Capacitores SMD

Todas los circuitos electronicos modernos vienen con componentes SMD, entre ellos encontramos a los capacitores los cuales pueden ser ceramicos, de tantalio o electroliticos…

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

capacitores encapsulado SMD

Los capacitores SMD son usados en cantidades tan grandes como los resistores, es el componente más empleado después de estos. Existen diferentes tipos de capacitores, de cerámicos, de tantalio, los electrolíticos, etc .

Capacitores Cerámicos SMD

La mayoría de los capacitores que son usados y fabricados en SMD son los cerámicos. Normalmente pueden encontrarse encapsulados similares a los resistores.

  • 1812 – 4.6 mm x 3.0 mm (0.18″ x 0.12″)
  • 1206 – 3.0 mm x 1.5 mm (0.12″ x 0.06″)
  • 0805 – 2.0 mm x 1.3 mm (0.08″ x 0.05″)
  • 0603 – 1.5 mm x 0.8 mm (0.06″ x 0.03″)
  • 0402 – 1.0 mm x 0.5 mm (0.04″ x 0.02″)
  • 0201 – 0.6 mm x 0.3 mm (0.02″ x 0.01″)

capacitores ceramicos SMD

Estructura:  Los capacitores SMD consisten  en un bloque rectangular de cerámica dieléctrica en el cual se intercalan una serie de electrodos de metales preciosos. Esta estructura permite obtener altos valores de capacitancia por unidad de volumen, los electrodos internos se encuentran conectados a los terminales laterales.

Manufactura: El material crudo dieléctrico es finamente molido y cuidadosamente mezclado. Luego es calentado a temperatura entre los 1100 y 1300 °C para alcanzar la composición química requerida. La masa resultante se vuelve a moler y se agregan materiales adicionales para alcanzar las propiedades eléctricas necesarias.

La siguiente etapa del proceso consiste en mezclar el material finamente molido con un aditivo solvente y vinculante, esto permite obtener hojas finas mediante laminado.

Capacitores de Tantalio SMD

capacitores tantalio SMD

Los capacitores de tantalio son ampliamente usados para proveer valores de capacitancia mayores a aquellos que pueden obtener en los capacitores cerámicos. Como resultado de diferentes formas de construcción y requerimientos los encapsulados son distintos. Los siguientes vienen especificados en las normas de la EIA

  • Tamaño A 3.2 mm x 1.6 mm x 1.6 mm (EIA 3216-18)
  • Tamaño B 3.5 mm x 2.8 mm x 1.9 mm (EIA 3528-21)
  • Tamaño C 6.0 mm x 3.2 mm x 2.2 mm (EIA 6032-28)
  • Tamaño D 7.3 mm x 4.3 mm x 2.4 mm (EIA 7343-31)
  • Tamaño E 7.3 mm x 4.3 mm x 4.1 mm (EIA 7343-43)

Capacitores Electroliticos SMD

Los capacitores electrolíticos son  cada vez más usados en los diseños SMD. Sus muy altos valores de capacitancia combinado con su bajo costo los hace particularmente útiles en diferentes áreas.

capacitores electroliticos SMD

A menudo tienen en su parte superior marcado el valor de capacidad y tensión de trabajo.

Se usan dos métodos básicos, uno consiste en incluir su valor de capacidad en microfaradios (uF), y el otro emplea un código. Si estamos en presencia del primer método un código de 33 6V indicaría un capacitor de 33 uF con una tensión de trabajo de 6 voltios.

El sistema de codificación alternativo emplea letras seguidos de tres dígitos, la letra indica el nivel de tensión según se encuentra definido en la siguiente tabla, los dígitos expresan el valor de capacidad en picofaradios, al igual que en el resto de los sistemas de codificación con dígitos, los dos primeros números dan las cifras significativas  y el tercero es el multiplicador. Por Ej: G106 nos indica que el capacitor trabaja a 4 voltios y su capacidad es de 10uF (10 x 10^6 picofaradios)

codigo tension voltage capacitores electroliticos SMD

Codigo de Resistencias SMD

Para expresar el valor de resistencia en un resistor de montaje superficial se utilizan 3 tipos de codificaciones diferentes: Códigos de tres o cuatro números, y la norma EIA-96 de dos numeros y una letra

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codigo resistores SMD

Como los encapsulados de los resistores de montaje superficial son tan pequeños no hay espacio suficiente para colocar bandas de colores, por lo tanto se emplea una codificación numérica como puede apreciarse en la primera imagen del artículo. El código esta formado por 3 o 4 letras o números.

