Arte em PCB: Guia Completo para Design Superior, Eficiência de Custo e Desempenho de Ponta

Em grande medida, a maioria dos engenheiros de PCB admitiria que projetos de PCB definem as linhas das novas competições de fabricação de PCB. Melhorando o design artístico de PCB, você pode minimizar seu custo de produção, dar aparência de ponta aos seus eletrônicos e alcançar melhores funcionalidades. O conhecimento de arte em PCB é crucial para todos os engenheiros de PCB.

Mas, o que é "arte em PCB"? Como aplicá-la aos seus projetos? Deve ser feito no Gerber ou durante a montagem? Esta edição aprofundará o tema para descobrir as artes que vendem.

1. O que é Arte em PCB?

Em resumo, "Arte em PCB" é um termo genérico que define uma tentativa de criar uma impressão artística em uma Placa de Circuito Impresso (PCB). Tal imagem pode ser desenhada durante o projeto do Gerber ou cortada durante a fabricação.

Vamos tomar o exemplo do PCB de um relógio de pulso. Aposto que todos conhecemos os bons e velhos PCBs de relógio retangulares com desenhos quadrados estritamente utilitários ligando CIs e outros componentes. Agora, compare esse design antigo simples com a era moderna de placas complexas com interconexões intrincadas e artisticamente desenhadas de partes e múltiplas camadas.

Assumindo que fabricamos ambos os PCBs (o antigo sem arte e o novo com arte) e os implantamos no mercado de relógios, ambos não mostrariam as horas? Claro que sim. Então por que gastar uma fortuna para adicionar arte em PCBs? Vale a pena?

O design não importa muito quando você precisa atingir um objetivo prático, mas importa quando precisa vender ou impressionar. Como indivíduo, você pode examinar designs que pareçam impressionantes, os que tenham melhor desempenho e tecnologia aprimorada. Frequentemente, tais considerações de design influenciariam vendas de mercado mais altas entre concorrentes. Arte em PCB é comumente usada para atingir esses objetivos de fabricação.

Então, como você procede com o processo de criação de arte em PCB? O que precisa saber sobre PCBs como obra de arte? No próximo capítulo, exploraremos a teoria de criação de obras de arte em PCB e algumas técnicas a considerar.

2. PCBs como Obra de Arte

2.1: O Escopo do Design de Arte em PCB

A habilidade de design de arte em PCB originou-se entre engenheiros de fabricantes eletrônicos tecnologicamente avançados. Nos dias atuais, essa habilidade encontrou seu caminho nos pacotes de artesanato de fabricantes hobbyistas DIY (Faça Você Mesmo). Atualmente aplicada na produção das mais simples às mais avançadas produções de PCB. Artes em PCB estão por toda parte. Você as encontrará escondidas na barbeador elétrico durante o banho matinal, ou as vestirá como smartwatches ao ir para o trabalho.

No mercado atual, empresas eletrônicas (especialmente telefones) e designers criativos de arte em PCB frequentemente se unem para projetar e produzir PCBs pequenos e complexos com funcionalidades inicialmente inimagináveis.

Além do público de eletrônicos de consumo, artes em PCB também se estenderam a projetos DIY como joias auxiliares e presentes. No final desta edição, exploraremos várias outras aplicações emergentes de arte em PCB na indústria.

Mas antes de nos aprofundarmos no processo real de projetar nossas obras de arte em PCB, vamos primeiro entender os diferentes tipos de Artes em PCB dependendo dos tipos de PCBs.

2.2: Diferentes Tipos de Obras de Arte em PCB

Pense nisto: um dispositivo flexível não pode ter o mesmo material de PCB que um dispositivo sólido como um telefone. A composição da placa frequentemente define o tipo de arte que você pode implementar na placa.

Devido ao amplo escopo de aplicações de PCB, diferentes tipos de placas existem para vários usos. Estas variações incluem:

PCBs de Face Única

São as formas mais antigas de PCBs no mercado. Envolvem uma única camada de substrato coberta por uma camada metálica. Cobre envolvido com máscara de solda protetora é frequentemente a cobertura metálica ideal para PCBs de Face Única.

A formação de arte em tais PCBs é natural e frequentemente mais barata que outras placas. No entanto, tal placa não pode ser útil na fabricação de arte multicamadas.

