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2020/8/10 14:20:52
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現(xiàn)在任何商業(yè)制造的電子設(shè)備，里面都充滿了微小的設(shè)備。而不是使用傳統(tǒng)的組件電線引線，像那些可能用于家庭建設(shè)和工具包，這些組件被安裝在板的表面，許多是微小的尺寸。這種技術(shù)稱為表面貼裝技術(shù)、SMT和SMT元件。幾乎今天所有的商用設(shè)備都使用表面貼裝技術(shù)SMT，因?yàn)樗赑CB制造過程中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，而且就尺寸而言，使用SMT組件可以在更小的空間內(nèi)封裝更多的電子產(chǎn)品。除了尺寸之外，表面貼裝技術(shù)還允許使用自動(dòng)化的PCB組裝和焊接，這在可靠性方面帶來了顯著的改善，同時(shí)也極大地節(jié)省了成本。
典型的PCB采用表面貼裝技術(shù)
什么是表面貼裝技術(shù)?
在20世紀(jì)70年代和80年代，用于各種設(shè)備的電路板的PCB組裝的自動(dòng)化水平開始上升。使用帶有引線的傳統(tǒng)元件對(duì)PCB組裝來說并不容易。電阻器和電容器的引線必須預(yù)先成形，以便它們能夠穿過孔，甚至集成電路也需要將引線精確地設(shè)置在正確的音高上，以便它們能夠容易地穿過孔。這種方法一直被證明是困難的，因?yàn)閷?dǎo)線經(jīng)常錯(cuò)過孔，因?yàn)楣钜蟠_保它們恰好通過孔是非常緊密的。因此，操作者經(jīng)常需要進(jìn)行干預(yù)，以解決部件不合適和機(jī)器停止的問題。這減緩了PCB的組裝過程，大大增加了成本。
對(duì)于PCB組裝，實(shí)際上不需要元件引線通過電路板。相反，它是相當(dāng)適當(dāng)?shù)慕M件直接焊接到董事會(huì)。因此，表面貼裝技術(shù)，SMT誕生了，并且SMT組件的使用迅速上升，因?yàn)樗鼈兊膬?yōu)勢(shì)被看到和實(shí)現(xiàn)。
表面安裝技術(shù)的概念:一個(gè)典型的無源組件
SMT設(shè)備
表面貼裝組件不同于其含鉛對(duì)應(yīng)部件。SMT元件的設(shè)計(jì)不是在兩點(diǎn)之間布線，而是設(shè)計(jì)成放在一塊板上，然后焊接在上面。他們的導(dǎo)線不會(huì)像傳統(tǒng)的鉛元件那樣穿過電路板上的孔。不同類型的組件有不同的封裝樣式。大體上，封裝形式可分為三類：無源元件、晶體管和二極管、集成電路，下面將介紹這三類SMT元件。
表面貼裝技術(shù)組件的選擇
無源SMD：有很多不同的封裝用于無源SMD。然而，大多數(shù)無源SMD都是SMT電阻器或SMT電容器，其封裝尺寸已合理標(biāo)準(zhǔn)化。其他組件，包括線圈，晶體和其他往往有更個(gè)別的要求，因此他們有自己的包。電阻器和電容器有各種封裝尺寸。這些名稱包括：1812 1206 0805 0603 0402和0201。這些數(shù)字是以幾百英寸為單位的尺寸。換句話說，1206的尺寸是12×6百分之一英寸。更大的尺寸如1812和1206是第一批使用的。它們現(xiàn)在并沒有被廣泛使用，因?yàn)橥ǔＰ枰〉慕M件。然而，在需要更大功率級(jí)或其他考慮因素需要更大尺寸的應(yīng)用中，它們可能會(huì)得到應(yīng)用。與印刷電路板的連接是通過封裝兩端的金屬化區(qū)域進(jìn)行的。
晶體管和二極管: SMT晶體管和SMT二極管通常裝在一個(gè)小塑料包裝內(nèi)。這些連接是通過導(dǎo)線連接的，導(dǎo)線從包裝中發(fā)出，彎曲后可以接觸到電路板。這些包裝通常使用三根導(dǎo)線。通過這種方式，很容易確定設(shè)備必須走哪條路。
集成電路：這里有各種用于集成電路的封裝。所用的封裝取決于所需的互連水平。許多像簡(jiǎn)單邏輯芯片這樣的芯片可能只需要14或16個(gè)引腳，而其他類似VLSI處理器和相關(guān)芯片則需要多達(dá)200個(gè)或更多?？紤]到需求的廣泛變化，有許多不同的包可用。對(duì)于較小的芯片，可以使用諸如SOIC（小外形集成電路）之類的封裝。這些實(shí)際上是SMT版本的熟悉的DIL（雙列直插式）封裝用于熟悉的74系列邏輯芯片。另外還有更小的版本，包括TSOP（瘦的小輪廓包）和SSOP（收縮小輪廓包）。
