{"id":353,"date":"2020-11-04T14:02:00","date_gmt":"2020-11-04T14:02:00","guid":{"rendered":"http:\/\/visiorob.com.br\/?p=353"},"modified":"2022-09-04T14:03:58","modified_gmt":"2022-09-04T14:03:58","slug":"desenvolvimento-de-um-sistema-de-deteccao-de-erros-na-producao-de-placas-de-circuito-impresso","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/visiorob.com.br\/index.php\/2020\/11\/04\/desenvolvimento-de-um-sistema-de-deteccao-de-erros-na-producao-de-placas-de-circuito-impresso\/","title":{"rendered":"Desenvolvimento de um sistema de detec\u00e7\u00e3o de erros na produ\u00e7\u00e3o de placas de circuito impresso"},"content":{"rendered":"\n

Introdu\u00e7\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n

As placas de circuito impresso (PCI) possuem grande import\u00e2ncia no \u00e2mbito da eletr\u00f4nica e no processo de desenvolvimento de dispositivos. Apesar de n\u00e3o ser vis\u00edvel para a maioria das pessoas, essas placas est\u00e3o presentes em praticamente todos os dispositivos eletr\u00f4nicos, de computadores a geladeiras, carros e smartphones, entre muitos outros.<\/p>\n\n\n\n

O desenvolvimento tecnol\u00f3gico e o aumento exponencial na complexidade dos dispositivos eletr\u00f4nicos visto nos \u00faltimos anos, al\u00e9m de ser evidente de que no futuro a tecnologia torne-se ainda mais revolucion\u00e1ria com o uso de novos materiais, al\u00e9m de intelig\u00eancia artificial que s\u00e3o pesquisados atualmente, fisicamente o processo de produ\u00e7\u00e3o de circuitos eletr\u00f4nicos deve ser cada vez mais complexo e preciso. <\/p>\n\n\n\n

Toda essa complexidade se traduz em circuitos de dif\u00edcil confec\u00e7\u00e3o e controle de qualidade, sendo cada vez mais dif\u00edcil determinar com anteced\u00eancia ou prevenir problemas antes de concluir o processo de produ\u00e7\u00e3o. Muitas vezes o estudante desperdi\u00e7a tempo e dinheiro ao trabalhar em placas que cont\u00e9m algum problema decorrente do processo de transfer\u00eancia do diagrama esquem\u00e1tico para a superf\u00edcie de cobre, mas que n\u00e3o havia sido detectado em uma inspe\u00e7\u00e3o manual.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9 nesse contexto que este artigo se prop\u00f5e a trazer uma poss\u00edvel solu\u00e7\u00e3o para detectar esses problemas. Utilizando uma imagem do circuito impresso e uma imagem do circuito gerada eletronicamente, \u00e9 poss\u00edvel compar\u00e1-las atrav\u00e9s de um programa e automatizar a detec\u00e7\u00e3o de erros.<\/p>\n\n\n\n

Portanto, antes de iniciar a apresenta\u00e7\u00e3o do projeto, talvez seja interessante revisar alguns conceitos e processos importantes na confec\u00e7\u00e3o de placas de circuito impresso. Vamos iniciar entendendo os m\u00e9todos de confec\u00e7\u00e3o de PCI’s.<\/p>\n\n\n\n

M\u00e9todos de transfer\u00eancia para PCI’s<\/h2>\n\n\n\n

H\u00e1 in\u00fameras formas de produzir PCI’s. A escolha de qual o melhor m\u00e9todo depende geralmente de cada estudante e dos recursos dispon\u00edveis.<\/p>\n\n\n\n

Primeiro, \u00e9 preciso projetar o circuito desejado. Para isso h\u00e1 v\u00e1rios softwares pagos e gratuitos dispon\u00edveis. H\u00e1 ainda op\u00e7\u00f5es online como CircuitLAB, mas que possuem limita\u00e7\u00f5es. Entre os gratuitos mais utilizados est\u00e1 o Pspice e CircuitMaker. Entre os softwares pagos mas tamb\u00e9m muito utilizados est\u00e3o Multisim, Proteus e Autodesk Eagle. Estes, al\u00e9m do projeto do PCI, permitem realizar a simula\u00e7\u00e3o e indicam poss\u00edveis erros.<\/p>\n\n\n\n

Portanto, quando se deseja construir circuitos mais elaborados ou com apar\u00eancia mais profissional, \u00e9 comum que muitos estudantes utilizem softwares de CAD, pois n\u00e3o \u00e9 poss\u00edvel ou se torna muito dif\u00edcil, desenhar as trilhas a m\u00e3o. Logo, basta escolher um software para projetar o circuito. No final deste processo, \u00e9 necess\u00e1rio exportar o diagrama esquem\u00e1tico para o formato PDF ou de imagem, afim de que seja poss\u00edvel imprimi-lo. Os softwares costumam oferecer esta op\u00e7\u00e3o. <\/p>\n\n\n\n

