Transcript TEHNOLOGIA SISTEMELOR ELECTRONICE

Cursul nr.1
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
2
Cuprins curs
1. Notiuni introductive
2. Fabricarea circuitelor imprimate (PCB)
3. Proiectarea PCB utilizand OrCAD
4. Standarde industriale
5. Proiectarea pentru fabricatie (procesele de
asamblare si lipire)
6. Proiectarea PCB pentru integritatea semnalului
7. Crearea si editarea componentelor in Capture
8. Crearea si editarea amprentelor in Layout
9. Postprocesarea si fabricarea placii

TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
3
Cuprins laborator (teme probabile)
1. Desenarea circuitelor in OrCAD Capture
2. Crearea de simboluri de componente si de
amprente THD
3. Crearea de simboluri de componente si de
amprente SMD
4. Pregatirea circuitului electric si setarea
parametrilor PCB
5. Proiectarea PCB in Layout. Rutarea automata
6. Proiectarea PCB in Layout. Rutarea manuala
7. Proiectarea PCB numai cu THD sau SMD
8. Proiectarea PCB cu THD si SMD

TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
4
Bibliografie
1. Pana, Gh. – TSE. Notite de curs, Univ.
Transilvania, Brasov, 2011;
2. Kraig Mitzner – Complete PCB Design using
OrCAD Capture and Layout, Elsevier,
Oxford, UK, 2007;
3. Clyde F. Coombs – Printed Circuits
Handbook, Fifth Edition, McGraw-Hill, 2001.

TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
5
Structura disciplinei, cerinte
1. Curs: 2 ore/sapt. (10 sapt.).
Prezenta ≤ 1 PUNCT din nota finala.
Examen ≤ 6 PUNCTE din nota finala.
2. Laborator: 2 ore/sapt. (10 sapt.). Prezenta
obligatorie.
Colocviu de laborator ≤ 3 PUNCTE din nota
finala.

TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
6

ansamblul metodelor, proceselor, operațiilor
făcute sau aplicate asupra materiilor prime,
materialelor și datelor pentru realizarea unui
anumit produs industrial sau comercial.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
7


grupari de circuite electronice si componente,
proiectate pentru a indeplini una sau mai
multe functii complexe.
poate cuprinde:
◦ sisteme de telecomunicatii
◦ sisteme cu calculator
◦ sisteme de muzica electronica etc.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
8
PCB-ul proiectat cu unelte CAD
PCB-ul realizat fizic si plantat
cu componente
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
9



CAE = Computer-Aided Engineering =
inginerie asistata de calculator
CAD = Computer-Aided Design =
proiectare asistata de calculator
CAM = Computer-Aided Manufacturing =
fabricatie asistata de calculator
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
10




CAE presupune utilizarea programelor
software in rezolvarea sarcinilor ingineresti;
Termenul este folosit din anii ‘70;
Uneltele software dezvoltate se numesc si
unelte CAE;
Uneltele CAE acopera toate aspectele
proiectarii ingineresti de la desenare la
analiza pentru fabricatie si cuprinde activitati
de simulare, validare si optimizare a
produselor precum si unelte de fabricatie.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
11


In viitor, sistemel CAE vor reprezenta sursa
majora de informatii pentru a ajuta echipele
de proiectare in luarea deciziilor.
CAE poate cuprinde:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
CAD - computer-aided design,
CAA - computer-aided analysis,
CIM - computer-integrated manufacturing,
CAM - computer-aided manufacturing,
MRP - material requirements planning,
CAP - computer-aided planning.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
12



CAD este o categorie de CAE legata de
aranjamentul fizic si de dezvoltarea desenului
pentru proiectul sistemului.
Programele CAD specifice pentru industria
electronica se mai numesc si EDA (Electronic
Design Automation – automatizarea
proiectarii electronice).
Programele EDA includ programe de desenare
(Schematic Capture) si de proiectare a
cablajului imprimat (PCB – printed circuit
board).
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
13

Nume cunoscute in lumea software EDA:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
NI Multisim,
Cadence (ORCAD),
Eagle PCB and Schematic,
Mentor (PADS PCB and LOGIC Schematic),
Altium (Protel),
LabCentre Electronics (Proteus) etc.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
14


unelte CAM = aplicatiile folosite in fabricatie
Uneltele CAM folosesc programe software si
date de proiectare (generate de uneltele CAE)
in controlul masinilor automate de fabricatie
pentru a transforma un proiect in realitate.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
15




