Dominando Trilhas de Circuito: Guia Definitivo para Design de PCB

PCBs são componentes elétricos que atuam como blocos de construção em circuitos elétricos e dispositivos eletrônicos. Exemplos incluem placas de circuito de alta velocidade altamente complexas, placas multicamadas, placas de circuito flexíveis, etc.

Existe outro termo ligado a PCBs: trilha de circuito (circuit trace). Trilhas de PCB são sistemas que exigem precisão absoluta e design cuidadoso para funcionar adequadamente, como veremos neste artigo.

O que é Trilha de Circuito?

Uma trilha de circuito é uma rede de trilhas condutoras como fusíveis, camadas de cobre e isolamento que conectam eletricamente os componentes do PCB. Quando há uma trilha inconsistente, um dispositivo eletrônico — particularmente seu caminho de circuito — funcionará mal.

Além disso, garante que o fluxo de corrente elétrica tenha pouca ou nenhuma resistência de trilha. Resistência em algumas aplicações frequentemente resulta em dissipação de calor, danificando componentes. Quando não há resistência elétrica, o fluxo de calor ocorre de áreas de maior temperatura para áreas de menor temperatura.

Espessura da Trilha de Circuito

Já se perguntou por que um designer eletrônico valoriza tanto a espessura das trilhas de circuito?

A espessura da trilha mantém o equilíbrio do PCB, contribuindo para melhor funcionalidade da placa. Ignorar a espessura pode trazer desafios na placa.

A espessura varia com o tipo de PCB: monocamada, dupla face ou multicamada. Também depende da versão do PCB em uso.

A maioria dos PCBs tem faixa de espessura de trilha entre 0,008 a 0,240 polegadas.

Corrente/Capacitância da Trilha de PCB

Corrente contínua atua como fonte de alimentação dos PCBs. A corrente elétrica flui pela fiação da placa e camada de cobre enquanto elétrons vão diretamente à bateria. O rastreamento de circuito difere de corrente de trilha: trilhas de PCB mostram como condutores e fiação interagem para produzir corrente.

Sempre considere a corrente de trilha do PCB, pois sem ela não se gera potência. Use condutores e isolantes para cálculos específicos de corrente (medidos em Amperes). Porém, não exceda a potência requerida do PCB, pois pode causar curto-circuito.

Como Calcular Espaçamento de Trilha de PCB?

Conhecer o parâmetro de largura ou espaçamento da trilha é crucial no design. Garanta largura suficiente para evitar danos como superaquecimento ao transferir a corrente esperada.

Tipos de Calculadoras Online

Geralmente, existem duas calculadoras online padrão para medir largura de trilha: IPC 2221 e IPC 2152, desenvolvidas pela Association of Connecting Electronics Industries (IPC). São padrão em aplicações comerciais e industriais.

Inicialmente, a associação lançou a calculadora IPC 2221. Infelizmente, faltavam parâmetros como material da placa e espessura, não sendo ideal para cálculos de largura.

Após estudos e experimentos, a IPC lançou a calculadora IPC 2152 em 2009, mais eficiente, com parâmetros adicionados:

• Distinção entre trilhas externas e internas
• Localização do plano
• Dissipador de calor (heat sink)
• Espessura da placa
• Trabalho com PCBs multicamadas

Calculando a Largura da Trilha

Calcular larguras de trilha não é simples. Pode-se usar tabela de largura de trilha para cálculo rápido ou calculadora online.

[Imagem: Largura de trilha recomendada IPC para PCB cobre 1 oz e elevação de 10°C]

Aspectos para cálculo preciso:

• Limite máximo de corrente que o PCB suporta (considera temperatura ambiente, medição, temperatura da trilha, espessura).
• Após inserir números, obtém-se: resistência da trilha (ohms), queda de tensão (volts), dissipação de potência (watts), largura (amps), temperatura da trilha (°C).
• Colete dados do datasheet ou PCB físico. Como placas são compactas, pode precisar de lupa.

Fórmulas padrão da indústria:

I = k × ΔT^0,44 × A^0,725

Onde: I = corrente da trilha (constante); ΔT = variação de temperatura; A = área transversal da trilha.

Para largura: primeiro obtenha área transversal segura, depois:

Área [mils²] = (Corrente / Temp_Rise [°C])^0,44)^(1/0,725)

Largura [mils] = Área[mils²] / (Espessura[oz] × 1,378[mils/oz])

Nota: Designers consideram estas fórmulas como padrão da indústria e precisas. Cuidado: podem não se ajustar automaticamente a todo design.

Como Cortar Trilha de PCB?

Você precisará de faca, raspador de PCB, ferramenta de fresa e chave de fenda com arestas afiadas.

[Imagem: máquina de fresa]

1. Raspe cuidadosamente a trilha em movimento de vai-e-vem.
2. Remova a fina camada de cobre lentamente e com precisão, evitando danos às trilhas adjacentes. A ponta da chave de fenda pode riscar a trilha ao cortar verticalmente.

Conclusão

PCBs compõem a maioria de nossas aplicações eletrônicas. Por isso, é essencial conhecer trilhas de circuito impresso para longevidade do seu PCB.

Esperamos que o artigo tenha esclarecido sobre rastreamento de circuito. Sinta-se à vontade para nos contatar para dúvidas.