Технология поверхностного монтажа зародилась в 1960-х годах и спустя 20 лет стала широко применяться в производстве электроники.
Сейчас данная технология является бесспорным лидером. Трудно найти современное устройство, которое бы не было выполнено с применением этой технологии.
Для начала давайте разберёмся в терминологии.
Поверхностный монтаж сокращённо называется SMT (от англ. S urface M ount T echnology - Технология монтажа на поверхность (по-русски, - ТМП )).
Так уж устоялось, что под аббревиатурой SMD порой имеют ввиду в том числе и саму технологию поверхностного монтажа, хотя на самом деле термин SMD имеет иное значение.
SMD - это S urface M ount D evice , то есть компонент или устройство, монтируемое на поверхность. Таким образом, под SMD надо понимать именно компоненты и радиодетали, а не технологию в целом. Иногда SMD-элементы называют чип-компонентами, например, чип-конденсатор или чип-резистор.
Вся суть технологии SMT заключается в том, чтобы устанавливать электронные компоненты на поверхность печатной платы. По сравнению с технологией монтажа компонентов в отверстия (так называемая THT - T hrouth H ole T echnology ), - эта технология обладает массой преимуществ. Вот лишь основные из них:
Отпадает надобность в сверлении отверстий под выводы компонентов;
Есть возможность установки компонентов с двух сторон печатной платы;
Высокая плотность монтажа, и, как следствие, экономия материалов и уменьшение габаритов готовых изделий;
SMD-компоненты дешевле обычных, имеют меньшие габариты и вес;
Возможность более глубокой автоматизации производства, по сравнению с технологией THT;
Если для производства SMT-технология очень выгодна за счёт своей автоматизации, то для мелкосерийного производства, а также для радиолюбителей, электронщиков, сервисных инженеров и радиомехаников, она создаёт массу проблем.
SMD компоненты: резисторы, конденсаторы, микросхемы имеют весьма маленькие размеры.
Давайте познакомимся с электронными SMD-компонентами. Для начинающих электронщиков это очень важно, так как поначалу порой сложно разобраться во всём их изобилии.
Начнём с резисторов. Как правило, SMD-резисторы выглядят вот так.
Обычно на их малогабаритном корпусе указана число-буквенная маркировка, в которой закодировано номинальное сопротивление резистора. Исключение составляют микроскопические по размерам резисторы на корпусе которых просто нет места для её нанесения.
Но, это только в том случае, если чип-резистор не принадлежит к какой-либо особой, высокомощной серии. Стоит также понимать, что самую достоверную информацию на элемент стоит искать в даташите на него (или на серию, к которой он принадлежит).
А вот так выглядят SMD конденсаторы.
В качестве SMD-конденсаторов широкое распространение получили многослойные керамические конденсаторы (MLCC - M ultiL ayer C eramic C apacitors ). Их корпус имеет характерный светло-коричневый цвет, а маркировка, как правило, не указывается.
Естественно, существуют и электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа. Обычные алюминиевые конденсаторы имеют малые размеры и два коротких вывода у пластикового основания.
Так как габариты позволяют, то на корпусе алюминиевых SMD-конденсаторов указывается емкость и рабочее напряжение. Со стороны минусового вывода на верхней стороне корпуса чёрным цветом нанесён полукруг.
Кроме этого существуют танталовые электролитические конденсаторы , а также полимерные.
Танталовые чип-конденсаторы, в основном, выполняются в корпусе жёлтого и оранжевого цвета. Более подробно об их устройстве я уже рассказывал на страницах сайта. А вот полимерные конденсаторы имеют корпус чёрного цвета. Порой их легко спутать с SMD-диодами.
Надо отметить, что ранее, когда SMT монтаж ещё только зарождался, в ходу были конденсаторы в цилиндрическом корпусе и имели маркировку в виде цветных полос. Сейчас они встречаются всё реже.
Стабилитроны и диоды всё чаще производят в пластиковых корпусах чёрного цвета. Корпус со стороны катода маркируется полосой.
Диод Шоттки BYS10-45-E3/TR в корпусе DO-214AC
Иногда стабилитроны или диоды изготавливаются в трёхвыводном корпусе SOT-23, который активно применяют для транзисторов. Это вносит путаницу при определении принадлежности компонента. Имейте это ввиду.
Кроме стабилитронов, которые имеют пластмассовый корпус, довольно широко распространены безвыводные стабилитроны в цилиндрических стеклянных корпусах MELF и MiniMELF.
Стабилитрон на 18V (DL4746A) в стеклянном корпусе MELF
А вот так выглядит индикаторный SMD-светодиод.
Самая большая проблема таких светодиодов в том, что обычным паяльником их очень трудно выпаять с печатной платы. Подозреваю, что за это их люто ненавидят радиолюбители.
Даже при использовании термовоздушной паяльной станции вряд ли удастся выпаять SMD-светодиод без последствий. При небольшом нагреве прозрачный пластик светодиода оплавляется и просто "сползает" с основания.
Поэтому у новичков, да, и бывалых, возникает уйма вопросов, как выпаять SMD-светодиод не повредив его.
Также как и другие элементы, микросхемы адаптируют для поверхностного монтажа. Практически у всех популярных микросхем, которые изначально выпускались в DIP-корпусах под монтаж в отверстия, есть и версии для SMT-монтажа.
Для отвода тепла от микросхем в SMD-корпусах, которые в процессе работы нагреваются, частенько используется сама печатная плата и медные полигоны на её поверхности. В качестве своеобразных радиаторов используются и медные площадки на плате обильно лужёные припоем.
На фото наглядный пример, где драйвер SA9259 в корпусе HSOP-28 охлаждается медным полигоном на поверхности платы.
Естественно, под поверхностный монтаж затачиваются не только рядовые электронные компоненты, но и целые функциональные узлы. Взгляните на фото.
Микрофон для мобильного телефона Nokia C5-00
Это цифровой микрофон для мобильных телефонов Nokia C5-00. Его корпус не имеет выводов, а вместо них используются контактные площадки ("пятаки" или "пады").