Leer este código es un poco más complicado que las clásicas bandas de colores debido a que existen diferentes codificaciones en uso.

Código de Resistores con 3 Dígitos

La más común emplea 3 dígitos y es muy similar a la codificación con colores. Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros (factor de multiplicación).

codigo numerico resistores resistencias
4700 Ω

Código de Resistores con 3 Dígitos

La codificación que emplea 4 dígitos es usada en los resistores con bajas tolerancias +/- 1% o menor. En este caso los primeros 3 dígitos de indican el valor numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe poner a continuación.

codigo numerico resistencias SMD
47000 Ω

En caso de existir una coma (valor no entero) generalmente se la representa con la letra R.

Ejemplos:

332 representa 3300 Ω o 3,3 kΩ
475 representa 4700000 Ω o 4,7 MΩ
8202 representa 82000 Ω o 82 kΩ
1764 representa  1760000 Ω o 1,76
0R1 representa 0,1 Ω
R33 representa 0,33 Ω
8R2 representa 8,2 Ω
0R47 representa 0,47 Ω
1R000 representa 1 Ω
00R1 representa 0,1 Ω

Codificación EIA-96

Ademas de los códigos de 3 o 4 dígitos, se está comenzando a utilizar la nueva norma EIA-96 empleada en resistores con tolerancias del 1%. Al irse utilizando resistores con un gran valor de resistencia el espacio disponible, aún empleando la codificación de 4 dígitos, es poco para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.

Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos primeros son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de resistencia, el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador (cantidad de ceros a agregar). Al usar una letra se evita confusión con la codificación de 3 números.

codigo resistores EIA-96

Los códigos de los multiplicadores utilizados son:

codigo multiplicador EIA-96

La codificación numerica es:

codigo numerico resistores norma EIA-96

Ejemplo:

Si tenemos un resistor con el código 68X, los primeros dos números hacen referencia al valor 499, y la X se refiere al multiplicador 0,1 (ver tablas); por lo tanto estamos en presencia de un resistor cuyo valor de resistencia es 49,9 Ω

Resistores SMD

Echamos un poco de luz sobre los resistores SMD. Que código se utiliza y que significa, los tamaños y potencias…

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resistencias SMD

Los resistores son el componente SMD más utilizado electrónico. Millones de resistencias son usadas diariamente en la producción producir de equipos electrónicos desde teléfonos celulares hasta televisores y reproductores de MP3, equipos de comunicaciones comerciales  y equipos de investigación de alta tecnología.

Construcción Básica de un Resistor SMD

Los resistores SMD son de forma rectangular. Tienen áreas metalizadas en los extremos del cuerpo lo que les permite ponerse en contacto con la placa de circuito impreso a través de la soldadura.

El resistor consiste en un sustrato de cerámica y en éste se deposita una película (capa) de óxido de metal. El grosor y la longitud de la película real determina la resistencia. En vista del hecho de que las resistencias SMD se fabrican utilizando óxido de metal, son bastante estables y por lo general tienen una buena tolerancia.

Encapsulados

Los resistores (o resistencias para los Argentinos), vienen en una gran variedad de encapsulados. A medida que la tecnología avanzo el tamaño de los encapsulados a disminuido.

Los principales encapsulados SMD usados en resistores son:

tamaño resistores smd

Si prestamos atención a la columna con las dimensiones en pulgadas podemos apreciar que el numero que identifica al encapsulado se corresponde con las dimensiones físicas. Una resistencia SMD en un encapsulado 0805 mide 0,08 por 0,05 pulgadas

Especificaciones para los Resistores SMD

Los resistores de montaje superficial son fabricados por un número de diferentes empresas, por lo tanto las especificaciones pueden variar de un fabricante a otro. Por ello, es necesario siempre tener en cuenta las especificaciones brindadas por el fabricante de resistor adquirido y no la de otro fabricante.

