De tempos em tempos a eletrônica vive grandes mudanças que atingem diretamente os seus profissionais, é natural devido á evolução tecnológica. Foi assim na época da popularização das válvulas, dos transistores, dos circuitos integrados, dos SCR/TRIACs, dos MOSFETs, dos IGBTs, dos microcontroladores, etc. Na "Era do Transistor" os cursos de Eletrônica se dividiram em antes e depois da época do "Solid State", era o slogan da época para os novos componentes de silício. Os transistores então chegaram aos equipamentos de consumo e os técnicos tiveram que atualizar seus conhecimentos sobre a nova tecnologia.
Luiz Fernando
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica 443 de dezembro de 2009.
Vieram então os equipamentos com circuitos analógicos com a chegada dos Amp Ops da época, que tiveram sua versão comercial com o nosso conhecido 741, depois os circuitos integrados digitais, e na sequência, um dos primeiros de uma família de tecnologia mista, o CI 555, lembrando apenas de alguns poucos marcos de evolução tecnológica. Assim a tecnologia em eletrônica sempre evoluiu e os profissionais da área percebendo a mudança, com dedicação e estudo, se atualizaram, mantendo as suas atividades, seu trabalho e a sua remuneração.
Hoje existe uma tecnologia que divide os profissionais de Eletrônica. Alguns acreditam que seja uma tecnologia de última geração, mas outros sabem que tem quase 40 anos; acredita-se que surgiu da tecnologia atual das telecomunicações, dos celulares, dos computadores e notebooks. Mas na verdade, esta tecnologia nasceu da aplicação de satélites, sistemas de controle embarcados de aeronaves, telemetria e de comunicação de equipamentos aéreos militares, sistemas eletrônicos para naves espaciais, registro embarcado de imagens e dados de voo, ainda nos anos 70!
Esta tecnologia é a Tecnologia de Montagem em Superfície ou SMT (Surface Mounted Technology), que deu origem aos Componentes Montados em Superfície, os SMDs (Surface Mounted Devices).
A Tecnologia de Montagem em Superfície reestruturou a indústria de componentes e de fabricação de produtos eletroeletrônicos de consumo de maneira profunda e irreversível, é uma tecnologia muito interessante e que possibilita uma significativa ampliação das atividades que envolvem a eletrônica e dos profissionais de áreas associadas: radiofrequência, microcontroladores, robótica e "layoutistas". É uma das tecnologias fundamentais para a miniaturização de sistemas extremamente complexos, ampliando os mercados de equipamentos militares, industriais e de consumo.
O nosso objetivo aqui é focado quase exclusivamente no retrabalho dos SMDs; a tecnologia, dimensões físicas e características técnicas associadas ao tipo e função do componente não serão abordadas neste artigo.
Pela experiência própria, conversei com alguns profissionais de eletrônica sobre retrabalho em SMD e alguns acreditam que são necessários equipamentos e processos de alto custo, com treinamentos caros e longos, quase impossíveis a um profissional comum e que são realizados apenas com o auxílio de máquinas em sofisticadas linhas de produção; outros acreditam que é muito simples, basta cortar os terminais, limpar a área e substituir o componente.
Sobre estas informações, o que tenho a "dizer" aos que leem este artigo é: "Sejam bem vindos ao Curso Rápido de Retrabalho Manual de SMDs."
Para uma introdução de retrabalho, vamos considerar uma situação profissional cada vez mais comum: existe um equipamento para manutenção e o seu circuito é montado em SMD. "O que fazer, será que dará para consertar?", "Vamos trocar a placa para resolver o problema?". Como não sabemos em que parte(s) está(ão) o(s) defeito(s), começamos pelo começo, usamos as mesmas técnicas de "troubleshooting" conhecidas nossas desde os circuitos à válvula. Encontramos um circuito integrado defeituoso. Trata-se de um CI em Quad Flat Package (QFP), que tem um custo relativamente alto, mas temos uma peça em nosso "estoque". Não dispomos também das ferramentas mais corretas para a sua extração e nem de um treinamento sobre o retrabalho, mas é possível a sua extração mesmo assim.
Dada a situação, uma parte dos profissionais utilizaria um estilete, uma faca fina ou ferramenta similar e cortando todos os terminais do CI até que fique completamente solto, retira-se o mesmo, problema quase resolvido. Essa é uma técnica mostrada em vários sites, inclusive apresentada em vídeo. A tarefa é concluída com a limpeza da área do CI extraído, posicionamos o novo e, em mais 20 minutos soldamos. Estamos prontos para ligar o equipamento. Aí temos uma surpresa desagradável. O equipamento apresenta os mesmos defeitos de antes.... E agora? Inutilizamos um CI que não estava com defeito (colocamos o novo e não resolveu o problema), ainda gastamos mais um tempo de trabalho soldando o novo e ainda assim o defeito continua!