Кроме самого микрофона в корпусе смонтирована и специализированная микросхема для усиления и обработки сигнала.
С микросхемами происходит тоже самое. Производители стараются избавиться даже от самых коротких выводов. На фото под №1 показана микросхема линейного стабилизатора MAX5048ATT+ в корпусе TDFN. Далее под №2 - микросхема MAX98400A. Это стереофонический усилитель класса D фирмы Maxim Integrated. Микросхема выполнена в 36-контактном корпусе TQFN. Центральная площадка используется для отвода тепла к поверхности печатной платы.
Как видим, микросхемы не имеют выводов, а только контактные площадки.
Под №3 - микросхема MAX5486EUG+. Стереофонический регулятор звука с кнопочным управлением. Корпус - TSSOP24.
В последнее время производители электронных компонентов стремятся избавиться от выводов и выполняют их в виде боковых контактных площадок. Во многих случаях площадь контакта переносят и под нижнюю часть корпуса, где он выполняет ещё и роль теплоотвода.
Так как SMD-элементы имеют небольшие размеры и установлены на поверхности печатной платы, то любая её деформация или изгиб может повредить элемент или нарушить контакт.
Так, например, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) могут трескаться от давления на них при монтаже или из-за чрезмерной дозации припоя.
Избыток припоя приводит к механическому напряжению со стороны контактов. Малейший изгиб или удар провоцирует возникновение трещин в многослойной структуре конденсатора.
Вот один из примеров того, как излишки припоя на контактах приводят к появлению трещин в структуре конденсатора.
Фото взято из доклада фирмы TDK "Common Cracking Modes in Surface Mount Multilayer Ceramic Capacitors". Так что, много припоя не всегда хорошо.
А теперь маленькая загадка, чтобы оживить наш затянувшийся рассказ. Посмотрите на фото.
Определите, какие из элементов показаны на фото. Как, по-вашему, что скрывается под первым номером? Конденсатор? Может индуктивность? Нет, наверное, это какой-то особенный резистор...
А вот и ответ:
№1 - керамический конденсатор типоразмера 1206;
№2 - NTC-термистор (терморезистор) B57621-C 103-J62 на 10 кОм (типоразмер 1206);
№3 - дроссель подавления электромагнитных помех BLM41PG600SN1L (типоразмер 1806).
К сожалению, из-за своих размеров на подавляющее большинство SMD-компонентов просто-напросто не наносят маркировку. Также как и в приведённом примере, спутать элементы очень легко, так как все они очень похожи друг на друга.
Порой, данное обстоятельство осложняет ремонт электроники, особенно в тех случаях, когда на аппарат невозможно найти технической документации и схему.
Наверняка уже заметили, что SMD-детали упаковывают в перфорированную ленту. Её же в свою очередь скручивают в катушку-бобину. Зачем это надо?
Дело в том, что лента эта используется неспроста. Она очень удобна для подачи компонентов в автоматическом режиме на монтажно-сборочных станках (установщиках).
В промышленности монтаж и пайка SMD-компонентов производится с помощью специального оборудования. Если не вдаваться в детали, то процесс выглядит следующим образом.
С помощью трафаретов на контактные площадки под элементы наносится паяльная паста. Для крупносерийного производства применяются автоматы трафаретной печати (принтеры), а для мелкосерийного используются системы дозирования материала (дозирование паяльной пасты и клея, заливка компаунда и пр.). Автоматические дозаторы нужны для производства изделий требовательных к условиям эксплуатации.
Затем происходит автоматизированная установка SMD-компонентов на поверхность платы с помощью автоматов установки компонентов (установщиков). В некоторых случаях детали на поверхности фиксируются каплей клея. Станок-установщик оснащён системой забора компонентов (с той самой ленты), системой технического зрения для их распознавания, а также системой установки и позиционирования компонентов на поверхность платы.
Далее заготовку отправляют в печь, где происходит оплавление паяльной пасты. В зависимости от техпроцесса оплавление может производиться методом конвекции или инфракрасным излучением. Например, для этого могут применяться печи конвекционного оплавления.
Отмывка печатной платы от остатков флюса и других веществ (масло, жир, пыль, агрессивные вещества), сушка. Для этого процесса используются специальные системы отмывки.
Естественно, в производственном цикле используется куда больше различных станков и приборов. Например, это могут быть системы рентгеновского контроля, испытательные климатические камеры, автоматы оптической инспекции и многое другое. Всё зависит от масштабов производства и требований к конечному продукту.
Стоит отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту SMT-технологии, на деле всё обстоит по-другому. Примером могут служить дефекты, которые образуются на всех стадиях производства. Некоторые из них вы могли уже наблюдать, например, шарики припоя на плате.
Они образуются из-за смещения трафарета или избыточного количества паяльной пасты.
Также не редкостью является образование пустот внутри паяного соединения. Они могут быть заполнены остатками флюса. Как ни странно, но наличие небольшого количества пустот в соединении положительно сказывается на надёжности контакта, так как пустоты препятствуют распространению трещин.
Некоторые из дефектов даже получили устоявшиеся названия. Вот некоторые из них:
"Надгробный камень " - это когда компонент "встаёт на дыбы" перпендикулярно плате и запаивается одним выводом только лишь к одному контакту. Более сильное поверхностное натяжение с одного из торцов компонента заставляет его подняться над контактной площадкой.
"Собачьи уши " - неравномерное распределение пасты в отпечатке при условии достаточного её количества. Вызывает припойные перемычки.
"Холодная пайка " - некачественное паяное соединение из-за низкой температуры пайки. Внешний вид паяного соединения имеет сероватый оттенок, а также пористую, бугроватую поверхность.
Эффект "Поп-Корна " ("Popcorn effect ") при пайке микросхем в корпусе BGA. Дефект, который возникает из-за испарения влаги поглощённой корпусом микросхемы. При пайке влага испаряется, внутри корпуса образуется полость вздутия, которая схлопываясь, образует трещины в корпусе микросхемы. Интенсивное парообразование при нагреве также выдавливает припой с площадок, что образует неравномерное распределение припоя среди шариков-контактов и образование перемычек. Данный дефект выявляется с помощью рентгена. Образуется из-за неправильного хранения компонентов, чувствительных к влаге.
