Neste post vamos aprender sobre os componentes eletrônicos PTH e SMD, bem como seus respectivos encapsulamentos.

Informações básicas

Os componentes eletrônicos, como resistores, capacitores, indutores, transistores e entre outros aparecem na prática em dois formatos diferentes: PTH e SMD.

Tanto o PTH quanto o SMD são tipos de montagem de componentes em Placas de Circuito Impresso (PCI ou PCB em inglês). Entretanto é comum denominar um componente como PTH ou SMD mesmo que os termos signifiquem uma forma de montagem.

As PCBs são placas que contém o circuito (ligações) de um determinado dispositivo. Estas ligações são feitas por meio do cobre que fica nas faces da placa ou em suas camadas internas. Veja o exemplo de uma PCB abaixo sem nenhum componente montado.

PCB com componentes SMD e PTH

O que é PTH e SMD

De todo modo, a PCB só tem as ligações e ficam faltando os componentes eletrônicos que devem ser montados. Para isto, conforme foi falado, existe a montagem PTH e a SMD:

Na montagem PTH ou Pin Through Hole (“Pino pelo furo”), como o nome sugere, o componente é montando na placa com a ajuda de um furo. Isto é, o componente possui um ou mais pinos (elemento condutor) que atravessam furos e ficam fixados neles. Esta fixação é feita por meio de soldagem, a qual utiliza estanho para unir as partes. Veja as imagens abaixo de um resistor PTH: na esquerda um resistor avulso e, na direita, um soldado na placa.

Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia

Já no caso da montagem SMD ou Surface Mounted Device (“Dispositivo montado na superfície”), como o nome sugere, o componente é montado na superfície da placa (em uma das faces). Para isto, a placa deve conter “pads”, que são superfícies condutoras expostas. Com isto, o componente é fixado nestes pads também por meio da soldagem (que utiliza estanho). Veja as imagens abaixo de resistores SMD: na esquerda um resistor avulso e, na direita, alguns resistores soldados em pads.

Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia

Encapsulamentos dos componentes eletrônicos

A partir das figuras acima, é bem perceptível que o resistor PTH e o SMD são bem diferentes. Esta diferença, além do tipo de montagem, se deve ao encapsulamento. O encapsulamento define o formato do componente e ele é o que envolve o material interno do componente.

Por exemplo: O capacitor é essencialmente feito de duas placas paralelas e um material isolante, mas a forma como estas placas são envolvidas é definida pelo encapsulamento.

Mais a frente do post veremos quais são os encapsulamentos mais comuns dos componentes eletrônicos SMD e PTH.

PTH x SMD comparativo

Não existe um tipo de montagem que é 100% melhor que o outro, pois cada um tem seu lado bom e ruim. Vamos entender:

PTH

Pontos positivos:

  • É mais fácil de realizar a montagem manual, pois não exige muita habilidade de soldagem.
  • Podem ser utilizados diretamente em protoboards.
  • São mais robustos que os SMD.
  • Devido ao seu tamanho, trazem algumas vantagens:
    • São capazes de dissipar mais calor.
    • Podem ter capacitores de altos valores de capacitância e tensão.

Pontos negativos:

  • É mais difícil de ser montado pelas máquinas.
  • Devido ao seu tamanho, não são ideais para criar circuitos compactos.
  • CIs mais modernos já não existem mais no formato PTH.

SMD

Pontos positivos:

  • É mais fácil de ser montado pelas máquinas.
  • Devido ao seu tamanho, são ideais para criar circuitos compactos, como é o caso dos smartphones, smart bands e afins.
  • CIs mais modernos só existem no formato SMD.

Pontos negativos:

  • É mais difícil de realizar a montagem manual, pois exige habilidade e cuidados para soldar.
  • Não podem ser utilizados diretamente em protoboards.
  • São mais frágeis em termos de estrutura e fixação que os PTH.
  • Devido ao seu tamanho, eles são mais limitados em relação às suas características, como:
    • Menor dissipação de calor.
    • Menores valores de capacitância e máxima tensão.

Basicamente um possui as vantagens/desvantagens invertidas com o outro.

