O SMT foi desenvolvido para minimizar os custos de fabricação e ao mesmo tempo fazer uso eficiente de espaço da placa. A introdução da tecnologia SMT permitiu fabricarem placas de circuito complexas de tamanho inferior. Existem várias vantagens e desvantagens da tecnologia de montagem em superfície que discutiremos ao longo deste artigo.
O nascimento da tecnologia de montagem em superfície
A tecnologia de montagem em superfície foi desenvolvida na década de 1960 e foi amplamente utilizada na década de 1980s. Na década de 1990, era utilizada na maioria dos conjuntos de PCB topo de gama.
Os componentes electrónicos convencionais foram redesenhados de modo a incluírem separadores metálicos ou tampas que podiam ser fixadas diretamente à superfície da placa. Isto substituiu os típicos fios que tinham de passar por orifícios perfurados.
O SMT levou a componentes muito mais pequenos e permitiu a colocação de componentes em ambos os lados da placa. A montagem em superfície permite um maior grau de automatização, minimizando os custos de mão de obra e a expansão das taxas de produção, o que resulta no avançado desenvolvimento das placas.
Características principais da tecnologia SMT e de through-hole
O SMT permite que os componentes eléctricos sejam montados na superfície da placa sem qualquer perfuração. A maioria das aplicações electrónicas prefere utilizar componentes de montagem em superfície, uma vez que são compactos e podem ser instalados em ambos os lados de um circuito impresso. São adequados para aplicações com densidades de encaminhamento mais elevadas. Estes componentes têm mais pequenos ou não têm cabos e são mais pequenos do que os componentes com orifícios de passagem (components through-hole).
O processo envolvido na montagem SMT é:
- Aplicar a pasta de solda na placa de circuito fabricada utilizando stencils. A pasta de solda é composta por fluxo e partículas de estanho.
- Colocar os componentes de montagem em superfície.
- Utilizar um método de soldadura por refluxo.
Na tecnologia through-hole, os cabos dos componentes são inseridos nos orifícios perfurados na placa. Estes cabos são depois soldados a almofadas no lado oposto utilizando ferramentas de soldadura por onda ou ferramentas de soldadura por refluxo. Uma vez que a montagem através de orifícios oferece ligações mecânicas fortes, é altamente fiável. No entanto, a perfuração de PCBs durante a produção tende a aumentar os custos de fabrico. Além disso, a tecnologia through-hole limita a área de roteamento para traços de sinal abaixo da camada superior de PCBs multicamadas.
Principais diferenças entre a tecnologia through-hole e a tecnologia de montagem em superfície
- O SMT liberta a limitação do espaço da placa colocada pela tecnologis through-hole.
- Os componentes through-hole implicam custos de fabrico mais elevados do que os componentes SMT.
- São necessárias competências avançadas de conceção e produção para utilizar a tecnologia SMT em comparação com a tecnologia de orifício passante.
- Os componentes SMT podem ter um maior número de pinos em comparação com os componentes de orifícios.
- Ao contrário da tecnologia through-hole, a SMT permite a automatização da montagem, que é adequada para volumes de produção elevados a custos mais baixos, em comparação com a produção through-hole.
- Os componentes SMT são mais compactos, o que leva a uma maior densidade de componentes em comparação com a montagem através de orifícios.
- Embora a montagem em superfície conduza a custos de produção mais baixos, o investimento de capital em máquinas é mais elevado do que o necessário para a tecnologia through-hole.
- A montagem por furos é mais adequada para a produção de componentes grandes e volumosos sujeitos a tensões mecânicas periódicas ou mesmo peças de alta tensão e alta potência.
- A SMT facilita a obtenção de velocidades de circuito mais elevadas devido ao seu tamanho reduzido e ao menor número de orifícios.
Factores a considerar antes de escolher a tecnologia SMT ou tecnologia through-hole:
- Estabilidade do componente quando exposto a tensões externas.
- Facilidade de gestão térmica/dissipação de calor.
- Disponibilidade da peça e da sua alternativa.
- Custo-eficácia da montagem.
- Elevado desempenho e tempo de vida do pacote.
- Facilitar o retrabalho em caso de falha da placa.
Vantagens da tecnologia de montagem em superfície:
- A tecnologia de montagem em superfície suporta a microeletrónica ao permitir que mais componentes sejam colocados mais próximos uns dos outros na placa. Isto leva a designs mais leves e compactos.
- O processo de configuração da produção SMT é mais rápido quando comparado com a tecnologia through-hole. Isto deve-se ao facto de os componentes serem montados utilizando pasta de solda em vez de em vez de furos. Poupa tempo e trabalho intensivo.
- Os componentes podem ser colocados em ambos os lados da placa de circuito, juntamente com uma maior densidade de componentes com mais ligações possíveis por componente.
- Devido ao tamanho compacto da embalagem, os traços podem ser de maior densidade e podem ser acomodados na mesma camada.
- A tensão superficial da solda derretida puxa os componentes para o alinhamento com as almofadas de solda, o que corrige automaticamente pequenos problemas de colocação.
- Em comparação com os furos passantes, estes não aumentam de tamanho durante a operação. Assim, é possível reduzir o espaço entre as embalagens.
- A compatibilidade electromagnética é facilmente alcançada nas placas SMT devido à sua embalagem compacta e à menor indutância de chumbo.
- A tecnologia SMT permite uma menor resistência e indutância na ligação. Atenua os efeitos indesejáveis dos sinais RF e proporciona um melhor desempenho a altas frequências.
