Processo SMT - Montagem de placas (PCBs)

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Processo SMT: Montagem de placas (PCBs) 
 
Este texto tem como objetivo fornecer uma visão geral das fases/processos de 
montagens de PCBs* envolvidos durante a produção de uma placa de tecnologia de montagem 
em superfície (SMT) usando técnicas de pick and place. 
*PCB são as iniciais da terminologia inglesa Printed Circuit Board, ou Placa de Circuito 
Impresso (PCI) em português. 
Dentro de um processo de montagem / produção ou processos de manufatura de PCBs, 
há várias fases ou estágios individuais. No entanto, é necessário que todos trabalhem juntos 
no sentido de serem integrados e formar o todo, ou seja, se obter a PCB montada. Cada estágio 
de montagem e produção deve ser compatível com o próximo, e deve haver feedback da saída 
para a entrada de forma a assegurar a manutenção de uma alta qualidade. Desta forma, 
qualquer problema deve ser rapidamente detectado e feito os reajustes e/ou correções 
necessários de forma a se manter a conformidade com os parâmetros de qualidade 
especificados. 
Uma visão geral do processo de montagem da PCB 
Os vários estágios do processo de montagem de placas, incluindo a adição de pasta de 
solda na placa, a escolha e o local dos componentes, a soldagem, a inspeção e o teste. Todos 
esses processos são necessários e precisam ser monitorados para garantir que um produto de 
alta qualidade seja produzido. O processo de montagem de PCBs descrito abaixo assume que 
os componentes de montagem em superfície estão sendo usados, já que praticamente toda a 
montagem de PCB atualmente usa tecnologia de montagem em superfície ou SMT – do inglês 
Surface Mount Technology. 
1. Pasta de solda (Solder Paste) 
Antes da colocação dos componentes em uma PCI, a pasta de solda deve ser adicionada 
às áreas da placa onde a solda é necessária. Normalmente, essas áreas são os pads de 
componentes (ver figura 2). Isto é conseguido usando uma tela de solda ou solder 
screen, também conhecido estêncil (do inglês stencil). Aqui vou adotar a termologia 
"Stencil", tudo bem? (ver figura 1) 
(Figura 1) 
 
(Figura 2) 
 
A pasta de solda é uma pasta composta de pequenos grãos de solda misturados com 
fluxo (ver figura 2). Isso pode ser depositado em um processo que é muito semelhante a alguns 
processos de impressão, como o silk screen por exemplo (vide figura 3). 
(Figura 3) 
 
 
 
Com a placa corretamente posicionada na máquina Printer (máquina que deposita 
automaticamente a pasta de solda na PCI), usa-se o stencil (que será a “máscara” com os furos 
adequados para a passagem da pasta de solda), a Printer deposita a pasta diretamente na placa 
por meio de um “rodo” (Squeegee), o qual move-se, de forma automática, em toda a superfície 
da placa e nos locais previamente determinados. Atualmente, as configurações e os 
parâmetros de aplicação da pasta de solda são feitos por programas específicos, os quais só 
precisam ser instalados nas Printers e depois fazer os devidos ajustes. Todo o controle e 
monitoramento da deposição da pasta de solda na PCI é feito de forma automática, 
possibilitando a visualização através de painel de LCD ou monitor (ver figura 4). Como o 
stencil foi construído a partir dos dados da placa de circuito impresso, os furos estão 
exatamente nas posições dos pads de solda da PCI e, desse modo, a pasta de solda é depositada 
somente nos respectivos pads previamente definidos (ver figuras 1 e 2). 
A quantidade de solda que é depositada deve ser controlada no sentido de garantir que 
as junções (placa + componente SMD) resultantes tenham a quantidade certa de solda. 
 
