Cmd микросхемы. SMD монтаж: основы пайки, пайка печатных плат и технология
Современная радиоаппаратура строится в основном только на так называемых чип компонентах, это чип резисторы, конденсаторы, микросхемы и прочее. Выводные радиодетали, которые мы привыкли выпаивать со старых телевизоров и магнитофонов и которые радиолюбители обычно применяют для сборки своих схем и устройств, все реже применяются в современной радиоаппаратуре.
В чем же заключаются плюсы применения таких чип элементов? Давайте разберемся.
Плюсы данного вида монтажа
Во первых, применение чип компонентов заметно уменьшает размеры готовых печатных плат, уменьшается их вес, как следствие для этого устройства потребуется небольшой компактный корпус. Так можно собрать очень компактные и миниатюрные устройства. Применение чип элементов заставляет экономить печатную плату (стеклотекстолит), а так же хлорное железо для их травления, кроме того, не приходиться тратить время на высверливание отверстий, в любом случае, на это уходит не так много времени и средств.
Платы изготовленные таким образом легче ремонтировать и легче заменять радиоэлементы на плате. Можно делать двухсторонние платы, и размещать элементы на обеих сторонах платы. Ну и экономия средств, ведь чип компоненты стоят дешево, а оптом брать их очень выгодно.
Для начала, давайте определимся с термином поверхностный монтаж, что же это означает? Поверхностный монтаж – это технология производства печатных плат, когда радиодетали размещаются со стороны печатных дорожек, для их размещения на плате не приходится высверливать отверстия, если коротко, то это означает "монтаж на поверхность". Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день.
Кроме плюсов есть конечно же и минусы. Платы собранные на чип компонентах боятся сгибов и ударов, т.к. после этого радиодетали, особенно резисторы с конденсаторами просто напросто трескаются. Чип компоненты не переносят перегрева при пайке. От перегрева они часто трескаются и появляются микротрещины. Дефект проявляет себя не сразу, а только в процессе эксплуатации
Типы и виды чип радиодеталей
Резисторы и конденсаторы
Чип компоненты (резисторы и конденсаторы) в первую очередь разделяются по типоразмерам, бывают 0402 – это самые маленькие радиодетали, очень мелкие, такие применяются например в сотовых телефонах, 0603 - так же миниатюрные, но чуть больше чем предыдущие, 0805 – применяются например в материнских платах, самые ходовые, затем идут 1008, 1206 и так далее.
Резисторы:
Конденсаторы:
Ниже дана более таблица с указанием размеров некоторых элементов:
- 1,0 × 0,5 мм
- 1,6 × 0,8 мм
- 2,0 × 1,25 мм
- 3,2 × 1,6 мм
- 4,5 × 3,2 мм
Все чип резисторы обозначаются кодовой маркировкой, хоть и дана методика расшифровки этих кодов, многие все равно не умеют расшифровывать номиналы этих резисторов, в связи с этим я расписал коды некоторых резисторов, взгляните на таблицу.
Примечание: В таблице ошибка: 221 "Ом" следует читать как "220 Ом".
Что касается конденсаторов, они никак не обозначаются и не маркируются, поэтому, когда будете покупать их, попросите продавца подписать ленты, иначе, понадобится точный мультиметр с функцией определения емкостей.
Транзисторы
В основном радиолюбители применяют транзисторы вида SOT-23, про остальные я рассказывать не буду. Размеры этих транзисторов следующие: 3 × 1,75 × 1,3 мм.
Как видите они очень маленькие, паять их нужно очень аккуратно и быстро. Ниже дана распиновка выводов таких транзисторов:
Распиновка у большинства транзисторов в таком корпусе именно такая, но есть и исключения, так что прежде чем запаивать транзистор проверьте распиновку выводов, скачав даташит к нему. Подобные транзисторы в большинстве случаев обозначаются с одной буквой и 1 цифрой.
Диоды и стабилитроны
Диоды как и резисторы с конденсаторами, бывают разных размеров, более крупные диоды обозначают полоской с одной стороны – это катод, а вот миниатюрные диоды могут отличаться в метках и цоколевке. Такие диоды обозначаются обычно 1-2 буквами и 1 или 2 цифрами.
