SMT中表面安裝元器件的選取

　一、概述

　　表面安裝元器件的選擇和設(shè)計(jì)是產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)，設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和詳細(xì)電路設(shè)計(jì)階段確定元器件的電氣性能和功能，在smt設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)設(shè)備及工藝的具體情況和總體設(shè)計(jì)要求確定表面組裝元器件的封裝形式和結(jié)構(gòu)。表面安裝的焊點(diǎn)既是機(jī)械連接點(diǎn)又是電氣連接點(diǎn)，合理的選擇對(duì)提高PCB設(shè)計(jì)密度、可生產(chǎn)性、可測(cè)試性和可靠性都產(chǎn)生決定性的影響。

　　表面安裝元器件在功能上和插裝元器件沒有差別，其不同之處在于元器件的封裝。表面安裝的封裝在焊接時(shí)要經(jīng)受奶高的溫度其元器件和基板必須具有匹配的熱膨脹系數(shù)。這些因素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必須全盤考慮。

　　選擇合適的封裝，其優(yōu)點(diǎn)主要是：1).有效節(jié)省PCB面積;2).提供更好的電學(xué)性能;3).對(duì)元器件的內(nèi)部起保護(hù)作用，免受潮濕等環(huán)境影響;4).提供良好的通信聯(lián)系;5).幫助散熱并為傳送和測(cè)試提供方便。

　　二、表面安裝元器件的選取

　　表面安裝元器件分為有源和無源兩大類。按引腳形狀分為鷗翼型和“J”型。下面以此分類闡述元器件的選取。

　　1無源器件

　　元源器件主要包括單片陶瓷器、鉭電容器和厚膜電阻器，外形為長方形或園柱形。園柱形無源器件稱為“MELF”，采用再流焊時(shí)易發(fā)生滾動(dòng)，需采用特殊焊盤設(shè)計(jì)，一般應(yīng)避免使用。長方形無源器件稱為“CHIP”片式元器件，它的體積小、重量輕、抗菌素沖擊性和抗震性好、寄生損耗小，被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。為了獲得良好的可焊性，必須選擇鎳底阻擋層的電鍍。

　　表面安裝電阻器的電容器封裝有各種外形尺寸。在選取時(shí)應(yīng)避免選擇過小尺寸：<0.08英寸X0.05英寸以減小貼放難度，也要避免選擇過大尺寸：>0英寸X0.12英寸以避免使用環(huán)氧玻璃基板FR-4時(shí)產(chǎn)生熱膨脹系數(shù)(CTE)失配片式元件要求能在260℃溫度下承受5-10S的焊接時(shí)間。

　　(1)片式電阻器

　　片式電阻器分為兩大類：厚膜型和薄膜型。額定功率為1/16、1/8、1/4瓦，電阻值從1歐到1兆歐的電阻器具有各種尺寸規(guī)格，按外形尺寸分為0805(0。08英寸X0.05英寸)、1206(0.12英寸X0.06英寸)、1210(0.12英寸X0.10英寸)等。一般來說1/16、1/8和1/4瓦的電阻器相應(yīng)于0805、1206及1210。選取時(shí)應(yīng)首選1/8瓦、外形尺寸為1206的元件。

　　(2)陶瓷電容器

　　陶瓷電容器有三種不同的介質(zhì)類型：COG或NPO、X7R和Z5U。它們的電容范圍各不相同。COG或NPO用于在很寬的溫度、電壓和頻率范圍內(nèi)有高穩(wěn)定性的電路;X7R和Z5U介質(zhì)電容器的溫度和電壓特性較差，主要應(yīng)用于旁路和去耦場(chǎng)合。

　　陶瓷電容器在波峰焊時(shí)容易開裂，原因是CTE失配。在焊接時(shí)電極和端接頭的CTE高，受熱比陶瓷快以致失配產(chǎn)生裂紋。解決的工藝辦法是波峰焊之前預(yù)熱電路板，減少熱沖擊。Z5U陶瓷電容器比X7R電容器更容易開裂，選取時(shí)應(yīng)盡量采用X7R電容器。 和 片式電阻器一樣，其外形尺寸應(yīng)量選用1206的電容器。

　　(3)電阻網(wǎng)絡(luò)

　　表面安裝電阻器網(wǎng)絡(luò)采用“SO”封裝，管腳為歐翼形。其焊盤圖形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)電路需要加以選用。

　　現(xiàn)有常用外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)如下：150MIL寬外殼(SO)有8、14、16引腳;

