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1、第2章 表面组装元器件,2.1 表面组装元器件的特点和种类 2.1.1 特点 表面组装元器件俗称无引脚元器件或片式元器件。习惯上人们把表面组装无源元件，如片式电阻、电容、电感又称之为SMC，而将有源器件，如小外形晶体管SOT及四方扁平组件(QFP)称之为SMD。此外，一些机电元件，如开关、继电器、滤波器、延迟线，也都实现了片式化。,1.表面组装元器件的特点 在表面组装器件的电极上，有些焊端完全没有引线，有些只有非常短小的引线；相邻电极之间的距离比传统的THT集成电路的标准引线间距(2.54 mm)小很多，目前引脚中心间距已经达到0.3 mm。在集成度相同的情况下，表面组装元器件的体积比THT元
2、器件小很多；或者说，与同样体积的传统电路芯片比较，表面组装元器件的集成度提高了很多倍。 表面组装元器件直接贴装在PCB的表面，将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。这样，PCB上通孔的直径仅由制作印制电路板时金属化孔的工艺水平决定，通孔的周围没有焊盘，使PCB的布线密度和组装密度大大提高。,2. 表面组装元器件不足之处 器件的片式化发展不平衡，阻容器件、晶体管、IC发展较快，异型器件、插座、振荡器等发展迟缓。 已片式化的元器件，尚未能完全标准化，不同国家乃至不同厂家的产品存在较大差异。 元器件与PCB表面非常贴近，与基板间隙小，给清洗造成困难；元器件体积小，电阻、电容一般不设标记，一旦弄乱就不易
3、搞清楚；特别是元器件与PCB之间热膨胀系数的差异性等也是SMT产品中影响质量的因素。,2.1.2 种类,表面组装元器件基本上都是片状结构。但片状是个广义的概念，从结构形状说，表面组装元器件包括薄片矩形、圆柱形、扁平异形等；表面组装元器件同传统元器件一样，也可以从功能上分类为无源元件SMC、有源器件SMD和机电元件三大类。 表面组装元器件按照使用环境分类，可分为非气密性封装器件和气密性封装器件。非气密性封装器件对工作温度的要求一般为070。气密性封装器件的工作温度范围可达到-55+125。气密性器件价格昂贵，一般使用在高可靠性产品中。,2.2 表面组装电阻器 2.2.1 SMC固定电阻器,1.表
4、面组装电阻器的封装外形 表面组装电阻器按封装外形，可分为片状和圆柱状两种。表面组装电阻器按制造工艺可分为厚膜型（RN型）和薄膜型（RK型）两大类。片状表面组装电阻器一般是用厚膜工艺制作的：在一个高纯度氧化铝(A12O3，96%)基底平面上网印二氧化钌(RuO2)电阻浆来制作电阻膜；改变电阻浆料成分或配比，就能得到不同的电阻值，也可以用激光在电阻膜上刻槽微调电阻值；然后再印刷玻璃浆覆盖电阻膜，并烧结成釉保护层，最后把基片两端做成焊端。,圆柱形表面组装电阻器(MELF)可以用薄膜工艺来制作；在高铝陶瓷基柱表面溅射镍铬合金膜或碳膜，在膜上刻槽调整电阻值，两端压上金属焊端，再涂覆耐热漆形成保护层并印上
5、色环标志。圆柱形表面组装电阻器主要有碳膜ERD型、金属膜ERO型及跨接用的0电阻器三种。,2.外形尺寸 片状表面组装电阻器是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号的，欧美产品大多采用英制系列，日本产品大多采用公制系列，我国这两种系列都可以使用。无论哪种系列，系列型号的前两位数字表示元件的长度，后两位数字表示元件的宽度。例如，公制系列3216(英制1206)的矩形片状电阻，长L=3.2 mm(0.12 in)，宽W =1.6 mm(0.06 in)。并且，系列型号的发展变化也反映了SMC元件的小型化进程：5750(2220)4532(1812)3225(1210)3216(1206)2520(1
