第2章表面组装元器件

第2章表面组装元器件SMD/SMC表面安装技术，英文称之为“SurfaceMountTechnology”,简称SMT表面安装元器件称无端子元器件，习惯上人们把表面安装无源元器件，如片式电阻、电容、电感称之为SMC(SurfaceMountedComponent)，表面安装有源器件，如小外形晶体SOT及四方扁平组件(QFT)称之为SMD(SurfaceMountedDevices)。第2章表面组装元器件SMD/SMC2.1表面组装元器件的特点与分类电子产品制造工艺技术的进步，取决于电子元器件的发展；与此相同，SMT技术的发展，是由表面安装元件的出现而来。电子组件的小型化、制造与安装自动化，是电子工业发展的需求和多年来追求的目标，表面组装元器件就是为了满足这一需求而产生的。表面组装元器件的主要特点时：微型化、无引线（扁平或短引线），适合在PCB上进行表面组装。当然，对无引脚或短引脚片式组件的焊点有一定共面性要求。2.1.1表面组装元器件的特点1．在SMT元器件的电极上，有些焊端完全没有引线，有些只有非常小的引线。2．SMT元器件直接贴装在印制电路板表面，将电极焊接在元器件同一面的焊盘上。3．在表面组装诸多优点之中，尤以节省空间更为重要。4．形状简单、结构牢固，紧贴在印制电路板表面上，提高了可靠性和抗震性。5．与插装元器件相比，可焊性检测方法和要求不同。6．当然，表面组装元器件也存在着不足之处。2.1.2表面组装元器件分类表面组装元器件按功能分类类别封装器件种类无源器件电阻器厚膜电阻器、薄膜电阻器、热敏器件、电位器等电容器多层陶瓷电容器、有机薄膜电容器、云母电容器、片式钽电容器等电感器多层电感器、线绕电感器、片式变压器等复合器件电阻网络、电容网络、滤波器等有源器件分立组件二极管、晶体管、晶体振荡器等集成电路片式集成电路、大规模集成电路等机电器件开关、继电器纽子开关、轻触开关、簧片继电器等连接器片式跨接线、圆柱形跨接线、接插件连接器等微电机微型微电机等2.2片式无源元件（SMC）无源元件的表面组装情况要简单些。SMC包括片状电阻器、电容器、滤波器和陶瓷振荡器等。单片陶瓷电容、钽电容和厚膜电阻器为最主要的无源元件，它们一般呈方形或圆柱形，这些表面组装形式已获得广泛应用。因为当它们安装在基板的上部时，只占一半空间。当它们安装在基本的底部时，如双面混合组装型SMT电路板那样，占用了原来根本就不用的空间。这些元件的质量大约为引脚器件的1/10。从电子元器件的功能特性来说，SMC特性参数的数值系列与传统元件的差别不大，标准的表称数值有E6、E12、E24等。长方体SMC是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号的，现有两种表示方法，欧美产品大多采用英制系列，日本产品采用公制系列，我国两种系列都在使用。并且，系列型号的发展变化也反映了SMC元件的小型化过程：5750（2220）→4532（1812）→3225（1210）→3216（1206）→2520（1008）→2012（0805）→1608（0603）→1005（0402）→0603（0201）。2.2.1电阻器电阻器通常称为电阻。它分为固定电阻器和可变电阻器，在电路分析中起分压、分流和限流作用，是一种应用非常广泛的电子元件。1．片式电阻器（1）基本结构（2）额定功率与外形尺寸的对应关系表2-1额定功率与外形尺寸的对应关系片式电阻的额定功率是电阻在环境温度为70℃时承受的电功率。超过70℃承受的功率将下降，直到125℃时负载功能为零。（3）精度及分类在片式电阻中，RN（厚膜）型电阻精度高、电阻温度系数小，稳定性好，但阻值范围比较窄，适用于精度和高频领域；RK（薄膜）型电阻则是电路中应用得到最广泛的。根据IEC3标准“电阻器和电容器的优选值及其公差”的规定，电阻值允许偏差为±10%，称为E12系列，电阻值允许偏差为±5%，称E24系列，电阻值允许偏差为±1%，称为E96系列。