Como comentei, esse é um problema muito comum quando fazemos a manutenção de qualquer equipamento, quer seja em PTH ou em SMD. A diferença é que quando trabalhamos com SMDs, se não tivermos algumas ferramentas específicas e não dominarmos as técnicas de retrabalho, com certeza danificaremos um componente funcional desnecessariamente, aumentando os custos, fazendo com que a manutenção se torne inviável. E o cliente preferirá não consertar mais o equipamento, optando por adquirir um novo, sucateando o "antigo" por que aquele não tem mais conserto. Pensamos que na próxima vez que surgir aqui um equipamento destes, devolveremos ao cliente, nem pegamos para consertar.
Ficamos irritados com os SMDs, sem observar que ele tem muitas vantagens significativas na sua utilização. Pode ser muito chato para retirar da placa, mas se for retrabalhado corretamente também poderá ser recolocado sem nenhum inconveniente. Quando os componentes com terminais reinavam absolutos, havia pouca preocupação com os mesmos retirados durante o processo de manutenção por vários motivos: porque possuem preço relativamente baixo, são fáceis de serem obtidos, etc. Estes componentes chamados de PTH (Pin Through Hole) são mecanicamente mais resistentes, embora sejam mais sensíveis do ponto de vista eletrônico. Já os componentes montados em superfície (SMD) são muito frágeis mecanicamente, mas extremamente robustos em suas características eletrônicas (tema de um próximo artigo Componentes Eletrônicos: "PTH x SMD").
Na prática, o retrabalho com SMDs é "...um serviço de relojoeiro... ", como diz um amigo, requer habilidade, é braçal, mas exige muita atenção. Mas afinal de contas, o que é o RETRABALHO?
O Retrabalho em SMD é resumidamente um conjunto de atividades executadas por um profissional, com técnicas e ferramentais de extração e soldagem adequadas, que permitem a reutilização posterior do componente retirado, aproveitando a sua alta robustez, caso estes SMDs estejam em condições de uso, mantendo-se a placa em condições perfeitas. O retrabalho vem de encontro à redução de custos de assistência técnica, quer seja em garantia ou não. E também é muito útil aos desenvolvedores, pois os kits de desenvolvimento (projetados ou comerciais) sempre podem ser aprimorados e consertados.
Durante a extração de SMDs podem ocorrer alguns danos reparáveis aos seus terminais e/ou aos seus pads na placa, mas como este é um assunto extremamente prático, não haverá condições de abordagem deste tema na revista. Como ilustração, este trabalho é mostrado nas figuras 1 e 2, e para se ter uma ideia de sua complexidade, eu particularmente chamo este trabalho de cirurgia. Para se ter uma ideia, o fio com o isolante azul é um wire-up e o invólucro do CI é em Thin Plastic Quad Flatpack Package (TQFP), com largura de terminal de 0,30mm.
Neste Curso Rápido começaremos pelo ferramental básico necessário, que consta de: pinças retas e curvas, o pincel pequeno, duas canetas de fluxo (líquido e pastoso), a estação de retrabalho (soprador), estação de soldagem (com controle de temperatura e esponja), pontas de ferro de solda dos tipos cônicas e faca, o dispenser com válvula para o álcool isopropílico, o próprio álcool isopropílico, uma escova de dentes velha, uma luminária de luz branca fria fixa, uma luminária móvel de luz branca fria com lupa, uma lupa independente, dois carretéis de malha (fina e grossa), uma manta antiestética pequena e a sua pulseira própria.
Existem várias técnicas para a extração dos SMDs, algumas que utilizam ferramentas de contato (pinças térmicas estações de solda com pontas específicas, etc.) e as ferramentas sem contato (estação de retrabalho por ar quente, por exemplo), que serão as utilizadas neste Curso Rápido. Cada um destes tipos de ferramentas tem a sua aplicação e uso corretos, considerando-se desde o tipo de invólucro, quantidade de terminais, velocidade e utilização industrial ou como hobista. As técnicas possuem as suas variações, também dependentes do tipo de invólucro do componente, da quantidade de terminais e da ferramenta utilizada.
Didaticamente, neste Curso Rápido de Retrabalho vamos dividir este conjunto de técnicas básicas em três partes: a primeira, para os componentes de dois terminais; outra técnica para o retrabalho em componentes de três até os de 38 terminais, restritos em invólucros PDIP, SOIC e SOP; e uma técnica especial e mais precisa para os membros da "família" Quad Flat. Aparentemente não há a necessidade de se dividir em duas partes a primeira e a segunda técnica, poderíamos nem fazer essa divisão. Essa divisão foi aplicada e, se mostrou eficiente nos cursos presenciais, devido ao fato de que há a necessidade de treinamento da sensibilidade das mãos em utilizar o soprador e a pinça simultaneamente, como demonstrado abaixo.
