Terminais de processamento de patches SMT

No domínio do fabrico de eletrónica moderna, o SMT (tecnologia de montagem em superfície), o processamento de pastilhas tornou-se um processo fundamental na montagem de placas de circuitos. Como componente-chave nas ligações de circuitos, os terminais desempenham um papel crucial no processamento de chips SMT.

O papel central dos terminais na montagem de montagem em superfície SMT

Os terminais funcionam como interfaces críticas nos circuitos electrónicos, permitindo ligações eléctricas seguras entre componentes, circuitos ou dispositivos numa placa de circuito impresso (PCB). Na montagem com tecnologia de montagem em superfície (SMT), os terminais são normalmente concebidos como dispositivos de montagem em superfície (SMD) compactos e leves e são soldados com precisão às placas de circuito impresso através de processos automatizados. Em comparação com tecnologia de orifícios de passagem (THT)Os terminais montados em SMT oferecem uma eficiência de espaço superior, maior densidade de componentes e compatibilidade com as tendências de miniaturização da eletrónica moderna.

Principais funções e vantagens

1. Conectividade eléctrica: Os terminais estabelecem vias condutoras fiáveis entre os componentes, assegurando uma transmissão ininterrupta de sinal e energia.
2. Miniaturização: Os terminais SMT permitem designs de PCB mais pequenos, essenciais para dispositivos compactos como smartphones, wearables e módulos IoT.
3. Montagem de alta densidade: O seu design de baixo perfil suporta esquemas avançados de PCB com componentes bem espaçados.
4. Eficiência do processo: A colocação SMT automatizada e a soldadura por refluxo aumentam a velocidade e a consistência da produção.

Impacto no desempenho do produto

• Integridade do sinal: Os terminais corretamente soldados minimizam a impedância e a perda de sinal, vitais para aplicações de alta frequência (por exemplo, dispositivos 5G).
• Estabilidade mecânica: A qualidade da junta de solda afecta diretamente a resistência à vibração e ao stress térmico (por exemplo, na eletrónica automóvel).
• Fiabilidade: Defeitos como o tombstoning ou as juntas frias podem levar a falhas no terreno, sublinhando a necessidade de um controlo preciso do processo.

Diversos tipos de terminais e suas caraterísticas

Os diversos cenários de aplicação no domínio do fabrico de produtos electrónicos deram origem a vários tipos de terminais SMT (Surface Mount Technology), cada um deles concebido para satisfazer requisitos de ligação específicos:

1. Terminais de ligação à placa

• Caraterísticas:
• Concebidos para ligar fios a placas de circuito impresso, normalmente utilizados em circuitos de distribuição de energia e de transmissão de sinais.
• Fornece ligações mecânicas robustas para uma estabilidade eléctrica a longo prazo.
• Aplicações:
• Fontes de alimentação, placas de controlo industrial (por exemplo, módulos PLC).
• Modelos de exemplo: Série Phoenix CONTACT PT.

2. Terminais de encaixe

• Caraterísticas:
• Permite uma fácil ligação e desligamento, ideal para dispositivos modulares que requerem manutenção frequente.
• A estrutura de contacto optimizada garante a durabilidade após repetidos ciclos de acoplamento.
• Aplicações:
• Módulos substituíveis (por exemplo, backplanes de servidor, conjuntos de LED).
• Dispositivos de teste (por exemplo, interfaces de sonda).

3. Terminais de mola

• Caraterísticas:
• Utiliza mecanismos de mola de precisão para uma pressão de contacto consistente.
• Resistente a vibrações e choques mecânicos, ideal para ambientes agressivos.
• Aplicações:
• Eletrónica automóvel (ECU, sensores, em conformidade com a norma ISO 16750).
• Sistemas de controlo industrial.
• Exemplo de marcas: Série WAGO CAGE CLAMP®.

4. Terminais de parafuso

• Caraterísticas:
• Elevada resistência mecânica devido à fixação roscada.
• Suporta aplicações de alta corrente (até 200A).
• Aplicações:
• Transmissão de energia (por exemplo, inversores, transformadores).
• Accionamentos de motores (por exemplo, saídas VFD).

5. Terminais para ambientes especiais

5.1 Terminais à prova de água (IP67/IP68)

• Caraterísticas principais:
• Vedados com juntas de silicone ou compostos de envasamento.
• Resistente à corrosão (por exemplo, conectores de carregamento de veículos eléctricos).
• Aplicações: Iluminação LED exterior, portas de carregamento de veículos eléctricos.

5.2 Terminais de alta temperatura (150°C+)

• Materiais:
• Carcaça: Plásticos de engenharia PPS, LCP.
• Contactos: Niquelagem ou revestimento de liga de níquel.
• Aplicações: Sensores do compartimento do motor, eletrónica aeroespacial.

