Поверхностный монтаж SMD компонентов

Поверхностный монтаж

Поверхностный монтаж печатной платы

Поверхностный монтаж — это технология, с помощью которой устанавливаются электронные компоненты на поверхность печатной платы. Размещенные таким образом электронные компоненты называются устройствами поверхностного монтажа (SMD).
Технологический процесс поверхностного монтажа был разработан для минимизации производственных затрат при эффективном использовании пространства печатной платы.

Поверхностный монтаж электронных компонентов

Внедрение технологии поверхностного монтажа дало возможность выполнять работы по проектированию печатных плат для очень сложных электронных схем с небольшими сборками. Существуют различные преимущества и недостатки метода поверхностного монтажа, которые мы обсудим в этой статье.

В этой статье мы рассмотрим следующие темы:

  • Как появилась методика поверхностного монтажа
  • Основные различия между технологией сквозного отверстия и способа поверхностного монтажа (SMT)
  • Преимущества поверхностного монтажа
  • Недостатки поверхностного монтажа
  • Когда использовать технологию поверхностного монтажа?
  • Комплекты для устройств поверхностного монтажа (SMD)
  • Размеры SMD в дюймах или метрической системе

Как появился поверхностный монтаж

Технология поверхностного монтажа была разработана в 1960-х годах и широко использовалась в 1980-х. К 90-м годам она уже применялась в большинстве сборок печатных плат высокого класса. Обычные электронные компоненты были усовершенствованы, и теперь в них были добавлены металлические выступы или торцевые крышки, которые можно было прикрепить непосредственно к поверхности платы.

Это заменило типичные проволочные выводы, которые необходимо было пропустить через просверленные отверстия. SMT привел к созданию компонентов гораздо меньшего размера и позволил размещать их с обеих сторон платы чаще, чем при установке в сквозное отверстие. Поверхностный монтаж обеспечивает более высокую степень автоматизации, сводя к минимуму затраты на рабочую силу и увеличивая темпы производства, что приводит к усовершенствованному проектированию и разработке печатных плат.

Ниже приведены основные характеристики технологий поверхностного монтажа и сквозных отверстий:

Поверхностный монтаж(SMT) печатных плат

SMT позволяет устанавливать электронные компоненты на поверхность печатной платы без сверления. Эти приборы имеют меньшие размеры, чем элементы для установки в сквозные отверстия. Поскольку устройства для поверхностного монтажа не требуют большого количества просверленных отверстий, они более компактны и отлично подходят для компоновки высокой плотности.

Поверхностный монтаж-1
SMD и обычный резистор для установки через отверстия

Технология сквозного отверстия

Технология сквозных отверстий уже много лет используется почти для всех печатных плат. Такой монтаж включает вставку выводов электронного компонента в отверстия, просверленные на печатной плате, и их припайку к контактным площадкам, расположенным на другой стороне печатной платы.

Поскольку монтаж в сквозном отверстии обеспечивает прочное механическое соединение, он отличается высокой надежностью. Однако сверление печатных плат во время производства имеет тенденцию увеличивать производственные затраты. Кроме того, технология сквозных отверстий ограничивает область маршрутизации для трассировок сигналов ниже верхнего слоя на многослойных платах.

Поверхностный монтаж-2
Конденсаторы SMD и под сквозные отверстия

Основные различия относительно технологией сквозного отверстия и поверхностного монтажа (SMT)

Между методами поверхностного и сквозного монтажа есть несколько различий. Вот несколько ключевых различий между ними:

  • SMT экономит пространство на плате, в отличии с производственным процессом монтажа в сквозные отверстия.
  • Детали предназначенные для отверстий требуют более высоких производственных затрат, чем компоненты SMT.
  • Компоненты SMT не имеют проволочных выводов и монтируются непосредственно на печатной плате. Для обычных деталей требуются подводящие провода, которые вставляются в просверленные отверстия и припаиваются.
  • Для использования SMT необходимы хорошие навыки проектирования и производства по сравнению с технологией сквозного отверстия.
  • Приборы SMT могут иметь большее количество выводов по сравнению со обычными компонентами под отверстия.
  • В отличие от технологии сквозного отверстия, SMT обеспечивает автоматизацию сборки, которая подходит для больших объемов производства при меньших затратах по сравнению с производством сквозного отверстия.
  • Элементы SMT более компактны, что приводит к более высокой плотности компоновки по сравнению с монтажом в сквозное отверстие.
  • В то время как SMT приводит к снижению производственных затрат, капитальные вложения в оборудование выше, чем необходимо для технологии установки радиодеталей в отверстия.
  • Монтаж в сквозное отверстие лучше подходит для производства крупных и громоздких электронных элементов, которые подвергаются периодическим механическим нагрузкам, или даже деталей с высоким напряжением и большой мощностью.
  • SMT упрощает достижение более высоких скоростей схемы из-за ее меньшего размера и из-за того, что используется меньше отверстий, уменьшаются паразитная емкость и индуктивность.
Читайте также:  SMD компоненты и SMT монтаж

Какие преимущества дает поверхностный монтаж?

