Поверхностный монтаж

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Выпаивание конденсатора типоразмера 0805
Конденсатор поверхностного монтажа на плате, макрофотография

Поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов.

Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (англ. surface mount technology) и SMD-технология (от англ. surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют «чип-компонентами». ТМП является наиболее распространённым на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным отличием ТМП от «традиционной» технологии — сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы. Преимущества ТМП проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приёмов изготовления печатных узлов[1].

Технология[править | править вики-текст]

Типовая последовательность операций в ТМП включает:

  • изготовление печатной платы;
  • нанесение паяльной пасты на контактные площадки платы:
    • дозирование пасты из специального шприца вручную или на станке в единичном и мелкосерийном производстве;
    • трафаретная печать в серийном и массовом производстве;
  • установка компонентов на плату;
  • групповая пайка методом оплавления пасты в печи (преимущественно методом конвекции, а также инфракрасным нагревом или нагревом в паровой фазе[2]);
  • очистка (мойка) платы (выполняется или нет в зависимости от активности флюса) и нанесение защитных покрытий.

В единичном производстве, при ремонте изделий и при монтаже компонентов, требующих особой точности, как правило, в мелкосерийном производстве также применяется индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.

Одним из важнейших технологических материалов, применяемых при поверхностном монтаже, является паяльная паста (также иногда называемая «припойной пастой»). Паяльная паста представляет собой смесь порошкообразного припоя с органическими наполнителями, включающими флюс. Назначение паяльной пасты[3]:

  • выполнение роли флюса (паста содержит флюс):
    • удаление оксидов с поверхности под пайку;
    • снижение поверхностного натяжения для лучшей смачиваемости поверхностей припоем;
    • улучшение растекания жидкого припоя;
    • защита поверхностей от действия окружающей среды;
  • обеспечения образования соединения между контактными площадками платы и электронными компонентами (паста содержит припой);
  • фиксирование компонентов на плате (за счёт клеящих свойств пасты).

Во время пайки важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы[4]:

Разработка термопрофиля (термопрофилирование) в настоящее время приобретает особую важность в связи с распространением бессвинцовой технологии. При бессвинцовой технологии «окно» процесса (разница между минимальной необходимой и максимально допустимой температурой термопрофиля) значительно у́же из-за повышенной температуры плавления припоя.

Электронные компоненты, используемые для поверхностного монтажа, называют SMD-компонентами или КМП (от компонент, монтируемый на поверхность).

История[править | править вики-текст]

Технология поверхностного монтажа начала своё развитие в 1960-х и получила широкое применение к концу 1980-х годов. Одним из первопроходцев в этой технологии была компания «IBM». Электронные компоненты были изменены таким образом, чтобы уменьшить контактные площадки или выводы, которые бы паялись непосредственно к поверхности печатной платы.

Сравнение «традиционных» и SMD электронных компонентов

Преимущества поверхностного монтажа[править | править вики-текст]

С точки зрения технологии, у поверхностного монтажа следующие достоинства перед сквозным:

  • отсутствие, либо очень малая длина выводов у компонентов, нет необходимости в их обрезке после монтажа;
  • меньшие габариты и масса компонентов;
  • отсутствие необходимости прогрева припоя внутри металлизированного отверстия;
  • нет необходимости в сверлении отверстий в плате для каждого компонента;
  • возможность использования для монтажа обоих сторон платы;
  • более простая и легко поддающаяся автоматизации процедура монтажа: нанесение паяльной пасты, установка компонента на плату и групповая пайка являются разнесёнными во времени технологическими операциями;
  • возможность использования печатных плат с металлическим основанием для рассеивания тепла от компонентов.

Из этих достоинств также вытекают:

  • высокая плотность монтажа, как за счёт меньших габаритов компонентов, так и за счёт меньшего количества отверстий в плате и меньшей площади контактных площадок;
  • улучшение массо-габаритных характеристик готового изделия;
  • улучшение электрических характеристик: за счёт отсутствия выводов и уменьшения длины дорожек снижаются паразитные ёмкости и индуктивности, уменьшается задержка в сигналах сверхвысокой частоты;
  • снижение себестоимости готовых изделий.

Недостатки[править | править вики-текст]

Недостатки поверхностного монтажа перед сквозным:

  • производство требует более сложного и дорогого оборудования;
  • при ручной сборке, например, единичных и малосерийных изделий, поверхностный монтаж требует более высокой квалификации и специальных инструментов;
  • высокие требования к качеству и условиям хранения технологических материалов;
  • при проектировании топологии печатных плат необходимо учитывать не только электрические, но и тепловые, а иногда и механические характеристики элементов. Это связано с высокой плотностью монтажа, а также с тем фактом, что компоненты и печатная плата часто имеют непосредственный тепловой контакт, и при этом различные коэффициенты теплового расширения, что может привести к появлению перенапряжений, короблению и отрыву элементов;
  • при групповой пайке требуется обеспечивать очень точное соблюдение температуры и времени нагрева, во избежание перегрева компонентов, либо появления непропаянных участков. Качество групповой пайки еще и зависит от топологии печатной платы, что также нужно учитывать при её проектировании.