2.2.1: PCBs de Dupla Face

PCBs de dupla face são o tipo mais popularmente usado no mercado atual. Apresentam um único substrato com dois lados revestidos com metal. Ao conectar componentes em lados diferentes do substrato, furos são feitos para ligar elementos de um lado com detalhes do outro.

Criar arte em PCB de dupla face é relativamente mais barato e confortável que produzi-la em PCB multicamadas. Novamente, limita-se a uma única camada de arte.

2.2.2: PCBs Multicamadas

A maioria dos PCBs modernos utiliza a abordagem de produção com múltiplos substratos e camadas metálicas. Nesta abordagem, várias camadas metálicas com materiais isolantes (4, 6, 8 ou dez camadas) são empilhadas, e conexões são feitas entre as camadas ao fabricar um único PCB. Frequentemente utilizamos tais equipamentos na produção de equipamentos médicos, computadores e outros dispositivos inteligentes.

Produção de arte em PCB multicamadas é frequentemente custosa e leva mais tempo que PCBs de camada única. No entanto, estas placas acomodam múltiplas camadas de arte.

2.2.3: PCBs Flexíveis

Usamos plástico flexível como substrato ao produzir PCBs flexíveis. Estes PCBs são frequentemente aplicados na fabricação de aparelhos elétricos que exigem flexibilidade no design ou uso, como telas dobráveis. São frequentemente caros de produzir, mas têm mais usos que PCBs rígidos.

Produzir arte em PCBs flexíveis é complexo. Envolve regras e diretrizes que um designer deve cumprir ao produzir as obras. Examinaremos algumas dessas diretrizes essenciais mais adiante nesta edição.

Bem, vamos agora sujar as mãos com algumas obras de arte em PCB!

3. Como Fazer Arte em PCB no Design

3.1: Top 5 Ferramentas de Software para Design de Arte em PCB

Projetar às vezes é uma tarefa desafiadora. Mas você não precisa começar da maneira errada; por isso precisa de algumas ferramentas de design.

Ao projetar um PCB, você precisará de um aplicativo de software adequado para criar o(s) arquivo(s) Gerber ou vetoriais para seu PCB. Graças à internet, você frequentemente encontrará centenas de tais ferramentas disponíveis para download. E essa variedade de escolha às vezes é uma "maldição abençoada", pois pode ser difícil distinguir as melhores das demais. Esta seção explorará brevemente algumas ferramentas populares de design, especialmente aplicações "gratuitas para todos", para ajudá-lo a começar. Vamos começar com:

3.1.1: Ferramenta de Design Eagle

Eagle é um software de projeto de PCB da Autodesk. Não é um aplicativo open-source. Novamente, é o software mais popular para projetar PCBs. Eagle tem os seguintes recursos destacados:

Principais Recursos

• Editor de esquema PCB multicolorido
• Várias bibliotecas disponíveis para reutilização
• Detectores de erro aprimorados

Destaca-se por sua vasta comunidade de suporte e amplos recursos de design. Novamente, este software é caro para adquirir e manter. Por seu custo, é recomendável para uso comercial.

3.1.2: KiCad EDA

KiCad EDA é um software de projeto de PCB Open-Source. Foi desenvolvido para atender tanto uso comercial quanto educacional. Alguns de seus recursos destacados incluem:

Principais Recursos

• Suporta até 32 camadas de cobre
• Fornece avisos de erro durante o projeto que alertam você enquanto projeta
• Tem editor de footprint fácil de usar

KiCad usa visualizador 3D para fácil visualização de camadas e verificação de erros. Também é uma ferramenta multiplataforma gratuita. Tanto iniciantes quanto usuários profissionais provavelmente a acharão útil.

3.1.3: EasyEDA

EasyEDA cria um paradigma diferente para projeto de PCB ao tornar sua ferramenta uma ferramenta de projeto online. Pessoalmente, acho intrigante ao criar designs que exigem esforços colaborativos, especialmente ao projetar ou trabalhar com engenheiros fisicamente inacessíveis.

EasyEDA é melhor para projetos DIY porque é barato, exige menos recursos, mas realiza tarefas essenciais. Recomendado por seu vasto suporte a designs de outras ferramentas, facilidade de uso e natureza open-source. Além disso, não precisa instalar; você começa rapidamente se puder abri-lo no navegador.