5.3 Terminais de alta frequência (sinais de RF/alta velocidade)

• Caraterísticas:
• Impedância compatível (por exemplo, 50Ω/75Ω).
• Blindado para minimizar a diafonia (por exemplo, terminais coaxiais SMA).
• Aplicações: Estações de base 5G, interfaces de dados de alta velocidade (USB4.0/HDMI 2.1).

Requisitos do processo do terminal

No processo de montagem SMT, a qualidade da soldadura dos terminais tem um impacto direto no desempenho e na fiabilidade do produto final, pelo que é essencial um controlo rigoroso de cada passo do processo:

Design de almofadas

É o primeiro passo para garantir bons resultados de soldadura. O tamanho, a forma e a posição das almofadas devem corresponder exatamente aos terminais, proporcionando uma área de soldadura suficiente para garantir a força da ligação, evitando ao mesmo tempo um tamanho excessivo que possa causar defeitos de soldadura.

Processo de impressão de pasta de solda

Este processo tem um impacto decisivo na qualidade da soldadura. A espessura, a quantidade e a precisão da posição da pasta de solda devem ser rigorosamente controladas. As modernas impressoras de pasta de solda possuem normalmente capacidades de posicionamento ótico e de deteção 3D para garantir a qualidade da impressão.

Processo de colocação de componentes

requer uma precisão de posicionamento extremamente elevada, especialmente para terminais com vários pinos ou de passo fino. As máquinas de colocação de alta precisão utilizam normalmente sistemas de alinhamento visual para atingir uma precisão de posicionamento ao nível do mícron. A pressão de colocação também tem de ser optimizada para garantir um bom contacto entre o terminal e a pasta de solda, evitando uma pressão excessiva que possa danificar o componente ou a placa de circuito impresso.

Soldadura por refluxo

É uma das fases mais críticas de todo o processo. Devem ser concebidas curvas de temperatura precisas com base nas caraterísticas da pasta de solda e na capacidade térmica dos terminais/PCB para garantir uma soldadura adequada, evitando danos térmicos.

Inspeção e ensaio

Serve como ponto de controlo final da garantia de qualidade. Inspeção ótica automática (AOI) pode detetar defeitos no aspeto da soldadura, enquanto ensaios em circuito (ICT) ou testes funcionais verificam o desempenho da ligação eléctrica. Para aplicações de elevada fiabilidade, podem também ser necessárias inspecções mais aprofundadas, como a inspeção por raios X ou a análise de secções transversais.

Áreas de aplicação

1. Eletrónica de consumo

Em smartphones, tablets, TVs inteligentes e outros dispositivos, a tecnologia miniaturizada Terminais SMT ligam vários módulos funcionais, assegurando uma transmissão de sinal eficiente. Estes terminais exigem elevada precisão e estabilidade para satisfazer os rigorosos requisitos de fiabilidade da eletrónica de consumo.

2. Sistemas de Controlo Industrial

Os terminais desempenham um papel crucial na ligação PLCs, sensores e actuadores em ambientes industriais agressivos. Devem oferecer:

• Forte capacidade anti-interferência
• Resistência a altas temperaturas
• Vida útil mecânica prolongada
  para suportar as condições de fábrica, tais como vibrações, poeiras e ruído eletromagnético.

3. Eletrónica automóvel

As aplicações automóveis impõem requisitos mais rigorosos nos terminais, de unidades de controlo do motor (ECU) para sistemas de info-entretenimento. Os terminais de qualidade automóvel devem garantir funcionamento fiável sob temperaturas e vibrações extremas. Apresentam frequentemente:

• Materiais especializados (por exemplo, plásticos de alta temperatura)
• Revestimento melhorado (ouro/níquel para resistência à corrosão)
• Conformidade com as normas da indústria (por exemplo, ISO 16750, AEC-Q200)

4. Equipamento de comunicação

Em Estações de base 5G, comutadores de rede e routersOs terminais devem suportar transmissão de sinais de alta frequência enquanto minimiza:

• Perda de sinal
• Interferência electromagnética (EMI)
  Desenhos especializados (por exemplo, conectores blindados, contactos com impedância correspondente) asseguram a integridade dos dados a alta velocidade.