(Figura 4) 
 
 
2. Pick and place – Pegar e posicionar 
Pick and place, traduzindo significa "pegar e posicionar", e é justamente isso que as 
máquinas fazem, pegar o componente e posicioná-lo nas coordenadas corretas. Vale lembrar 
que nesta fase de montagem, a PCB já está com pasta de solda, portanto, como já disse, os 
componentes serão "pegados" e posicionados nos pads com solda. Como as máquinas Pick and 
place já foram previamente alimentadas (carregadas) com rolos de componentes ou bandejas, 
os mesmos são pegos pelas máquinas e posicionados em seus devidos locais na placa (ver 
figura 5). 
 
 
 
 
(Figura 5) 
 
 
3. Reflow ou refusão – Fase de soldagem 
Uma vez que os componentes foram adicionados à placa na etapa pick and place, a 
próxima fase do processo de montagem, processo de produção é passá-lo através do forno de 
refusão (Reflow). 
Nesta fase, a placa entrará no forno de refusão e será soldada. Para garantir o sucesso 
da etapa, o forno passa por uma série de testes com “placas de setup” até chegar às zonas de 
aquecimento corretas. A placa ainda é instrumentada com termopares em seus pontos 
críticos, pois, assim, será possível avaliar a temperatura e permitir que os componentes sejam 
soldados adequadamente e sem excesso de exposição. 
Aqui vou detalhar um pouco mais essa fase, composta pelo Forno de Refusão (Reflow). 
A Fabricação baseada na tecnologia SMT possui componentes que são colocados 
diretamente na placa, usando uma pasta de solda que também funciona como uma espécie 
de “cola”. Mas até aí o componente só está posicionado em cima da pasta, que por sua vez foi 
colocado precisamente em cima dos PADs da placa. O próximo passo é soldar o componente 
à placa, a ponto de criar uma conexão eletromecânica. 
A parte difícil é soldar cada componente em seu respectivo lugar, sendo que cada um 
tem uma especificação distinta. A temperatura da placa necessita aumentar consideráveis 200 
graus (ou mais) para derreter a pasta de solda. Como cada componente tem uma especificação 
diferente, cabe ao engenheiro responsável definir um perfil, onde dentro dele terá 
informação de temperatura mínima e máxima, geralmente levando em consideração os 
componentes mais sensíveis contidos na placa. É basicamente você tentando cozinhar o 
jantar perfeito. Pouca temperatura ou temperatura acima do permitido vai arruinar seu 
projeto! 
Os modernos fornos de refusão podem manipular automaticamente o aquecimento e 
o resfriamento de cada PCB, enviando-os a uma serie de câmaras internas. 
Para realizar todo esse processo é necessário passar por alguns estágios: 
• Pre-heating (Pré-aquecimento) – O primeiro e mais longo estágio, o que exige levá-lo a 
uma determinada temperatura lentamente. A distribuição de calor deve ser uniforme, 
ou a placa pode se deformar. 
• Thermal Soak (“Curar” em tradução livre) – Tendo chegado ao ponto de pré-
aquecimento desejado, a placa passa para a segunda câmara para uma imersão térmica 
em uma pré-determinada temperatura, por entre 60 a 120 segundos. Isso garante a 
distribuição uniforme do calor e ativa os produtos químicos da pasta de solda. 
• Reflow (refusão) – O coração do processo de soldagem ou refusão acontece aqui, onde 
a placa de circuito é rapidamente aquecida até temperaturas máximas para derreter 
completamente a solda e ligá-la à placa de circuito. Vários métodos de aquecimento 
podem ser usados aqui, embora o cozimento convencional por convecção seja ainda o 
mais comum. 
 O tempo é crucial aqui, uma vez que a solda deve derreter-se totalmente sem ter tempo 
para escorrer da placa ou começar a se vaporizar. Esse processo geralmente leva 30 a 40 
segundos. 
• Cooling (Resfriamento) é uma câmara que resfria rapidamente a placa. O resfriamento 
é mais rápido que o aquecimento, porque com o resfriamento rápido, a solda forma 
uma estrutura cristalina e uma “liga de solda” de melhor qualidade. 
O forno de refusão pode ter diferentes configurações de câmaras de aquecimento de 
acordo com o projeto que será produzido na mesma. 
O resultado deste processo é uma placa acabada mais eficiente e mais resistente a 
vibrações em relação as placas produzidas com tecnologias anteriores. 
Para controlar o perfil criado para um determinado produto e saber se está correto, se 
utiliza uma ferramenta de medição chamado “termopar”, esse traçao Perfil Térmico (vide 
exemplo da figura 6) para validar o processo e, se necessário, ajustar o perfil de cada estágio 
do forno. 
(Figura 6) 
 
