Ficha 01 · PCB — fundamentos, largura de trilha e análise de layout

Grupo I · Verdadeiro / Falso (25 pts)

Indica V ou F e corrige as afirmações falsas.

1. (2 pts) O material FR4 é constituído por fibra de vidro impregnada de resina epóxi e é o substrato mais comum em electrónica geral.

2. (2 pts) Uma PCB single-layer tem pistas em ambos os lados do substrato.

3. (2 pts) Em SMD (Surface Mount Device), os componentes são soldados através de furos na placa.

4. (2 pts) A solder mask é a camada verde (ou de outra cor) que protege as pistas do cobre e impede pontes de estanho indesejadas.

5. (2 pts) O clearance mínimo standard entre dois conductores a tensões abaixo de 50V é de 0,15 mm (6 mils).

6. (2 pts) O KiCad é uma ferramenta EDA comercial desenvolvida pela Autodesk.

7. (2 pts) Os ficheiros Gerber são o formato standard para transmitir o design de uma PCB a um fabricante.

8. (2 pts) No processo de soldadura THT, o estanho deve ser aplicado directamente na ponta aquecida do ferro.

9. (2 pts) Uma junção de soldar perfeita em Sn63Pb37 deve ter aspecto brilhante e forma côncava.

10. (2 pts) O DRC (Design Rule Check) verifica automaticamente violações de regras de design no editor de PCB, como trilhas demasiado estreitas ou condutores demasiado próximos.

11. (2 pts) O processo de gravura com percloreto de ferro (FeCl₃) remove o cobre das zonas protegidas pelo fotoresiste, deixando as zonas expostas intactas.

12. (2 pts) A norma IPC-A-610 define os critérios de aceitação de qualidade de soldaduras electrónicas.

13. (1 pt) O HASL é um acabamento superficial para PCB baseado em ouro.

Grupo II · Calcular a largura mínima de trilha (35 pts)

Exercício 1 · Consulta de tabela IPC-2221 (10 pts)

Um circuito de potência tem uma trilha que conduz 3 A na camada exterior de uma PCB FR4 1 oz. A temperatura máxima admissível de elevação acima do ambiente é de 30°C.

a) Usando a tabela IPC-2221 da sebenta, qual a largura mínima recomendada? (5 pts)

b) Para uma margem de segurança de 50% (a trilha deve aguentar 1,5× a corrente de trabalho), qual seria o valor de projecto? (5 pts)

Exercício 2 · Usando a fórmula IPC-2221 (25 pts)

Calcular a largura mínima de trilha para conduzir 3 A na camada exterior, com elevação de temperatura de 30°C acima do ambiente. Espessura de cobre: 1 oz = 35 µm = 1,378 mils.

Fórmula: I = 0,048 × ΔT^0,44 × A^0,725 (A em mils², I em A, ΔT em °C)

a) Calcula ΔT^0,44. (5 pts)

b) Isola A^0,725 e calcula A (em mils²). (10 pts)

c) Calcula a largura W em mils e converte para mm. (5 pts)

d) Compara com o valor da tabela (0,98 mm). Qual a diferença e como se explica? (5 pts)

Grupo III · Analisar um layout de PCB e identificar 5 problemas (40 pts)

Um aluno criou o layout PCB de uma fonte de alimentação 5V com os seguintes elementos: - U1: regulador 7805 (TO-220) — sem via térmicas, sem dissipador - C1: condensador electrolítico 1000 µF — polaridade invertida no layout (símbolo + ligado ao GND net) - Trilha de alimentação (VCC, 1A) com largura 0,1 mm - Clearance entre trilha VCC e trilha GND: 0,08 mm em dois pontos - Pad de saída do 7805 não conectado à rede VCC (unconnected net no DRC) - Borda da placa com trilha de cobre a 0,05 mm do Edge.Cuts - Furos de montagem mecânica ligados à net VCC por acidente (via terra virtual do esquema)

Identifica 5 problemas e para cada um indica: descrição, consequência e correcção.