6、008)2012(0805)1608(0603)1005(0402)0603(0201)0402(01005)。,图2-2 矩形表面组装电阻器 的外形尺寸示意图,图2-3 MELF电阻器的外形尺寸示意图,3.标称数值的标注 从电子元件的功能特性来说，表面组装电阻器的参数数值系列与传统插装元件的差别不大，标准的标称数值系列有E6（电阻值允许偏差20%）、E12（电阻值允许偏差12%）、E24（电阻值允许偏差5%），精密元件还有E48（电阻值允许偏差2%）、E96（电阻值允许偏差1%）等几个系列。 1005、0603系列片状电阻器，元件表面不印刷它的标称数值(参数印在编带的带盘上)；3216、20
7、12、1608系列的标称数值一般用印在元件表面上的三位数字表示(E24系列)：前两位数字是有效数字，第3位是倍率乘数(有效数字后所加“0”的个数)。例如，电阻器上印有114，表示阻值110k；表面印有5R6，表示阻值5.6；表面印有R39，表示阻值0.39；跨接电阻采用000表示。,圆柱形电阻器用三位、四位或五位色环表示阻值的大小，每位色环所代表的意义与通孔插装色环电阻完全一样。例如：五位色环电阻器色环从左至右第一位色环是绿色，其有效值为5；第二位色环为棕色，其有效值为1；第三位色环是黑色，其有效值为0；第四位色环为红色，其乘数为102；第五位色环为棕色，其允许偏差为1%。则该电阻的阻值为51
8、000(51.00k)，允许偏差为1%。,图2-4 片状电阻器标识的含义,4.表面组装电阻器的主要技术参数 虽然表面组装电阻器的体积很小，但它的数值范围和精度并不差。3216系列的阻值范围是0.3910M，额定功率可达到1/4W，允许偏差有1%、2%，5%和10%等四个系列，额定工作温度上限是70。,5.表面组装电阻器的焊端结构 片状表面组装电阻器的电极焊端一般由三层金属构成。焊端的内部电极通常是采用厚膜技术制作的钯银(Pd-Ag)合金电极，中间电极是镀在内部电极上的镍(Ni)阻挡层，外部电极是铅锡(Sn-Pb)合金。,2.2.2 SMC电阻排(电阻网络),电阻排也称电阻网络或集成电阻，它是将
9、多个参数与性能一致的电阻，按预定的配置要求连接后置于一个组装体内的电阻网络。图2-6所示为8P4R（8引脚4电阻）3216系列表面组装电阻网络的外形与尺寸。,2.2.3 SMC电位器,表面组装电位器，又称为片式电位器。它包括片状、圆柱状、扁平矩形结构各种类型。标称阻值范围在1001M之间，阻值允许偏差25%，额定功耗系列为0.05W,0.1W,0.125W,0.2W,0.25W,0.5W。 阻值变化规律为线性。 敞开式结构。敞开式电位器的结构如图2-8所示。它又分为直接驱动簧片结构和绝缘轴驱动簧片结构。这种电位器无外壳保护，灰尘和潮气易进入产品，对性能有一定影响，但价格低廉。敞开式的平状电位器
10、仅适用于焊锡膏再流焊工艺，不适用于贴片波峰焊工艺。,图2-8 敞开式电位器的结构 a)直接驱动簧片结构 b)绝缘轴驱动簧片结构, 防尘式结构。防尘式电位器的结构如图2-9所示，有外壳或护罩，灰尘和潮气不易进入产品，性能好，多用于投资类电子整机和高档消费类电子产品中。, 微调式结构。微调式电位器的结构如图2-10所示，属精细调节型，性能好，但价格昂贵，多用于投资类电子整机中。, 全密封式结构。全密封式结构的电位器有圆柱形和扁平矩形两种形式，具有调节方便、可靠、寿命长的特点。圆柱形电位器分为顶调和侧调两种。,2.3表面组装电容器,2.3.1SMC多层陶瓷电容器 表面组装多层陶瓷电容器是在单层盘状电
11、容器的基础上构成的，电极深入电容器内部，并与陶瓷介质相互交错。多层陶瓷电容器简称MLC,通常是无引脚矩形结构，其外形标准与片状电阻大致相同，仍然采用长宽表示。 MLC所用介质有COG、X7R、Z5V等多种类型，他们有不同的容量范围及温度稳定性，以COG为介质的电容温度特性较好。 多层陶瓷电感器内部电极以低电阻率的导体银联接而成，提高了Q值和共振频率特性，采用整体结构，具有高可靠性、高品质、高电感值等特性。,MLC外层电极与片式电阻相同，也是3层结构，即Ag-Ni/Cd-Sn/Pb，其外形和结构如图2-12所示。,2.3.2 SMC电解电容器,常见的SMC电解电容器有铝电解电容器和钽电解电容器两
