principalmente em dois aspectos: de um lado, a vida útil durante a qual as unidades de controle e componentes eletrônicos são capazes de funcionar normalmente, e de outro lado, a resistência ambiental, que permite que as unidades de controle automotivo e os componentes eletrônicos se comportem excelentemente em ambientes extremos.

A vida útil média dos automóveis é de 10 a 12 anos, durante a qual apenas componentes ou peças vulneráveis podem ser substituídos. Em outras palavras, o sistema eletrônico e os PCBs devem ter uma vida útil igual à dos automóveis.

Os veículos tendem a ser afetados pelo clima e ambiente durante o uso, variando de frio extremo, calor extremo e exposição prolongada à chuva. Além disso, eles têm que enfrentar mudanças ambientais causadas pelo calor gerado por componentes e sistemas eletrônicos em funcionamento. O mesmo ocorre com os sistemas eletrônicos automotivos e os PCBs. Os sistemas eletrônicos automotivos têm que enfrentar as seguintes condições adversas no ambiente, incluindo temperatura, umidade, chuva, fumaça acre, vibração, interferência eletromagnética (EMI) e surtos de corrente.

Leveza e miniaturização

A leveza e a miniaturização são benéficas para a economia de combustível, resultando da leveza e miniaturização de cada componente e placa de circuito. Por exemplo, a área da ECU (Unidade de Controle Eletrônico) aplicada em automóveis era de 1.200cm³ no início do século 21, enquanto isso foi reduzido em pelo menos quatro vezes. A leveza e miniaturização dos PCBs derivam da melhoria da densidade, redução da área, finura e múltiplas camadas.

Propriedades de Desempenho dos PCBs Automotivos

Múltiplos Tipos

Como combinações de dispositivos mecânicos e eletrônicos, as tecnologias veiculares modernas integram tanto técnicas antigas e tradicionais quanto tecnologias científicas atualizadas. Diferentes partes dos veículos modernos dependem de dispositivos eletrônicos com diferentes funções, levando à aplicação de PCBs com diferentes missões.

Com base na distinção em termos de material de substrato dos PCBs para automóveis, eles podem ser classificados em duas categorias: PCBs baseados em cerâmica inorgânica e PCBs baseados em resina orgânica. A principal propriedade dos PCBs baseados em cerâmica é a alta resistência ao calor e excelente estabilidade dimensional, aplicável ao sistema de motor em ambiente altamente térmico. No entanto, os PCBs baseados em cerâmica apresentam baixa capacidade de fabricação, levando a um alto custo das placas de circuito. Com o desenvolvimento de substrato de resina recém-desenvolvido com maior resistência ao calor, os PCBs baseados em resina são amplamente aplicados na maioria dos veículos modernos.

Segue-se uma regra geral: PCBs utilizando materiais de substrato com diferentes desempenhos são aplicados em diferentes seções de um veículo, responsáveis pela implementação de diferentes funções. A tabela a seguir demonstra o tipo de PCB compatível com parte dos dispositivos ou instrumentos do veículo.

Requisito de Confiabilidade em Diferentes Seções dos Veículos

Como um tipo de ferramenta de transporte relacionado à segurança pública, os automóveis pertencem a uma gama de produtos com alta confiabilidade. Além das dimensões, aparência e requisitos de desempenho ordinários em mecânica e eletrônica, uma série de testes de confiabilidade deve ser implementada neles.

Teste de Ciclagem Térmica (TCT)

Cinco níveis são definidos de acordo com diferentes seções de um veículo. A temperatura de ciclagem térmica para PCBs localizados em diferentes seções de um veículo pode ser resumida na Tabela 2 abaixo.

Teste de Choque Térmico (TST)

É bastante normal que os PCBs automotivos sejam aplicados em ambientes de calor extremo, o que é especialmente desafiador para PCBs de cobre pesado, pois eles têm que suportar tanto o calor externo quanto o calor resultante de seus próprios corpos. Portanto, é necessário um maior requisito de resistência ao calor dos PCBs automotivos.

Para participar do teste de choque térmico, os PCBs automotivos devem ser imersos em pasta de solda com uma alta temperatura de 260°C ou 288°C por 10 segundos três vezes, após o que os PCBs qualificados não devem apresentar problemas como laminação, inchaços ou rachaduras de cobre. Atualmente, a soldagem sem chumbo tem sido usada na montagem de PCBs com uma temperatura de soldagem relativamente alta, o que aumenta a necessidade do teste de choque térmico.

Teste de Temperatura-Umidade com Polarização (THB)

Os PCBs automotivos têm que passar por inúmeros ambientes dinâmicos, incluindo dias chuvosos e ambientes úmidos, o que torna necessário realizar o teste THB, que também é capaz de inspecionar a mobilidade de CAF (Filamento Anódico Condutivo) no PCB. O CAF ocorre apenas nas seguintes situações: entre vias adjacentes na placa de circuito, entre vias adjacentes e fios, entre fios adjacentes e entre camadas adjacentes. A isolação nessas situações dimin

ui ou até leva a curtos-circuitos. A resistência de isolamento deve ser determinada pela distância entre vias, fios e camadas.