Общее количество преимуществ SMT указано ниже:

  • SMT позволяет проектировать печатную плату меньшего размера, предоставляя возможность размещать на плате больше компонентов ближе друг к другу. Это приводит к созданию легких и компактных конструкций.
  • При использовании SMT, процесс настройки производства становится быстрее, чем при использовании сквозной технологии. Это связано с тем, что для сборки не требуются сверление отверстий, что также снижает затраты.
  • SMT обеспечивает высокие скорости работы схемы, поскольку печатные платы, созданные с помощью метода SMT, наиболее компактны.
  • Компоненты могут быть размещены с обеих сторон печатной платы вместе с высокой плотностью компоновки с возможностью большего количества соединений на компонент.
  • Компактный корпус и более низкая индуктивность выводов в SMT означает, что электромагнитная совместимость (ЭМС) будет легко достижимой.
  • SMT обеспечивает низкое сопротивление и индуктивность в соединении, смягчая нежелательные эффекты радиочастотных сигналов, обеспечивая лучшие высокочастотные характеристики.

Преимущества SMT по конструкции:

  • Значительное снижение веса
  • Оптимальное использование места на плате
  • Значительное снижение электрического шума.

Преимущества SMT в промышленном производстве:

  • Сниженные затрат на платы.
  • Минимальные затраты на погрузочно-разгрузочные работы.
  • Контролируемый производственный процесс.

Какие недостатки имеет поверхностный монтаж:

Несмотря на то, что SMT имеет несколько преимуществ, поверхностный монтаж устройства также имеет определенные недостатки:

  • Когда компоненты подвергаются механической нагрузке, использование поверхностного монтажа в качестве единственного метода крепления к печатной плате ненадежно. Эти элементы включают в себя разъемы, используемые для взаимодействия с внешними устройствами, которые периодически снимаются и повторно подключаются.
  • Паяные соединения для SMD могут быть повреждены из-за термических циклов во время работы.
  • Вам нужны более квалифицированные или опытные операторы и дорогостоящие инструменты для ремонта и ручной сборки схем.
  • Большинство наборов компонентов SMT нельзя установить в гнезда, которые упрощают установку и замену вышедших из строя деталей.
  • Вы используете меньше припоя для паяных соединений в SMT, поэтому надежность паяных соединений становится проблемой. Здесь образование пустот может привести к ненадежности паяных соединений.
  • SMD обычно меньше, чем детали для установки в отверстия, оставляя меньшую площадь поверхности для маркировки идентификаторов деталей и значений элементов. Это затрудняет идентификацию установленных приборов во время прототипирования, ремонта или переделки.
Читайте также:  PWM контроллер SMD TL431

Когда нужно использовать поверхностный монтаж?

Большинство электронных компонентов, производимых в настоящее время, используют технологию поверхностного монтажа. Но SMT подходит не во всех случаях. Как правило, SMT следует применять, если:

  • Вам нужно разместить компоненты с большой плотностью.
  • Необходим компактное или небольшое устройство.
  • Ваш конечный продукт должен быть изящным и легким, несмотря на плотность компонентов.
  • В требовании указывается высокоскоростная или высокочастотная работа устройства.
  • Вам необходимо производить большие партии изделий с помощью автоматизированных технологий.
  • Ваш продукт должен издавать очень мало шума (если он вообще есть).

Комплекты для устройств поверхностного монтажа (SMD)

Комплекты SMD бывают самых разных форм и размеров, как указано ниже:

Часто используемые пассивные дискретные компоненты

Эти компоненты в основном представляют собой резисторы и конденсаторы и являются частью большинства электронных устройств, доступных сегодня.

Ниже приведены сведения SMD-корпусов конденсаторов и резисторов.

Транзисторы

Распространенные типы корпусов для транзисторов следующие:

  • SOT-23 (малогабаритный транзистор) с размерами 3 x 1,75 x 1,3 мм
  • SOT-223 (малогабаритный транзистор) с размерами 6,7 x 3,7 x 1,8 мм

Поверхностный монтаж-3
Транзистор SMD СОТ-23

Комплекты интегральных схем (ИС)

Комплекты интегральных схем представлены в широком диапазоне, как показано ниже:

  • Малогабаритная интегральная схема (SOIC)
  • Уменьшенный малогабаритный корпус (SOP)
  • TSOP (малогабаритный корпус) тоньше, чем SOIC
  • Квадратный плоский корпус (QFP)

Квадратный плоский корпус микросхемы
Квадратный плоский корпус микросхемы

Шариковый массив из припоя (BGA)

В корпусах BGA вместо контактов на нижней стороне микросхемы расположены шарики припоя. Расстояние между ними обычно составляет 1,27, 0,8, 0,5, 0,4 и 0,35 мм.

Микросхема с шариковым массивом
Микросхема с шариковым массивом

Пластиковый держатель для чипов с выводами

Пластиковый корпус с размещенными по периметру контактами. Он может быть квадратным или прямоугольным.

Размеры SMD в дюймах или метрической системе

Стандарты компонентов для поверхностного монтажа определены Объединенным советом по разработке электронных устройств (JEDEC) и Ассоциацией твердотельных технологий (JEDEC.org). JEDEC — это независимая торговая организация по стандартизации в области полупроводниковой техники, штаб-квартира которой находится в Арлингтоне, Вирджиния, США.

Вы можете измерять размер SMD в дюймах по британской измерительной системе и миллиметрах в метрической системе. Для компонентов с британской системой, размер 0201 составляют 0,02 x 0,01 дюйма. Для измерения в метрической системе, размер 0201 равен, 0,2 x 0,1 мм.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Фирменные усилители мощности