12、种。 1.铝电解电容器 铝电解电容器的容量和额定工作电压的范围比较大，因此做成贴片形式比较困难，一般是异形。主要应用于各种消费类电子产品中，价格低廉。按照外形和封装材料的不同，铝电解电容器可分为矩形（树脂封装）和圆柱形（金属封装）两类，以圆柱形为主。,铝电解电容器的电容值及耐压值在其外壳上均有标注，外壳上的深色标记代表负极，如图2-13所示。图a是铝电解电容器的形状和结构，图b是它的标注和极性表示方式。,2.钽电解电容 固体钽电解电容器的性能优异，是所有电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品。因此容易制成适于表面贴装的小型和片式元件。 目前生产的钽电解电容器主要有烧结型固体、箔形卷绕固体、烧
13、结型液体等三种，其中烧结型固体约占目前生产总量的95%以上，而又以非金属密封型的树脂封装式为主体。图2-14所示是烧结型固体电解质片状钽电容器的内部结构图。,图2-14 烧结型固体电解质片状钽电容器的内部结构图,安装在PCB上的钽电解电容器,2.4 表面组装电感器,表面组装电感器除了与传统的插装电感器有相同的扼流、退耦、滤波、调谐、延迟、补偿等功能外，还特别在LC调谐器、LC滤波器、LC延迟线等多功能器件中体现了独到的优越性。 由于电感器受线圈制约，片式化比较困难，故其片式化晚于电阻器和电容器，其片式化率也低。尽管如此，电感器的片式化仍取得了很大的进展。不仅种类繁多，而且相当多的产品已经系列化
14、、标准化，并已批量生产。目前用量较大的主要有绕线型、多层型和卷绕型。,2.4.1 绕线型SMC电感器 绕线型SMT电感器实际上是把传统的卧式绕线电感器稍加改进而成。制造时将导线(线圈)缠绕在磁心上。低电感时用陶瓷作磁心，大电感时用铁氧体作磁心，绕组可以垂直也可水平。一般垂直绕组的尺寸最小，水平绕组的电性能要稍好一些，绕线后再加上端电极。端电极也称外部端子，它取代了传统的插装式电感器的引线，以便表面组装。,2.4.2 多层型SMC电感器 多层型SMC电感器也称多层型片式电感器(MLCI)，它的结构和多层型陶瓷电容器相似,制造时由铁氧体浆料和导电浆料交替印刷叠层后，经高温烧结形成具有闭合磁路的整体
15、。导电浆料经烧结后形成的螺旋式导电带，相当于传统电感器的线圈，被导电带包围的铁氧体相当于磁心，导电带外围的铁氧体使磁路闭合。,2.5 表面组装分立器件,SMD分立器件包括各种分立半导体器件，有二极管、晶体管、场效应管，也有由2、3只晶体管、二极管组成的简单复合电路。典型SMD分立器件的外形如图2-24所示，电极引脚数为26个。 二极管类器件一般采用2端或3端SMD封装，小功率晶体管类器件一般采用3端或4端SMD封装，46端SMD器件内大多封装了2只晶体管或场效应管。,2.5.1 SMD二极管 SMD二极管有无引线柱形玻璃封装和片状塑料封装两种。无引线柱形玻璃封装二极管是将管芯封装在细玻璃管内，
16、两端以金属帽为电极。常见的有稳压、开关和通用二极管，功耗一般为0.51 W。外形尺寸有1.5mm3.5mm和2.7mm5.2mm两种。 塑料封装二极管一般做成矩形片状，额定电流150 mA1 A，耐压50400 V，外形尺寸为3.8mm1.5mm1.1mm。,无引线柱形玻璃封装二极管是将管芯封装在细玻璃管内,两端以金属帽为电极，用于稳压、开关和通用二极管,功耗一般为0.51W。,片式发光二极管,2.5.2 SMD晶体管,晶体管采用带有翼形短引线的塑料封装，即SOT封装。可分为SOT-23、SOT-89、SOT-l43、SOT-252几种尺寸结构，产品有小功率管、大功率管、场效应管和高频管几个系列；其中SOT-23是通用的表面组装晶体管，SOT-23有3条翼形引脚。 SOT-89适用于较高功率的场合，它的e、b、c三个电极是从管子的同一侧引出，管子底面有金属散热片与集电极相连，晶体管芯片粘接在较大的铜片上，以利于散热。,图2-28 SOT晶