5. Domínios especializados (médico, aeroespacial e defesa)

Aplicações em dispositivos médicos, aviónica e equipamento militar requerer terminais com:

• Resistência a ambientes extremos (por exemplo, esterilização, radiação, vácuo)
• Fiabilidade ultra-elevada (sistemas de missão crítica)
• Miniaturização (para dispositivos implantáveis ou satélites)

Problemas comuns de soldadura e soluções na montagem SMT

Mesmo com equipamento e processos avançados, podem ocorrer vários problemas de soldadura de terminais na montagem SMT. A identificação e resolução atempada destes problemas são cruciais para garantir a qualidade do produto:

1. Má formação da junta de solda (não humedecimento/desumidificação)

• Sintomas: Ligação metalúrgica incompleta entre os terminais e as almofadas.
• Causas:
• Baixa atividade da pasta de solda
• Oxidação/contaminação (PCB ou componente)
• Perfil de temperatura de refusão incorreto
• Soluções:
• Otimizar o armazenamento da pasta de solda (humidade/temperatura controlada)
• Melhorar a limpeza de PCB (tratamento de plasma/químico para remoção da oxidação)
• Ajustar o perfil de refusão (assegurar uma temperatura de pico adequada e tempo acima do estado líquido)

2. Juntas de soldadura a frio (ligação intermitente)

• Sintomas: Juntas visualmente aceitáveis mas eletricamente pouco fiáveis.
• Causas:
• Volume de pasta de solda insuficiente
• Fraca coplanaridade dos terminais
• Humidificação inadequada (problemas de atividade de fluxo)
• Soluções:
• Aumentar o tamanho da abertura do estêncil para maior deposição de solda
• Melhorar a qualidade do revestimento terminal (por exemplo, ENIG em vez de OSP para uma melhor molhabilidade)
• Utilizar refluxo assistido por azoto para reduzir a oxidação

3. Fratura da junta de soldadura (fadiga mecânica/térmica)

• Sintomas: As fissuras aparecem após ciclos térmicos ou tensões mecânicas.
• Causas:
• Concentração de tensões devido à conceção rígida da almofada
• Liga de solda frágil (por exemplo, SAC305 com alto teor de azoto)
• O arrefecimento rápido provoca tensões internas
• Soluções:
• Otimizar a geometria das almofadas (almofadas em forma de lágrima para aliviar o stress)
• Utilizar ligas de solda dúcteis (por exemplo, SAC305 com aditivos Bi)
• Controlo da taxa de arrefecimento (<4°C/seg. para reduzir o choque térmico)

4. Pontes de solda (curtos-circuitos entre pinos)

• Sintomas: Ligações de solda não intencionais entre cabos adjacentes.
• Causas:
• Deposição excessiva de pasta de solda
• Componentes ou estêncil desalinhados
• Perfil de refusão inadequado (tempo insuficiente acima do estado líquido)
• Soluções:
• Design de estêncil de ajuste fino (tamanho de abertura reduzido, rácio de área 1:0,8)
• Implementar stencils escalonados para componentes de alta densidade
• Utilizar pastas de solda com baixo teor de sólidos para evitar que se espalhem

5. Tombamento (levantamento de componentes numa extremidade)

• Sintomas: Um terminal levanta-se verticalmente durante a refusão.
• Causas:
• Forças de humedecimento irregulares (por exemplo, massa térmica assimétrica da almofada)
• Volume de pasta de solda desequilibrado entre os terminais
• Pressão excessiva na colocação de componentes
• Soluções:
• Conceção de almofada simétrica (tamanho/caraterísticas térmicas iguais)
• Deposição uniforme de pasta de solda (stencils cortados a laser para maior precisão)
• Otimizar a pressão de recolha e colocação (normalmente 0,5-1N para materiais passivos)

Medidas proactivas para o controlo de processos:

• Pré-Produção:
• Revisão DFM (Design for Manufacturing) para compatibilidade de almofada/terminal
• Ensaios de impressão de pasta de solda com SPI (Inspeção de pasta de solda)
• Em produção:
• AOI (Inspeção Ótica Automatizada) para deteção de defeitos
• Perfilamento regular do forno de refluxo (sistemas de perfilamento térmico KIC)
• Pós-Produção:
• Análise da secção transversal para detetar defeitos ocultos nas juntas
• Ensaios mecânicos de tração para validação da resistência das juntas

Ao abordar sistematicamente estas questões através de otimização de processos, seleção de materiais e melhorias de conceçãoos fabricantes podem alcançar um rendimento de primeira passagem >99,9% na produção SMT de grande volume.

Componentes de pastilhas SMT e conceção de terminais

Na montagem SMT, os terminais - como componentes centrais de interligação - devem ser optimizados em colaboração com outros componentes electrónicos (como resistências, condensadores, indutores e circuitos integrados) para garantir o desempenho, a fiabilidade e a capacidade de fabrico do circuito.