4. AOI (Automatic Optical Inspection) – Inspeção Ótica/Visual Automática 
A fase final da fabricação em SMT é chamada de AOI (Automatic Optical Inspection, ou 
em tradução livre, Inspeção Óptica Automática) é uma técnica que usa sistema de coleta de 
imagem da placa eletrônica para obter uma imagem, gravá-la e depois, avaliá-la em relação a 
um critério pré-definido. 
Esse método de comparação usa uma placa de circuito impresso como referência, 
chamada de golden board, que fica na memória do software. Assim, os pontos da placa sob 
teste são comparados com os da placa-padrão em busca de defeitos. No processo, apenas a 
visão humana não atende mais a demanda, já que processos de produção se tornam muito 
mais rápidos e os componentes cada vez menores. 
Máquinas AOI costumam ter alto rendimento, já que permitem a inspeção completa da 
placa na mesma velocidade da linha de produção e alta precisão na detecção de defeitos. A 
máquina pode ser usada após a soldagem para identificar defeitos, geralmente causados por 
falhas nas etapas anteriores ou por ausência de inspeção. Neste caso, três problemas são 
comuns e detectáveis pelas máquinas AOI: 
• Insuficiência ou excesso de solda; 
• Curto-circuito entre duas ilhas de cobre; 
• Componentes deslocados na placa. 
(Figura 7) 
 
Vale lembrar que nenhuma dessas inspeções será eficaz se não forem tomados os 
devidos cuidados na produção da golden board (placa padrão), responsável pela eficiência da 
máquina AOI. É nessa etapa que a máquina será programada para procurar números de série 
incorretos, soldas abaixo do padrão de qualidade, pontes de solda e componentes fora de 
posição. 
 
 
 
 
 
(Figura 8) - Exemplo de AOI 
 
Empresas do ramo que queiram manter a competitividade e evitar desperdícios 
precisam aumentar a confiabilidade qualidade da placa, que pode ser adquirida com o uso da 
AOI, entre outras tecnologias. 
5. Feedback 
O processo SMT considera a fase 4 (AOI) como o último estágio do processo de 
montagem de PCBs. Todavia, do meu ponto de vista, eu ainda considero mais uma fase após 
a AOI, a qual eu chamo de feedback. Pois, para garantir que o processo de fabricação esteja 
funcionando satisfatoriamente, é necessário monitorar as saídas e retroalimentar as entradas 
com as devidas correções. Ou seja, é preciso haver um elo de ligação das saídas com as 
entradas. Quantas placas foram alimentadas? Quantas deram defeitos? Qual a performance 
de defeitos da minha linha? E as respostas para essas perguntas podem ser obtidas 
investigando quaisquer falhas que são detectadas ao longo do processo. Um dos locais ideais 
é o estágio de inspeção óptica (AOI). Isso significa que os defeitos do processo SMT devem ser 
detectados de forma rápida e corrigidos mais rápido ainda de forma a evitar as que muitas 
placas sejam montadas com o mesmo problema 
Considerações finais 
Ressalto que o processo de montagem de PCBs e o processo SMT aqui abordados neste 
texto foi consideravelmente simplificado, visto que, a ideia era fornecer uma visão geral dos 
mesmos. Portanto, não me apeguei aos detalhes mais técnicos e mais profundos inerentes 
processo de SMT, o propósito não era esse. Como já disse, o propósito era prover a todos, uma 
visão geral e um entendimento desse interessante processo de fabricação. 
Um grande abraço e sucesso a todos! 
 Francinei Rodrigues 
Especialista em Engenharia de Qualidade e Gestão de Processos