Apesar do mencionado acima, pode ser que, em alguns casos, os componentes SMD possam dissipar mais potência que um componente PTH equivalente. O tamanho do PTH quer dizer que ele tem potencial para dissipar mais calor que o SMD, mas não necessariamente ele é capaz disto.

Características

Os componentes eletrônicos possuem algumas características diferentes dependendo do processo de fabricação e do encapsulamento. Algumas delas são:

  • Valor nominal:
    • É a característica mais óbvia, pois é o principal fator que define o componente. Exemplo: se for um resistor é sua resistência nominal (ohm); se for um capacitor, é sua capacitância nominal (Faraday).
  • Tolerância:
    • Apesar do componente ter o seu valor nominal, na prática este valor é um pouco diferente. Para isto, os fabricantes informam as tolerâncias dos componentes, que indicam o quão distante o valor prático é do nominal.
    • A tolerância é dada, normalmente, em porcentagem. Exemplo: 25Ω +-10%. Isto quer dizer que o resistor, na prática, poderá ser de 22,5 a 27,5 Ω.
  • Dimensões:
    • É bem óbvio, até pelas imagens mostradas, que os componentes eletrônicos terão tamanhos diferentes. Mas isto não deixa de ser uma informação importante na confecção de placas.
    • E um fator importante e muito usado é o espaçamento entre os pinos do componentes.
    • Além do espaçamento, o tamanho dos pinos é significativo para definir o tamanho dos furos ou pads da PCB.
    • Todo este conjunto de dimensões gera o “footprint” (“pegada” na tradução livre) do componente. O footprint nada mais é do que uma imagem (máscara) que já está na escala certa dos espaçamentos e tamanho.
    • Por isto, na hora de criar uma PCB, ao invés de você ficar medindo o tamanho dos pads e dos espaçamentos, você utiliza o footprint do componente desejado. 
  • Potência dissipada:
    • Devido às perdas dos componentes, eles irão aquecer sob funcionamento. E, todo componente tem um limite de potência que ele é capaz de “mandar embora”. Este limite é a potência dissipada, que deve ser muito bem considerada, pois, senão, o componente pode danificar.

Componentes eletrônicos PTH

Deixei de fora muitos componentes eletrônicos da lista, pois existem diversos. Coloquei alguns principais.

Resistor

Fonte: Wikipedia

Os resistores PTH possuem o formato mostrado na imagem acima. Suas dimensões variam de acordo com a máxima potência dissipada pelo resistor, mas ele costuma ter alguns poucos milímetros em comprimento e largura (<10mm). Os mais comuns são resistores de 1/2W, 1/4W, 1/8W e 1/16W (máxima potência dissipada).

Uma coisa perceptível da imagem acima são as listras coloridas no componente. Estas listras servem para indicar qual é o valor nominal do componente, bem como sua tolerância. As listras indicam o seguinte:

  • 1ª listra: Primeiro digito do valor nominal.
  • 2ª listra: Segundo digito do valor nominal.
  • 3ª listra: Multiplicador (10^multiplicador).
  • 4ª listra: Tolerância.

Com isto, o valor nominal do resistor será: AB * 10^M +- T%. Onde AB são os dois respectivos dígitos do valor nominal, M é o multiplicador e T é a tolerância.

Entretanto, o resistor PTH pode ter 5 listras, sendo que a listra extra serve para indicar o terceiro digito do valor nominal. Veja a correspondência das cores abaixo (tanto para o resistor de 4 listras quanto para o de 5):

Fonte: Wikipedia

A partir da imagem acima, vamos ver um exemplo de um resistor que possui as seguintes listras na ordem respectiva: amarelo, lilás, vermelho, dourado. Analisando os códigos de cores, conseguimos interpretar que este resistor é: 47 * 10^2 +- 5%. Isto é, um resistor de 4,7kΩ com uma tolerância de 5%.

Capacitor

Existem diferentes tipos de capacitores: eletrolítico, tântalo, cerâmico, poliéster, variável etc. A imagem abaixo mostra alguns destes tipos. Na parte mais esquerda estão os eletrolíticos, na direita os variáveis, e na parte inferior os cerâmicos (alguns estão misturados).

