Pregatire TIE Lectia nr. 2

1. Pregatire TIELectia nr. 2 Conf.dr.ing. Gheorghe PANA pana@vega.unitbv.ro

2. CUPRINS • Notiuni introductive de proiectare a PCB • Structura unei componente virtuale • Fabricarea PCB • Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB • Fisiere de proiectare create cu Layout • Etapele proiectarii PCB • Proiectarea schemei • Simularea schemei • Proiectarea layout-ului PCB/PWB • Post-procesarea Pregatire TIE - Lectia nr.2

3. A. Notiuni introductive de proiectare a PCB - Structura unei componente virtuale • “part” Pregatire TIE - Lectia nr.2

4. A. Notiuni introductive de proiectare a PCB – Fabricarea PCB • Un circuit imprimat (Printed Circuit Board – PCB) este alcatuit din 2 parti de baza: • Suportul izolator (placa)=structura care din punct de vedere fizic sustine componentele si traseele imprimate si asigura izolatia intre trasee.Substrat tipic=FR4 (fiber-glass–epoxy laminate). • Circuitul imprimat (traseele de cupru) Pregatire TIE - Lectia nr.2

5. Fabricarea PCB • Se porneste de la o placa izolatoare acoperita pe toata suprafata cu o folie subtire de cupru Cablaj dublu placat (pe 2 straturi) Pregatire TIE - Lectia nr.2

6. Fabricarea PCB • Cablaj multistrat Pre-preg is a term for "pre-impregnated" composite fibres. These usually take the form of a weave or are uni-directional. They already contain an amount of the matrix material used to bond them together and to other components during manufacture. The pre-preg are mostly stored in cooled areas since activation is most commonly done by heat. Hence, composite structures built of pre-pregs will mostly require an oven or autoclave to cure out. Pregatire TIE - Lectia nr.2

7. Fabricarea PCB • Exemple de realizare a circuitelor multistrat • 3 cablaje dublu-placate lipite intre ele cu 2 prepreg; • 2 cablaje dublu-placate, 3 prepreg si folii exterioare de cupru pentru traseele “top” si “bottom” Pregatire TIE - Lectia nr.2

8. Fabricarea PCB • Straturile interioare (inner) sunt realizate inainte de efectuarea lipirii straturilor si a gaurilor. • Straturile exterioare se corodeaza dupa lipirea tutror straturilor (a). • Folia de cupru este mai ieftina decat acoperirea cu cupru, motiv pentru care se prefera structura (b). Pregatire TIE - Lectia nr.2

9. Fabricarea PCB (c) Metoda care imbina mai multe tehnici de fabricatie: Pregatire TIE - Lectia nr.2

10. Fabricarea PCB • Realizarea circuitelor imprimate cuprinde, in principal: • Indepartarea selectiva a stratului de cupru: • Fotolitografie si corodare chimica • Frezare mecanica • Alinierea straturilor Pregatire TIE - Lectia nr.2

11. Fabricarea PCB Fotolitografie si corodare chimica • Acoperire cu fotorezist Pregatire TIE - Lectia nr.2

12. Fotolitografie si corodare chimica • Utilizarea mastilor pentru expunerea selectiva la raze ultraviolete a fotorezistului traseu pad (a) masca pozitiva (b) masca negativa pt. fotorezist pozitiv pt. fotorezist negativ Pregatire TIE - Lectia nr.2

13. Fotolitografie si corodare chimica • Masca se pune pe fotorezist Exemplu: masca pozitiva pusa pe fotorezistul pozitiv Pregatire TIE - Lectia nr.2

14. Fotolitografie si corodare chimica • Corodarea fotorezistului (developare): • La fotorezistul pozitiv, prin expunere la raze u.v., scade rezistenta mecanica si fotorezistul expus se inlatura prin developare. Se foloseste hidroxid de sodiu (NaOH) • La fotorezistul negativ, partea expusa devine rezistenta si prin developare se inlatura partea neexpusa. Se foloseste carbonat de sodiu (Na2CO3) Pregatire TIE - Lectia nr.2

