palestra tecnologia smd (smt) - 27/09/2013

Tecnologia SMD (SMT)

Pelotas, 27 de setembro de 2013

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Quem sou eu ?

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Quem sou eu ?

Gustavo dos Santos Fernandes

● Estudante de graduação em Engenharia Elétrica UFRGS (2013-)

● Bolsista do Laboratório de Prototipação e Testes (LaProT) - DELET- UFRGS

● Técnico em Eletrônica Integrado IFSUL (2009-2013)

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Quem são vocês ?

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Quem são vocês ?

● Professores ?

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Quem são vocês ?

● Professores ?● Ex-alunos ?

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Quem são vocês ?

● Professores ?● Ex-alunos ?● Alunos da Eletrônica ?

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Quem são vocês ?

● Professores ?● Ex-alunos ?● Alunos da Eletrônica ?● Alunos de outro curso?

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Quem são vocês ?

● Professores ?● Ex-alunos ?● Alunos da Eletrônica ?● Alunos de outro curso?

Quantos de vocês já tiveram contato com SMT ?

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SMD ou SMT ?

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SMD ou SMT ?

SMT – surface-mount technology

Tecnologia de montagem em superfície

SMD – surface-mount device

Dispositivo de montagem (montável) em superfície

SMT se refere à tecnologia

SMD se refere aos componentes

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SMD ou SMT ?

SMT – surface-mount technology

Tecnologia de montagem em superfície

SMD – surface-mount device

Dispositivo de montagem (montável) em superfície

SMT se refere à tecnologia

SMD se refere aos componentes

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Outros termos SM*

SMA - surface-mount assembly (Montagem)

SMC - surface-mount components (Componentes)

SMP - surface-mount packages (Encapsulamentos)

SME - surface-mount equipment (Equipamentos)

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Exemplos de componentes SMT

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… e os componentes que não são SMT ?

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… e os componentes que não são SMT ?

THT - through-hole technology

PTH - pin through hole

Possuem terminais que atravessam a PCI através de furos passantes

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… e os componentes que não são SMT ?

THT - through-hole technology

PTH - pin through hole

Possuem terminais que atravessam a PCI através de furos passantes

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SMT x THT: vantagens da SMT

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SMT x THT: vantagens da SMT● Tamanho (“densidade de componentes”)

Ausência de furos na PCI (“densidade de pinos”)

Maior proximidade com o componente ideal

Montagem automatizada

Custo

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SMT x THT: vantagens da SMT● Tamanho (“densidade de componentes”)

● Ausência de furos na PCI (“densidade de pinos”)

Maior proximidade com o componente ideal

Montagem automatizada

Custo

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SMT x THT: vantagens da SMT● Tamanho (“densidade de componentes”)

● Ausência de furos na PCI (“densidade de pinos”)

● Maior proximidade com o componente ideal

Montagem automatizada

Custo

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SMT x THT: vantagens da SMT● Tamanho (“densidade de componentes”)

● Ausência de furos na PCI (“densidade de pinos”)

● Maior proximidade com o componente ideal

● Montagem automatizada

Custo

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SMT x THT: vantagens da SMT● Tamanho (“densidade de componentes”)

● Ausência de furos na PCI (“densidade de pinos”)

● Maior proximidade com o componente ideal

● Montagem automatizada

● Custo

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SMT x THT: desvantagens da SMT

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SMT x THT: desvantagens da SMT

● Aplicações de alta tensão ou alta potência

Manutenção e retrabalho

Montagem de protótipos

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SMT x THT: desvantagens da SMT

● Aplicações de alta tensão ou alta potência

● Manutenção e retrabalho

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SMT x THT: desvantagens da SMT

● Aplicações de alta tensão ou alta potência

● Manutenção e retrabalho

● Montagem de protótipos

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Encapsulamentos SMT (SMP)

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Sistema Métrico x Sistema Imperial

● 100 miles (2,54 mm) é a distância entre os terminais de um circuito integrado com encapsulamento DIP e também a distância entre os furos da matriz de uma protoboard.

S. Imperial S. Métrico1 Polegada 25,4 mm

1 Mil (0.001 Pol) 25,4 µm

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Tipos de encapsulamentos

● Existe uma infinidade de encapsulamentos SMT

● Exemplos que serão apresentados:

- Passivos: LW, MELF, específicos

- Ativos: SOT, DPAK, DUAL-IN-LINE, QUAD-IN-LINE, GRID ARRAYS

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Componentes Passivos

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Encapsulamento LW(CL)

O código é formado pelas dimensões em décimos de milímetro ou em centésimos de polegada do comprimento e da largura do componente

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Encapsulamento MELF

● MELF - Metal Electrode Leadless Face● Existem versões menores chamadas de

MiniMelf e MicroMelf

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Resistores

● O código impresso indica a resistência.

Ex: 472 → 47x10² = 4700 Ω = 4k7● O tamanho indica a potência

Ex: 1206 → ¼ W 0805 → 1/8 W 0603 → 1/10 W

0402 0603 0805 1206

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Capacitores de cerâmica

● Não apresentam o valor de capacitância impresso no corpo.