Fonte: Wikipedia

Dependendo do tipo do capacitor, ele possuirá um tamanho e um formato específico.

No caso dos capacitores eletrolíticos, eles são cilíndricos e possuem o valor nominal claramente escrito em seu corpo. Por exemplo, veja na imagem acima o capacitor azul grande na parte esquerda. Está indicado em seu corpo que ele é de 4700μF e de 35V.

Além disto, uma outra indicação importante é a polaridade deste capacitor. O pino negativo é indicado por meio de uma seta e ou por uma faixa com o símbolo (-). Na imagem acima, o capacitor mais à esquerda da foto possui uma faixa lateral com um seta indicando qual é o pino negativo.

Bem, e no caso dos capacitores cerâmicos, o valor também é indicado em seu corpo, mas é necessário interpretá-lo. Os dois primeiros números indicam os dígitos do valor nominal e o terceiro é o multiplicador (10^multiplicador, igual ao resistor). E a referência é em relação à pico Faradays.

Pegando o capacitor escrito “151” da imagem acima como exemplo: 1 e 5 são os dígitos e o último 1 é o multiplicador (15 * 10^1 pF). Sendo assim, o capacitor possui o valor de 150pF.

Os capacitores cerâmicos que não possuírem um terceiro digito já terão seus valores indicados diretamente, como é o caso dos capacitores de 10pF, 7pF e 15pF da imagem acima.

Diodo

O diodo tem um formato parecido com o resistor, entretanto sua aparência é bem diferente. Veja as imagens abaixo que mostram da esquerda pra direita: um diodo de silício, um diodo de germânio e um diodo zener.

Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia
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A partir da aparência do diodo, é capaz de identificar a qual tipo ele pertence. Entretanto, o diodo possui muitas características pertinentes, que só podem ser analisados no datasheet de cada um. Para isto, o diodo de silício e o diodo zener possuem uma indicação do nome do componente para que seja possível identificá-lo. No caso do diodo de silício da primeira imagem, ele é o IN4007.

Transistores e CIs de poucos pinos

Tanto os transistores, quanto alguns circuitos integrados de poucos pinos, possuem o mesmo tipo de encapsulamento. Este tipo de encapsulamento é chamado de TO (Transistor Outline) e existem vários encapsulamentos TO, como: TO-3, TO-220, TO-247, TO-39, TO-92, TO-100 etc… Veja alguns exemplos abaixo:

Fonte: Wikipedia

É muito comum encontrar transistores e reguladores de tensão nestes encapsulamentos. Alguns deles são mais adequados para dissipar grandes potências, como é o caso do TO220 ou do TO3 que possuem uma superfície metálica externa para este objetivo.

Circuitos Integrados

Os circuitos integrados mais complexos podem vir nos seguintes formatos:

  • DIP (Dual In-line Package):
    • Este encapsulamento possui duas fileiras de pinos paralelas.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 28 pinos terá um encapsulamento DIP-28 (imagem abaixo a esquerda).
    • Existem soquetes de CI que vêm neste encapsulamento e servem para colocar/remover o CI facilmente da placa do circuito (imagem abaixo a direita).
Fonte: Wikipedia
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  • SIP (Single In-line Package):
    • Este encapsulamento possui apenas uma fileira de pinos.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 10 pinos terá um encapsulamento SIP-10 (componente da imagem abaixo).
    • As barras de pinos fêmea podem ser utilizadas como soquetes de CIs que possuem este tipo de encapsulamento.
Fonte: Wikipedia
  • ZIP (Zig-zag In-line Package):
    • Este encapsulamento possui duas fileiras de pinos que são organizadas em zigue-zague.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo um CI de 20 pinos terá um encapsulamento ZIP-20.
    • Este encapsulamento possui um soquete próprio no formato de zigue-zague (imagem abaixo a direita). Embora, seja possível utilizar duas barras de pinos fêmea em paralelo.
Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia
  • Entre outros: CDIP, CERDIP, QIP, SKDIP…

Componentes eletrônicos SMD

Estamos acostumados a utilizar o metro como unidade de medida de comprimento, mas, quando se trata de alguns componentes SMD e da confecção de PCBs, a polegada passa a ser utilizada. Mais precisamente, no milésimo de polegada (mils) em alguns casos. Com isto, a nomenclatura de alguns componentes será baseada na medida em polegada, conforme veremos adiante. 

