La tecnología de montaje superficial (conocida como SMT, del inglés "SurfaceMount Technology") Technology") es el sistema o conjunto de procesos usados para soldar componentes de montaje superficial (SMC, "Surface Mount Component") Component") o SMD (Surface Mount Devices o dispositivos de montaje superficial) en una tarjeta de circuito impreso (PCB, "Printed Circuit Board"). Board"). Los SMC son componentes micro miniaturizados con o sin terminales que se sueldan directamente en unas zonas conductoras situadas en la superficie de la PCB llamadas huellas ("lands") sin la necesidad de ser insertados y atravesar la tarjeta (THT, "Through Hole Technology"). Technology").
Ventajas Las ventajas principales de los componentes SMD se basan en su reducido tamaño y en la ausencia de hilos. Son bastante pequeños (resistencias de 2mm de largo x 1 de ancho, y menos, y transistores e ICs incluso con 0.6mm entre las patas), y ahorran básicamente espacio y longitud de pistas de cobre. Esto es una gran ventaja porque se pueden hacer placas que ocupan la cuarta parte de espacio, reduciendo la longitud de las pistas. Por otro lado, el hecho de eliminar el paso del hilo a través de un agujero supone lo siguiente: si existen 180 agujeros y la placa mide 1.5mm de espesor, se está ahorrando mínimo 27 cm de pistas, que son como cable malo sin apantallar. Hay que añadir la porción de hilo doblado que sobresale entre la PCB y llega al componente, por lo que pueden ser más, y que esta porción está expuesta a la oxidación. Ahora, en términos más científicos, la eliminación de las patas supone una mejora en la inductancia y en la resistencia parásita que ofrece el encapsulado. La inductancia parásita puede reducirse a 1nH, y las resistencias, de 5-25mOhm a 1mOhm. Esta cantidad puede parecer ridícula, pero no debemos olvidar el Efecto Kelvin, Kelvin , que a altas frecuencias hace que los electrones se vean desplazados por los campos magnéticos, más lentos, y se vean empujados a los límites exteriores del conductor. Este efecto produce una disminución de la sección efectiva del conductor, y por lo tanto un aumento de la resistencia. Esto, para fuentes conmutadas donde se trabaja a 50-200kHz es un grave problema, porque se puede llegar a 0.1Ohm, y 2A producen una pérdida de 0.2V. Si tratamos de alimentar un integrado CMOS de 1.7V, las pérdidas son del 20%, lo que no es depreciable. En general, todo circuito de alta velocidad, bien sea digital, analógico o PWM debe usar SMD, ya que el comportamiento a altas frecuencias es mucho mejor, no hay patas de resistencias que hagan de antena, no hay inductancias parásitas tan grandes. Es incluso fácil de
observar que las señales cuadradas son más cuadradas, con menos overshot y tiempos de subida y bajada menores. Como ventajas adicionales, son componentes que están preparados para las últimas tecnologías, y por ejemplo es habitual que soporten muchos tipos de ácidos, disolventes, limpiadores, y que solamente con sumergir el circuito en acetona se eliminen los residuos resultantes de las soldaduras. En los componentes Through hole esto no es norma, por ejemplo los electrolíticos no lo permiten, ciertos tipos de resistencias tampoco, los condensadores de película enrollada que no estén recubiertos de resina epoxi tampoco. Los residuos de las soldaduras pueden ser higroscópicos y/o ácidos, por lo que es necesario eliminarlos, ya que pueden formar resistencias y condensadores parásitos. También son más ligeros, por lo que son recomendados para áreas muy estrictas del diseño como aviación, competiciones deportivas, armamento.
Desventajas Las
principales
desventajas
están
relacionadas con aspectos térmicos. El reducido tamaño implica que la superficie de disipación también es menor, y normalmente la resistencia térmica entre el interior del componente y el exterior es más grande. Afortunadamente,
estos
efectos
son
perfectamente predecibles y con un buen diseño no tienen por qué afectar a la calidad del producto. Empezaremos diciendo que los
componentes
siempre
sufren
modulaciones térmicas en su valor. En todos se pueden medir, habitualmente se miden en ppm/ºC (partes por millón por cada grado Centígrado). Y la resistencia térmica también se puede medir, tanto en comportamiento estático como dinámico. Se mide en ºC/W, o para el caso de baja potencia, en ºC/mW. Vamos a poner el ejemplo de una resistencia metal-óxido de carga de una etapa clase A en un amplificador de válvulas. Sufren variaciones de potencia bastante importantes, ya que pueden pasar de disipar 3W a disipar 1W en condiciones completamente normales. Las variaciones suponiendo Rtia(interior-ambiente) de 35ªC/W, (dato de resistencias de 4.3W de Welwin), la diferencia de temperatura entre reposo y máximo consumo son de 70ºC, esto unido a una deriva térmica de 350ppm/ºC suponen una tolerancia por motivos térmicos de un 24.5%, pudiendo causar una distorsión del mimo valor. Para altas frecuencias esto no tendrá grandes efectos porque la inercia térmica es grande, a pesar de que también la resistencia térmica es mayor que en estático (¿deberíamos decir...inductancia térmica?) Pero a
frecuencias suficientemente bajas producirá una distorsión más que notable. El caso de los componentes SMD es semejante. Los coeficientes térmicos dependen exclusivamente del material, tendrá el mismo coeficiente una resistencia de metal en SMD que en through hole, pero estos componentes tienen mayores resistencias térmicas entre el interior y el ambiente. De hecho en transistores de señal es obligado tener en cuenta que la potencia no viene delimitada por el transistor, sino por el encapsulado, y en el caso del SOT-23 (el más común) es de 225mW, cuando cualquier transistor acepta más de 300mW. Ahí es donde interviene la complejidad en el diseño. Es necesario utilizar un radiador, para evacuar el calor del interior del transistor. Pero ¿cómo se coloca ese radiador? Si mide 2. La solución está en disipar el calor a través de las pistas de cobre. Ellas mismas hacen de radiador, y si se desea incrementar la disipación de potencia de un transistor es necesario incrementar la superficie de la pista a la que está conectada el drenador o el colector. Es necesario tener en cuenta que también el encapsulado está sujeto a variaciones de longitud por motivos térmicos, por lo que los encapsulados deben tener los mismos coeficientes de dilatación que la fibra de vidrio. Esto es algo que los fabricantes lo tienen muy en cuenta y ya los fabrican así, porque si no se reduce la vida útil del circuito, ya que las soldaduras sufren estrés mecánico y fatiga. Como consecuencia de éste punto, la mayor causa de fallos en dispositivos SMD es el estrés mecánico. Es importante evitar la posibilidad de un shok térmico durante el proceso de soldadura. Es necesario un precalentamiento del componente entre 80 y 120ºC, y que la diferencia de temperatura entre la pista y el componente no exceda los 150ºC. Posteriormente, debe enfriarse al aire.