Размеры и типы корпусов[править | править вики-текст]

SMD-конденсаторы (слева) по сравнению с двумя выводными конденсаторами (справа)

Электронные компоненты для поверхностного монтажа (SMD компоненты) выпускаются различных размеров и в разных типах корпусов:

  • двуконтактные:
    • прямоугольные пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы):
      • 0,4 × 0,2 мм (дюймовый типоразмер — 01005[5]);
      • 0,6 × 0,3 мм (0201);
      • 1,0 × 0,5 мм (0402);
      • 1,6 × 0,8 мм (0603);
      • 2,0 × 1,25 мм (0805);
      • 3,2 × 1,6 мм (1206);
      • 3,2 × 2,5 мм (1210);
      • 4,5 × 3,2 мм (1812);
      • 4,5 × 6,4 мм (1825);
      • 5,6 × 5,0 мм (2220);
      • 5,6 × 6,3 мм (2225);
    • цилиндрические пассивные компоненты (резисторы и диоды) в корпусе MELF (англ.)[6]:
      • Melf (MMB) 0207, L = 5.8 мм, Ø = 2.2 мм, 1.0 Вт, 500 В;
      • MiniMelf (MMA) 0204, L = 3.6 мм, Ø = 1.4 мм, 0.25 Вт, 200 В;
      • MicroMelf (MMU) 0102, L = 2.2 мм, Ø = 1.1 мм, 0.2 Вт, 100 В;
    • танталовые конденсаторы:
      • тип A (EIA 3216-18) — 3,2 × 1,6 × 1,6 мм;
      • тип B (EIA 3528-21) — 3,5 × 2,8 × 1,9 мм;
      • тип C (EIA 6032-28) — 6,0 × 3,2 × 2,2 мм;
      • тип D (EIA 7343-31) — 7,3 × 4,3 × 2,4 мм;
      • тип E (EIA 7343-43) — 7,3 × 4,3 × 4,1 мм;
    • диоды (англ. small outline diode, сокр. SOD):
      • SOD-323 — 1,7 × 1,25 × 0,95 мм;
      • SOD-123 — 3,68 × 1,17 × 1,60 мм;
  • трёхконтактные:
    • транзисторы с тремя короткими выводами (SOT):
      • SOT-23 — 3 × 1,75 × 1,3 мм;
      • SOT-223 — 6,7 × 3,7 × 1,8 мм (без выводов);
    • DPAK (TO-252) — корпус (трёх- или пятиконтактные варианты), разработанный компанией Motorola для полупроводниковых устройств с большим выделением тепла;
    • D2PAK (TO-263) — корпус (трёх-, пяти-, шести-, семи- или восьмивыводные варианты), аналогичный DPAK, но больший по размеру (как правило габариты корпуса ответствуют габаритам TO220);
    • D3PAK (TO-268) — корпус, аналогичный D2PAK, но ещё больший по размеру;
  • с четырьмя выводами и более:
    • выводы в две линии по бокам:
      • ИС с выводами малой длины (англ. small-outline integrated circuit, сокращённо SOIC), расстояние между выводами 1,27 мм;
      • TSOP (англ. thin small-outline package) — тонкий SOIC (тоньше SOIC по высоте), расстояние между выводами 0,5 мм;
      • SSOP — усаженый SOIC, расстояние между выводами 0,65 мм;
      • TSSOP — тонкий усаженый SOIC, расстояние между выводами 0,65 мм;
      • QSOP — SOIC четвертного размера, расстояние между выводами 0,635 мм;
      • VSOP — QSOP ещё меньшего размера, расстояние между выводами 0,4; 0,5 или 0,65 мм;
    • выводы в четыре линии по бокам:
      • PLCC, CLCC — ИС в пластиковом или керамическом корпусе с выводами, загнутыми под корпус с виде буквы J на расстоянии 1,27 мм);
      • QFP (англ. quad flat package — квадратный плоский корпус) — квадратные плоские корпусы ИС разных размеров;
      • LQFP — низкопрофильный QFP (1,4 мм в высоту, разные размеры);
      • PQFP — пластиковый QFP, 44 или более вывода;
      • CQFP — керамический QFP, сходный с PQFP;
      • TQFP — тоньше QFP;
      • PQFN — силовой QFP, нет выводов, площадка для радиатора;
    • массив выводов:
      • BGA (англ. ball grid array) — массив шариков с квадратным или прямоугольным расположением выводов, обычно на расстоянии 1,27 мм;
      • LFBGA — низкопрофильный FBGA, квадратный или прямоугольный, шарики припоя на расстоянии 0,8 мм;
      • CGA — корпус с входными и выходными выводами из тугоплавкого припоя;
      • CCGA — керамический CGA;
      • μBGA (микро-BGA) — массив шариков с расстоянием между шариками менее 1 мм;
      • FCBGA (англ. flip-chip ball grid array) — массив шариков на подложке, к которой припаян сам кристалл с теплораспределителем, в отличие от PBGA (массив шариков, микросхема в пластиковом корпусе) с кристаллом внутри пластмассового корпуса микросхемы;
      • LLP — безвыводный корпус.

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]