технология печатных плат и электронных компонентов Из Википедии, свободной энциклопедии
Запрос «SMD»перенаправляется сюда; об игровой консоли см. Sega Mega Drive.
Поверхностный монтаж (SMD монтаж) — это технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов.
Пайка конденсатора типоразмера 0805 с помощью паяльника-пинцетаКонденсатор поверхностного монтажа на плате, макрофотография
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 только со стороны токопроводящих дорожек и для этого не требуются отверстия. Сквозной монтаж и ТМП могут комбинированно использоваться на одной печатной плате. Преимущества ТМП проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приёмов изготовления печатных узлов[1].
Электронные компоненты, используемые для поверхностного монтажа, называют SMD-компонентами или КМП (от компонент, монтируемый на поверхность).
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 струёй нагретого воздуха или азота.
Во время пайки важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы[3]:
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.
Материалы
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[4]:
обеспечения образования соединения между контактными площадками платы и электронными компонентами (паста содержит припой);
фиксирование компонентов на плате (за счёт клеящих свойств пасты).
Различные электронные компоненты, большинство из них «традиционные» THT, несколько SMD
Технология поверхностного монтажа начала своё развитие в 1960-х годах, 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 паялись теперь непосредственно к поверхности печатной платы.
С развитием автоматизации, поверхностный монтаж (наряду со смешанным) стал доминировать (с 2000-х) в производстве электронной техники.
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;
нет необходимости прогрева припоя внутри металлизированного отверстия;
нет необходимости в сверлении отверстий в плате для каждого компонента;
можно использовать для монтажа обе стороны 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;
можно использовать печатные платы с металлическим основанием для рассеивания тепла от компонентов, а также электромагнитной экранизации.
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 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 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 ещё зависит и от топологии печатной платы, что также нужно учитывать при её проектировании.
SMD-конденсаторы (слева) по сравнению с двумя выводными конденсаторами (справа)Электролитические SMD-конденсаторыSMD-резисторы в оригинальной упаковке — эта упаковка позволяет использовать их в монтажном станке
Электронные компоненты для поверхностного монтажа (SMD компоненты) выпускаются различных размеров и в разных типах корпусов:
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 соответствуют 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 — усаженный SOIC, расстояние между выводами 0,65 мм;
TSSOP — тонкий усаженный 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);
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;
