AGLE: corso introduttivo
5 – 19 Giugno 2003
Progetto di Sistemi ElettroniciProf. Roberto Guerrieri
www.micro.deis.unibo.it/~romani/pcb/[email protected]
5 – 19 Giugno 2003
Progetto di Sistemi Elettronici
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Programma5 Giugno:
•Introduzione: progettazione di Circuiti Stampati
•Descrizione dell’esercizio
•Introduzione all’ambiente di progettazione EAGLE
•Esercitazione di laboratorio: schematico
12 Giugno:
•Esercitazione di laboratorio: schematico e layout
19 Giugno:
•Esercitazione di laboratorio: layout
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Le principali funzioni dei PCB
1. Garantire le interconnessioni elettriche tra vari
componenti elettronici
2. Fornire un supporto meccanico per i componenti della
scheda
3. Permettere la dissipazione del calore generato dal
circuito
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Come sono realizzatiI PCB vengono realizzati assemblando sottili strati di dielettrico isolante con strati di
materiale elettricamente conduttivo:
1. Uno o piu’ substrati rigidi o flessibili (“core” e “prepreg”) fungono da isolante
2. Piste in rame su piu’ livelli (“layers” e “planes”) realizzano le connessioni elettriche
3. Fori conduttori (“vias”) collegano piste di layers diversi.
4. Una vernice superficiale e’ usata per proteggere le piste dalla ossidazione e per facilitare la saldatura (“solder”)
5. Serigrafia (“Silkscreen”) per segnare la posizione dei componeenti sulla scheda
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Flusso di Progetto
PCB design
schematic
layout
gerber
PCB fabrication
PCB assembly
PCB testing operational
PCB packaging
Functional description and specifications
costs
mechanics
Layers number Device Package
Device arrangementSubstrate
Pcb dimension
Pcb shape
Laws & regulations
consumptions
EM pollutionCheck components availability
preliminary
performance
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Scelta del substratoPer la scelta del materiale dielettrico del substrato si considera:
• “Coefficient of Termal Expansion” (CTE)
• “Glass transition Temperature” (Tg)
• Conducibilita’ termica
• Rigidita’ meccanica
FR4 e’ il substrato piu’ comunemente usato per realizzzare circuiti stampati. Fibre di vetro e rame sono uniti da una resina epossidica.
Altri substrati comunemente usati sono:
• Polymide/fiberglass sostiene temperature piu’ alte ed e’ piu’ rigido
• FR2 economico, per elettronica di consumo
• KAPTON flessibile, leggero, per applicazioni specifiche
(display, tastiere)
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Scelta del numero di layersPer la scelta del numero di layers di un PCB si considera che:
• Aumentando il numero di layers si riduce la densita’ delle piste e eventualmente la dimensioni del PCB
• Aumentando il numero di layers aumenta il costo del PCB.
Per schede complesse con molti componenti SMD si usano generalmente:
• 2 layers per il posizionamento dei componenti (TOP e BOTTOM)
• 2 layers (interni) per le interconnessioni.
• 1 layer per la distribuzione delle masse (ground plane)
• 1 layer per la distribuzione delle alimentazioni (Power plane)
Per lo sviluppo di prototipi generalmente si preferisce utilizzare2 strati (interconnessione e posizionamento) + ulteriori 2 strati per la distribusione della massa e delle alimentazioni.
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Scelta del tipo di packageComponenti THROUGH-HOLE o SMT?
sinoMontaggio automatico
nosiFacilmente sostituibili (zoccolo)
Alcuni tipisiMontaggio manuale
sinocompatto
SMTThrue-hole
In alternativa alcuni componenti vengono montati direttamente sul PCB:
COB (chip on board) o COF (chip on flexible)
Per lo sviluppo di prototipi generalmentesi preferisce utilizzare componentiThrough-Hole perche’ possono esseremontati manualmente in laboratorio e eventualmente rimossi e/o sostituiti
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Tipi di package: Panoramica
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Tipi di package: Esempi
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AssemblaggioSu quali lati montiamo i componenti?
NoSiEconomicaNo Si Basso profilo
No Si Facilmente testabile (prototipi)Si Si CompattabottomtopScheda:
Per lo sviluppo di prototipi generalmente si preferiscemontare tutti i componenti “attivi” sul TOP layer per agevolare l’operazione di collaudo.
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Disposizione dei componenti
Considerazioni:• Ridurre la lunghezza dei percorsi critici• Componenti analogici separati fisicamente da quelli digitali• Componenti di potenza separati fisicamente da quelli di precisione
(attenzione ai percorsi di corrente nei piani di massa!)• Orientamento dei componenti concorde con quello delle piste• Distribuzione e dimensionamento di condensatori e filtri per la
riduzione dei disturbi (bassa e alta frequenza) esterni o di accoppiamento.
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Capacita’ tecnologiche
• Produzione standard*:Foro minimo : 0.2 mmLarghezza minima conduttori : 0.12 mmIsolamento minimo fra conduttori: 0.12 mmNumero di layer: 20Spessore circuiti : 0.2 ÷ 5 mmSpessore rame : 17, 35, 70, 105, 150 µDimensioni max circuiti : 810 x 500 mm
(*Tecnomec Srl)
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Esempio di Progetto realizzato nei laboratori ARCES
Strumento per il controllo di BIO-SENSORI
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Biomother v1.0 – Main FeaturesDigital section
• FPGA (20MHz)– Parallel port interface– XiRISC microprocessor– Waveform generation for chip
• 3MByte RAMAnalog section
• Direct Digital Synthesis (DDS) • Bias Generation• A/D Conversion for sensing readout
Other features• Re-programmed at each power-up• Thermal cooling/heating control• Expandable
Technology features• 2 layers + 2 planes (power and gnd)• Power supply: +/-12, +5 (externally)
-5, +2.5, +3.3 (internally)• SMD and Through-hole devices• Active devices on TOP and passive devices on
BOTTOM
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Biomother - PCB
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PCB per la manipolazione di cellule