● O tamanho indica a relação C-V (carga)

Ex: 100nF/50V (0805), 100nF/16V (0603)

Verde claro C < 100 pF

Cinza médio 10 pF < C < 10 nF

Marrom claro 1 nF < C < 100 nF

Marrom médio 10 nF < C < 1 μF

Marrom escuro 100 nF < C < 10 μF

Cinza escuro 0.5 μF < C < 50 μF

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Capacitores de tântalo

● Apresentam o valor de capacitância impresso no corpo em pF

● Ex: 226 → 22x10 p⁶ F = 22 μF

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Capacitores de alumínio (eletrolítico)

● Apresentam o valor de capacitância impresso no corpo em μF.

● Exceção: são mais caros e aproximadamente do mesmo tamanho que os equivalentes PTH.

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Indutores

● Normalmente apresentam o valor de indutância impresso no corpo em μH.

Ex: 471 → 47x10¹ μH = 470 μH

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LEDs

0402 0603 0804 1206 3528

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Outros tipos de diodos

SMA SOD

MELF MiniMELF

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Componentes Ativos

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SOT

● SOT - Small Outline Transistor● Encapsulamento usado para transistores,

diodos e CIs.● SOT23 → T092 SMT● Ex: BC848, LM317

SOT143

SOT23

SOT23

SOT89

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DPAK

● DPAK – Discrete Packaging

● DPAK(T0252), D2PAK(T0263), D3PACK(T0268)

● Transistores, Diodos, CIs. É o T0220 SMT.● Criado para dispositivos que dissipam

potência alta.● Ex: 78XX

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Dual In Line

SOIC1,27 mm

SOJ1,27 mm

TSOP0.5 mm

SSOP0.65 – 0.8 mm

DIP/DIL2,54 mmDFN

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Quad In Line

PLCC1.27 mm

QFP0,4 - 1,0 mm

QFN

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Grid Arrays

BGA – Ball Grid Array

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Linhas de Produção

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Linha SMT x Linha THT

Qual dos componentes acima uma máquina montaria com maior facilidade ?

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Linha THT

● Inserção dos componentes normalmente de forma manual

● Soldagem manual ou automática (solda onda)

A THT é mais acessível às pessoas

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Linha THT

● Inserção dos componentes normalmente de forma manual

● Soldagem manual ou automática (solda onda)

A THT é mais acessível às pessoas

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Linha SMT

● Inserção de componentes de forma automática

● Soldagem automática

A SMT é mais acessível às máquinas

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Linha SMT

● Inserção de componentes de forma automática

● Soldagem automática

A SMT é mais acessível às máquinas

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Materiais

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Fluxo de solda

Usado para melhorar a soldabilidade da superfície

Pasta de solda Fluxo de solda

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Solda em pasta

A solda em pasta é uma mistura homogênea de pó metálico de solda, fluxo de solda e um agente espessante.

Atenção: não confundir solda em pasta

com pasta de solda

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Estêncil

Estêncil é uma técnica usada para aplicação de tinta sobre uma superfície de maneira que seja formada a imagem vazada

Na eletrônica essa técnica é utilizada para aplicar solda em pasta oucola em uma PCI

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O chumbo (Pb) é perigoso

● O Pb se deposita no organismo humano e não é eliminado

● É altamente nocivo à saúde, principalmente quando fica depositado no cérebro ou no fígado

A solda usada na eletrônica é uma

liga Sn-Pb

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Lead-Free (LF)

● As Ligas Lead-Free utilizam elementos alternativos ao chumbo para formar a liga eutética (baixo PF)

● A liga Lead-Free mais popular é a Sn/Ag/Bi

● Uma liga Lead-Free pode ter o custo de fabricação

8 vezes maior que a Sn-Pb

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RoHS

RoHS - Restriction of Certain Hazardous SubstancesRestrição de certas substâncias perigosas

Diretiva europeia que proíbe que certas substâncias (entre elas o chumbo) sejam usadas em produtosfabricados na Europa ou importados

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Montagem SMTautomática

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Tipos de PCIs SMT

SMT em uma face

SMT nas duas facese PTH uma delas

SMT em uma face

SMT em uma facee PTH na outra

SMT nas duas facese PTH uma delas

SMT nas duas faces

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Tipos de PCIs SMT

SMT em uma face

SMT nas duas facese PTH uma delas

SMT em uma face

SMT em uma facee PTH na outra

SMT nas duas facese PTH uma delas

SMT nas duas faces

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Processo de montagem de uma PCI SMT

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

2 – Aplicação da solda em pasta

2 – Aplicação da solda em pasta

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

2 – Aplicação da solda em pasta

3 – Inserção doscomponentes

2 – Aplicação da solda em pasta

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

2 – Aplicação da solda em pasta

3 – Inserção doscomponentes

2 – Aplicação da solda em pasta

4 – Secagem da solda em pasta

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

2 – Aplicação da solda em pasta

3 – Inserção doscomponentes

2 – Aplicação da solda em pasta

4 – Secagem da solda em pasta

5 – Refusão dasolda em pasta

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Processo de montagem de uma PCI SMT