Todos os fabricantes de componentes possuem um conjunto de invólucros em comum. Mas cada um desses fabricantes também possui uma grande linha de modelos exclusivos, dependendo da tecnologia, da finalidade do componente e do seu mercado de atuação.
Todos os modelos de invólucros têm uma sigla própria de sua designação, vamos apresentar uma pequena lista destes invólucros, suas siglas e os seus significados, considerando-se apenas os tipos mais comuns, como por exemplo: Plastic Dual-In-line (PDIP), Small Outline Integrated Circuit (SOIC), Small Outline Packages (SOP), estes em linha dupla do tipo similar ao DIP. Temos ainda os tipo Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC), Thin Quad Flat Package (TQFP) e Quad Flat Package (QFP). Ainda há muitos, muitos outros tipos, dos quais destaco duas famílias que estão sendo cada vez mais utilizadas, são os Quad Flat No-Lead Plastic Package (QFN) e os Ball Grid Array (BGA).
Para um profissional que se interesse em retrabalho de SMDs, faço algumas observações importantes: como citado antes, existe a necessidade de desenvolvimento de algumas habilidades manuais e alguns hábitos que, se forem seguidos, facilitarão muito o aprendizado. Acredito que a maior dificuldade inicial seja o capricho sistemático e o cuidado em fazer um trabalho bem feito, desde o princípio, etapa por etapa. Ajudaria muito se os leitores pudessem assistir ao vídeo na página da revista.
Para esta e as próximas etapas vamos precisar de algumas placas de sucata em SMD, escolha placas que possuam vários tipos de invólucros, independentemente do circuito, podem ser de placas de rede antigas, discos rígidos, leitor/gravador de CD/DVD, computadores, notebooks, alarmes, roteadores/switches, instrumentos de sucata, etc. Fazendo um passo-a-passo deste nosso Curso Rápido de Retrabalho, considere uma substituição simples de um componente de dois ou três terminais e, com o material em mãos, siga em frente:
Limpe a área a ser retrabalhada, use álcool isopropílico com a ajuda da escova sem deixar que escorra, incline a placa para que o álcool sujo saia para o lado mais próximo da borda, evitando sujar mais componentes, escove o álcool para fora da placa cuidadosamente. Escove apenas no sentido de dentro para fora da placa, senão a sujeira irá entrar embaixo do mesmo ou de outros componentes, podendo ocasionar curtos-circuitos difíceis de localizar. Figura 3.
Posicione a placa numa região iluminada sob a lupa. Aplique o fluxo líquido sobre os terminais do componente e com o cabo do soprador segurado pela mão esquerda (quem for DESTRO), aqueça a área dos seus terminais, aproxime-se no máximo até 15 ou 20 mm, dependendo do tipo do soprador e dos ajustes de temperatura e velocidade do ar. Figura 4.
Aproxime o soprador do componente, segurando-o com a mão direita (destro), e tente enxergar a mudança de brilho que ocorre quando a solda está derretida. Quando isso acontecer, use a pinça (na mão direita) e retire o componente, pegando-o pela sua lateral, na parte do corpo em que não tem terminais. Figura 5, 6 e 7.
Pegue com a pinça o componente novo, segurando-o pela lateral e aquecendo os pontos de solda da placa, posicione o componente sobre os PADs (área de solda), mantenha o calor por alguns segundos enquanto movimenta a pinça com o componente sobre o pad, para que a solda realmente consiga aderir em seus terminais. O sentido de movimentação do componente é o do comprimento. Esta movimentação tem que ser de mais ou menos 1 mm. Figura 8 e 9.
Para concluir, centralize (Figura 10) o mais perfeitamente possível o componente entre seus pads. Deixe esfriar sem movimento algum na placa. O ideal para este esfriamento seria aplicar um jato de ar comprimido, depois de que a solda tenha se solidificado.
Caso a solda ainda fique fria, passe o fluxo e com a ponta do ferro de solda, toque a área de solda do componente, deixe derreter a solda e em seguida, retire o ferro. Pronto, a solda está perfeita. Figura 11 e 12.
O cabo do soprador é sempre segurado pela mão esquerda, quem for destro, porque o mesmo não requer uma grande precisão, necessária para utilização da pinça.
Depois de toda esta descrição de procedimentos práticos, mãos à obra. Treinem bastante para as próximas técnicas.
