PCBs Embarcados: Alimentando Sistemas Compactos e Confiáveis para Wearables Modernos

Há um aumento constante nas vendas de sistemas embarcados devido à alta demanda por circuitos menores e vestíveis (wearables). Além disso, sistemas embarcados ajudam a criar aplicações mais complexas que PCBs padrão não conseguem lidar. Então, o que pode lidar com o poder de um sistema embarcado? Simples! Um PCB Embarcado (Embedded PCB). Estas placas usam componentes embarcados que reduzem as chances de perder integridade de sinal.

Mas não é só isso. Existem muitas outras coisas para aprender sobre sistemas embarcados e como funcionam.

Continue lendo para saber mais sobre o PCB embarcado e alguns desafios que afetam sistemas embarcados.

O que são Componentes Embarcados

PCB Embarcado com Componentes

Antes de pularmos para o que são componentes embarcados, vamos revisar o conceito de sistemas embarcados. A ideia principal por trás de sistemas embarcados é reduzir o tamanho de placas de circuito mantendo alta integridade e performance.

Além disso, PCBs embarcados são placas de circuito com componentes enterrados em suas camadas. Também, estes componentes embarcados ajudam a melhorar a performance de sistemas embarcados.

Existem muitas maneiras de usar componentes embarcados. E a forma como você os usa influencia seu processo de fabricação. Inicialmente, fabricação de PCB e colocação de componentes eram dois conceitos que exigiam fabricantes lidarem separadamente.

Agora, os processos não são tão distintos. Portanto, você pode projetar e fabricar placas com componentes embarcados. Além disso, existem duas maneiras de adicionar componentes embarcados.

• Primeiro, você pode criar cavidades abertas para colocar componentes embarcados. Como resultado, os componentes permanecerão visíveis no seu produto final.

• Segundo, embarque os componentes em uma camada interna. Consequentemente, os circuitos ficarão ocultos.

Vamos examinar mais de perto os tipos de componentes embarcados.

Nota: Componentes embarcados geralmente têm duas categorias — Dispositivos ativos e dispositivos passivos.

Resistores Embarcados

Resistores embarcados são dispositivos passivos que podem melhorar performance eletrônica. Também, o componente move dispositivos individuais da superfície do seu PCB. Portanto, fornece mais espaço de superfície para outros componentes.

No entanto, resistores embarcados devem ter tolerância e classificações de potência específicas. Caso contrário, queimarão ou falharão. Adicionalmente, estes dispositivos não precisam de juntas de solda ou vias SMT, o que aumenta confiabilidade do PCB e roteamento de sinal.

Indutor Embarcado

Um indutor embarcado é um componente que armazena e fornece energia enquanto equilibra o fluxo de corrente de um circuito. Um indutor padrão é bastante complexo de fazer, então você deve embarcá-los para economizar espaço de superfície do PCB.

Capacitor Embarcado

Capacitores embarcados são um pouco diferentes porque usam laminados revestidos de cobre. No entanto, estes laminados eliminam a necessidade de adicionar capacitores de desacoplamento em um PCB.

Capacitores embarcados são materiais dielétricos finos posicionados entre duas camadas de cobre. Também, atuam como capacitores de desacoplamento devido à sua alta densidade capacitiva.

Como Projetar Montagem de PCB para Sistema Embarcado

Montagem de PCB

Pode ser complicado projetar PCBs para sistemas embarcados. Mas aqui estão algumas dicas para ajudar você a construir um ótimo design de PCB embarcado.

Defina seus Requisitos

Uma das perguntas principais é: o que você quer alcançar com seu PCB? Com isso, você saberá os requisitos necessários.

Também, é crucial considerar como seu PCB interagirá com outras áreas do sistema embarcado e seu tamanho. Estes dois fatores influenciarão quão complexo seu PCB será durante montagem.

Construa seu Esquemático

Esquemático de PCB

Após definir seus requisitos, você precisará traduzi-los em especificações para seu esquemático. Construir um esquemático inclui escolher um microcontrolador adequado e outros componentes para a placa.

Então, você pode criar um diagrama mostrando onde os fabricantes precisam colocá-los.

Microcontroladores são cruciais para sistemas embarcados. Portanto, você deve considerar alguns fatores antes de fazer uma escolha. Estes fatores incluem periféricos e velocidade de processamento.

Escolhendo o Software de Automação de Design Correto

Software de Automação de Design

Você precisará do software adequado de automação de design para colocar informações do seu esquemático. Então, o software combinará tudo em um arquivo CAD para instruir o processo de montagem do seu PCB.

Selecionando Método de Fabricação

Os requisitos que você definiu anteriormente determinarão o método de fabricação que seu PCB precisa. Alguns outros fatores que podem influenciar o método de fabricação são prazo e orçamento.

Determine o Tipo de Teste

Por fim, você precisa selecionar um teste para seu PCB. É crucial para o processo de montagem pois garante que seus designs são padrão.

Além disso, fabricantes devem testar a funcionalidade do seu design antes da aprovação.

Nota: Você pode escolher diferentes testes para garantir que seus designs atendam aos requisitos padrão.

