Os circuitos impressos ou placas de circuito impresso (PCI), também referidos pelas siglas PCB ou PCBA (em inglês, printed circuit board ou printed circuit board assembly), foram criados em substituição às antigas pontes de terminais, onde se fixavam os componentes eletrônicos, em montagem conhecida, no jargão de eletrônica, como "montagem aranha", em razão da sua aparência final, onde existiam principalmente válvulas eletrônicas e seus múltiplos pinos terminais do soquete de fixação. Esses circuitos suportam mecanicamente e conectam eletricamente componentes eletrônicos usando trilhas, pads e outros, gravados em folhas de cobre laminado, em um substrato não condutor.
O circuito impresso consiste de uma placa isolante de fenolite, fibra de vidro, fibra de poliéster, filme de poliéster, filmes específicos à base de diversos polímeros, entre outros, que possuem a superfície com uma, duas ou mais faces, revestida por fina película de cobre, constituindo as trilhas condutoras, revestidas por ligas à base de ouro, níquel, estanho, chumbo ou verniz orgânico (OSP), entre outros, que representam o circuito onde serão soldados e interligados os componentes eletrônicos.
Um circuito impresso mínimo com um único componente usado para prototipagem é chamado de placa de breakout.
Os circuitos impressos são usados em quase todos os produtos eletrônicos. Alternativas a estes incluem fio revestido e construção ponto a ponto. Exigem um esforço no design adicional para estabelecer o circuito, mas a fabricação e a montagem podem ser automatizadas.
Os circuitos impressos podem também ser constituídos de quatro, seis, oito ou mais faces condutoras, chamadas de multilayers (multicamadas).
História thumb|250px|direita|Moderna placa de um crossover (divisor de frequências). O desenvolvimento dos métodos usados nos circuitos impressos modernos começou no inicio do século XX. Em 1903, um inventor alemão Albert Hanson descreveu folhas laminadas para uma placa isoladora, em múltiplas camadas. Thomas Edison experimentou métodos químicos para galvanização de condutores em um papel de linho em 1904. Arthur Berry, em 1913, patenteou um método de impressão e gravação (print-and-etch) no Reino Unido. Charles Ducas, em 1927, patenteou um método de galvanoplastização de padrões de circuitos.
O engenheiro austríaco Paul Eisler inventou o circuito impresso como parte de um rádio, enquanto trabalhava no Reino Unido, no final da década de 1930. Em 1941, um circuito impresso multicamadas foi usado na Alemanha para influenciar magneticamente minas navais. Por volta de 1943, os EUA começaram a usar a tecnologia em larga escala, visando a produção de mísseis de curto alcance, que foram usados na Segunda Guerra Mundial.
Durante a Segunda Guerra, o desenvolvimento de mísseis antiaéreos necessitava de um circuito eletrônico que pudesse suportar o impacto de ser disparado e que pudesse ser produzido em grande quantidade. O Centralab Division of Globe Union enviou uma proposta que cumpria esses requisitos: uma superfície de cerâmica seria revestida com tinta metálica, para os condutores, e com carbono, para os resistores, com capacitores de cerâmica. A técnica se mostrou viável, o que resultou na patente do processo.
Desde 1980, a técnica de montagem em superfície vem sendo usada no lugar dos componentes through-hole. Isso leva a menores placas, para determinada função, e a baixos custos de produção.Brunetti, Cledo (22 November 1948). New Advances in Printed Circuits. Washington DC: National Bureau of Standards.
Design Inicialmente, as PCBs eram projetadas manualmente, criando uma fotomáscara em uma folha de mylar claro, geralmente em tamanho equivalente a duas ou quatro vezes o tamanho real. Partindo do diagrama esquemático, as pads dos pinos do componente eram dispostas no mylar e, em seguida, os traços eram encaminhados para ligar as pads. Traços eram feitos com fita autoadesiva. Para fabricar a placa, a fotomáscara foi reproduzida fotolitograficamente sobre um revestimento de fotorresistência nas placas em branco, revestidas com cobre.
Circuitos impressos modernos são projetados com software de layout dedicado, geralmente nos seguintes passos: Captura esquemática através de uma ferramenta de automação de projeto eletrônico;miniaturadaimagem|A imagem à esquerda mostra um layout de uma PCB feito no computador; e no lado direito, o mesmo layout, mas já impresso na placa eletrônica As dimensões e o modelo do cartão são decididos com base no circuito necessário e no caso do circuito impresso; As posições dos componentes e dissipadores de calor são determinadas; A camada de pilha do circuito impresso é composta com uma a dezenas de camadas, dependendo da complexidade. Os planos terrestres e de potência são decididos. Um plano de potência é a contrapartida de um plano de aterramento; e se comporta como um sinal AC de terra, enquanto fornece alimentação DC para os circuitos montados no circuito impresso. As interligações de sinais são traçadas nos planos de sinal, que podem estar tanto nas camadas externas como internas. Para um ótimo desempenho da interferência eletromagnética, os sinais de alta frequência são encaminhados em camadas internas entre os planos de potência ou terra; A impedância da linha é determinada usando a espessura da camada dielétrica, espessura de cobre de roteamento e largura de traço. A separação de rastreamento também é levada em conta no caso de sinais diferenciais. Microstrip, stripline ou stripline duplo pode ser usado para encaminhar sinais; Os componentes são colocados. Considerações térmicas e geometria são consideradas. Vias e terras estão marcadas; Rastreamentos de sinal são roteados. Ferramentas de automação de design eletrônico geralmente criam folgas e fazem conexões na alimentação e no plano de terra automaticamente; Arquivos Gerber são gerados para a fabricação.