No obstante, es posible generalizar algunos aspectos que nos encontraremos en las datasheet de todos los fabricantes serios.

  • Potencia: La potencia requiere una cuidadosa consideración en cualquier diseño. En los diseños con SMD los niveles de potencia que podemos disipar son menores que en los circuitos con componentes convencionales (through-hole).

A continuación una tabla con las potencias típicas para los tamaños más usados, solo sirven como guia, ya que pueden variar según el fabricante y el tipo.

potencia resistores smd

  • Tolerancia: En vista del hecho de que las resistencias SMD están fabricadas con películas de óxido de metal los valores de tolerancia son estrechos. Normalmente un 5%, 2% y 1% se encuentran ampliamente disponibles. Para aplicaciones especializadas se pueden obtener los valores 0,5% y 0,1% .
  • Coeficiente de temperatura: Una vez más el uso de películas de óxido de metal permite proporcionar un buen coeficiente de temperatura. Los valores de 25, 50 y 100 ppm / °C están disponibles.

Aplicaciones

tamaño resistor smd

Los resistores SMD se utilizan en todos los diseños industriales. Su tamaño no sólo significa que son aptos para tarjetas de circuitos compactos, y para las técnicas de montaje automático, sino que también posee las ventajas que éstas funcionan bien en frecuencias de radio. Su tamaño significa que tienen inductancia poco falsa y capacitancia. Sin embargo, la atención tiene que ser tomado para el cálculo de su disipación de potencia, ya que sólo puede disipar pequeños niveles de energía.

Encapsulados SMD

Vision general de los diferentes encapsulados usados en los componente de montaje superficial (SMD).

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tipos encapsulados SMD

Los componentes de montaje superficial vienen en una variedad de encapsulados. A medida que mejoro la tecnología los encapsulados han disminuido de tamaño, además, hay una variedad de encapsulados SMT para circuitos integrados que depende de la conectividad necesaria, la tecnología utilizada y una variedad de otros factores.

Para proporcionar un cierto grado de uniformidad, el tamaño de la mayoría de los componentes de SMT se ajustan a estándares industriales, muchos de las cuales son especificaciones pertenecientes a JEDEC. Obviamente se utilizan diferentes encapsulados SMT para distintos tipos de componentes, pero el hecho de que existen valores estandarizados permite simplificar actividades tales como el diseño de un PCB. Además, el uso de encapsulados de tamaños estándar simplifica la fabricación ya que permite el uso de máquinas pick & place lo que simplifica considerablemente el proceso de fabricación y bajo los costos.

ferrita smd encapsulados SMD

Los diferentes encapsulados SMT se pueden clasificar por el tipo de componente, y como se menciono arriba, existen encapsulados estándar para cada uno.

Componentes Rectangulares Pasivos

Estos componentes SMT son principalmente encapsulados para resistencias y capacitores que forman el grueso del número de los componentes utilizados. Existen varios tamaños diferentes que se han ido reduciendo a medida que la tecnología ha permitido fabricado y utilizado componentes más pequeños

encapsulados resistencias y capacitores SMD

Encapsulados de Capacitores de Tantalio

Como resultado de la diferentes tipo de construcción y requisitos para los encapsulados de capacitores SMT de tantalio, se puede encontrar diferentes encapsulados. Estos se ajustan a las especificaciones de la EIA.

encapsulados de capacitores SMD

Encapsulados SMD para Semiconductores

Hay una amplia variedad de encapsulados SMT utilizados para semiconductores como diodos, transistores y circuitos integrados. La razón de la amplia variedad de encapsulados para circuitos integrados se debe a la gran variación en el nivel de interconexión requerida. Algunos de los encapsulados principales son los siguientes:

Encapsulados para Transistores

  • SOT-23- Small Outline Transistor o Transistor de Contorno Pequeño. Este encapsulado cuenta con tres terminales usualmente empleado en transistores pero tambien puede hallarse diodos.  Mide 3 mm x 1,75 mm x 1,3 mm.
  • SOT-223 – Transistor de contorno pequeño. Este encapsulado se utiliza para dispositivos de mayor potencia. Mide 6,7 mm x 3,7 mm x 1,8 mm. En general, existen cuatro terminales, uno de los cuales es una gran plataforma de transferencia de calor.