3.1.4: Proteus

Assim como Eagle, Proteus é um software de projeto de PCB pronto para uso desenvolvido e pertencente à LabCenter Electronics. É uma ferramenta poderosa com mais de 800 opções de microcontroladores para escolher ao projetar seu circuito.

Novamente, Proteus é caro para adquirir. É excelente para uso profissional. Mas se você trabalha com orçamento apertado como hobbyista, sinta-se à vontade para pular.

3.1.5: TinyCAD

Agora o TinyCAD é a ferramenta de projeto de PCB "simples e direta". Este produto da Sourceforge é gratuito, mas seu design é altamente simplificado. Recomendo altamente ao desenhar esquemas.

É excelente para experimentação e ferramenta perfeita para projetos DIY hobbyistas. No entanto, carece das ferramentas de teste adequadas para uso profissional.

NOTA

Artes em PCB exigem ideias de arte. Após escolher uma ferramenta ideal, você precisará considerar cuidadosamente o conceito por trás da arte que desenvolverá e se será fácil e acessível produzi-la. Uma vez estabelecida sua ideia, o processo de design é simples. Frequentemente segue os passos abaixo.

3.2: Passos para Projetar uma Obra de Arte em PCB

Passo 1: Todos os Designs de Arte em PCB Começam com Esquemas

Antes de partir para desenvolver qualquer Arte em PCB, é recomendável elaborar o esquema do circuito do PCB que você pretende produzir. Um diagrama esquemático permitirá estabelecer o número de componentes necessários para um PCB com suas conexões. As ferramentas de projeto de PCB (descritas acima) podem então importar todos os detalhes necessários, fios e footprints para facilitar seu processo de design.

Ao desenhar diagramas esquemáticos, você precisa ser cuidadoso e importar componentes independentemente e modificar seletivamente seus parâmetros (ex.: resistência, capacitância, etc.). Um erro no esquema provavelmente custará o produto final de um PCB.

Dica

Neste ponto, você deve (não necessariamente) buscar criar suas conexões e colocação de componentes para representar vividamente a arte que pretende fazer.

Passo 2: Otimização do Design de PCB

Aqui é onde você isolará os diferentes módulos interativos do seu projeto de PCB e como eles se inter-relacionam. Você precisará podar componentes desnecessários, interconexões não justificadas e custos desnecessários.

Você precisará começar a alinhar seus componentes esquemáticos na arte desejada que pretende produzir nesta fase.

Dica

Uma diretriz importante de design de PCB a seguir ao otimizar e desenhar a arte em PCB neste passo é manter a fonte/unidade de energia do seu PCB o mais próximo possível dos módulos do seu circuito.

Passo 3: Torne o(s) Conceito(s) Físico(s)

Uma vez concluído o processo de criação do esquema, será necessário eventualmente esculpir a forma e o design reais do seu PCB. Aqui você só precisará saber as dimensões do seu design (do esquema), então use um software de design de imagem para desenhar a forma ou uma camada para seu PCB.

Todas as artes autênticas em um PCB devem ser salvas em formato SVG para permitir processamento seguro em outros aplicativos de processamento de imagem.

Dicas

Considere usar ferramentas especializadas de processamento de imagem como Photoshop (se puder) e depois exporte-as para uso em sua ferramenta de projeto de PCB.

Fure orifícios e adicione camadas artísticas de cobre para facilitar e tornar designs atraentes. Porém, tenha cuidado para não afetar as conexões físicas do design.

Adicione máscara de solda nos efeitos artísticos de cobre adicionados ou escritas em cobre para isolar as conexões da arte.

3.3: Considerações de Arte em PCB e Design de PCB

Tamanho

Certifique-se de usar calibrações de tamanho universalmente aceitas como "in" ou "mm" ao projetar a forma.

Interface do Usuário e Localizações Periféricas

Portas periféricas como pinos de energia, jacks de áudio, indicadores LED ou botões de personalização devem ser cuidadosamente pensadas durante o projeto para minimizar erros de produção. Para atingir melhor experiência do usuário, você pode considerar comprometer parte de sua arte para alcançar melhor experiência, especialmente para eletrônicos de consumo.