Resistor, capacitor, LED e diodo

Tanto os resistores, quanto os capacitores cerâmicos compartilham os mesmos encapsulamentos. Entretanto, cada um tem uma aparência diferente. O encapsulamento nada mais é do que um pequeno retângulo medindo menos de 1 milímetro em cada dimensão.

Veja abaixo na esquerda, um exemplo de um resistor e, na direita, alguns capacitores.

Fonte: Wikipedia
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Conforme, a imagem da direita acima mostra, podem haver diferentes encapsulamentos (mesmo formato, mas tamanhos diferentes). E o nome do encapsulamento é formado por 4 dígitos (a maioria). Os dois primeiros informam o comprimento do componente em polegadas e os dois últimos informam a largura do componente também em polegada.

Por exemplo: um encapsulamento é o 1206. 12 indica que o comprimento do componente é de 0,12 polegadas (0,125 na realidade) e 06 indica que a largura é de 0,06 polegadas. O nome do encapsulamento pode aparecer em milímetros, mas a polegada é mais usual. Veja um comparativo de alguns dos encapsulamentos existentes na imagem abaixo.

Fonte: Wikipedia

Apesar da grande quantidade, existem alguns encapsulamentos mais comuns, como: 1206, 0805 e 0603. É a partir dos componentes eletrônicos de pequenas dimensões que os dispositivos complexos são capazes de ficarem tão compactos a ponto de caberem no seu bolso.

Lendo valores de resistor e capacitor

Infelizmente, não é possível ler o valor de um capacitor cerâmico SMD, pois ele não vem com nada escrito. Portanto, só medindo com um capacímetro para identificar um capacitor SMD perdido.

Já no caso dos resistores, a regra para identificar o componente é parecida com as regras que vimos no PTH. O resistor vêm com uma indicação de 3 ou 4 dígitos, sendo que: os primeiros dígitos formam os dígitos do valor nominal; e o último dígito é o multiplicador (10^multiplicador). Vamos entender  com o exemplo abaixo:

Fonte: Wikipedia

Interpretando o resistor acima, seu valor nominal é: 39 * 10^1. Ou seja, é um resistor de 390Ω.

Diodo e LED

Alguns diodos retificadores acabam tendo encapsulamentos em dimensões muito próximas das mostradas acima. Por exemplo, o diodo da imagem abaixo (M7) pode ser facilmente soldado em uma footprint de um componente 1206.

Fonte: Wikipedia

Entretanto, o diodo pode vir em alguns formatos diferentes. Um deles é o encapsulamento SOD (Small Outline Diode) e outro é o DO-214, como é o caso do diodo da imagem acima. Veja alguns encapsulamentos neste link.

A mesma questão de dimensionamento parecido acontece com os LEDs. Mas, normalmente, eles são informados utilizando a notação de milímetro. Veja alguns deles na imagem seguinte.

Fonte: Wikipedia

Capacitor eletrolítico de alumínio e de tântalo

Além do capacitor cerâmico mostrado anteriormente, existem os capacitores de alumino e de tântalo que possuem diferentes encapsulamentos. Veja abaixo o formato de cada um (eletrolítico na esquerda e tântalo na direita).

Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia

O encapsulamento destes componentes não possui um nome definido. Na realidade, eles podem ser especificados por um letra que define suas dimensões. Entretanto, o capacitor de tântalo possui um encapsulamento bem parecido com o dos resistores e capacitores cerâmicos.

Além das letras, os capacitores eletrolíticos de alumínio podem ser especificados da seguinte forma: D4.0XH5.5. Onde o primeiro número (4.0) define o diâmetro do capacitor e o segundo (5.5) define a altura do mesmo.

E, os capacitores de tântalo podem ser especificados da mesma forma que os resistores e capacitores cerâmicos (comprimento x largura, mas em milímetros): 3216, 3528, 6032 e 7343 (existem 2 tipos 7343).