Довольно важным расходным материалом в технологии SMT является паяльная паста. Паяльная паста состоит из смеси очень мелких шариков припоя и флюса, который облегчает процесс пайки.
Флюс улучшает смачиваемость за счёт уменьшения поверхностного натяжения. Поэтому при нагреве, расплавившиеся шарики припоя легко покрывают поверхность контакта и выводы элемента, образуя паяное соединение. Флюс также способствует удалению окислов с поверхности, а также защищает её от воздействия окружающей среды.
В зависимости от состава флюса в припойной пасте, он может выполнять и функцию клея, который фиксирует SMD-компонент на плате.
Если вы наблюдали процесс пайки SMD-компонентов, то могли заметить действие эффекта самопозиционирования элемента. Выглядит это очень здорово. За счёт сил поверхностного натяжения компонент как бы сам выравнивается относительно поверхности контакта на плате, плавая в жидком припое.
Вот так, казалось бы, такая простая идея установки электронных компонентов на поверхность печатной платы позволила уменьшить общие габариты электронных устройств, автоматизировать производство, снизить затраты на компоненты (SMD компоненты на 25-50% дешевле обычных) а, следовательно, сделать бытовую электронику более дешёвой и компактной.
Прошли времена вводных радиодеталей, при помощи которых радиолюбитель ремонтировал ламповые телевизоры и старые радиоприемники. В нашу жизнь прочно вошли SMD-элементы, намного более компактные и высокотехнологичные. Что же представляет из себя этот SMD-компонент? Если говорить словами тех, кто начинал сборку и ремонт приборов во времена транзисторных приемников – это «мелкие темные штучки с надписями, которые совсем не понять». А если серьезно, то расшифровав термин «SMD-component» и переведя его на русский язык, мы получим «монтирующиеся на поверхности».
Что же это означает? Поверхностный монтаж (планарный монтаж) – это такой способ изготовления, при котором детали размещены на печатной плате с одной стороны с контактными дорожками. Для расположения радиодеталей не требуется высверливаний. Такой способ в наши дни наиболее распространен и считается самым оптимальным. В промышленных масштабах печатные платы на основе SMD-компонентов с большой скоростью «штампуются» роботами. Человеку остается лишь то, что машине пока не под силу. Необходимо разобраться, чем же так хороши SMD-компоненты и есть ли у них минусы.
Преимущества монтажа
Пример платы с SMD-компонентамиЕстественно, что при невероятно малых размерах, которые имеют SMD-элементы, готовые печатные платы очень компактны, из чего можно сделать вывод, что готовый прибор на основе такой платформы будет очень небольшого размера. При печати требуется меньшее количество стеклотекстолита и хлорного железа, что существенно повышает экономию. К тому же времени на изготовление требуется значительно меньше, т. к. не нужно высверливать отверстия под ножки различных элементов.
По этой же причине такие платы легче поддаются ремонту, замене радиодеталей. Возможно даже изготовление печатной платы при установке SMD-элементов с двух сторон, чего нельзя было даже представить раньше. И, естественно, намного более низка цена чип-компонентов.
Конечно, имеются кроме преимуществ и недостатки (куда уж без них). Платформы на SMD-компонентах не переносят перегибов и даже небольших механических воздействий (таких, как удары). От них, как и при перегреве в процессе пайки, могут образоваться микротрещины на резисторах и конденсаторах. Сразу такие проблемы не дают о себе знать, а проявляются уже в процессе работы.
Ну и, конечно, тем, кто в первый раз сталкивается с чипами, непонятно, как же можно их различить. Какой из них является резистором, а какой конденсатором или транзистором, или какие размеры могут быть у SMD-компонентов? Во всем этом предстоит разобраться.
Виды корпусов SMD-элементов
Все подобные элементы можно разделить по группам на основании количества выводов на корпусе. Их может быть два, три, четыре-пять, шесть-восемь. И последняя группа – более восьми. Но существуют чипы без видимых ножек-выводов. Тогда на корпусе будут либо контакты, либо припой в виде маленьких шишек. Еще различаться SMD-компоненты могут размерами (к примеру, высотой).
Виды SMD-элементов
Вообще маркировка проставляется только на более крупных чипах, да и то ее очень трудно разглядеть. В остальных же случаях без схемы разобраться, что за элемент перед глазами, невозможно. Размеры SMD-компонентов бывают разными. Все зависит от их производительности. Чаще всего, чем больше размер чипа, тем выше его номинал.
SMD-дроссели
Такие дроссели могут встретиться в разных видах корпуса, но типоразмеры их будут подобны. Делается это для облегчения автоматического монтажа. Да и простому радиолюбителю так проще разобраться. Любой дроссель или катушка индуктивности называется «моточным изделием». Возможно, для более старого оборудования такой элемент схемы можно было намотать и своими руками, но с SMD-компонентом такой номер не пройдет. Тем более что чипы оборудованы магнитным экранированием, они компактны и обладают большим диапазоном рабочей температуры.
Подобрать подобный чип можно по каталогу на основании необходимого типоразмера. Задан этот параметр при помощи 4 цифр (к примеру, 0805), где 08 – длина чипа, а 05 – его ширина в дюймах. Следовательно, размер SMD-катушки составит 0.08 × 0.05 дюймов.
SMD-диоды и SMD-транзисторы
SMD-диоды
SMD-диоды бывают либо в форме цилиндра, либо прямоугольными. Распределение типоразмеров такое же, как и у дросселей.
Мощность SMD-транзисторов бывает малая, средняя и большая, разница в корпусах зависит как раз от этого параметра. Из них выделяют две группы – это SOT и DPAK. Интересно, что в одном корпусе может быть несколько компонентов, к примеру – диодная сборка.