（4）外形尺寸图2-2片式电阻外形尺寸片式电阻、电容常以它们的外形尺寸的长宽命名，来标志它们的大小，以in“英寸”(1in=0.0254M)SI制(mm)为单位，如外形尺寸为0.12in×0,06in，记为1206，SI制记为3.2mm×1.6mm。片式电阻外形尺寸见表2-3所示。表2-2片式电阻外形尺寸对照表（5）标记识别方法元件上的标注。当片式电阻精度为5%时，采用3个数字表示。阻值小于10Ω，在两个数字之间补加“R”表示，阻值在10Ω以上的，则最后一数值表示增加的零的个数。例如4.7Ω记为4R7；当片式电阻值精度为1%时，则采用4个数字表示，前面3个数字为有效数字，第四位表示增加的零的个数；阻值小于10Ω的，仍在第二位补加“R”，阻值为100Ω，则在第四位补“0”。例如4.7Ω记为4R70:100Ω记为1000:1MΩ记为1004:10Ω记为10R0。2、圆柱形固定电阻圆柱形固定电阻，即金属电极无端子面元件(MetalElectrodeFaceBondingType)简称MELF电阻。MELF主要有碳膜ERD型，高性能金属膜ERO用跨接用的0Ω电阻三种。它与片式电阻相比，无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到印制板上有较高的抗弯能力，特别是噪声电平和三次谐波失真都比较低，常用于高档音响电器产品中。2．柱形片式电阻器圆柱形片式电阻器的结构形状和制造方法基本上与带引脚电阻器相同，只是去掉了原来电阻器的轴向引脚，做成无引脚形式，因而也称为金属电极无引脚面接合MELF（MetalElectrodeLeadlessFace）。MELF主要有碳膜ERD型、高性能金属膜ERO型及跨接用的0W电阻器3种，它是由传统的插装电阻器改型而来。3．电位器和可变电阻器表面组装电位器又称片式电位器，包括片状、圆柱状、扁平矩形结构等各类电位器。它在电路中起调节电路电压和电路电流的作用，故分别称为分压式电位器和可变电阻器。2.2.2电容器电容器的基本结构十分简单，它是由两块平行金属极板以及极板之间的绝缘电介质组成。电容器极板上每单位电压能够存储的电荷数量称为电容器的电容，通常用大写字母C标示。电容器每单位电压能够存储的电荷越多，那么其容量越大，即：C=Q/V。1．瓷介质电容器（1）矩形瓷介质电容器a）电容器结构b）陶瓷电容器（2）圆柱形瓷介质电容器圆柱形瓷介质电容器的主体是一个被覆盖有金属内表面电极和外表面电极的陶瓷管。为了满足表面组装工艺的要求，瓷管的直径已从传统管形电容器的3～6mm减小到1.4～2.2mm，瓷管的内表面电极从一端引出到外壁，和外表面电极保持一定的距离，外表面电极引至瓷管的另一端。通过控制瓷管内、外表面电极重叠部分的多少，来决定电容器的两个引出端。瓷管的外表面再涂覆一层树脂，在树脂上打印有关标记，这样就构成了圆柱形瓷介质电容器。2．片式钽电解电容器（1）矩形钽电解电容器钽电解电容结构示意图钽电解电容矩形钽电解电容器的主要性能温度范围/℃-55～125额定电压最高使用温度/℃85额定电压范围/V4～35电容范围/μF0.047～100容量允差±20%±10%漏电流/μA0.5耐焊接热/℃260±5（2）圆柱形钽电解电容器圆柱形钽电解电容器由阳极、固体半导体阴极组成，采用环氧树脂封装。制作时，将作为阳极引脚的钽金属线放入钽金属粉末中，加压成形；在1650～2000℃的高温真空炉中烧结成阳极芯片将芯片放入磷酸等赋能电解液中进行阳极氧化，形成介质膜，通过钽金属线与磁性阳极端子连接后做成阳极；然后浸入硝酸锰等溶液中，在200～400℃的气浴炉中进行热分解，形成二氧化锰固体电解质膜作阴极；成膜后，在二氧化锰层上沉积一层石墨，再涂银浆，用环氧树脂封装，打印标志后就成为产品。3．铝电解电容器铝电解电容器是有极性的电容器，它的正极板用铝箔，将其浸在电解液中进行阳极氧化处理，铝箔表面上便生成一层三氧化二铝薄膜，其厚度一般为0.02～0.03mm。这层氧化膜便是正、负极板间的绝缘介质。