15. Fotolitografie si corodare chimica Fotorezist developat Pregatire TIE - Lectia nr.2

16. Fotolitografie si corodare chimica • Inlaturarea cuprului nedorit. Se foloseste solutie de clorura ferica (FeCl3) sau persulfat de sodiu (Na2S2O8) Pregatire TIE - Lectia nr.2

17. Fotolitografie si corodare chimica • Inlaturarea fotorezistului. Rezulta modelul dorit de cupru corodat Pregatire TIE - Lectia nr.2

18. Frezarea mecanica • Se foloseste la serii mici de productie • Se inlatura minimul de cupru pentru a se asigura izolarea intre trasee Pregatire TIE - Lectia nr.2

19. Alinierea straturilor • In engleza se numeste “Layer registration” • Straturile care alcatuiesc un circuit multistrat se aliniaza si apoi se lipesc. • Tiparele de aliniere se numesc “fiduci” si constau din gauri de ghidare. • Straturile aliniate se lipesc prin presare la cald (asamblare). • Dupa asamblare se dau gaurile in placa multistrat. Pot fi: • Gauri nemetalizate • Gauri metalizate Pregatire TIE - Lectia nr.2

20. Gauri metalizate/nemetalizate (a) gauri nemetalizate (b) gauri metalizate Metalizarea se face cu strat subtire de cupru (grosime 1mil=0.001in adica 25.4mm/1000=0.0254mm) Pregatire TIE - Lectia nr.2

21. Planuri de masa/alimentare • Nu toate straturile au trasee. Unele straturi sunt plane si asigura conexiuni de foarte joasa impedanta pentru alimentare si masa. Sunt asa numitele plane de alimentare si de masa. • Terminalele care se conecteaza la aceste plane trec prin gauri metalizate. Pregatire TIE - Lectia nr.2

22. “Thermal reliefs” • Pentru lipire fara incalzire excesiva, in vecinatatea gaurilor metalizate se efectueaza niste ferestre in cupru – thermal reliefs, care reduc caile de conductie termica dar pastreaza conexiunile electrice. Pregatire TIE - Lectia nr.2

23. “Clearence” • Realizarea zonei “clearence” care asigura izolare intre o gaura metalizata si un plan prin care trece: Pregatire TIE - Lectia nr.2

24. Soldermask si silk screen • Ultimele straturi sunt: • Soldermask (verde) cu rol de protectie la oxidare • Silk screen (alb) cu rol de marcare a locului fiecarei componente Pregatire TIE - Lectia nr.2

25. B. Etapele proiectarii PCB Proiectarea schemei • Se bazeaza pe sisteme de programe EDA (Electronic Design Automation), cum ar fi, de exemplu, ORCAD CAPTURE; • Reprezinta etapa de intelegere a functionarii viitorului modul/sistem electronic; • Se culeg informatii referitoare la componente; • Se genereaza schema circuitului. Pregatire TIE - Lectia nr.2

26. Proiectarea schemei • Proiectantul trebuie sa acorde atentie: • Componentelor virtuale (parts) la alocarea pinilor si a conexiunilor electrice; • Tipului componentelor; • Functionarii circuitului, cel putin un conector fiind utilizat in orice schema (dupa ce a fost simulat circuitul in PSPICE). • La terminarea proiectarii sunt necesare: • proceduri de verificare si • proceduri de validare a proiectului schemei electronice pentru evitarea erorilor (in special a erorilor umane). Pregatire TIE - Lectia nr.2

27. Proiectarea schemeiExemplu Sa se proiecteze, sa se simuleze in SPICE si sa se realizeze cablajul imprimat al amplificatorului subwoofer din fig. 1 alcatuit dintr-un sumator, un FTJ (filtru trece-jos) si un amplificator de putere in punte. Montajul se alimenteaza dintr-o sursa simpla de c.c. (notata VCC pe schema sumatorului si a FTJ, respectiv Vs pe schema amplificatorului de putere). Pregatire TIE - Lectia nr.2