Вообще сами по себе SMD-детали представляют огромный интерес не только для профессиональных радиолюбителей, но и для начинающих. Ведь если разобраться, то пайка таких печатных плат – дело не из легких. Тем приятнее научиться разбираться во всех маркировках чипов и научиться, четко следуя схеме, заменять перегоревшие SMD-детали на новые или демонтированные с другой платформы. К тому же многократно повысится и уровень владения паяльником, ведь при работе с чипами необходимо учитывать множество нюансов и соблюдать предельную осторожность.
Нюансы при пайке чипов
Пайку SMD-компонентов оптимальнее осуществлять при помощи специальной станции, температура которой стабилизирована. Но в ее отсутствие остается, естественно, только паяльник. Его необходимо запитать через реостат, т. к. температура нагрева жала таких приборов от 350 до 400 градусов, что неприемлемо для чип-компонентов и может их повредить. Необходимый уровень – от 240 до 280 градусов.
Нельзя не только перегревать SMD-элементы, но и передерживать жало паяльника на контактах. Использовать лучше припои, не содержащие в своем составе свинца, т. к. они тугоплавки и при рекомендованной температуре работать ими проблематично.
Пайка печатной чип-платы
В местах пайки требуется обязательное лужение дорожек. SMD-элемент лучше придерживать при помощи пинцета, а длительность прикосновения жала паяльника к ножке чипа не должна превышать полторы-две секунды. С микросхемами нужно работать еще более аккуратно.
Для начала припаиваются крайние ножки (предварительно необходимо точно совместить все выводы с контактами), а после уже все остальные. В случае если припой попал на две ножки и выводы слиплись между собой, можно использовать заточенную спичку. Ее нужно проложить между контактами и прикоснуться паяльником к одному из них.
Частые ошибки при пайке
Зачастую при пайке SMD-компонентов допускается 3 основных ошибки. Но они не критичны и вполне подлежат исправлению.
- Прикосновение к контакту самым концом жала из опасения перегрева. При таком условии температура будет недостаточной, так что нужно стараться паять таким образом, чтобы была максимальная поверхность соприкосновения, только в этом случае получится качественно смонтированная плата.
- Использование слишком малого количества припоя, при этом пайка длится очень продолжительное время. В этом случае происходит испарение части флюса. На припое не образуется достаточного защитного слоя, а в результате происходит окисление. Идеальный вариант – одновременное соприкосновение с контактом и паяльника, и припоя.
- Очень раннее отведение паяльника от контакта. Хотя и следует действовать аккуратно и не перегревать чипы, все же время прогрева должно быть достаточным для качественной пайки.
Для тренировки имеет смысл взять любую ненужную печатную плату и поучиться пайке.
Пайка чип-платы
Итак, не прилагая чрезмерных усилий, можно начинать пайку печатных плат. Отверстия, которые присутствуют на ней, прекрасно выполняют работу по фиксированию элементов. Немного опыта, конечно, тут не повредит, ведь именно для этого производилась тренировка на ненужной платформе. Изначально к контактам подводится помимо жала еще и припой, и сделать это нужно так, чтобы был равномерный прогрев и вывода, и платформы (места контакта).
Убирать припой следует после того, как контактная точка полностью и равномерно им покрылась. Далее нужно отвести паяльник, а после ждать, пока олово остынет. И только после этого можно производить монтаж SMD-компонентов. После обязательно нужно проверить качество пропаянных контактов при помощи пинцета. Конечно, при первых попытках платформа не будет выглядеть как с завода, а даже наоборот, но со временем, набравшись опыта, появится возможность даже посоревноваться с роботами.
Приветствую, друзья!
Мы уже рассказывали, как устроены некоторые «кирпичики», из которых сделаны компьютеры и периферийные устройства.
Любители копать поглубже читали здесь, как работают транзисторы и диоды.
Сейчас мы посмотрим, какие еще штуковины производители запихивают в электронную технику.
Для начала отметим — технический прогресс заключается и в уменьшении размеров электронных компонентов.
Обычные элементы и SMD компоненты
Помните, мы с вами ремонтировали компьютера и меняли конденсаторы и полевые транзисторы? Это достаточно крупные элементы, на которых можно невооружённым взглядом прочесть маркировку.
Конденсаторы в низковольтном стабилизаторе напряжения ядра процессора на материнской плате нельзя сделать очень маленькими. Для должной фильтрации пульсаций они должны обладать емкостью в несколько сотен микрофарад. Такую емкость не втиснешь в маленький объем.
Полевые транзисторы в этом стабилизаторе тоже нельзя сделать очень маленькими. Через них протекают токи в десятки ампер.
Используются полевые транзисторы с очень небольшим сопротивлением открытого канала — десятые и сотые доли Ома. Но при таких токах они могут рассеивать мощность в половину Ватта и больше. Протекание тока по открытому каналу вызывает нагрев транзистора.
Тепло при этом излучается в окружающее пространство через площадь корпуса транзистора. Если корпус будет очень маленьким, транзистор не сможет рассеять тепло и сгорит. Кстати, обратите внимание: полевые транзисторы припаяны корпусом к площадкам печатной платы. Медные площадки хорошо проводят тепло, поэтому теплоотвод получается более эффективным.
Но есть на той же материнской плате компоненты, по которым не протекают большие токи, и они не рассеивает большой мощности. Поэтому их можно сделать очень небольшими.
Если мы заглянем внутрь компьютерного блока питания, то увидим там очень небольшие по размерам конденсаторы и резисторы.
Они используют в цепях управления и обратной связи.
Такие элементы выглядят как цилиндрик или кирпичик с тонкими проволочными выводами.
Монтаж этих компонентов ведется традиционным способом: через отверстия в плате элемент припаивается выводами к контактным площадкам платы. Это технология была освоена десятки лет назад.
Ее недостаток в том, что в плате нужно сверлить десятки или сотни отверстий .
Это не самая простая технологическая операция. Чтобы избавиться от сверления (или уменьшить число отверстий) и уменьшить размеры готовых изделий, и придумали SMD компоненты.
Материнские платы компьютеров содержат как обычные элементы с проволочными выводами, так и SMD компонентов. Последних – больше.