　　220MIL寬外殼(SOMC)有14、16引腳;300MIL寬外殼(SOL)有14、16、20、24、28引腳。

　　(4)鉭電容器

　　表面安裝鉭電容器具有極高的體積效率和高可靠性。目前，該元件缺少標(biāo)準(zhǔn)化，一般使用字母標(biāo)記。

　　選擇鉭電容器主要的是注意兩頭的端接頭結(jié)構(gòu)。它有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式：一種是非壓膜式，一端焊接短片觸頭;另一種是塑膜式，引腳觸頭向下卷。由于貼片機(jī)動(dòng)性抓取非壓膜式電容器時(shí)易出現(xiàn)貼片不準(zhǔn)的問題，加上這種電容器的金屬端接頭會(huì)使焊點(diǎn)變脆，選取時(shí)應(yīng)盡量選用塑膜式鉭電容器。

　　2、有源器件

　　表面安裝芯片載體有兩大類：陶瓷和塑料。

　　陶瓷芯片封裝的優(yōu)點(diǎn)是：1)氣密性好，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有良好的保護(hù)作用 2)信號(hào)路徑較短，寄生參數(shù)、噪聲、延時(shí)特性明顯改善 3)降低功耗。缺點(diǎn)是因?yàn)闊o引腳吸收焊膏溶化時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，封裝和基板之間CTE失配可導(dǎo)致焊接時(shí)焊點(diǎn)開裂。目前，常用的陶瓷餅片載體是無引線陶瓷習(xí)片載體LCCC。

　　塑料封裝目前被廣泛應(yīng)用于軍、民品生產(chǎn)上，具有良好的性價(jià)比。其封裝形式分為：小外形晶體管SOT;小外形集成電路SOIC;塑封有引線芯片載體PLCC;小外形J封裝;塑料扁平封裝PQFP。

　　為了有效縮小PCB面積，在器件功能和性能相同的情況下首選引腳數(shù)20以下的SOIC，引腳數(shù)20-84之間的PLCC，引腳數(shù)大于84的PQFP。

　　2.2.1無引線陶瓷芯片載體LCCC

　　電極中心距有1.0mm和1.27mm兩種。矩形有18、22、28、32個(gè)電極數(shù);方形有16、20、24、28、44、56、68、84、100、124、156個(gè)電極數(shù)。由于目前采用的基板多為FR-4，CTE失配的情況比較嚴(yán)重，應(yīng)盡量避免選用。

　　2.2.2小外形晶體終究SOT

　　其常用的封裝形式為三引腳的SOT23、SOT89，四引腳的SOT143，一般用于二、三極管。

　　SOT23是常用的三引腳封裝，可容納的大芯片尺寸為0。030英寸X0.030英寸，按斷面高低分為低位、中位、高位三種。為了得到較好的清洗效果，一般優(yōu)選高位封裝。

　　SOT89一般用于功率較大的器件，可容納的大芯片尺寸為0.060英寸X0.060英寸。

　　SOT143通常用于射頻(FR)晶體管的情況下，可容納的大芯片尺寸為0.025英寸X0.025英寸。

　　2.2.3小外形集成電路SOIC

　　采用歐翼形封裝。對(duì)于引腳數(shù)不大于20的器件來說，采用此類封裝可節(jié)省更大的覆蓋面積。

　　SOIC封裝主要有兩種不同的外殼寬度：150MIL和300MIL，主要有8、14、16、20、24、28個(gè)引腳數(shù)。

　　在選取時(shí)應(yīng)注意引腳的共面度大為0.004英寸。

　　2.2.4塑料扁平封裝PQFP

　　采用歐翼形封裝。主要應(yīng)用于ASIC專用集成電路。管腳 中心距分為1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.3mm幾種，引腳數(shù)有84-304條。

　　管腳中心距越小、管腳數(shù)越多，引腳越易損傷，共面度不易保持在0.004英寸范圍內(nèi)。選取時(shí)應(yīng)盡量采用帶角緩沖墊封裝的器件(四角有四個(gè)比引腳長約2MIL的墊子)，以便在安裝、返修、測(cè)試過程中保護(hù)引腳。

　　2.2.5塑封有引線芯片載體PLCC和小外形J封裝

　　均采用J形封裝。具有可塑性，能吸收焊點(diǎn)的應(yīng)力從而避免焊點(diǎn)開裂，形成良好的焊點(diǎn)。

　　引腳數(shù)大于40時(shí)采用PLCC，占用覆蓋面積小，不易變形、共面性好。

　　PLCC按外形分矩形和方形兩種。矩形引線數(shù)有18、22、28、32條;方形引線數(shù)有16、20、24、28、44、52、68、84、100、124、156條。

　　小外形J封裝是SOIC和PLCC的混合形式，結(jié)合了PLCC引線強(qiáng)度大、共面性好和SOIC空間存線率高的優(yōu)點(diǎn)。主要用于高密度DRAM(1和4MB).

　　三、歐翼形封裝和J形封裝器件引腳分析比較

　　引腳 的形狀決定了形成的焊點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品的可靠性和可生產(chǎn)性都有著重要的影響。目前采用的主要兩種形狀為：歐翼形和J形，形成的焊點(diǎn)。

 

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