28. Proiectarea schemei • Circuitul sumator Pregatire TIE - Lectia nr.2

29. Proiectarea schemei • FTJ – filtrul trece-jos Pregatire TIE - Lectia nr.2

30. Proiectarea schemei • Amplificatorul de puterein punte • Amplificatorul simplu Pregatire TIE - Lectia nr.2

31. Proiectarea schemeiIntelegerea schemei • Amplificatoarele operationale (AO) sunt amplificatoare de c.c., cu castig foarte mare, care amplifica diferenta semnalelor aplicate pe cele 2 intrari si pot efectua, in combinatie cu alte componente, diferite operatii: suma, diferenta, logaritmare, exponentiere, integrare, diferentiere s.a. de unde provine si atributul de “operational”. Pregatire TIE - Lectia nr.2

32. Intelegerea schemei • Simbolul AO si semnificatia pinilor Pregatire TIE - Lectia nr.2

33. Intelegerea schemei • AO se alimenteaza, de obicei, cu tensiune dubla si simetrica: Pregatire TIE - Lectia nr.2

34. Intelegerea schemei • La alimentarea cu tensiune simpla, pentru ca semnalul de iesire sa contina ambele alternante ale unui semnal alternativ (sinusoidal), potentialul de c.c. de pe pinul de iesire trebuie sa fie 1/2 din valoarea tensiunii de alimentare. • Acest lucru se poate obtine doar in circuitele de c.a. unde se folosesc condensatoare de cuplaj care separa componenta de c.c de cea de c.a. Pregatire TIE - Lectia nr.2

35. Intelegerea schemei • Injumatatirea tensiunii de alimentare se poate obtine cu un divizor rezistiv in care rezistentele au valori egale. • Aceasta tensiune se aplica pe pinul corespunzator intrarii neinversoare. • AO trebuie sa fie in configuratie de repetor pe schema echivalenta de c.c. Astfel, la iesire, se repeta VCC/2 aplicat la intrarea neinversoare. Pregatire TIE - Lectia nr.2

36. Intelegerea schemei Exemplu de amplificator inversor de c.a. Pregatire TIE - Lectia nr.2

37. Informatii referitoare la componente dimensionari de elemente si modele SPICE • se obtin din folie de catalog: • AO de tipul TL084 - TL08x.pdf • Amplificator de putere LM386 - LM386.pdf • din carti sau de pe Internet • Dimensionarea FTJ (celule de filtre active de tipul Sallen-Key) - http://www.pronine.ca/actlpf.htm • Modele SPICE • Modelul SPICE al AO de putere LM386 – LM386.lib Pregatire TIE - Lectia nr.2

38. Generarea schemei circuitului (schema pentru simulare SPICE) • Sumator + alimentarea intregului modul (PAGE 1) Pregatire TIE - Lectia nr.2

39. Generarea schemei circuitului (schema pentru simulare SPICE) • FTJ (PAGE 2) Al 4-lea AO, neutilizat, din integratul TL084 ! Pregatire TIE - Lectia nr.2

40. Generarea schemei circuitului (schema pentru simulare SPICE) • amplificator (PAGE 3) Trebuie sa se creeze part virtual pentru CI – LM386 Pregatire TIE - Lectia nr.2

41. Simularea schemei Simularea permite: • Verificarea unui viitor produs inainte de a fi realizat, fiind utila in faza de cercetare-dezvoltare a produselor electronice; • Evitarea investigatiilor teoretice ale unor fenomene prea complexe; • Evitarea dezvoltarii unor laboratoare cu un set foarte larg de echipamente de masura. Pregatire TIE - Lectia nr.2

42. Simularea schemei • Pentru CI de tipul LM386 este necesar: • sa se creeze part-ul virtual si • sa se faca o asociere intre modelul SPICE si part-ul creat. • Part-ul se poate crea: • Manual dupa foile de catalog • Automat daca se cunoaste modelul SPICE • Asocierea intre modelul SPICE si part: • Cu Associate Pspice Model… • Cu Configuration Files Pregatire TIE - Lectia nr.2