Processo de Montagem para Placas de Circuito Impresso com Componentes Embarcados

PCB Montado

Usar tecnologia de embarque para seus componentes envolve montagem. E existem dois tipos que você pode usar: Through-hole (furo passante) e montagem em pad de solda. Vamos examinar de perto:

Montagem Through-Hole (Furo Passante)

Dois processos estão envolvidos em método de montagem through-hole: Bare (nu) e montagem de chip. Para montagem bare, você usará adesivo condutivo ou opções plated through-hole. Também, o processo de montagem de chip oferece opções similares.

Montagem em Pad de Solda (Solder Pad Mounting)

Como montagem through-hole, solder pad envolve processos bare e chip mounting. Mas é onde a semelhança termina. O método bare em montagem solder pad envolve usar processos flip-flop ou wire mounting.

E você deve escolher o processo que quer usar antes de embarcar quaisquer componentes no seu PCB. Mas o método de montagem de chip envolve adotar resina condutiva ou opção de solda por onda.

Procedimento de Montagem para Componentes Embarcados em PCB

Escolher processo de die bonding é crucial ao embarcar componentes bare die. Também, você pode aplicar outros métodos como ultrasonic wave bonding e ESC (Epoxy Encapsulated Solder Connection) se seus componentes são mold packages, PDs ou WLCSP.

No entanto, se você está usando montagem AD, é melhor usar solda com resina condutiva ou solda por onda. O procedimento de montagem para componentes embarcados com pads inclui:

1. Primeiro, você precisa conhecer os diferentes procedimentos de design e tecnologia antes de embarcar. Como resultado, obterá viabilidade de dispositivo ativo e embarque SMD. Enquanto nisso, você precisa prestar atenção ao seu design de trilha.

2. Comece fabricando o substrato de dupla camada antes de adicionar revestimento de pasta de solda se estiver trabalhando com PCB de dupla camada.

3. Vá para solda por onda e montagem IC antes de mid-stack-ups e preenchimento de isolamento. Por fim, faça hot press no stack-up da camada superior.

Montar componentes em cavidade é onde as coisas ficam complicadas. E é porque você pode enfrentar problemas que causam alto voidage de solda. No entanto, você pode usar o seguinte fluxo de trabalho para evitar tais problemas, especialmente durante técnicas de impressão de solda ou solda por onda a vácuo:

Processo de Fluxo de Trabalho

Fatores que Influenciam Design de PCB Embarcado

Existem vários fatores que você precisa considerar antes de construir um sistema de embarque. Eles incluem:

Tamanho do PCB

Tamanho Pequeno e Grande de PCB

PCB é fator dominante que influencia a estrutura dos seus designs. O tamanho que você escolher deve corresponder aos componentes que quer usar. Também, selecionar o tamanho adequado permitiria colocações corretas e evitaria superaquecimento.

Gerenciamento Térmico

Se você está trabalhando com aplicações de alta corrente, haverá problemas de superaquecimento. Mas você pode aumentar dissipação térmica da sua placa aumentando espessura da trilha ou criando planos de cobre.

Posicionamento de Componentes

Placa com Componentes Bem Posicionados

Todo design de PCB requer algumas regras de posicionamento de componentes. Então, para PCBs embarcados, é melhor evitar colocar componentes mais pesados perto da borda. Em vez disso, tais componentes devem ficar nas laterais do PCB.

Também, você não deve agrupar dispositivos de potência em uma área. Em vez disso, distribua-os uniformemente na sua placa para obter melhor dissipação térmica.

Vantagens de um PCB Embarcado

Aqui estão alguns benefícios que você pode aproveitar de um PCB embarcado:

Dissipação de Calor Aprimorada

Sistemas embarcados têm excelentes capacidades de dissipação de calor e podem prevenir problemas de superaquecimento.

É Barato

PCBs embarcados são custo-efetivos. E é porque o dispositivo tem design compacto de chip único.

Parâmetros de Design Rigorosos

PCBs embarcados têm parâmetros pré-definidos. No entanto, você pode fazer alguns ajustes e adaptações para adequar ao seu design. Mas você só pode fazer isso na forma de extensões e adições.

Desafios no Design de Sistema Embarcado

Você deve prestar atenção em cada estágio de design de um sistema embarcado. Caso contrário, enfrentará alguns desafios. Embora você possa corrigir rapidamente seus designs antes da fabricação, quaisquer defeitos depois podem resultar em retrabalhos caros.

Aqui estão alguns desafios que você pode enfrentar com sistema embarcado:

• Sem espaço de superfície para outros componentes
• Desafios de teste de hardware
• Desafios de empacotamento e integração
• Emissão EMI
• Superaquecimento
• Alto consumo de energia
• Incapacidade de manter validade

Conclusão

PCB Embarcado

PCBs embarcados são tão versáteis que você pode usá-los em várias aplicações. Por exemplo, pode usá-los em militar, eletrônicos de consumo e até aplicações aeroespaciais.

Estas placas indubitavelmente oferecem características incríveis que as tornam capazes de entregar alta performance e densidade, apesar do tamanho miniatura.

Além disso, apresenta componentes embarcados que economizam espaço de superfície para designs e sistemas mais complexos.

Embora existam alguns desafios, você pode facilmente evitá-los projetando cuidadosamente seu PCB e garantindo que tudo está correto antes de enviar para fabricação.

Certifique-se de nos contatar se quiser fabricar um PCB embarcado. Ficaremos felizes em oferecer o melhor serviço de PCB.