VLSI芯片需要不同的方法。通常使用一個(gè)稱為方形扁平封裝的包。這有一個(gè)正方形或長(zhǎng)方形的腳印，并且在四面八方都有針。在所謂的鷗翼隊(duì)形中，引腳再次從封裝中彎曲出來，以便與電路板相遇。引腳的間距取決于所需的引腳數(shù)量。對(duì)于一些芯片來說，它可能接近2萬分之一英寸。包裝這些芯片和處理它們時(shí)需要非常小心，因?yàn)橐_很容易彎曲。還提供其他套餐。其中一種被稱為BGA（球形網(wǎng)格陣列）的應(yīng)用廣泛。這些連接不是在包的側(cè)面，而是在下面。連接墊具有在焊接過程中熔化的焊料球，從而與電路板進(jìn)行良好的連接并以機(jī)械方式連接。由于整個(gè)底部的包裝可以使用，間距的連接更廣泛，它被發(fā)現(xiàn)是更可靠的。 一些集成電路也在使用一種更小的BGA，即microBGA。顧名思義，它是BGA的一個(gè)小版本。
隨著表面貼裝技術(shù)的采用程度，有大量不同的組件可用。表面貼裝封裝中可用組件的選擇遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的鉛形式。這純粹是因?yàn)樾枨蟆?/p>
然而，流行的基本元件，如晶體管和許多邏輯和模擬集成電路，如運(yùn)算放大器，通常都有傳統(tǒng)的引線元件和表面貼裝元件。例如，一個(gè)BC109晶體管可以用這兩種格式獲得，許多運(yùn)算放大器和基本邏輯芯片也是如此。
設(shè)計(jì)中的表面貼裝技術(shù)
轉(zhuǎn)移到表面貼裝技術(shù)的主要原因是印刷電路板組裝工藝在速度、可靠性和成本方面的巨大提高。雖然這是采用該技術(shù)的主要影響因素，但也影響到新電子電路和設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)。幸運(yùn)的是，這種轉(zhuǎn)換比缺點(diǎn)給開發(fā)和電路性能帶來了更多的好處。對(duì)于開發(fā)工程師來說，使用表面貼裝技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些值得注意的地方：
低寄生電容和電感: 考慮到元件的小尺寸，雜散電感和電容的水平要小得多——SMT電阻器的工作方式比引線電阻器更接近完美電阻。類似地，SMT電容器的寄生電感要低得多。因此，標(biāo)準(zhǔn)SMT元件比含鉛等效元件的速度更快、頻率更高。
較低的額定功率：表面貼裝元件的額定功率非常重要。表面貼裝電阻器就是一個(gè)特殊的例子。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的引線電阻至少能耗散0.25瓦。對(duì)于表面貼裝的電阻，比它小得多，損耗也更小。注意這一點(diǎn)并檢查制造商的數(shù)據(jù)。
更小/更密集的電路：隨著在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多功能是電子行業(yè)的共同趨勢(shì)，表面貼裝技術(shù)在很大程度上有助于實(shí)現(xiàn)微型化。這些元件可以做得更小，另外，它們可以安裝在印刷電路板上，比傳統(tǒng)的引線元件更靠近。再加上現(xiàn)在集成電路中可獲得的更高級(jí)別的功能，這意味著開發(fā)工程師的任務(wù)成為可能。
雖然在新設(shè)計(jì)中使用表面貼裝技術(shù)時(shí)還有一些額外的注意事項(xiàng)需要注意，但是大多數(shù)設(shè)計(jì)元素都保持不變，盡管設(shè)計(jì)往往要復(fù)雜得多，提供的功能也要多得多。通過這種方式，表面貼裝技術(shù)的引入和使用促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展，允許更高水平的復(fù)雜性和提供更多的能力。
采用表面貼裝技術(shù)的PCB組裝