Cadence detine si administreaza multe tipuri de
produse CAD/CAM legate de industria
electronica, incluzand setul de proiectare OrCAD.
Setul OrCAD contine Capture, PSpice si Layout.
Desi aceste aplicatii pot functiona si separat,
legand uneltele intre ele se realizeaza
comunicarea interunelte.
Uneltele OrCAD pot interactiona si cu alte unelte
CAD/CAM cum ar fi GerberTool, SPECCTRA sau
Allegro.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
16


este componenta principala a pachetului si
actioneaza ca unealta EDA primara.
Capture contine biblioteci extinse de
componente (parts) cu ajutorul carora se pot
genera scheme folosite independent sau in
interactiune cu Spice sau Layout sau cu
ambele simultan.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
17
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
18



PSpice este unealta CAE care contine modele
matematice pentru realizarea simularilor;
Layout este unealta CAD care converteste
schema cu simboluri in reprezentarea fizica a
proiectului;
Listele de conexiuni se folosesc pentru a
interconecta intre ele componentele unui
proiect si pentru a conecta fiecare
componenta cu modelul sau amprenta
(footprint).
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
19


Layout functioneaza si ca unealta CAM initiala
prin generarea datelor cu ajutorul carora
lucreaza alte unelte CAM in timpul fabricatiei
PCB (Printed Circuit Board – placa de circuit
imprimat), ca de exemplu GerbTool.
Prin combinarea celor 3 aplicatii intr-un
pachet se obtine un set puternic de unelte,
eficiente in proiectarea, testarea si
construirea circuitelor electronice.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
20
Simbolul
7
3
+
Modelul PSpice
U1
LM741
V+
5
OS2
OUT
2
-
4
OS1
V-
6
1
LM741.txt
Amprenta
DIP.100/8/W.300/L.450
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
21
Un circuit imprimat (Printed Circuit Board –
PCB) este alcatuit din 2 parti de baza:
1. 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).
2. Circuitul imprimat (traseele de cupru)

TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
22

Se porneste de la o placa izolatoare acoperita
pe toata suprafata cu o folie subtire de cupru
Cablaj dublu placat
(pe 2 straturi)
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
23

Cablaj multistrat
Pre-preg is a term for "pre-impregnated" composite fibres.
These usually take the form of a weave or are unidirectional. 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 prepregs will mostly require an oven or autoclave to cure out.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
24

Exemple de realizare a circuitelor multistrat
(a)
(b)
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”
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
25



Straturile interioare (inner) sunt realizate
inainte de efectuarea lipirii straturilor si a
gaurilor.
Straturile exterioare se corodeaza dupa
lipirea tuturor straturilor (a).
Folia de cupru este mai ieftina decat
acoperirea cu cupru, motiv pentru care se
prefera structura (b).
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
26
(c) Metoda care imbina mai multe tehnici de
fabricatie:
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
27
Realizarea circuitelor imprimate cuprinde, in
principal:
1. Indepartarea selectiva a stratului de cupru:

◦
◦
2.
Fotolitografie si corodare chimica
Frezare mecanica
Alinierea straturilor
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
28
1.
Acoperire cu fotorezist
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
29
2.
Utilizarea mastilor pentru expunerea
selectiva la raze ultraviolete a fotorezistului
traseu
pad
(a) masca pozitiva
pt. fotorezist pozitiv
(b) masca negativa
pt. fotorezist negativ
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
30

Masca se pune pe fotorezist
Exemplu: masca pozitiva pusa pe fotorezistul pozitiv
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
31
Corodarea fotorezistului (developare):
3.
◦
◦
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)
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
32
Fotorezist developat
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
33
4.
Inlaturarea cuprului nedorit. Se foloseste
solutie de clorura ferica (FeCl3) sau persulfat
de sodiu (Na2S2O8)
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
34
5.
Inlaturarea fotorezistului. Rezulta modelul
dorit de cupru corodat
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
35


Se foloseste la serii mici de productie
Se inlatura minimul de cupru pentru a se
asigura izolarea intre trasee
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
36





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
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
37
(a) gauri nemetalizate
(b) gauri metalizate
Metalizarea se face cu strat subtire de cupru
(grosime 1mil=0.001in adica 25.4mm/1000=0.0254mm)
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
38


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.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
39

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.
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
40

Realizarea zonei “clearence” care asigura
izolare intre o gaura metalizata si un plan
prin care trece:
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
41

Ultimele straturi sunt:
◦ Soldermask (verde) cu rol de protectie la oxidare
◦ Silk screen (alb) cu rol de marcare a locului fiecarei
componente
TSE - Cursul nr. 1
4/13/2015
42