SMD компоненты - путь к миниатюризации

В настоящее время увеличиваются тенденции к миниатюризации и усложнению практически всей радиоаппаратуры. Для уменьшения габаритных размеров техники применяются различные микросхемы специализированного назначения. Реже применяют микросхемы универсального назначения (они имеют худшие, по сравнению со специализируемыми, параметры). Широко применяются также однокристальные микропроцессоры. Все сказанное выше не исключает применения в конструкциях и дополнительных "навесных" элементов. Если, например, в схеме цифрового фотоаппарата или мобильного телефона применить в качестве дополнительных навесных элементов детали в "классических" корпусах - то это приведет к значительному (в несколько раз!) увеличению габаритов аппарата. Вот специально для таких случаев и были разработаны бескорпусные компоненты для поверхностного монтажа (SMD компоненты).

В настоящее время промышленностью выпускаются транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды и даже катушки в миниатюрном исполнении. Применение таких элементов позволяет значительно (в несколько раз) уменьшить габариты и вес конструкции, по сравнению к собранной на корпусных элементах... Согласно стандартам SMD компоненты выпускаются в нескольких типоразмерах. Для нашей цели более пригодны элементы типа 1206. Стандартный элемент (резистор или конденсатор) в таком исполнении имеет наружные размеры (в плане) 3,2 на 1,6 миллиметра, толщина может доходить до 3 миллиметров. При таких размерах еще возможна ручная сборка конструкции. Применение в любительской практике элементов меньших типоразмеров может представлять определенные трудности из-за чрезмерно малых размеров (такие компоненты паяются на автоматических линиях). Само собой разумеется, для проведения монтажа SMD компонентов требуется соответствующее оборудование - линза с подсветкой, миниатюрные инструменты и паяльник, ну и конечно - "орлиный" глаз и ювелирные руки. Взвесьте тщательно свои способности! Если вы сомневаетесь в своих возможностях - лучше не стоит начинать работу с бескорпусными деталями!

Несколько рисунков исполнения бескорпусных компонентов:

Резисторы

керамические конденсаторы

Транзисторы

Маркировка бескорпусных компонентов практичеки у каждой фирмы-производителя своя! На конденсаторах зачастую вообще нет никакой маркировки, а если она и есть - то какая-то "абракадабра". Все это обусловлено очень маленькими размерами, поэтому если вы планируете заниматься изготовлением конструкций из бескорпусных элементов, обязятельно после покупки храните каждый номинал отдельно и в подписанном пакетике!!!

Практический пример использования SMD компонентов показан ниже:

На рисунке показана плата трехкаскадного усилителя (масштаб - произвольный). За основу взят расчитанный каскад с эмиттерной стабилизацией , рассмотренный нами на одной из страничек. Как видно на рисунке, размеры платы, благодаря использованию миниатюрных деталей, удалось уменьшить до 13*39 миллиметров. Если несколько доработать плату - размер можно еще уменьшить...

Фотография готовой платки (для сравнения размеров - рядом обыкновенная спичка). Как видно - размеры платы (особенно мультивибратор) можно еще уменьшить, но я не вижу в этом смысла...

Внешний и внутренний вид конструкции:

К винтикам подключаем провод шлейфа, а вместо антенны использован кусок провода МГТФ длиной около 2 метров. Внешние размеры корпуса 60*38*15 миллиметров. Вверху слева виден выключатель питания...

Дальнейшим усовершенствованием данного девайса можно считать применение PIR датчика (вместо шлейфа) и солнечной батареи для зарядки аккумулятора. Солнечную батарею можно использовать от фонарика (найдется все на том-же сайте!). Эти изменения позволят свести к минимуму затраты на обслуживание такой охранной системы.

Приобрести SMD компоненты можно через интернет-магазины Чип-Дип (Москва) или Мегачип (Питер) .