M\u00e9todo de transfer\u00eancia t\u00e9rmica<\/h3>\n\n\n\n

Com o desenho do circuito feito em software conclu\u00eddo, \u00e9 necess\u00e1rio imprimi-lo em uma folha de papel de modo que possa ser feita a transfer\u00eancia para a placa de cobre. A impress\u00e3o deve ser feita em uma impressora a lazer para que os pigmentos de tinta, ao serem aquecidos posteriormente, se desprendam do papel e fiquem presas ao cobre da placa. Tamb\u00e9m \u00e9 importante utilizar um papel espec\u00edfico, como papel fotogr\u00e1fico ou couche e imprimir o circuito de forma espelhada ou invertida, para adequada disposi\u00e7\u00e3o dos componentes quando esta etapa for executada.<\/p>\n\n\n\n

Agora, para que se tenha sucesso, \u00e9 preciso limpar a placa de cobre com esponja de a\u00e7o e \u00e1lcool, retirando todas as impurezas e gordura. Feito isso, basta posicionar o papel sobre a placa e pred\u00ea-lo para que n\u00e3o saia do lugar. Depois, passa-se o ferro de passar roupa em alta temperatura sobre o papel, aquecendo-o e aquecendo a placa.<\/p>\n\n\n\n

Esse aquecimento associado a um papel liso, ou seja, em que a tinta (ou toner) possui baixa ader\u00eancia, faz com que as part\u00edculas da tinta se desprendam do papel e fiquem presas \u00e0 superf\u00edcie de cobre. Quando o processo estiver conclu\u00eddo, toda a tinta ter\u00e1 sido transferida para a placa e o papel voltar\u00e1 a estar branco.<\/p>\n\n\n

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Transfer\u00eancia t\u00e9rmica conclu\u00edda.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

M\u00e9todo de transfer\u00eancia por papel fotossens\u00edvel<\/h3>\n\n\n\n

Considerado um dos m\u00e9todos que apresenta o resultado mais satisfat\u00f3rio, o m\u00e9todo de transfer\u00eancia por papel fotossens\u00edvel consiste em fixar as trilhas do circuito em uma superf\u00edcie de cobre, utilizando tinta com sensibilidade a luz ultravioleta. <\/p>\n\n\n\n

Apesar de apresentar resultados muito precisos e com pouca ocorr\u00eancia de defeitos, este m\u00e9todo \u00e9 mais caro de ser implementado se comparado com o m\u00e9todo t\u00e9rmico, pois utiliza materiais espec\u00edficos e de mais dif\u00edcil acesso.<\/p>\n\n\n\n

Com o diagrama do circuito testado e simulado, \u00e9 necess\u00e1rio imprimi-lo em uma folha transparente, tomando o cuidado de inverter as cores das trilhas, ou seja, os v\u00e3os entre as trilhas ser\u00e3o impressos e esta parte ser\u00e1 corro\u00edda posteriormente. Desta forma, as trilhas ficam transparentes e o restante preenchido com tinta. Este conjunto funcionar\u00e1 como um filtro para a luz ultravioleta e n\u00e3o \u00e9 preciso espelh\u00e1-lo para dispor os componentes corretamente.<\/p>\n\n\n\n

De posse da placa de fenolite, \u00e9 necess\u00e1rio realizar a limpeza da parte cobreada para remover quaisquer resqu\u00edcios de gordura, oxida\u00e7\u00e3o ou sujeira, pois isso pode prejudicar a qualidade final do trabalho. Feito isso, espalha-se uma fina e uniforme camada de tinta fotossens\u00edvel sobre o cobre e aguarda-se a secagem.<\/p>\n\n\n\n

Com a tinta completamente seca \u00e9 poss\u00edvel iniciar o processo de transfer\u00eancia do circuito para placa. O primeiro passo \u00e9 fixar a folha transparente sobre a placa para evitar que ela se desloque. A face da folha transparente que cont\u00e9m o layout deve estar em contato com a superf\u00edcie coberta de tinta.<\/p>\n\n\n\n

Depois, submeta a placa \u00e0 luz ultravioleta por at\u00e9 dez minutos a fim de fazer com que a tinta desprenda da folha transparente e grude na placa. \u00c9 preciso tomar cuidado nesta etapa pois parte da luz pode vazar caso a impress\u00e3o n\u00e3o seja escura o suficiente.<\/p>\n\n\n\n

A etapa subsequente \u00e9 a revela\u00e7\u00e3o. Esta etapa consiste em remover a tinta que n\u00e3o foi exposta \u00e0 luz ultravioleta. Geralmente, utiliza-se solu\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas como carbonato de pot\u00e1ssio (K2<\/sub>CO3<\/sub>) ou carbonato de s\u00f3dio (Na\u2082CO\u2083), tamb\u00e9m conhecido como revelador ou barrilha, para este procedimento.<\/p>\n\n\n