Fabricação A fabricação de PCI's consiste de diversos passos:
PCI FAC (Fabricação assistida por computador) A fabricação inicia com os dados de fabricação da PCI gerados por um design feito em computador (Gerber layer images, Gerber ou Excellon drill files, IPC-D-356 netlist) e informação dos componentes. Os arquivos do Gerber ou Excellon nunca são usados diretamente na fabricação do equipamento, e sim no software FAC, que realiza as seguintes funções:
Entrada dos dados de fabricação; Verificação dos dados; Compensação de desvios no processo de fabricação (ex.: compensação de escala para distorções durante a laminação); Panelização; Saída das ferramentas digitais (padrões de cobre, imagem resistiva da solda, imagem legendada, arquivos da perfuração, dados para inspeção ótica automatizada, arquivos de testes elétricos, etc.).
Panelização Panelização é um procedimento onde um número de PCIs são agrupados para fabricação em uma placa maior - o painel. Geralmente o painel consiste de um único design, mas as vezes vários designs são misturados em um único painel. Existem dois tipos de painel: Painel montado - geralmente chamados arrays (em série) - e fabricação de painéis de placas cruas. Os montadores geralmente montam os componentes no painel ao invés de PCIs únicas devido a eficiência. As fabricações de placas cruas sempre usam painéis, não somente para eficiência, mas por causa dos requisitos do processo de chapeamento. Portanto a fabricação de um painel pode consistir de um grupo de PCI's ou arrays, dependendo do que precisa ser entregue.
O painel é eventualmente quebrado em PCIs individuais; isto é chamado despanelização. A separação é geralmente assistida por perfurações em torno dos limites dos circuitos individuais, parecido com uma folha de selos postais. Outro método, que ocupa menos espaço, é recortar sulcos em forma de "V" por toda a dimensão do painel. As placas PCI são então quebradas nessas linhas de fraqueza. Hoje em dia a despanelização é geralmente feita com lasers que cortam a placa sem contato o que reduz o stress em circuitos frágeis.
Padrão de cobre O primeiro passo é replicar o padrão do sistema FAC do fabricante em uma máscara de proteção na camada da folha de cobre da PCI. Subsequentemente raspar o cobre não desejado. (alternativamente, uma tinta condutora pode ser espalhada numa placa em branco (não condutora). Esta técnica também é usada na fabricação de circuitos híbridos.
Silk Screen: usa uma tinta resistente a corrosão para criar a máscara de proteção; Fotogravação: usa uma fotomáscara e um revelador remove uma máscara sensível a UV. Técnicas de imagem direta são usadas as vezes quando é necessária uma alta resolução. Experimentos são feitos com resistência térmica; Fresamento de placas de circuito: impresso usa um sistema de fresa de dois ou três eixos mecânicos para recortar a folha de cobre de um substrato. Uma máquina de fresa (chamado "Prototizador PCI) opera de modo semelhante a uma plotter, recebendo comando do software que controla a posição da cabeça de corte no eixo "x", "y" e se relevante no "z".
Alto volume * Impressão a silk screen - Usada para PCIs com grandes características.
* Fotogravação ou Transferência de imagem por processo fotográfico- Usada quando as características de largura de trilhas e espaçamento entre as mesmos são muito finas e espeçamento muito pequenos. nestes casos este tipo de processo de faz necessário. Este processo é executado através da exposição por luz ultravioleta (expositora) através de um filme (Diazo) polimerizado a película fotossensível que está aplicada na superfície cobreada, Ou esta película foto sensível é polimerizada seletivamente através de um equipamento de transferência da imagem por lazer (LDI) " Lazer Direct Imagin ", este último é possível obter muito maior precisão
Baixo Volume
Impressão em um filme transparente e usá-lo como máscara junto com placas fotossensíveis, então cauterizar. (Alternativamente usa-se um filme fotocortável). Abrasão resistente a laser. Fresagem PCI.
Artesanais
Impressão resistente a laser: Impressão a laser em um papel de transferência, transferência por calor com um ferro ou laminador modificado em uma placa crua, banho mergulhado em água, adicionado marcadores e depois é cauterizado. Filme vinyl e resistente, marcador não lavável, e outros métodos. Intensivo trabalho, só é viável para placas individuais.
Processos subtrativos, aditivos e semiaditivos Métodos subtrativos removem o cobre de uma placa inteira deixando somente o padrão de cobre desejado. Em métodos aditivos o padrão é posto usando eletro-placas em um substrato crú usando um processo complexo. A vantagem de métodos aditivos é que menos material é necessário e menos desperdício é produzido. No processo completo aditivo o laminado é coberto com um filme fotossensível que é exposto a luz por uma máscara. As partes expostas são sensíveis ao banho químico, geralmente contendo paládio e similares que fazem a área exposta capaz de prender íons de metais. O laminado é então chapeado com cobre nas áreas sensíveis. Quando a máscara é retirada a PCI está pronta.
Semiaditivo é o processo mais comum: a placa sem trilha já tem uma fina camada de cobre. Uma máscara reversa é aplicada (diferente da máscara do processo subtrativo, esta máscara expõe as partes do substrato que eventualmente se tornarão os traços). Cobre adicional é então chapeado nas partes sem máscara. Estanho-chumbo ou outras superfícies galvanizadas são aplicadas. A máscara é retirada e breves passos de fresagem removem os laminados de cobre não expostos da placa, isolando os traços individuais. Algumas placas de lado único que foram chapeadas com buracos são feitas assim. General Electric fez conjuntos de rádios ao consumidor nos anos 60 usando placas aditivas.
O processo semiaditivo é geralmente usado em placas de multicamadas já que facilita a colocação com os buracos para produzir vias condutivas na placa de circuito.
Corrosão química