电容器的负极是由电解质构成的，电解液一般由硼酸、氨水、乙二醇等组成。铝电解电容器的构造表贴铝电解电容器4．云母电容器云母电容器的结构很简单，它由金属箔片和薄云母层交错层叠而成。将银浆料印在云母上，然后层叠，经热压后形成电容坯体，再完成电极连接，便得到了片式云母电容器，如图2-7所示。云母电容器通常的容值范围可从1pF至0.1mF，额定电压可从100V至2500V直流电压。常见的温度系数范围从-20ppm/°C至+100ppm/°C。云母的典型介电常数为5。云母电容器结构图5．片式薄膜电容器随着电子产品趋向小型化、便携式，片式产品的需求量逐步增大，薄膜电容器的片式化也有较大的发展。片式薄膜电容器具有电容量大、阻抗低、寄生电感小、损耗低等优点。它的用范围日趋扩大，无论在军事、宇航等投资类设备中还是在工业、家电等消费类设备中，已成为不可缺少的重要电子元件。薄膜电容器结构片状薄膜电容器6．片式微调电容器片式微调电容器按所用介质来分，有薄膜和陶瓷微调电容器两类。陶瓷微调电容器在各类电子产品中已经得到了广泛的应用。与普通微调电容器相比，片式陶瓷微调电容器主要有以下特点：制作片式陶瓷微调电容器的材料具有很高的耐热性，其配件具有优异的耐焊接热特性；小型化，使用中不产生金属渣，安装方便。可变电容器适合于高频应用，如通信和视频产品。典型的产品系列所包括的范围大约从1.5～50pF几个等级，可调范围从小容值的2∶1左右到大容量值的7∶1。产品因制造厂家而异，但在电位器中所讨论的许多相同机械问题，也适用于可调电容器。2.2.3电感器片式电感器亦称表面贴装电感器，它与其它片式元器件（SMC及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。1．片式电感的分类从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物；后者则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。（1）绕线型（2）叠层型（3）薄膜片式（4）编织型信号电路用SMD电感器电源电路用SMD电感器NFR21GRC双向T型滤波器BLM03系列Ferritebeadsfilter3．电感器使用注意事项（1）电感类组件,其铁芯与绕线容易因温升效果产生电感量变化,需注意其本体温度必须在使用规格范围内。（2）电感器的绕线,在电流通过后容易形成电磁场。在组件位置摆放时,需注意使相邻之电感器彼此远离,或绕线组互成直角,以减少相互间干扰。（3）电感器的各层绕线间,尤其是多圈细线,也会产生间隙电容量,造成高频信号旁路,降低电感器之实际滤波效果。（4）用仪表测试电感值与Q值时,为求数据正确,测试引线应尽量接近组件本体。2.2.4其它片式元件相对于其它片式元件包括接插件、继电器、插座和开关等，这些元器件的表面化发展缓慢。与无源元件和有源元件的标准化相比，这类元件的发展已落在后面。技术与市场两种因素的结合是造成这种情况的根本原因。技术上的不可靠性以及有限的产品适用性，使这些产品的市场需求量不高；同时由于没有产品市场的刺激，许多厂家对于表面组装产品发展规划中的巨额投资仍持观望态度。例如，表面组装焊接不适应接插件和开关所产生的机械应力，以及由传统热塑材料模压的机电元件外壳在再流焊过程中有发生变形的倾向。1．接插件印制电路边缘的接插件集中体现了机电元件由通孔插装向表面插装转变中的各种技术问题。这类元件往往大而笨重，难以实现自动化。它们必须经得住往复插拔而无机械损伤，在很多情况下，它们还要作为PCB的机械支撑。这些问题的解决象征着所有机电元件的发展方向。（1）焊接应力（2）接插件设计要素（3）接插件的类型（a）立式接插件（b）侧卧式接插件表面贴装接插件2．IC插座集成电路插座有很多种用途。在工程开发中，插座允许IC迅速更换，这样就能评价含有大量元器件的电路性能。在生产中，它们往往用于常规的ROM芯片或ASIC。ASIC必须根据用户严格