Пассивные компоненты для поверхностного монтажа

Современная элементная база и тенденции ее развития. Понятие об элементах СВЧ и функциональной электроники.

Основу печатного модуля составляет коммутационная подложка, на которой устанавливаются компоненты и которая обеспечивает электрическое соединение между компонентами в соответствии со схемой электрической принципиальной. В общем случае подложка представляет собой диэлектрическое основание и рисунок в виде металлических пленочных проводников, называемых печатными проводниками. Отсюда самое распространенное название таких плат – печатные платы (ПП).

Рис. Плата РЭС пятого поколения

Практически вся схемотехника в современных РЭС (пятого поколения) представлена микросхемами (БИС, СБИС) и миниатюрными чип-компонентами. Аналоговая часть приборов также реализуется специализированными цифровыми ИМС либо размещается внутри МСБ. Отдельные ИЭТ используются чаще всего в мощных цепях источников питания или излучения электромагнитной энергии. В фильтрах дискретные элементы используются чаще всего только в таких случаях, когда имеет место серьезные ограничения по потребляемому РЭС питанию: за применение цифровых методов обработки сигнала приходится платить повышенным энергопотреблением.

Все эти обстоятельства позволяют достичь высокой микроминиатюризации РЭС пятого поколения. Произошло радикальное уменьшение габаритов аппаратуры, как на уровне блоков, так и на уровне конструкции высшей степени иерархии (стойка, стеллаж). Габариты РЭС пятого поколения определяются максимальными габаритами устанавливаемых крупных элементов (трансформаторы, конденсаторы, вентиляторы и др.), либо эргономическими соображениями (возможность комфортной работы с органами управления и считывания с индикаторов информации). Даже если наружные габариты блока РЭС пятого поколения по соображениям взаимозаменяемости с имеющейся аппаратурой заказчика остаются неизменными, внутренний объем блока РЭС за счет микроминиатюризации функциональных устройств, становится полупустым.

Конструктивно-технологические характеристики плат печатного монтажа (ППМ) во многом определяются устанавливаемой на них элементной базой. От состава элементной базы и ее размещения на ПП зависит содержание технологического процесса изготовления печатного модуля. В зависимости от сложности реализуемой электрической схемы и применяемой элементной базы выбирают конструктивное исполнение платы и технологию сборки печатного узла на ее основе, обеспечивающую максимальное сокращение длительности производственного цикла и себестоимости печатного узла. Поэтому установление методов сборки для электронных изделий имеет большое значение.

В настоящее время при сборке электронных модулей применяются две основных технологии монтажа электрорадиоэлементов (ИЭТ) на плату:

- технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, THT), также называемая иногда штырьковым монтажом;

- технология поверхностного монтажа (Surface mounted technology).

Такое положение дел обусловлено наличием двух основных разновидностей применяемых ИЭТ: со штырьковыми выводами и повехностно-монтируемыми (SMD - Surface mounted devices).

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

Пассивные компоненты для поверхностного монтажа изготавливаются в двух модификациях: в виде цилиндра (тип MELF – Metal Electrode Face bonding) и чипа (параллелепипеда). Внешний вид чип-резистора для поверхностного монтажа приведен на рис. 2. Его конструкция представляет собой прямоугольный параллелепипед с металлизированными боковыми поверхностями, которые играют роль внешних выводов и используются для пайки при сборке резистора на плату. Основу резистора составляет керамическая подложка, на ее поверхность наносится методами толстопленочной технологии резистивная пленка, которая и выполняет функции резистора.

Стандартное обозначение пассивных чип-компонентов состоит из 4 цифр, которые дают информацию о размере компонента (см. табл. 1): 0402 – длина компонента 4 миллидюйма, ширина 2 миллидюйма. Для большинства пассивных компонентов принята дюймовая система обозначения их корпусов.

Общемировое потребление дискретных пассивных компонентов, или чип-компонентов, достаточно быстро растет. Из этого количества наибольшие процентные доли приходятся на автомобильную электронику (30 %), средства связи (20 %) и производство компьютерной техники (10 %).

Основная тенденция – уменьшение размеров чип-компонентов, однако прогресс в этом направлении постепенно замедляется из-за увеличения стоимости компонента с уменьшением его размера, а также из-за потери коэффициента воспроизводимости многих сборочных систем при переходе, к примеру, от чипов 0603 к 0402 или от 0402 к 0201.