Transistores e CIs de poucos pinos

Assim como no PTH, tanto os transistores quanto alguns circuitos integrados de poucos pinos, possuem o mesmo tipo de encapsulamento SMD. Este tipo de encapsulamento é chamado de SOT (Small Outline Transistor) e existem vários encapsulamentos SOT, como: SOT-23, SOT-89, SOT-143, SOT-223 etc… Veja alguns exemplos abaixo:

Fonte: Wikipedia
Fonte: Wikipedia

Os encapsulamentos acima são bem comuns, o da esquerda é o SOT-23 e o da direita é o SOT-223.

Além dos transistores, estes encapsulamentos também são utilizados em diodos e reguladores de tensão. Alguns deles são mais adequados para dissipar potência, como é o caso do SOT-223 que possui uma maior área metálica para este objetivo.

Circuitos Integrados

Os circuitos integrados mais complexos podem vir nos seguintes formatos:

  • SOIC (Small Outline Integrated Circuit) e SOP (Small Outline Package):
    • Os dois encapsulamentos são bem parecidos, mudando apenas alguns espaçamentos.
    • São encapsulamentos que possuem duas fileiras de pinos paralelas.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 16 pinos terá um encapsulamento SOIC-16 ou SOP-16 (imagem abaixo).
Fonte: Wikipedia
  • QFP (Quad Flat Package):
    • Possui 4 fileiras de pinos, uma em cada lado do CI.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 80 pinos terá um encapsulamento QFP-80 (imagem abaixo).
    • Existem vários subtipos deste encapsulamento, como: TQFP, LQFP, BQFP… Um muito comum de ser encontrado é o TQFP.
Fonte: Wikipedia
  • PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier):
    • Possui 4 fileiras de pinos, uma em cada lado do CI. A diferença entre este e o QFP é que aqui os terminais ficam “dobrados”.
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 68 pinos terá um encapsulamento PLCC-68 (imagem abaixo).
Fonte: Wikipedia
  • LCC (Leadless Chip Carrier):
    • Possui 4 fileiras de conexões, uma em cada lado do CI. Neste caso, os terminais são substituídos por conexões de cerâmica (superfícies de contato).
    • A quantidade de pinos é variável e ela define o nome do encapsulamento. Por exemplo, um CI de 68 pinos terá um encapsulamento LCC-68 (imagem abaixo).
Fonte: Wikipedia
  • BGA (Ball Grid Array):
    • Possui todos os seus pinos na parte debaixo do CI. Os pinos são pequenas esferas dispostas em um certo arranjo (array).
    • Este tipo de encapsulamento é muito utilizado em CIs de alta complexidade como os processadores, que é o caso do CI da imagem abaixo (Intel Pentium MMX).
Fonte: Wikipedia

Outros componentes

Existem outros componentes em formatos que não se enquadram exatamente nas duas montagens citadas (PTH e SMD). Então irei listá-los separadamente.

Chip on Board (COB)

Alguns CIs podem ser montados diretamente em uma PCB por meio do método Chip on Board. Neste método, o circuito integrado (sem o encapsulamento externo) é colocado diretamente na PCB sendo posteriormente coberto por um encapsulante (que pode ser epóxi).

Veja um exemplo abaixo, que é a placa de um controle de Playstation 1. O Chip on Board é “bolinha” preta (encapsulante) na parte central da placa. Embaixo deste encapsulante está o circuito integrado que controla o circuito interno do joystick de Playstation 1.

controle ps1 visao frente

Existem três principais motivos para utilizar este método ao invés de utilizar um CI num dos encapsulamentos que vimos neste post: baixo custo, mais compacto, mais leve (comparado com o CI encapsulado).

Integrated Passive Devices (IPD)

Os circuitos podem ter diversos componentes passivos (resistores, capacitores, indutores…) interligados para atender uma certa especificação. E, para economizar espaço, podem ser criados os Dispositivos Passivos Integrados (IPDs).

O IPD nada mais é do que um dispositivo que combina diversos componentes passivos em um mesmo encapsulamento. Veja um exemplo abaixo de um conjunto de resistores e capacitores SMD que foram substituidos por um único componente.

Fonte: Wikipedia