Рекомендуемая литература

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:

1. Припой.
2. Пинцет или плоскогубцы.
3. Паяльник.
4. Небольшую губку.
5. 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:

1. В идеале должна быть соединена контактная площадь и вывод детали. При этом сама пайка должна обладать гладкой и блестящей поверхностью.
2. 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.
3. 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:

1. Необходимо, чтобы были зачищены поверхности деталей, которые будут паяться. Для этого важно удалить все пленки оксидов, которые образовываются со временем.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. Снимаем изоляцию с концов провода. Они должны быть чистыми, поскольку были защищены от влажности и кислорода.
2. Скручиваем отдельные проводки жилы. Этим предотвращается их последующее разлохмачивание.
3. Залуживаем концы проводов. Во время этого процесса необходимо разогретое жало подвести к проводу вместе с припоем (который должен равномерно распределиться по поверхности).
4. Укорачиваем выводы резистора и светодиода. Потом необходимо их залудить (независимо от того, старые или новые детали используются).
5. 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.

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!

Сегодня мы поговорим о SMD компонентах , которые появились благодаря прогрессу в области радиоэлектронике и немного затронем такой радиоэлемент, как .

Surface Mounted Device или SMD переводится так – устройства поверхностного монтажа, т.е. вид радиокомпонентов, которые впаиваются со стороны дорожек и контактных площадок сразу на плату.

В современной электронике сложно найти схему, в которой бы не применялись smd компоненты . По параметрам большинство smd деталей ничем не отличаются от обычных, кроме размера и веса. Благодаря своей компактности появилась возможность создавать сложные электронные устройства малых размеров, ну например сотовый телефон.

Удобство такого транзистора заключается не только в его размере, но и то, что в большинстве случаев цоколёвка таких элементов одинакова.

Ниже показана конструкция этих планарных транзисторов

Как и у обычных, у планарных транзисторов так же имеется множество видов: полевые, составные (дарлингтон), IGBT (биполярные, с изолированным затвором), биполярные.

Особенности, преимущества и недостатки использования SMD компонентов в современных компьютерах, ноутбуках, смартфонах.

SMD компоненты (чип-компоненты) - это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату (материнскую плату компьютера, ноутбука, планшета, смартфона, жёсткого диска и др.) с использованием технологии монтирования на поверхность - SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device).

Для данного вида монтажа характерно то, что в отличие от более старой технологии сквозного монтажа (когда под электронный компонент: транзистор, резистор, конденсатор сверлится отверстие в текстолите), компоненты SMD располагаются намного компактнее на печатной плате. Сами компоненты при этом значительно меньше.

Если обратить внимание на современную материнскую плату ноутбука, то можно увидеть, что именно SMD компоненты составляют основную массу деталей на плате - их много и расположены они очень кучно (маленькие разноцветные квадратики и прямоугольники серого, чёрного цветов), причём с обеих сторон текстолита.

Материнская плата планшета или смартфона выполнена исключительно с использованием технологии SMT (поверхностного монтажа) и SMD элементов, так как для сквозного монтажа не имеется места и необходимости.

В материнских платах стационарных компьютеров чаще других используются обе технологии монтажа. Контакты компонентов (электролитических конденсаторов в данном случае) всовываются в специальные отверстия в материнской плате и с обратной стороны припаиваются.

Преимущества SMD компонентов и поверхностного монтажа

• Более мелкие компоненты SMD по сравнению с элементами, используемыми в сквозном монтаже;
• Значительно более высокая плотность размещения на плате;
• Более высокая плотность дорожек (соединений) на текстолите;
• Компоненты могут располагаться с обеих сторон платы;
• Небольшие погрешности при SMT монтаже (пайке) исправляются автоматически поверхностным натяжением расплавленного олова (свинца);
• Лучшая устойчивость к механическим поломкам вследствие вибрации;
• Более низкое сопротивление и индуктивность;
• Нет необходимости сверлить отверстия и в том числе, как следствие, более низкая начальная стоимость производства (экономический эффект);
• Более приспособлены к автоматизированной сборке. Некоторые автоматические линии способны размещать более 136000 компонентов в час;
• Многие SMD компоненты стоят меньше аналогов под сквозной монтаж;
• Подходят для устройств с очень низким профилем (высотой). Печатная плата может может быть использована в корпусе толщиной всего несколько миллиметров

Недостатки

• Более высокие требования к производственной базе и оборудованию;
• Низкая ремонтопригодность и более высокие требования к специалистам по ремонту;
• Не подходят для монтажа разъёмов и коннекторов, особенно при использовании в случае с частыми отключениями-подключениями;
• Не подходят для использования в оборудовании высокой мощности и испытывающих высокие нагрузки