Рис.2 Безвыводной чип-резистор для поверхностного монтажа. Общий вид и габариты.

Обозначения и размеры пассивных чип-компонентов Таблица 1

Электрические характеристики резисторов Таблица 2

На рис. 3 приведена конструкция керамического чип-конденсатора для поверхностного монтажа. Он представляет собой структуру из чередующихся диэлектрических слоев керамики и металлических пленок, замыкающихся на боковые выводы-электроды. Внешне он мало отличается от чип-резистора, типоряд размеров у них полностью совпадает.

Рис. 3. Конструкция чип-конденсатора для поверхностного монтажа.

Такие керамические конденсаторы из-за их многослойной структуры восприимчивы к тепловому удару. Примерно в таком же виде изготавливаются и другие компоненты: индуктивности, танталовые конденсаторы, а также некоторые типы диодов.

Рис.1 SMD резисторы конденсаторы, индуктивности

Рис.2 SMD диоды и стабилитроны, а также конденсаторы и индуктивности увеличенных номиналов и мощностей

Рис.3 SMD диоды, стабилитроны, конденсаторы больших номиналов и мощностей.

Рис. 4 Транзисторы поверхностного монтажа

Типоразмеры корпусов SMD транзисторов Табл №

Тип корпуса	Фирма, страна	Размеры согласно рис.4.
А, мм	В, мм	С, мм	D, мм
SOT-23	Motorola	1,2-1,39	2,8-3,04	0,89-1,11	0,37-0,5
SOT-23	Philips	1,2-1,4	2,8-3.0	1.0-1,3	0,38-0,48
SOT-23	Siemens	1,2-1,4	2,8-3,0	1,1 max	0,35-0,5
SOT-23	SGS-Thomson	1,2-1,4	2,8-3,0	0.93-1.04	0,37-0.46
SOT-23S	SGS-Thomson	1,2-1,55	2,67-3,05	0,79-1,2	0,37-0.54
2-3F1A	Toshiba	1,35-1,75	2,7-3,1	1,0-1.3	0,35-0,5
DBV-3	Texas Instruments	1,5-1,8	2,7-3,1	1,0-1,3	0,2-0,4
3SOT-23-3	Maxim	1.19-1.4	2,67-3,05	0,79-1.19	0,36-0,56
SOT-23-3	Seiko Instruments	1,5	2,9-3,1	1.1-1,3	0.3-0,5
КТ-46	Россия	1,2-1,4	2,8-3,0	0.85-1,1	0.38-0,46
КТ-46А	Россия	1,2-1,4	2,8-3,0	0,8-1,2	0,38-0.46
SOT-23	Hewlett-Packard	1,2-1,4	2,8-3.06	0,85-1,02	0,37-0,54
МРАК(2)	Hitachi	1,5	2,7-3.1	1,0-1,3	0,35-0,5
SOT-23	Analog Devices	1,19-1,4	2.8-3,05	0,81-1.12	0,37-0,53

Большое разнообразие видов и номиналов компонентов при небольшом различии конструкций их корпусов имеет важнейшее значение, поскольку позволяет использовать унифицированное оборудование для установки компонентов на поверхность ПП.

Рис. 4. Способ упаковки компонентов для подачи на сборку.

В этой стандартизации типов корпусов компонентов для поверхностного монтажа удалось избежать недостатков традиционной технологии, затруднявших разработку автоматизированного оборудования из-за большого разнообразия видов выводных компонентов.

Подача чип-компонентов на сборку осуществляется либо россыпью в специальных пеналах, либо в виде лент наподобие кинопленки (см. рис. 4), имеющих различные диаметры: 100 мм, 178 мм, 330 мм. В бобине диаметром 178 мм на ленте шириной 8 мм может размещаться до 5 000 резисторов и от 3000 до 4000 конденсаторов. Подача чип-компонентов в сборочные линии из россыпи (из специальных кассет) снижает стоимость элементов из-за уменьшения стоимости упаковки, увеличивает плотность упаковки и снижает объем производственных отходов за счет отсутствия остатков упаковочных лент. Интегральные компоненты также могут поступать на сборку в виде лент, пеналов (россыпью) или в специальных тубусах.