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PCB ap\u00f3s processo de revela\u00e7\u00e3o.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Por fim, \u00e9 feita a corros\u00e3o do cobre que n\u00e3o ficou protegido pela tinta, utilizando um tipo de sal em solu\u00e7\u00e3o aquosa, geralmente, percloreto de ferro, restando as trilhas do circuito. A remo\u00e7\u00e3o da tinta sobre a superf\u00edcie n\u00e3o corro\u00edda pode ser feita utilizando palha de a\u00e7o.<\/p>\n\n\n\n

O que \u00e9 Gerber?<\/h2>\n\n\n\n

GERBER \u00e9 o formato de arquivo padr\u00e3o da ind\u00fastria de fabrica\u00e7\u00e3o de Placas de Circuito Impresso (PCB). Estes arquivos consistem em representar imagens em duas dimens\u00f5es de camadas de cobre, legenda e dados de perfura\u00e7\u00e3o, por exemplo, atrav\u00e9s de coordenadas. A extens\u00e3o do arquivo \u00e9 gbr<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Segundo o site Ucamco, o Gerber \u00e9 <\/p>Conhecido como \u201ca espinha dorsal da ind\u00fastria de fabrica\u00e7\u00e3o de eletr\u00f4nicos\u201d, todos os sistemas de projeto de PCB geram o Gerber, permitindo que os profissionais de PCB troquem dados de projeto de PCB de forma segura e eficiente.
https:\/\/www.ucamco.com\/en\/gerber<\/a>
(Obs.: traduzido livremente do ingl\u00eas)<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Al\u00e9m disso, o Gerber \u00e9 baseado no formato de texto ASCII de 7 bits, com letras, n\u00fameros e alguns caracteres especiais. Um arquivo Gerber cont\u00e9m a descri\u00e7\u00e3o completa de uma imagem de camada de PCB sem a necessidade de arquivos externos. Tem todos os operadores de imagem necess\u00e1rios para uma imagem PCB.  <\/p>\n\n\n

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Imagem 1: Exemplo de camada PCB que pode ser gerada por aquivo Gerber<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Quando criado, sua utiliza\u00e7\u00e3o auxiliou na compatibiliza\u00e7\u00e3o entre arquivos de softwares CAD que criam arquivos Gerber, que, por sua vez, \u00e9 a linguagem usada pelas m\u00e1quinas.<\/p>\n\n\n\n

Em 2013 foi introduzido um novo padr\u00e3o de arquivos Gerber, o X2 ou RS-274X. Nesse novo padr\u00e3o, todos os comandos da vers\u00e3o antiga (X1 ou RS-274D) permanecem inalterados – ambos permanecem totalmente compat\u00edveis em se tratando de desenhos b\u00e1sicos e linhas simples – e s\u00e3o adicionados quatro novos comandos para anexar atributos a um arquivo Gerber.<\/p>\n\n\n\n

De fato, essa nova vers\u00e3o veio para evitar problemas que fabricantes de PCB passavam com a primeira vers\u00e3o do arquivo. Na vers\u00e3o X1, era necess\u00e1rio gerar dois arquivos distintos para cada camada do projeto de PCB: uma para as coordenadas e outra descrevendo o circuito. O segundo arquivo ajudava o t\u00e9cnico na f\u00e1brica a entender o circuito e evitar erros na montagem.<\/p>\n\n\n\n

Com a chegada da nova vers\u00e3o, todos os atributos passaram a ser gerados no mesmo arquivo, evitando, assim, erros e desperd\u00edcio de tempo, al\u00e9m de facilitar o trabalho da m\u00e1quina ao necessitar trabalhar somente com um arquivo (e n\u00e3o dois). Mesmo assim, a gera\u00e7\u00e3o de imagens vetoriais entre os formatos Gerber \u00e9 totalmente compat\u00edvel: um leitor compat\u00edvel com Gerber X1 ler\u00e1 um arquivo Gerber X2 e gerar\u00e1 a imagem correta. O contr\u00e1rio tamb\u00e9m \u00e9 verdadeiro.<\/p>\n\n\n\n

Ao longo dos anos, houve v\u00e1rias tentativas de substituir o Gerber por formatos que continham mais informa\u00e7\u00f5es do que apenas a imagem da camada, por exemplo, netlist ou informa\u00e7\u00f5es sobre componentes. Nenhuma dessas tentativas foi amplamente aceita na ind\u00fastria de fabrica\u00e7\u00e3o de eletr\u00f4nicos, provavelmente porque os formatos s\u00e3o complexos. Gerber continua a ser o formato de transfer\u00eancia de dados mais utilizado.  <\/p>\n\n\n\n

Estrutura do Arquivo e Principais Comandos<\/h2>\n\n\n\n

Um arquivo Gerber \u00e9 formado por um conjunto de comandos. Esses comandos criam um fluxo de objetos gr\u00e1ficos que s\u00e3o colocados no plano da imagem para criar a imagem final. Por ser do tipo vetorial 2D bin\u00e1rio, a imagem \u00e9 formada por pontos que podem assumir apenas dois valores distintos, tipicamente, preto ou branco.<\/p>\n\n\n\n

As instru\u00e7\u00f5es mais comuns s\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n