Encapsulados SMD para Circuitos Integrados

  • SOIC – Small Outline Integrated Circuit. Presenta una configuración dual en linea con pines estilo ala de gaviota y un espaciamiento entre estos de 1,27 mm.
  • TSOP – Thin Small Outline Package. Este encapsulado es más delgado que el SOIC y tiene una separación entre pines de 0,5 mm.
  • SSOP – Shrink Small Outline Package. Este presenta una separación de 0,635 mm.
  • TSSOP -Thin Shrink Small Outline Package.
  • PLCC – Plastic Leaded Chip Carrier. Este tipo de encapsulado es cuadrado y utiliza pines J-leads con una separación de 1,27 mm.
  • QSOP – Quarter-size Small Outline Package. La separacion entre los pines es de 0,635 mm.
  • VSOP – Very Small Outline Package. Este encapsulado es más pequeño que el QSOP y entre los pines la distancia puede ser de 0,4, 0,5 o 0,65 mm.
  • LQFP – Low profile Quad Flat Pack. Este encapsulado tiene pines en los cuatro costados. La separación entre los mismos varía en función del IC, la altura es de 1,4 mm.
  • QFP – Plastic Quad Flat Pack. Un encapsulado cuadrado de plástico con el mismo número de pines estilo ala de gaviota en cada lado. Normalmente presenta un espacio entre pines muy estrecho y con frecuencia tienen 44 o más pines. Generalmente se usa para circuitos VLSI.
  • CQFP – Ceramic Quad Flat Pack. Una versión cerámica del PQFP.
  • TQFP – Thin Quad Flat Pack. Una versión fina del PQFP.
  • BGA – Ball Grid Array. Un encapsulado que utiliza esferas debajo del encapsulado para hacer contacto con la placa de circuito impreso. Al colocar las conexiones debajo del encapsulado hay más lugar para ellas, lo que permite superar el problemas de los pines muy delgados y poco espaciados de los QFP. El espaciamiento entre esferas en un BGA es típicamente 1.27 mm.

Encapsulados para Aplicaciones SMD

Los encapsulados de tecnología de montaje superficial (SMT) se utilizan en la mayoría de los diseños de circuitos impresos que se van a fabricar en cantidad. Aunque pueda parecer que hay un número relativamente amplio de encapsulados diferentes, el nivel de estandarización es aún lo suficientemente buena. En cualquier caso, la cantidad surge principalmente de la enorme variedad en la función de los componentes.

¿Que es SMT? Tecnologia de Montaje Superficial

Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial. SMD y SMT. Porque surgió y que beneficios trajo, resistencias, capacitores y encapsulados superficiales.

tecnologia montaje superficial smt

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Prácticamente todos los dispositivos electrónicos que se producen actualmente son fabricados con Tecnología de Montaje Superficial, SMT. Los dispositivos de montaje superficial, SMD, proporcionan muchas ventajas sobre sus predecesores (tecnología thruhole) en términos de fabricación y  a menudo en rendimiento.

No fue sino hasta la década del ’80 en que la tecnología de montaje superficial, SMT, se empezo a utilizar ampliamente. Una vez que comenzó a ser utilizada, el cambio de componentes convencionales a los componentes superficiales (SMD) se llevó a cabo rápidamente en vista de las enormes ganancias que se podrían hacer empleando tecnología SMT.

¿Por qué SMT?

Las placas de circuitos electrónicos producidos en masa necesitan ser fabricadas de una manera altamente mecanizada para alcanzar el menor coste de fabricación. Los componentes tradicionales no se prestan a este planteamiento, aunque un grado de mecanización era posible las terminaciones (leads o pines) del componente necesitaban ser pre-formadas. Además, las conexiones mediante cables traen inconvenientes inevitables desde cortes a posicionamiento erróneo, todo esto trae aparejado una merma considerable en las tasas de producción.

Fue razonable que que los cables que habían sido tradicionalmente utilizado para las conexiones no eran necesarios para la construcción de placas de circuito impreso y en lugar de tener componentes con pines colocados a través de agujeros, podian ser soldados directamente sobre pads en el PCB. La disminución de la cantidad de los agujeros, y el ahorro del estaño metalizado usados en los mismos, también tuvo su impacto al momento de disminuir los costos de la producción.