Как выглядят SMD компоненты?
SMD (Surface Mounted Device) — это компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа.
SMD резисторы и конденсаторы выглядят как кирпичики.
Без проволочных выводов!
По краям и торцам кирпичика нанесен слой припоя.
Этими местами эти элементы припаивается к контактным площадкам.
Монтаж электронных плат ведется, естественно, автоматизированными системами.
SMD элементы сначала приклеивают, а затем припаивают.
Последние несколько лет используются, согласно директиве , бессвинцовые припои. Это вызвано заботой об окружающей среде.
Интересно отметить, что надежность пайки бессвинцового припоя ниже, чем припоев, содержащих свинец. Поэтому директива RoHS не распространяется, в частности, на военные изделия и активные имплантируемые медицинские устройства.
SMD диоды и стабилитроны выглядят как кирпичики с очень короткими выводами (0,5 мм и меньше), либо как цилиндрики с металлизированными торцами.
SMD транзисторы бывают в корпусах различных размеров и конфигураций.
Широко распространены, например, корпуса SOT23 и DPAK. Выводы могут располагаться с одной или двух сторон корпуса.
Микросхемы для поверхностного монтажа можно условно разделить на два больших класса.
У первого выводы располагаются по сторонам корпуса параллельно поверхности платы.
Такие корпуса называются планарными.
Выводы могут быть с двух длинных или со всех четырех сторон.
У микросхем другого класса выводы делаются в виде полушаров снизу корпуса.
Как правило, в таких корпусах делают большие микросхемы (чипсет) на материнских платах компьютеров или видеокартах.
Интересно отметить, что на традиционные элементы вначале наносилась цифровая маркировка.
На резисторах, например, наносили тип, номинальное значение сопротивления и отклонение. Затем стали использовать маркировку в виде цветных колец или точек. Это позволяло маркировать самые мелкие элементы.
В SMD элементах используются буквенно-цифровая (там, где позволяет типоразмер) и цветовая маркировка.
Что дает применение SMD компонентов?
При использовании SMD компонентов не нужно сверлить отверстия в платах, формировать и обрезать выводы перед монтажом. Сокращается число технологических операций, уменьшается стоимость изделий.
SMD компоненты меньше обычных, поэтому плата с такими элементами и устройство в целом будут более компактными.
Мобильный телефон без SMD элементов не был бы в полном смысле мобильным.
SMD компоненты можно монтировать с обеих сторон платы, что еще больше увеличивает плотность монтажа.
Есть, конечно, и минусы. Для монтажа SMD компонентов нужно специальное оборудование и технологии. С другой стороны, монтаж электронных плат давно осуществляется автоматизированными комплексами. Чего только не придумает человек!
При ремонтных работах во многих случаях можно монтировать и демонтировать SMD компоненты.
Однако и здесь не обойтись без вспомогательного оборудования. Припаять микросхему в BGA корпусе без паяльной станции невозможно! Да и планарную микросхему с сотней выводов утомительно паять вручную. Разве только из любви к процессу…
В заключение отметим, что предохранитель тоже могут иметь SMD исполнение.
Такие штуки используют на материнских платах для защиты USB или PS/2 портов.
Пользуясь случаем, напомним, что устройства с PS/2 разъемами (мыши и клавиатуры) нельзя переключать «на ходу» (в отличие от USB).
Но если случилась такая неприятность, что PS/2 устройство перестало работать после «горячей» коммутации, не спешите хвататься за голову.
Проверьте сначала SMD предохранитель вблизи соответствующего порта.
С вами был Виктор Геронда.
До встречи на блоге!
- Введение
- Корпуса SMD компонентов
- Типоразмеры SMD компонентов
- SMD резисторы
- SMD конденсаторы
- SMD катушки и дроссели
- SMD транзисторы
- Маркировка SMD компонентов
- Пайка SMD компонентов
Введение
Современному радиолюбителю сейчас доступны не только обычные компоненты с выводами, но и такие маленькие, темненькие, на которых не понять что написано, детали. Они называются "SMD". По-русски это значит "компоненты поверхностного монтажа". Их главное преимущество в том, что они позволяют промышленности собирать платы с помощью роботов, которые с огромной скоростью расставляют SMD-компоненты по своим местам на печатных платах, а затем массово "запекают" и на выходе получают смонтированные печатные платы. На долю человека остаются те операции, которые робот не может выполнить. Пока не может.
Применение чип-компонентов в радиолюбительской практике тоже возможно, даже нужно, так как позволяет уменьшить вес, размер и стоимость готового изделия. Да ещё и сверлить практически не придётся.
Для тех, кто впервые столкнулся с SMD-компонентами естественным является смятение. Как разобраться в их многообразии: где резистор, а где конденсатор или транзистор, каких они бывают размеров, какие корпуса smd-деталей существуют? На все эти вопросы ты найдешь ответы ниже. Читай, пригодится!
Корпуса чип-компонентов
Достаточно условно все компоненты поверхностного монтажа можно разбить на группы по количеству выводов и размеру корпуса:
| выводы/размер | Очень-очень маленькие | Очень маленькие | Маленькие | Средние |
| 2 вывода | SOD962 (DSN0603-2) , WLCSP2*, SOD882 (DFN1106-2) , SOD882D (DFN1106D-2) , SOD523, SOD1608 (DFN1608D-2) | SOD323, SOD328 | SOD123F, SOD123W | SOD128 |
| 3 вывода | SOT883B (DFN1006B-3) , SOT883, SOT663, SOT416 | SOT323, SOT1061 (DFN2020-3) | SOT23 | SOT89, DPAK (TO-252) , D2PAK (TO-263) , D3PAK (TO-268) |
| 4-5 выводов | WLCSP4*, SOT1194, WLCSP5*, SOT665 | SOT353 | SOT143B, SOT753 | SOT223, POWER-SO8 |
| 6-8 выводов | SOT1202, SOT891, SOT886, SOT666, WLCSP6* | SOT363, SOT1220 (DFN2020MD-6) , SOT1118 (DFN2020-6) | SOT457, SOT505 | SOT873-1 (DFN3333-8), SOT96 |
| > 8 выводов | WLCSP9*, SOT1157 (DFN17-12-8) , SOT983 (DFN1714U-8) | WLCSP16*, SOT1178 (DFN2110-9) , WLCSP24* | SOT1176 (DFN2510A-10) , SOT1158 (DFN2512-12) , SOT1156 (DFN2521-12) | SOT552, SOT617 (DFN5050-32) , SOT510 |
Конечно, корпуса в таблице указаны далеко не все, так как реальная промышленность выпускает компоненты в новых корпусах быстрее, чем органы стандартизации поспевают за ними.