1. SMD Resistências e terminais

Principais considerações:

• Otimização da trajetória atual: Resistores de alta corrente (por exemplo, resistores de potência) requerem conexões de terminal de baixa impedância para evitar superaquecimento localizado.
• Gestão térmica: Os terminais próximos de resistências de alta potência devem ter uma boa conceção de dissipação de calor (por exemplo, ligações de cobre largas ou vias térmicas).
• Correspondência de resistências de precisão: Resistores de alta precisão (por exemplo, tolerância de 0,1%) exigem terminais com materiais de baixa EMF térmica (por exemplo, revestimento de ouro ou paládio-níquel) para minimizar os efeitos de desvio de temperatura.

Soluções de otimização:

✔ Aplicações de alta corrente: Utilize terminais de elevada capacidade de corrente (por exemplo, liga de cobre com revestimento espesso) e optimize a espessura do cobre da placa de circuito impresso (≥2oz).
✔ Circuitos de alta precisão: Utilizar terminais de baixa resistência ao contacto (por exemplo, contactos de ouro) para evitar o risco de estanhagem.

2. SMD Condensadores e terminais

Principais considerações:

• Desacoplamento de alta frequência: Os condensadores de desacoplamento (por exemplo, MLCCs de 0,1 μF) devem ser colocados o mais próximo possível dos pinos de alimentação do CI e ligados através de terminais de baixa indutância.
• Filtragem em massa: Os terminais para condensadores electrolíticos (por exemplo, condensadores sólidos de 100μF) devem suportar correntes de pico elevadas para evitar fissuras nas juntas de soldadura.
• Impacto do ESR/ESL: A resistência/indutância parasita do terminal afecta o desempenho de alta frequência do condensador; otimizar a disposição (por exemplo, encurtar os traços).

Soluções de otimização:

✔ Conceção de PCB de alta velocidade: Utilizar terminais de baixo ESL (por exemplo, terminais de pinos curtos ou incorporados) para reduzir a indutância do circuito.
✔ Aplicações de elevada fiabilidade: Escolha terminais mecanicamente resistentes a choques (por exemplo, contactos de mola) para evitar que o condensador se solte por vibração.

3. SMD Indutores e terminais

Principais considerações:

• Indutores de potência: Os indutores de potência em circuitos DC-DC (por exemplo, indutores blindados) requerem terminais de baixa perda para minimizar a DCR (resistência DC).
• Indutores de alta frequência: Os indutores de circuitos de RF (por exemplo, pacote 0402) devem minimizar a capacitância/indutância parasita introduzida pelos terminais.
• Supressão de EMI: A disposição dos terminais do indutor de modo comum deve ser simétrica para evitar o acoplamento de ruído de modo diferencial.

Soluções de otimização:

✔ Fontes de alimentação de modo comutado (SMPS): Utilizar ligações de cobre largas para indutores de potência para reduzir as perdas de condução.
✔ Aplicações de alta frequência: Selecionar terminais com parâmetros parasitas baixos (por exemplo, concepções de microfita ou de guia de onda coplanar).

4. CIs e terminais

Principais considerações:

• Dispositivos de alta contagem de pinos (BGA/QFN): Requerem terminais de passo fino (por exemplo, BGA com passo de 0,4 mm), exigindo elevada precisão no fabrico e montagem de PCB.
• Sinais de alta velocidade (PCIe/DDR): A impedância do terminal deve ser combinada (50Ω/100Ω diferencial) para minimizar a reflexão e a diafonia.
• Correspondência CTE: Os materiais dos terminais (por exemplo, liga de cobre) para CIs de grandes dimensões (por exemplo, CPUs/FPGAs) devem corresponder ao CTE (coeficiente de expansão térmica) do PCB para evitar falhas de ciclos térmicos.

Soluções de otimização:

✔ Conceção de alta velocidade: Utilize terminais com impedância controlada (por exemplo, stripline ou designs de capacitância incorporada) para otimizar a integridade do sinal (SI).
✔ Embalagem de alta fiabilidade: Para aplicações no sector automóvel/aeroespacial, utilizar terminais resistentes a vibrações (por exemplo, processos de encaixe por pressão ou subenchimento).

5. Outros componentes-chave (cristais, transformadores, etc.)

Embora os terminais de processamento de chips SMT sejam componentes pequenos, desempenham um papel fundamental no fabrico de eletrónica moderna. Desde as ligações eléctricas básicas até à transmissão de sinais complexos, o design e a qualidade de processamento dos terminais afectam diretamente o desempenho e a fiabilidade dos produtos electrónicos. À medida que os produtos electrónicos evoluem para uma maior densidade, maior desempenho e tamanhos mais pequenos, os requisitos para os terminais também aumentam constantemente.