Prof. Roberto Guerrieri EAGLE: corso introduttivo aromani@deis.unibo.it dgennaretti@deis.unibo.it mnicolini@deis.unibo.it gmedoro@deis.unibo.it
Programma Giovedi' 31: Introduzione: progettazione di Circuiti Stampati Descrizione dell esercizio Introduzione all ambiente di progettazione EAGLE Esercitazione in aula: schematico
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
Come sono realizzati I 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
Flusso di Progetto Functional description and specifications costs mechanics consumptions EM pollution Laws & regulations Check components availability PCB fabrication PCB design schematic layout gerber PCB assembly preliminary PCB testing operational Layers number Pcb dimension Device Package PCB packaging performance Pcb shape Substrate Device arrangement
Scelta del substrato Per 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)
Scelta del numero di layers Per 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 utilizzare 2 strati (interconnessione e posizionamento) + ulteriori 2 strati per la distribuzione della massa e delle alimentazioni.
Scelta del tipo di package Componenti THROUGH-HOLE o SMT? compatto Montaggio manuale Montaggio automatico Facilmente sostituibili (zoccolo) Through-hole no si no si SMT si Alcuni tipi si no In alternativa alcuni componenti vengono montati direttamente sul PCB: COB (chip on board) o COF (chip on flexible) Per lo sviluppo di prototipi generalmente si preferisce utilizzare componenti Through-Hole perche possono essere montati manualmente in laboratorio e eventualmente rimossi e/o sostituiti
Tipi di package: Esempi
Assemblaggio Su quali lati montiamo i componenti? Scheda: Compatta Facilmente testabile (prototipi) Economica Basso profilo top Si Si Si Si bottom Si No No No Per lo sviluppo di prototipi generalmente si preferisce montare tutti i componenti attivi sul TOP layer per agevolare l operazione di collaudo.
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.
Capacita tecnologiche Produzione standard*: Foro minimo : 0.2 mm Larghezza minima conduttori : 0.12 mm Isolamento minimo fra conduttori: 0.12 mm Numero di layer: 20 Spessore circuiti : 0.2 5 mm Spessore rame : 17, 35, 70, 105, 150 µ Dimensioni max circuiti : 810 x 500 mm (*Tecnomec Srl)
Esempio di Progetto realizzato nei laboratori ARCES Strumento per il controllo di BIO-SENSORI www.micro.deis.unibo.it/~nicolini /pcb/index.htm
Biomother v1.0 Main Features Digital section FPGA (20MHz) Parallel port interface XiRISC microprocessor Waveform generation for chip 3MByte RAM Analog 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
Biomother - PCB