Camadas de PCB

A espessura de uma camada determina a quantidade de corrente que pode passar sem danificar o revestimento. A espessura padrão é medida em onças (oz). Camadas mais grossas têm menor resistividade e podem mover mais corrente que camadas mais finas.

Traços de PCB

Para a maioria dos PCBs projetados profissionalmente, bordas ou curvas de conexões são feitas a 45 graus em vez de 90 graus. A principal razão é que a 45 graus, menos sinais são refletidos em oposição à reflexão a 90 graus.

Roteamento de Conexões

Ao terminar o design, você pode implementar o roteamento manual ou automaticamente. No caso de circuito simples, roteamento automático pode ser melhor. No entanto, se a conexão for vasta e complicada, considere alinhar o roteamento manualmente.

Teste e "Verificação de Regras de Design"

Uma "Verificação de Regras de Design" é um acessório popular incorporado na maioria das ferramentas de projeto de PCB para auxiliar na verificação de erros de design. Esta ferramenta permite definir requisitos específicos (ex.: espessura de camada) que devem se aplicar a todo seu PCB, e o software verifica o design como um todo e destaca partes que não conformam.

Bem, sim, existem casos de design que podem precisar de habilidades especiais... e existem outros casos melhores que podem diferir? Vamos considerar a possibilidade de arte em PCB de 4 camadas abaixo.

Ao Projetar Arte em PCB com Placa de 4 Camadas

Design de Arte em PCB torna-se mais interessante à medida que camadas se acumulam. Tais artes são mais agradáveis de contemplar porque você obtém uma perspectiva mais ampla de usar mais camadas para adicionar mais desenhos de "fundo". Nesta seção, exploraremos brevemente as Considerações Primárias de desenho em PCB de 4 camadas.

4.1: Duas Considerações Principais

4.1.1: Substrato da Camada:

Dependendo do propósito/intentio da sua arte, você pode precisar usar substrato branco e desenhar a arte usando cobre mascarado com camada isolante. Um substrato branco translúcido permite visualizar conexões e arte ocultas nas camadas.

Notavelmente, gráficos de camadas inferiores aparecerão mais pálidos que gráficos de camadas superiores.

4.1.2: Precisão e Medidas da Arte:

As medidas das camadas devem ser iguais, e o design dos gráficos deve ser coerente. Para obter melhores imagens, certifique-se de usar unidades de quantização semelhantes para comprimento e espessura.

Antes de concluir nossa edição, agora ofereceremos algumas ideias prontas que você pode adicionar aos seus PCBs para torná-los atraentes.

5. Top 3 Ideias Simples Mas Bonitas de Arte em PCB

Ideia 1: "Criação de Adão" Pads de Contato

Estes pads de contato que se assemelham a dedos são simples de projetar, mas belos de contemplar. Você pode utilizá-los ao projetar qualquer PCB genérico.

Ideia 2: Arte de Árvore de Natal

Natal é frequentemente época de enviar presentes. Nos tempos modernos, a maioria considera eletrônicos como presentes para festas como Natal. Então, se você pensa em produzir eletrônicos que vendam como presentes, por que não adicionar arte de árvore de Natal? Não necessariamente para valer a pena, mas apenas porque você pode.

Ideia 3: Arte "Cérebro" em PCB

Ao projetar eletrônicos de consumo, você pode considerar definir design diferente para o microprocessador. Uma ideia melhor será utilizar arte de "cérebro" para diferenciar o processador de outros componentes. Ficaria mais atraente e facilitaria a solução de problemas.

Conclusão

Obras de arte em PCB dão vida artística a um PCB sem vida. Com melhor investimento em designs de arte em PCB, você pode melhorar a qualidade dos seus PCBs e aumentar seu desempenho. Em troca, atingirá maiores vendas de mercado e manterá autenticidade entre sua base de clientes.

Como você pode ter notado, uma boa arte em PCB é um ativo; uma mal projetada pode se tornar a maior responsabilidade. Por isso, você precisa de orientação profissional no design e fabricação dos seus PCBs. Como WellPCB, construímos nossa reputação produzindo PCBs de qualidade com precisão na impressão artística. Considere solicitar uma cotação dos seus PCBs (com arte), e o levaremos pelas poucas etapas de realizá-los.