Корпуса SMD-компонентов могут быть как с выводами, так и без них. Если выводов нет, то на корпусе есть контактные площадки либо небольшие шарики припоя (BGA). Также в зависимости от фирмы-производителя детали могут могут различаться маркировкой и габаритами. Например, у конденсаторов может различаться высота.
Большинство корпусов SMD-компонентов предназначены для монтажа с помощью специального оборудования, которое радиолюбители не имеют и врядли когда-нибудь будет иметь. Связано это с технологией пайки таких компонентов. Конечно, при определённом упорстве и фанатизме можно и в домашних условиях паять .
Типы корпусов SMD по названиям
| Название | Расшифровка | кол-во выводов |
| SOT | small outline transistor | 3 |
| SOD | small outline diode | 2 |
| SOIC | small outline integrated circuit | >4, в две линии по бокам |
| TSOP | thin outline package (тонкий SOIC) | >4, в две линии по бокам |
| SSOP | усаженый SOIC | >4, в две линии по бокам |
| TSSOP | тонкий усаженный SOIC | >4, в две линии по бокам |
| QSOP | SOIC четвертного размера | >4, в две линии по бокам |
| VSOP | QSOP ещё меньшего размера | >4, в две линии по бокам |
| PLCC | ИС в пластиковом корпусе с выводами, загнутыми под корпус с виде буквы J | >4, в четыре линии по бокам |
| CLCC | ИС в керамическом корпусе с выводами, загнутыми под корпус с виде буквы J | >4, в четыре линии по бокам |
| QFP | квадратный плоский корпус | >4, в четыре линии по бокам |
| LQFP | низкопрофильный QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| PQFP | пластиковый QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| CQFP | керамический QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| TQFP | тоньше QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| PQFN | силовой QFP без выводов с площадкой под радиатор | >4, в четыре линии по бокам |
| BGA | Ball grid array. Массив шариков вместо выводов | массив выводов |
| LFBGA | низкопрофильный FBGA | массив выводов |
| CGA | корпус с входными и выходными выводами из тугоплавкого припоя | массив выводов |
| CCGA | СGA в керамическом корпусе | массив выводов |
| μBGA | микро BGA | массив выводов |
| FCBGA | Flip-chip ball grid array. М ассив шариков на подложке, к которой припаян кристалл с теплоотводом | массив выводов |
| LLP | безвыводной корпус |
Из всего этого зоопарка чип-компонентов для применения в любительских целях могут сгодиться: чип-резисторы, чип-конденсаторы, чип-индуктивности, чип-диоды и транзисторы, светодиоды, стабилитроны, некоторые микросхемы в SOIC корпусах. Конденсаторы обычно выглядят как простые параллелипипеды или маленькие бочонки. Бочонки -- это электролитические, а параллелипипеды скорей всего будут танталовыми или керамическими конденсаторами.
Типоразмеры SMD-компонентов
Чип-компоненты одного номинала могут иметь разные габариты. Габариты SMD-компонента определяются по его "типоразмеру". Например, чип-резисторы имеют типоразмеры от "0201" до "2512". Этими четырьмя цифрами закодированы ширина и длина чип-резистора в дюймах. Ниже в таблицах можно посмотреть типоразмеры в миллиметрах.
smd резисторы
| Прямоугольные чип-резисторы и керамические конденсаторы | |||||
| Типоразмер | L, мм (дюйм) | W, мм (дюйм) | H, мм (дюйм) | A, мм | Вт |
| 0201 | 0.6 (0.02) | 0.3 (0.01) | 0.23 (0.01) | 0.13 | 1/20 |
| 0402 | 1.0 (0.04) | 0.5 (0.01) | 0.35 (0.014) | 0.25 | 1/16 |
| 0603 | 1.6 (0.06) | 0.8 (0.03) | 0.45 (0.018) | 0.3 | 1/10 |
| 0805 | 2.0 (0.08) | 1.2 (0.05) | 0.4 (0.018) | 0.4 | 1/8 |
| 1206 | 3.2 (0.12) | 1.6 (0.06) | 0.5 (0.022) | 0.5 | 1/4 |
| 1210 | 5.0 (0.12) | 2.5 (0.10) | 0.55 (0.022) | 0.5 | 1/2 |
| 1218 | 5.0 (0.12) | 2.5 (0.18) | 0.55 (0.022) | 0.5 | 1 |
| 2010 | 5.0 (0.20) | 2.5 (0.10) | 0.55 (0.024) | 0.5 | 3/4 |
| 2512 | 6.35 (0.25) | 3.2 (0.12) | 0.55 (0.024) | 0.5 | 1 |
| Цилиндрические чип-резисторы и диоды | |||||
| Типоразмер | Ø, мм (дюйм) | L, мм (дюйм) | Вт | ||
| 0102 | 1.1 (0.01) | 2.2 (0.02) | 1/4 | ||
| 0204 | 1.4 (0.02) | 3.6 (0.04) | 1/2 | ||
| 0207 | 2.2 (0.02) | 5.8 (0.07) | 1 | ||
smd конденсаторы
Керамические чип-конденсаторы совпадают по типоразмеру с чип-резисторами, а вот танталовые чип-конденсаторы имеют своют систему типоразмеров:
| Танталовые конденсаторы | |||||
| Типоразмер | L, мм (дюйм) | W, мм (дюйм) | T, мм (дюйм) | B, мм | A, мм |
| A | 3.2 (0.126) | 1.6 (0.063) | 1.6 (0.063) | 1.2 | 0.8 |
| B | 3.5 (0.138) | 2.8 (0.110) | 1.9 (0.075) | 2.2 | 0.8 |
| C | 6.0 (0.236) | 3.2 (0.126) | 2.5 (0.098) | 2.2 | 1.3 |
| D | 7.3 (0.287) | 4.3 (0.170) | 2.8 (0.110) | 2.4 | 1.3 |
| E | 7.3 (0.287) | 4.3 (0.170) | 4.0 (0.158) | 2.4 | 1.2 |
smd катушки индуктивности и дроссели
Индуктивности встречаются во множестве видов корпусов, но корпуса подчиняются все тому же закону типоразмеров. Это облегачает автоматический монтаж. Да и нам, радиолюбителям, позволяет легче ориентироваться.