目前，SMT幾乎只用于PCB組裝和制造。使用表面貼裝技術(shù)可以在更小的空間里封裝更多的電子元件。表面貼裝組件更小，通常提供更好的性能水平，它們可以與自動(dòng)拾取和放置機(jī)器一起使用，在許多情況下，完全消除了組裝過程中手動(dòng)干預(yù)的需要。有線元件總是很難自動(dòng)放置，因?yàn)閷?dǎo)線需要預(yù)先成型以適應(yīng)相關(guān)的孔間距，即使這樣，它們也很容易出現(xiàn)放置問題。
在PCB組裝過程中，板上的大多數(shù)元件都是自動(dòng)放置的。有時(shí)有些人可能需要人工干預(yù)，但這種情況一直在減少。傳統(tǒng)上，一些連接器和其他一些組件需要輔助放置，但是手動(dòng)放置的水平一直在下降。今天，印刷電路板的開發(fā)通常是為了將這一點(diǎn)降低到絕對(duì)最小，甚至在改變?cè)O(shè)計(jì)的程度上使用可以自動(dòng)放置的元件。除此之外，組件制造商還開發(fā)了一些專門的表面安裝版本的組件，使大多數(shù)電路板幾乎完全自動(dòng)化組裝。一些部件的問題之一是它們的耐熱性。焊接工藝要求將整個(gè)組件加熱到高溫，這導(dǎo)致了一些技術(shù)問題。集成電路，表面貼裝電阻和許多類型的表面貼裝電容器都是好的。然而，正是由于這個(gè)原因，表面貼裝電解電容器最初并沒有被使用。取而代之的是表面貼裝鉭電容，但現(xiàn)在，表面貼裝電解電容器的版本已經(jīng)開發(fā)出來，能夠承受焊接過程中的溫度。還有一些其他組件需要特殊開發(fā)，以使它們能夠以表面貼裝組件格式提供。
PCB板的伸縮
表面貼裝板可能出現(xiàn)的一個(gè)問題是由于溫度變化和板彎曲引起的。對(duì)于使用含鉛元件的電路板來說，這不是一個(gè)主要問題，因?yàn)樵系膶?dǎo)線會(huì)占用移動(dòng)并減輕可能造成的任何張力。對(duì)于表面貼裝組件，情況可能并非如此。這些元件被焊接到印刷電路板上，并且非常牢固地固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。像表面貼裝晶體管和表面貼裝集成電路這樣的元件，如果有導(dǎo)線從器件本體連接到電路板表面，則有一些方法可以適應(yīng)移動(dòng)，但表面貼裝電阻器和電容器卻沒有。
對(duì)電路板上的應(yīng)變最敏感的元件是表面貼裝電容器——陶瓷MLCC。它們?cè)诶瓚?yīng)力作用下容易破裂。這顯然是可靠性的一個(gè)主要問題。在設(shè)計(jì)和PCB組裝過程中可以采取一些預(yù)防措施，以確保翹曲和溫度膨脹等問題最小化。
確保PCB電源與接地面均勻分布: 當(dāng)印刷電路板在印刷電路板組裝過程中通過焊接過程時(shí)，電路板將顯著受熱，這可能導(dǎo)致翹曲-在某些大型電路板中，這種程度可能非常嚴(yán)重。為了幫助緩解這一問題，地面飛機(jī)和電力飛機(jī)應(yīng)盡可能覆蓋整個(gè)電路板。如果它們只出現(xiàn)在印刷電路板的一部分，這可能會(huì)導(dǎo)致翹曲。
部件形狀：與長(zhǎng)而薄的部件相比，短而寬的表面安裝部件更為可取。如果構(gòu)件短而寬，則膨脹和彎曲的影響就不那么明顯。
以與最大彎曲方向成直角的方式安裝組件：PCB板傾向于沿著木板最長(zhǎng)的長(zhǎng)度彎曲。將組件安裝在最小彎曲或彎曲的平面上。
SMT應(yīng)用
雖然有可能在家里使用一些SMT元件，但在焊接時(shí)需要非常小心。此外，即使具有寬引腳間距的集成電路也可能難以焊接。如果沒有特殊設(shè)備，50個(gè)或更多的引腳不能焊接。它們只用于大規(guī)模制造。即使是在已經(jīng)建成的電路板上工作，也需要非常小心。然而，這些SMT元件為制造商提供了極大的成本節(jié)約，這就是為什么它們被采用的原因。幸運(yùn)的是，對(duì)于家庭建設(shè)者來說，傳統(tǒng)的可手工焊接的含鉛部件仍然廣泛可用，并為家庭建造提供了更好的解決方案。 盡管如此，SMT元件也可以應(yīng)用在一些家庭項(xiàng)目中，因?yàn)镾MT元件的引線和連接不太小，無法用傳統(tǒng)的烙鐵和其他工具進(jìn)行管理。
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