Поверхностный монтаж
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 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].
Технология
Электронные компоненты, используемые для поверхностного монтажа, называют SMD-компонентами или КМП (от компонент, монтируемый на поверхность).
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 струёй нагретого воздуха или азота.
Во время пайки важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы[3]:
- избежать термоударов;
- обеспечить хорошую активацию флюса;
- обеспечить хорошее смачивание поверхностей припоем.
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]:
- 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).
История
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.
Преимущества поверхностного монтажа
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 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
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.
Размеры и типы корпусов
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]:
- 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 — 2,68 × 1,17 × 1,60 мм;
- прямоугольные пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы):
- 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 соответствуют габаритам TO220);
- D3PAK (TO-268) — корпус, аналогичный D2PAK, но ещё больший по размеру;
- транзисторы с тремя короткими выводами (SOT):
- 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);
- 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.
- выводы в две линии по бокам:
См. также
- Монтаж компонентов на печатную плату
- Приложение для определения номинала SMD-компонента (Google Play) Архивная копия от 14 марта 2022 на Wayback Machine
Примечания
- ↑ Основы технологии и оборудование для поверхностного монтажа . Дата обращения: 13 декабря 2010. Архивировано 29 января 2012 года.
- ↑ Пайка в паровой фазе . Дата обращения: 13 декабря 2010. Архивировано 22 апреля 2012 года.
- ↑ Режимы пайки оплавлением . Дата обращения: 5 февраля 2008. Архивировано 21 апреля 2012 года.
- ↑ Свойства, применение и хранение паяльных паст . Дата обращения: 5 февраля 2008. Архивировано 24 апреля 2012 года.
- ↑ Home | Panasonic Industrial Devices (недоступная ссылка). Дата обращения: 1 августа 2011. Архивировано 9 февраля 2014 года.
- ↑ EN 140401-803
Ссылки
- Энциклопедия дефектов поверхностного монтажа Архивная копия от 10 февраля 2008 на Wayback Machine // elinform.ru
- Основы технологии и оборудование для поверхностного монтажа Архивная копия от 29 января 2012 на Wayback Machine // elinform.ru
Эта статья или раздел нуждается в переработке. |