Características de Fabricação dos PCBs Automotivos

PCBs de Alta Frequência

Semelhante ao radar militar, como radar de campo próximo, o sistema de anti-colisão ou frenagem de emergência preditiva automotiva depende de PCBs para transmitir sinais de alta frequência de microondas. Assim, materiais de substrato com baixa perda dielétrica são sugeridos, com PTFE (politetrafluoretileno) normalmente aplicado. Diferente dos materiais de substrato FR-4 ordinários, o PTFE ou materiais de alta frequência semelhantes exigem naturalmente uma capacidade de fabricação distinta. Por exemplo, uma velocidade de perfuração especial é necessária no processo de perfuração de vias.

PCBs de Cobre Pesado

Os veículos tendem a gerar mais calor devido à sua alta densidade eletrônica e potência. Com o aumento do número de veículos híbridos e totalmente elétricos, são exigidos sistemas de transmissão de energia mais avançados, o que também demanda mais funções eletrônicas. Isso significa uma demanda maior por capacidade de dissipação de calor e maior corrente. Para atingir isso, a espessura do cobre no PCB deve ser aumentada ou os fios de cobre e metal devem ser embutidos em PCBs de múltiplas camadas.

É fácil fabricar PCBs de dupla camada de cobre pesado, enquanto é bastante difícil fabricar PCBs de múltiplas camadas de cobre pesado. O ponto-chave reside na gravação de gráficos de cobre pesado e no preenchimento de lacunas de cobre pesado.

O circuito interno dos PCBs de múltiplas camadas de cobre pesado é de cobre pesado. Posteriormente, a transferência de gráficos requer um filme pesado com resistência à corrosão extremamente alta. O tempo de gravação deve ser longo o suficiente, e o dispositivo de gravação e as condições técnicas devem estar em estado ótimo para garantir circuitos excelentes de cobre pesado.

O Artigo na integrada pode ser obtido aqui.

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O design de PCB assistido por IA oferece uma abordagem transformadora que combina automação, otimização e suporte à decisão para simplificar o processo de design, melhorar os resultados e impulsionar a inovação no campo do design eletrônico.

Apesar do potencial da IA no design de PCB, os engenheiros têm preocupações naturais sobre suas implicações, como segurança no emprego e responsabilidade. No entanto, a IA pode ser uma parceira confiável, explicando suas decisões e oferecendo insights valiosos. Essa capacidade de justificar escolhas promove um ambiente colaborativo, onde engenheiros menos experientes podem aprender e crescer sem se sentirem intimidados.

O que a IA pode e não pode fazer

Plataformas de software como a CELUS transformam diagramas em blocos em soluções adequadas para os projetistas de circuitos, gerando esquemas, listas de materiais (BoM), propostas de layout e pegadas em formatos compatíveis com software de layout de PCB, como Altium Designer, Autodesk Eagle e KiCad. O usuário pode modificar a solução para otimizar o design de acordo com suas próprias regras e preferências de design, aproveitando o protótipo gerado pela plataforma.

O limite entre o design assistido por IA e o software de layout não é fixo. À medida que os algoritmos de aprendizado de máquina evoluem, mais trabalho preparatório pode ser feito antes da transferência. Por exemplo, o consumo de energia pode ser sincronizado com o software de layout para otimizar automaticamente o design do layout. Embora essas capacidades ainda não sejam totalmente realizadas, os avanços contínuos sugerem que elas logo se tornarão recursos padrão.

Vantagens do Design de PCB Assistido por IA

• Velocidade e Eficiência: As plataformas de design baseadas em IA agilizam o processo de design, automatizando a geração de esquemas, a otimização do layout e a seleção de componentes, reduzindo o tempo para lançar um produto no mercado.
• Otimização e Desempenho: Os algoritmos de IA analisam grandes volumes de dados para otimizar designs em termos de desempenho, confiabilidade e custo-efetividade.
• Tomada de Decisão Aprimorada: A IA fornece feedback e sugestões em tempo real, ajudando engenheiros a identificar problemas potenciais no início do processo de design.
• Customização e Adaptabilidade: As plataformas de design baseadas em IA podem se adaptar aos requisitos específicos de cada projeto e preferências do usuário.
• Transferência de Conhecimento e Aprendizado: Plataformas de design assistidas por IA servem como ferramentas educacionais valiosas para engenheiros menos experientes.
• Redução de Riscos: A IA ajuda a mitigar riscos de design, identificando problemas como conexões abertas ou curtas antes que se tornem críticos.

Começando com o Design de PCB Assistido por IA

Uma das maneiras mais simples de começar a usar o design de PCB assistido por IA é se registrar na plataforma Celus Design, onde você pode completar um resumo do projeto, incluindo descrição, funcionalidades e ferramentas CAD desejadas. Essa etapa é fundamental para que a plataforma possa adaptar conselhos e respostas para melhor atender aos objetivos do projeto.

Esta integração de IA em plataformas de design representa uma mudança de paradigma no design de PCB, oferecendo uma abordagem transformadora que traduz objetivos do projeto em designs eletrônicos funcionais.

Esse artigo é parte de uma parceria de conteúdo digital exclusivo entre a EEPower e a Bodo’s Power Systems. Para mais informações e detalhes, você pode acessar o artigo original aqui.

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