Esta nueva tecnología fue llamada SMT dado que los componentes se montaban en la superficie de la plaqueta, en vez de tener conexiones a travez de los agujeros y los dispositivos (componentes)  utilizados fueron denominados SMD. Esta nueva tecnología fue adoptada  muy rápidamente, ya que permitía utilizar un mayor grado de mecanización, y un ahorro alto en los costes de fabricación.

Para poder emplear la tecnología de montaje superficial, se necesito un conjunto completamente nuevo de componentes electrónicos y un cambio bastante grande en la forma en que se diseñaban los esquemáticos.

pcb con componentes smd

Componentes SMD

Los dispositivos de montaje superficial (DME por sus siglas en español), por su naturaleza son muy diferentes a los componentes tradicionales con pines y pueden dividirse en varias categorías:

SMD Pasivos: Hay una gran variedad de diferentes encapsulados utilizados en los componentes SMD pasivos. Sin embargo, la mayoría son resistores o capacitores, por lo cual el tamaño de los encapsulados están razonablemente bien estandarizado. Otros componentes como bobinas, cristales y otros tienden a tener necesidades individuales y por lo tanto sus propios encapsulados.

Los resistores y capacitores vienen en una variedad de encapsulados de distintos tamaños, se los denomina, por ej: 1812, 1206, 0805, 0603, 0402 y 0201. Las cifras se refieren a las dimensiones en  decimas de pulgadas. En otras palabras, el 1206 mide .12″ (3 mm) por .06″ (1,5 mm) pulgadas. Los tamaños más grandes, tales como 1812 y 1206 fueron los primeros que se usaron, aunque actualmente no son de uso generalizado en grandes producciones. Sin embargo se puede encontrar uso en aplicaciones en las que mayores niveles de energía son necesarias, o cuando otras consideraciones exigen los tamaño más grande.

Las conexiones a la placa de circuito impreso se realizan a través de áreas (pads) metalizadas en los extremos del paquete.

tamaños resistencias smd

Transistores y Diodos: Estos componentes vienen presentados a menudo en un encapsulado pequeño de plástico. Las conexiones se realizan a través pines, que salen del encapsulado y asientan sobre el pad de la placa. En el caso de los transistores al presentar 3 terminaciones (base, colector y emisor) por la forma del encapsulado es imposible colocarlo mal.

diodos transistores SMD

Circuitos Integrados: Hay una variedad de encapsulados diferentes empleados para los circuitos integrados. El encapsulado utilizado depende del nivel de interconexión requerida. Muchos chips de baja escala de integración solo pueden requerir 14 o 16 pines, mientras que otros, como los procesadores y los chips VLSI asociados pueden necesitar hasta 200 o más. En vista de la amplia variación de las necesidades radica la gran cantidad de encapsulados diferentes.

Para los chips más pequeños, encapsulados como el SOIC (Small Outline Integrated Circuit) pueden ser utilizados. Son la versión SMT del clásico DIL  (Dual In Line) también llamados DIP, por ejemplo se los usan en la conocida serie lógica  74XXX. Además, hay versiones más pequeñas incluyendo TSOP (Thin Small Outline Package) y SSOP (Shrink Small Outline Package).

encapsulado SOIC

Los chips VLSI requieren un enfoque diferente. Normalmente, se emplean encapsulados con pines en los cuatro costados (quad flat pack). La separación de los pines depende del número de la cantidad requerida. Para algunos de los chips puede ser una distancia de 20 milésimas de pulgada.

encapsulado quad flat pack

Otros encapsulados también están disponibles. Un conocido como BGA (Ball Grid Array) se utiliza en muchas aplicaciones. En lugar de tener las conexiones en el lado del paquete, que se encuentran debajo. Se sueldan mediante pequeñas esferas de estaño, como la totalidad de la parte inferior del encapsulado puede ser utilizado, se puede colocar mayor cantidad de pines o igual cantidad más grandes y espaciados obteniendo un fijamiento más fiable.

encapsulado BGA