Introdução a Tecnologia SMD

I- Introdução a Tecnologia SMD

1 – Definição e Terminologia

SMD são as iniciais em inglês das palavras “Surface Mount Device”. Podemos encontrar siglas como SMT (Surface Mount Tecnology) ou SMC (Surface Mount Component). Todos estes termos têm significado semelhante e são relativos ao processo de montagem de superfície. Doravante iremos convencionar a sigla SMD para tratar deste assunto.

A tecnologia SMD é um dos mais significantes eventos na eletrônica  desde o advento do circuito integrado. O SMD é definido como o posicionamento e fixação (soldagem) de componentes eletricamente passivos ou ativos na superfície de uma Placa de Circuito Impresso, doravante chamada PCI ou ainda em um substrato cerâmico.

Esta tecnologia se difere do processo convencional - que apresenta componentes com terminais e são inseridos através de furos na PCI -  principalmente porque não há interferência mecânica em níveis similares ao sistema de corte e climpagem dos terminais. A climpagem no processo convencional é necessária para que os componentes não saiam de suas posições de montagem durante o manuseio e soldagem automática em máquina por onda.
Abaixo uma comparação entre processo SMD e processo convencional. 

2 - Comparação entre as tecnologias SMD e Convencional

Pressionados em produzir PCI’s mais populadas, tamanho reduzido (miniaturizado) e com componentes fisicamente menores, o projeto e manufatura de produtos eletro-eletrônicos constantemente necessitam de maior eficiência. Esta condição técnica leva ao projeto e desenvolvimento de componentes menores e com maior número de funções.
A tendência de afirmação desta tecnologia vem acontecendo desde o início de 1970, época onde o custo inviabilizava o uso de SMD em algumas aplicações. Em contra partida, a aplicação desta tecnologia em produtos onde a miniaturização era essencial, ocorria com maior freqüência.

Entre 1975 e 1980, o processo de miniaturização se acentuou proporcionando ainda o aparecimento de componentes com maior número de funções. Neste período, o SMD se desenvolveu rapidamente e o processo de manuseio de componentes e materiais se estabeleceu. Desde o início de 1980 temos presenciado um crescimento exponencial nesta revolucionária tecnologia que ainda tem muito à expandir.

Para termos uma idéia deste crescimento, em 1984, o consumo de componentes eletrônicos era de 190 bilhões de unidades, no qual 50 bilhões eram SMD. No início da década de 90, já era entre 70 - 80%, o total produzido  em SMD. 

Os componentes SMD apresentam uma enorme variedade de circuitos integrados, semicondutores discretos e componentes passivos. Esta enorme abundância de oferta é uma atrativa alternativa para a substituição dos componentes convencionais. Por outro lado os componentes de tecnologia mais moderna somente são encontrados no formato SMD, o que forçou muitas empresas amigrarem para esta tecnologia. 

3 - Vantagens do componente SMD sobre o componente convencional 

a) Miniaturização: Maior densidade de componentes e funções em menor espaço na PCI. A miniaturização passou a ser um fator de venda dos produtos. Produtos cada vez menores e com maior número de funções são comercialmente mais aceitos.

b) Novos produtos: Velocidade e resposta ampliada para alta freqüência em comparação com os longos terminais com características “antena” dos componentes convencionais.

c) Automação Industrial: Capacidade de aumento de automação, potencialmente com condições de minimizar custos.

d) Custo: Preço competitivo em relação aos componentes convencionais. Já é possível viabilizar a utilização de componentes SMD por causa do preço, inclusive.

4 - Considerações sobre o SMD 

Alguns pontos devem ser observados sobre esta tecnologia. Veremos alguns pontos que deveriam ser vistos como desvantagens, mas são totalmente factíveis de soluções e alternativas para não se estabelecerem como pontos negativos. São eles:

Robustez

É freqüentemente uma das razões principais dadas ao uso do SMD. Porém, devemos salientar problemas potenciais sobre incompatibilidade entre componentes e a PCI (ou substrato cerâmico) por problemas causados com a expansão térmica. O uso do substrato cerâmico é uma boa alternativa ao problema do coeficiente de expansão térmica (CET) quando materiais incompatíveis são soldados ou unidos por outra forma. Quando falamos em PCI, este problema se torna ainda mais acentuado. Muitas técnicas e materiais vêm sendo desenvolvidos para minimizar falhas causadas pela fadiga do ponto soldado. Esta falha se evidência com variações de temperatura sofridas pela PCI. O encapsulamento “Plastic Leaded Chip Carrier” (PLCC) e de outros componentes desta família, possuem terminais de metal que produzem efeito “mola”, que permite maior flexibilidade e auxiliam na absorção desta fadiga.
Capacitores e resistores necessitam de cuidados especiais durante o projeto da largura das ilhas (pads) na PCI para que se permita um relativo movimento controlado, minimizando a fadiga total durante a soldagem.

Custo de Montagem

Em países onde a mão-de-obra tem valor agregado, montar componentes SMD manualmente se restringe à algumas aplicações experimentais e protótipos. Devemos levar em consideração equipamentos automáticos para a montagem de SMD. Existem vários fabricantes e algumas máquinas chegam a posicionar milhares de componentes por hora;

Controle Ambiental

Variações ambientais como temperatura, fenômenos eletrostáticos e umidade devem ser considerados durante o projeto para se selecionar o substrato, a tecnologia de montagem e equipamento. Variações de umidade podem causar problemas de projeto e utilização, primeiramente pelo critério de estabilidade do material. Outros problemas podem ser causados pelos níveis de sensibilidade estática do material selecionado. O coeficiente de expansão térmica deve ser considerado e analisado;

Processo

A integridade mecânica e elétrica dos produtos fabricados com tecnologia SMD depende diretamente do processo de soldagem dos componentes. Em montagens automáticas de componentes convencionais esta fixação mecânica ocorre de maneira efetiva, pois o componente é inserido e climpado, antes de ser soldado. O processo de soldagem SMD deve obedecer a critérios técnicos bem definidos;

Reparo

O reparo de montagens em SMD certamente é mais difícil quando comparado à tecnologia convencional. O número de terminais nos componentes SMD demanda maior técnica e equipamentos para o retrabalho de PCI’s. Soluções simples podem ser adotadas para minimizar ou eliminar o retrabalho. Uma seleção criteriosa de fornecedores e produtos, projeto adequado, sistemas de verificação de componentes “on-line” durante a montagem e controle de processo durante os passos críticos é imprescindível.