- Mais peças podem caber facilmente na placa devido à sua compactação, resultando em caminhos de sinal mais curtos. Isto melhora a integridade do sinal. O calor dissipado é também inferior ao dos componentes through-hole.
- O SMT reduz os custos de manuseamento da placa e do material.
- Permite-lhe ter um processo de fabrico controlado. Isto é especialmente indicado para a produção de PCB de grande volume para uma melhor organização e aparência, pois a imagem que passamos para quem nos visita, faz toda a diferença.
Desvantagens da tecnologia de montagem em superfície
Embora a SMT tenha várias vantagens, também tem algumas desvantagens:
- Quando se sujeitam os componentes a tensões mecânicas, não é fiável utilizar a montagem em superfície como único método de fixação à placa de circuito impresso. Isto deve-se ao facto de ser necessário utilizar conectores de componentes para fazer a interface com dispositivos externos que são periodicamente removidos e recolocados.
- As ligações de solda para SMDs podem ser danificadas por ciclos térmicos durante operações.
- São necessários operadores altamente qualificados ou especializados e ferramentas dispendiosas para reparação de componentes e montagem manual de protótipos. Isto deve-se ao facto de tamanhos mais pequenos e aos espaços de avanço.
- A maioria dos pacotes de componentes SMT não pode ser instalada em soquetes que permitam uma fácil instalação e substituição de componentes avariados.
- Utiliza-se menos solda para as juntas de solda em SMT, pelo que a fiabilidade das juntas de solda torna-se uma preocupação. A formação de espaços vazios pode levar a falhas nas juntas de soldadura.
- Os SMD são normalmente mais pequenos do que os componentes through-hole, deixando uma superfície para marcar as identificações das peças e os valores dos componentes. Este facto torna a identificação de componentes um desafio durante a prototipagem e a reparação da placa de circuito impresso.
- A solda pode derreter quando exposta a calor intenso. Por conseguinte, a SMT não pode ser implementada em circuitos de carga eléctrica com elevada dissipação de calor.
- As placas de circuito impresso que utilizam esta tecnologia requerem mais custos de instalação. Isto deve-se ao facto de a maior parte do equipamento SMT, como a estação de retrabalho de ar quente, a máquina de recolha e colocação máquina, impressora de tela de pasta de solda e forno de refluxo serem dispendiosas.
- A miniaturização e a variedade de juntas de soldadura podem dificultar o procedimento e a inspeção do processo mais difíceis.
- Devido ao tamanho compacto, há uma maior probabilidade de transbordamento de solda que pode resultar em curto-circuitos e pontes de solda.
Quando utilizar a tecnologia de montagem em superfície?
A maioria dos produtos fabricados atualmente utiliza a tecnologia de montagem em superfície.
Mas a SMT não é adequada em todos os casos. Considere a SMT se:
- É necessário acomodar uma elevada densidade de componentes.
- A necessidade é de um produto compacto ou pequeno.
- O seu produto final precisa de ser elegante e leve, apesar da densidade de componentes.
- O requisito especifica o funcionamento de alta velocidade/frequência do dispositivo.
- É necessário produzir grandes quantidades com tecnologia automatizada.
- O seu produto deve produzir muito pouco ruído (se é que produz algum).
Técnicas de soldadura utilizadas em SMT
O refluxo de solda e a solda por onda são amplamente utilizados para montar componentes na placa. Dependendo da natureza dos componentes, o projetista pode escolher um destes métodos para a tecnologia de montagem em superfície.
Soldadura por onda: Uma vez que a solda fluirá através dos orifícios para formar uma ligação, a soldadura por onda é sobretudo utilizada para componentes through-hole. Pode utilizar a soldadura por onda para a maioria dos componentes de montagem em superfície.
Refluxo de solda: Este processo é geralmente preferido em SMT. Aqui, a solda num pino derrete e reflui mais rapidamente do que o outro. A única desvantagem é o facto de causar um efeito tombstoning, em que o componente se descola da almofada não derretida. Este efeito é comum para componentes de montagem em superfície como resistências, condensadores e indutores.
Directrizes para a colocação de componentes SMT
Aqui estão expostas algumas recomendações para a colocação de SMD, de forma a manter uma boa integridade de sinal e da energia da sua placa:
- Mantenha os componentes tão próximos quanto possível para minimizar a distância de encaminhamento.
- Siga o caminho do sinal de acordo com o esquema, ao colocar os componentes.
- Nunca coloque os componentes no caminho de retorno de sinais sensíveis. Isso leva a problemas de integridade do sinal.
- Para dispositivos de alta velocidade, coloque os condensadores de derivação mais perto dos seus pinos de alimentação. Isto reduzirá a indutância parasita.
- Coloque os SMD juntos nos circuitos de alimentação. Isto ajudá-lo-á a fornecer mais curtos e a reduzir a indutância nas ligações.
- Tente manter os componentes SMT num dos lados da placa para reduzir os custos associados associados aos stencils e à montagem.
- Mantenha o espaçamento mínimo entre os pontos de teste e os componentes SMT, conforme especificado pelo seu fabricante. Este espaçamento pode variar consoante a altura do componente.
Para facilitar o processo de montagem, certifique-se de que todos os nomes dos componentes, polaridades, orientações e posicionamentos dos componentes estejam corretamente marcados no desenho de montagem. As pegadas presentes nos desenhos devem corresponder às peças reais. Consulte o seu fabricante para obter as suas directrizes de montagem de kits se estiver a considerar a montagem consignada.