1 - Preparação do substrato

2 – Aplicação da solda em pasta

3 – Inserção doscomponentes

2 – Aplicação da solda em pasta

4 – Secagem da solda em pasta

5 – Refusão dasolda em pasta

6 – Limpeza

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Preparação do substrato● Aplicação de gotas de cola

● Os componentes SMT devem ser colados com adesivos para não se movimentarem durante o processo

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Preparação do substrato

● Os adesivos podem ser aplicados com dispensadoresde seringa ou por serigrafia usando estêncil

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Aplicação da solda em pasta

Estêncil Dispensador

● O método que utiliza o estêncil necessita de um rodo

● Esse processo pode ser manual ou automático

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Inserção dos componentes

Sistema de Torre

● As cabeças de posicionamento são mantidas fixas (apenas giram)

● PCI e alimentadores se movimentam

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Inserção dos componentes

Sistema Cartesiano (Pick&Place)

● A cabeça de posicionamento se movimenta em um sistema XY

● A PCI e os alimentadores são mantidos fixos

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Inserção dos componentes● Bicos

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Secagem e refusão da solda em pasta

● Este processo é realizado em um forno de refusão● Dura entre 4 e 5 minutos, seguindo uma curva

de temperatura que depende do tipo de solda usada

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Secagem e refusão da solda em pasta

Curva de temperatura para liga Sn-Pb

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Secagem e refusão da solda em pasta

Curva de temperatura para liga Lead-Free

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Montagem SMTManual

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Por que vocês devem aprender ?

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Por que vocês devem aprender ?

● Montagem de projetos pessoais ou para o curso em casa.

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Por que vocês devem aprender ?

● Montagem de projetos pessoais ou para o curso em casa.

● Manutenção, retrabalho, montagem de protótipos no emprego/estágio

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Ferramentas básicas

Ferro de Solda30,40 ou 60 W

Sugador de Solda Pinça para SMD

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Ferramentas complementares

Estaçãode Solda

Estaçãode Ar Quente

Jogo de Pinças

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Material de consumo

Solda comum(Liga Sn-Pb)

Malha paradessolda

Fluxo de solda

Soldaem pasta

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Material de consumo

Solda comum(Liga Sn-Pb)

Malha paradessolda

Fluxo de solda

Soldaem pasta

Básico

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Exemplos de placas SMT artesanais

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Mais exemplos

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Vídeos

● Vídeo 1: Montagem de um CI com encapsulamento SOIC e outro com QFP

● Vídeo 2: Remoção de um CI com encapsulamento QFP

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa● Estanhar os pads

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa● Estanhar os pads● Posicionar o componente sobre os pads

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa● Estanhar os pads● Posicionar o componente sobre os pads● Fixar o componente na placa soldando o nº de

terminais necessários

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa● Estanhar os pads● Posicionar o componente sobre os pads● Fixar o componente na placa soldando o nº de

terminais necessários ● Soldar os demais terminais

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Dicas para soldagem com ferramentas básicas

● Limpar a superfície da placa● Estanhar os pads● Posicionar o componente sobre os pads● Fixar o componente na placa soldando o nº de

terminais necessários ● Soldar os demais terminais● Inserir mais solda caso necessário

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Dicas para remoção de componentes com ferramentas básicas

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Dicas para remoção de componentes com ferramentas básicas

● Aquecer da forma mais uniforme possível a solda de todos os terminais do componente

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Dicas para remoção de componentes com ferramentas básicas

● Aquecer da forma mais uniforme possível a solda de todos os terminais do componente

● No caso de CIs é conveniente inserir mais solda

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Dicas para remoção de componentes com ferramentas básicas

● Aquecer da forma mais uniforme possível a solda de todos os terminais do componente

● No caso de CIs é conveniente inserir mais solda

● Retirar o componente

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Dicas para remoção de componentes com ferramentas básicas

● Aquecer da forma mais uniforme possível a solda de todos os terminais do componente

● No caso de CIs é conveniente inserir mais solda

● Retirar o componente● Remover o excesso de solda do componente

e da PCI

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O que vocês precisam lembrar ?

103

O que vocês precisam lembrar ?

SMT – Tecnologia de montagem em superfície

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O que vocês precisam lembrar ?

SMT – Tecnologia de montagem em superfície

Existem diversos tipos deencapsulamentos SMT

105

O que vocês precisam lembrar ?

Existem máquinas que podem fazer todo (ou quase todo)

processo de montagem

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O que vocês precisam lembrar ?

É possível montar placasSMT de forma artesanal

Existem máquinas que podem fazer todo (ou quase todo)

processo de montagem

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FIM!

Dúvidas?

Contato: gustavo.fernandes@ufrgs.br