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1、第2章 表面组装元器件,2.1 SMT元器件的特点和种类,2.1.1 SMT元器件的特点,1.SMT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，有些只有非常短小的引线；SMT集成电路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，SMT器件的体积比THT元器件小很多；在同样体积的情况下，SMT器件的集成度提高了很多倍。 （2）SMT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
2、，使PCB的布线密度和组装密度大大提高。,2. SMT元器件不足之处 （1）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。 （2）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。因此，在设计、选用元器件时，一定要弄清楚元器件的型号、厂家及性能等，以避免出现因互换性差而造成的缺陷。 （3）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 SMT元器件的种类,SMT元器件
3、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，SMT元器件包括薄片矩形、圆柱形、扁平异形等；SMT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。 SMT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 SMT电阻器,2.2.1SMT固定电阻器 1.SMT电阻器的封装外形 SMT电阻器按封装外形，可分为片状和圆柱状两种。SMT电阻器按制造工艺可分为厚膜型（RN型）和薄膜型（RK
4、型）两大类。片状SMT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SMT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色环标志。圆柱形SMT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SMT电阻器是根据其外形尺寸的大
5、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）。SMC元件的小型化进程： 5750（2220）4532（1812）3225（1210）3216（1206）2520（1008）2012（0805）1608（0603）1005（0402）0603（0201）0402（01005）。,矩形表面组装电阻器的外形尺寸示意图,MEL
6、F电阻器的外形尺寸示意图,3.标称数值的标注 1005、0603系列片状电阻器的表面积太小，所以元件表面不印刷它的标称数值(参数印在编带的带盘上)；3216、2012、1608系列片状SMT电阻器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。 当片状电阻器阻值允许偏差为1%时，阻值采用4位数字表示：若电阻值100时，前3位数字是有效数字，第4位表示有效数字后所加“0”的个数，如2
7、002表示20 k，阻值介于10100时，在小数点处加“R”，如15.5记为15 R5，阻值小于10时，在小数点处加“R”，不足4位的在末尾加“0”，如4.8记为4 R80。,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51000(51.00k)，允许偏差为1%。 SMT电阻器在料盘等包装上的标注目前尚无统一的标准，不同生产厂家的
8、标注不尽相同，图2-4所示是某国产片状电阻器标识的含义，图中的标识“RC05K103JT”表示该电阻器是0805系列10k5%片状电阻器，温度系数为250%。,SMT电阻器在料盘上的标识,4.SMT电阻器的主要技术参数 虽然SMT电阻器的体积很小，但它的数值范围和精度并不差,见表2-3。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.SMT电阻器的焊端结构 片状SMT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)
9、阻挡层，外部电极是铅锡（Sn-Pb）合金。中间电极的作用是避免在高温焊接时焊料中的铅和银发生置换反应，从而导致厚膜电极“脱帽”，造成虚焊或脱焊。镍的耐热性和稳定性好，对钯银内部电极起到了阻挡层的作用；但镍的可焊接性较差，镀铅锡合金的外部电极可以提高可焊接性。,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SMT电阻网络的外形与尺寸。 电阻网络按结构可分为SOP型、芯片功率型、芯片载体型和芯片阵列型4种。根据用途的不同，电阻网络有多种电路形式，
10、芯片阵列型电阻网络的常见电路形式如图2-7所示。小型固定电阻网络一般采用标准矩形封装，主要有0603、0805、1206等几种尺寸，电阻网络内部的电阻值用数字标注在外壳上，意义与普通固定贴片电阻相同，其精度一般为J（5%）、G（2%）、F（1%）。,芯片阵列型电阻网络的常见电路形式,2.2.3 SMC电位器,SMT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。按其结构的不同，可分为以下几种类型。 1.敞开式结构 敞开式电位
11、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，因此，常用于消费类电子产品中。敞开式的平状电位器仅适用于焊锡膏再流焊工艺，不适用于贴片波峰焊工艺。,敞开式电位器的结构,2.防尘式结构 防尘式电位器的结构如下图所示，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。,3.微调式结构 微调式电位器的结构如下图所示，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。,4.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
12、的特点。圆柱形全密封式电位器的结构如下图所示，它又分为顶调和侧调两种。,2.3 SMT电容器,2.3.1 SMC多层陶瓷电容器 SMT陶瓷电容器以陶瓷材料为电容介质，多层陶瓷电容器是在单层盘状电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。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。不同介质材料MLC的电容量范围见表2-4。 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
13、用整体结构，具有高可靠性、高品质、高电感值等特性。,表2-4 不同介质材料MLC的电容量范围,对于元件上的标注，早期采用英文字母及数字表示其电容量，它们均代表特定的数值，只要查表就可以估算出电容的容量值，字母数值对照表见表2-5、表2-6。 例如，标注为F5，从系数表中查知字母F代表系数为1.6，从倍率表中查知下标5表示容量倍率105，由此可知该电容容量为1.6105pF。 现在，片式瓷介电容器上通常不做标注，相关参数标记在料盘上。对于片式电容外包装上的标注，到目前为止仍无统一的标准，不同厂家标注略有不同。,表2-5 片式电容容量系数表,表2-6 片式电容容量倍率表/pF,MLC外层电极与片式
14、电阻相同，也是3层结构，即Ag-Ni/Cd-Sn/Pb，其外形和结构如下图所示。,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。 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。 贴片式的组装工艺中电容本身也是直立于PCB
15、的，与插件式铝电解电容器的区别是SMT贴片电容有黑色的橡胶底座。,SMC铝电解电容器,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。,安装在PCB上的钽电解电容器,2.4 SMT电感器,SMT电感器是继SMT电阻器、SMT电容器之后迅速发展起来的一种新型无源元件。 SMT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
16、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、标准化，并已批量生产。,表2-9 SMC电感器类型,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)缠绕在磁芯上。低电感时用陶瓷作磁芯，大电感时用铁氧体作磁芯，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。,绕线型SMT电感器的实物外观,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。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