Всякие катушки, дроссели и трансформаторы называются "моточные изделия". Обычно мы их мотаем сами, но иногда можно и прикупить готовые изделия. Тем более, если требуются SMD варианты, которые выпускаются со множестом бонусов: магнитное экранирование корпуса, компактность, закрытый или открытый корпус, высокая добротность, электромагнитное экранирование, широкий диапазон рабочих температур.
Подбирать требующуюся катушку лучше по каталогам и требуемому типоразмеру. Типоразмеры, как и для чип-резисторов задаются спомощью кода из четырех чисел (0805). При этом "08" обозначает длину, а "05" ширину в дюймах. Реальный размер такого SMD-компонента будет 0.08х0.05 дюйма.
smd диоды и стабилитроны
Диоды могут быть как в цилиндрических корпусах, так и в корпусах в виде небольших параллелипипедов. Цилиндрические корпуса диодов чаще всего предсавтлены корпусами MiniMELF (SOD80 / DO213AA / LL34) или MELF (DO213AB / LL41). Типоразмеры у них задаются также как у катушек, резисторов, конденсаторов.
| Диоды, стабилитроны, конденсаторы, резисторы | |||||
| Тип корпуса | L* (мм) | D* (мм) | F* (мм) | S* (мм) | Примечание |
| DO-213AA (SOD80) | 3.5 | 1.65 | 048 | 0.03 | JEDEC |
| DO-213AB (MELF) | 5.0 | 2.52 | 0.48 | 0.03 | JEDEC |
| DO-213AC | 3.45 | 1.4 | 0.42 | - | JEDEC |
| ERD03LL | 1.6 | 1.0 | 0.2 | 0.05 | PANASONIC |
| ER021L | 2.0 | 1.25 | 0.3 | 0.07 | PANASONIC |
| ERSM | 5.9 | 2.2 | 0.6 | 0.15 | PANASONIC, ГОСТ Р1-11 |
| MELF | 5.0 | 2.5 | 0.5 | 0.1 | CENTS |
| SOD80 (miniMELF) | 3.5 | 1.6 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
| SOD80C | 3.6 | 1.52 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
| SOD87 | 3.5 | 2.05 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
smd транзисторы
Транзисторы для поверхностного монтажа могут быть также малой, средней и большой мощности. Они также имеют соответствующие корпуса. Корпуса транзисторов можно условно разбить на две группы: SOT, DPAK.
Хочу обратить внимание, что в таких корпусах могут быть также сборки из нескольких компонентов, а не только транзисторы. Например, диодные сборки.
Маркировка SMD-компонентов
Мне иногда кажется, что маркировка современных электронных компонентов превратилась в целую науку, подобную истории или археологии, так как, чтобы разобраться какой компонент установлен на плату иногда приходитсяпровести целый анализ окружающих его элементов. В этом плане советские выводные компоненты, на которых текстом писался номинал и модель были просто мечтой для любителя, так как не надо было ворошить груды справочников, чтобы разобраться, что это за детали.
Причина кроется в автоматизации процесса сборки. SMD компоненты устанавливаются роботами, в которых установлены сециальные бабины (подобные некогда бабинам с магнитными лентами), в которых расположены чип-компоненты. Роботу все равно, что там в бабине и есть ли у деталей маркировка. Маркировка нужна человеку.
Пайка чип-компонентов
В домашних условиях чип-компоненты можно паять только до определённых размеров, более-менее комфортным для ручного монтажа считается типоразмер 0805. Более миниатюрные компоненты паяются уже с помощью печки. При этом для качественной пропайки в домашних условиях следует соблюдать целый комплекс мер.
Хорошая пайка хотя и не так важна, как правильно размещение радиоэлементов, но она тоже играет немалую роль. Поэтому мы рассмотрим SMD монтаж - что для него нужно и как его следует проводить в домашних условиях.
Запасаемся необходимым и проводим подготовку
Для качественной работы нам нужно иметь:
- Припой.
- Пинцет или плоскогубцы.
- Паяльник.
- Небольшую губку.
- Бокорезы.
Для начала необходимо включить паяльник в розетку. Затем смочите водой губку. Когда паяльник нагреется до такой степени, чтобы он мог плавить припой, то необходимо покрыть им (припоем) жало. Затем протрите его влажной губкой. При этом следует избегать слишком длительного контакта, поскольку он чреват переохлаждением. Для удаления остатков старого припоя можно протирать жало об губку (а также чтобы поддерживать его в чистоте). Подготовка проводится и по отношению к радиодетали. Делается все с помощью пинцета или плоскогубцев. Для этого необходимо согнуть выводы радиодетали так, чтобы они без проблем могли войти в отверстия платы. Теперь давайте поговорим о том, как проводится монтаж SMD компонентов.
Начало работы с деталями
Первоначально необходимо компоненты вставить в отверстия на плате, которые предназначаются для них. При этом внимательно следите за тем, чтобы была соблюдена полярность. Особенно это важно для таких элементов, как электролитические конденсаторы и диоды. Затем следует немного развести выводы, чтобы деталь не выпадала из установленного места (но не перестарайтесь). Непосредственно перед тем как начинать пайку, не забудьте протереть жало губкой ещё раз. Теперь давайте рассмотрим, как происходит монтаж SMD в домашних условиях на этапе паяния.
Закрепление деталей
Необходимо расположить жало паяльника между платой и выводом, чтобы разогреть место, где будет проводиться пайка. Чтобы не вывести деталь из строя, это время не должно превышать 1-2 секунды. Затем можно подносить припой к месту пайки. Учитывайте, что на этом этапе на человека может брызнуть флюс, поэтому будьте внимательны. После того момента, когда требуемое количество припоя успеет расплавиться, необходимо отвести проволоку от места, где паяется деталь. Для его равномерного распределения необходимо жало паяльника подержать на протяжении секунды. Потом, не сдвигая деталь, необходимо убрать прибор. Пройдёт несколько мгновений, и место пайки остынет. Всё это время необходимо следить за тем, чтобы деталь не меняла свое местоположение. Излишки можно отрезать, используя бокорезы. Но смотрите за тем, чтобы не было повреждено место пайки.
Проверка качества работы
Посмотрите на получившийся поверхностный монтаж SMD:
- В идеале должна быть соединена контактная площадь и вывод детали. При этом сама пайка должна обладать гладкой и блестящей поверхностью.
- В случае получения сферической формы или наличия связи с соседними контактными площадками необходимо разогреть припой и удалить его излишки. Учитывайте, что после работы с ним на жале паяльника всегда есть его определённое количество.
- При наличии матовой поверхности и царапин расплавьте припой ещё раз и, не сдвигая детали, дайте ему остыть. В случае необходимости можно добавить его ещё в небольшом количестве.
Для удаления остатков флюса с платы можно воспользоваться подходящим растворителем. Но эта операция не является обязательной, ведь его наличие не мешает и не сказывается на функционировании схемы. А теперь давайте уделим внимание теории пайки. Потом мы пройдёмся по особенностям каждого отдельного варианта.
Теория
Под пайкой понимают соединение определённых металлов с использованием других, более легкоплавких. В электронике для этого используют припой, в котором 40% свинца и 60% олова. Данный сплав становится жидким уже при 180 градусах. Современные припои выпускают как тонкие трубочки, которые уже заполнены специальной смолой, выполняющей функцию флюса. Нагретый припой может создавать внутреннее соединение, если выполнены такие условия:
- Необходимо, чтобы были зачищены поверхности деталей, которые будут паяться. Для этого важно удалить все пленки оксидов, которые образовываются со временем.
- Деталь должна в месте пайки нагреваться до температуры, которой достаточно, чтобы плавить припой. Определённые трудности здесь возникают, когда есть большая площадь с хорошей теплопроводностью. Ведь элементарно может не хватить мощности паяльника для нагрева места.
- Необходимо позаботиться о защите от действия кислорода. Эту задачу может выполнить колофоний, который образует защитную пленку.
Наиболее частые ошибки
Сейчас рассмотрим три самые частые ошибки, а также то, как их исправить:
- Места пайки касаются кончиком жала паяльника. При этом подводится слишком мало тепла. Необходимо жало прикладывать таким образом, чтобы между жалом и местом пайки создавалась наибольшая площадь контакта. Тогда SMD монтаж получится качественным.
- Используется слишком мало припоя и выдерживаются значительные временные промежутки. Когда начинается сам процесс, уже успевает испариться часть флюса. Припой не получает защитный слой, как результат - оксидная пленка. А как правильно совершать монтаж SMD в домашних условиях? Для этого профессионалы места пайки качаются одновременно и паяльником, и припоем.
- Слишком ранний отвод жала от места пайки. Нагревать следует интенсивно и быстро.
Можно взять конденсатор для SMD монтажа и набить на нём руку.
Пайка свободных проводов
Сейчас мы будем проходить практику. Допустим, у нас есть светодиод и резистор. К ним нужно припаять кабель. При этом не используются монтажные платы, штифты и иные вспомогательные элементы. Для выполнения поставленной цели нужно выполнить такие операции:
- Снимаем изоляцию с концов провода. Они должны быть чистыми, поскольку были защищены от влажности и кислорода.
- Скручиваем отдельные проводки жилы. Этим предотвращается их последующее разлохмачивание.
- Залуживаем концы проводов. Во время этого процесса необходимо разогретое жало подвести к проводу вместе с припоем (который должен равномерно распределиться по поверхности).
- Укорачиваем выводы резистора и светодиода. Потом необходимо их залудить (независимо от того, старые или новые детали используются).
- Удерживаем выводы параллельно и наносим небольшое количество припоя. Как только им будут равномерно заполнены промежутки, необходимо быстро отвести паяльник. Пока припой не затвердеет полностью, деталь трогать не нужно. Если это всё же произошло, то возникают микротрещины, которые негативно сказываются на механических и электрических свойствах соединения.
Пайка печатных плат
В данном случае необходимо прикладывать меньше усилий, нежели в предыдущем, поскольку здесь отверстия платы хорошо играют роль фиксатора для деталей. Но и здесь важен опыт. Часто результатом работы новичков является то, что схема начинает выглядеть как один большой и сплошной проводник. Но дело это несложное, поэтому после небольшой тренировки результат будет на достойном уровне.
Теперь давайте разберёмся, как происходит SMD монтаж в данном случае. Первоначально жало паяльника и припой одновременно подводят к месту пайки. Причем нагреваться должны и обрабатываемые выводы, и плата. Необходимо держать жало, пока припой равномерно не покроет всё место контакта. Затем его можно обвести по полукругу вокруг обрабатываемого места. При этом припой должен перемещаться во встречном направлении. Наблюдаем, чтобы он равномерно распределился на всей контактной площади. После этого убираем припой. И последний шаг - это быстрый отвод жала от места пайки. Ждём, пока припой приобретёт свою окончательную форму и застынет. Вот так в данном случае проводится монтаж SMD. при первых попытках будет выглядеть не ахти, а вот со временем можно научиться делать на таком уровне, что не отличишь и от заводского варианта.