Стабилитроны, так же как и диоды, обозначаются полоской с краю корпуса. Кстати, из-за их формы, они любят убегать с рабочего места, очень шустрые, а если упадет, то и не найдешь, поэтому кладите их например в крышку от баночки с канифолью.
Микросхемы и микроконтроллеры
Микросхемы бывают в разных корпусах, основные и часто применяемые типы корпусов показаны ниже на фото. Самый не хороший тип корпуса это SSOP – ножки этих микросхем располагаются настолько близко, что паять без соплей практически нереально, все время слипаются ближайшие вывода. Такие микросхемы нужно паять паяльником с очень тонким жалом, а лучше паяльным феном, если такой имеется, методику работы с феном и паяльной пастой я расписывал в этой .
Следующий тип корпуса это TQFP, на фото представлен корпус с 32мя ногами (микроконтроллер ATmega32), как видите корпус квадратный, и ножки расположены с каждой его стороны, самый главный минус таких корпусов заключается в том, что их сложно отпаивать обычным паяльником, но можно. Что же касается остальных типов корпусов, с ними намного легче.
Как и чем паять чип компоненты?
Чип радиодетали лучше всего паять паяльной станцией со стабилизированной температурой, но если таковой нет, то остается только паяльником, обязательно включенным через регулятор! (без регулятора у большинства обычных паяльников температура на жале достигает 350-400*C). Температура пайки должна быть около 240-280*С. Например при работе с бессвинцовыми припоями, имеющими температуру плавления 217-227*С, температура жала паяльника должна составлять 280-300°С. В процессе пайки необходимо избегать избыточно высокой температуры жала и чрезмерного времени пайки. Жало паяльника должно быть остро заточено, в виде конуса или плоской отвертки.
Печатные дорожки на плате необходимо облудить и покрыть спирто-канифольным флюсом. Чип компонент при пайке удобно поддерживать пинцетом или ногтем, паять нужно быстро, не более 0.5-1.5 сек. Сначала запаивают один вывод компонента, затем убирают пинцет и паяют второй вывод. Микросхемы нужно очень точно совмещать, затем запаивают крайние вывода и проверяют еще раз, все ли вывода точно попадают на дорожки, после чего запаивают остальные вывода микросхемы.
Если при пайке микросхем соседние вывода слиплись, используйте зубочистку, приложите ее между выводами микросхемы и затем коснитесь паяльником одного из выводов, при этом рекомендуется использовать больше флюса. Можно пойти другим путем, снять экран с экранированного провода и собрать припой с выводов микросхемы.
Несколько фотографий из личного архива
Заключение
Поверхностный монтаж позволяет экономить средства и делать очень компактные, миниатюрные устройства. При всех своих минусах, которые имеют место, результирующий эффект, несомненно, говорит о перспективности и востребованности данной технологии.
Особенности, преимущества и недостатки использования SMD компонентов в современных компьютерах, ноутбуках, смартфонах.
SMD компоненты (чип-компоненты) - это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату (материнскую плату компьютера, ноутбука, планшета, смартфона, жёсткого диска и др.) с использованием технологии монтирования на поверхность - SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device).
Для данного вида монтажа характерно то, что в отличие от более старой технологии сквозного монтажа (когда под электронный компонент: транзистор, резистор, конденсатор сверлится отверстие в текстолите), компоненты SMD располагаются намного компактнее на печатной плате. Сами компоненты при этом значительно меньше.
Если обратить внимание на современную материнскую плату ноутбука, то можно увидеть, что именно SMD компоненты составляют основную массу деталей на плате - их много и расположены они очень кучно (маленькие разноцветные квадратики и прямоугольники серого, чёрного цветов), причём с обеих сторон текстолита.
Материнская плата планшета или смартфона выполнена исключительно с использованием технологии SMT (поверхностного монтажа) и SMD элементов, так как для сквозного монтажа не имеется места и необходимости.
В материнских платах стационарных компьютеров чаще других используются обе технологии монтажа. Контакты компонентов (электролитических конденсаторов в данном случае) всовываются в специальные отверстия в материнской плате и с обратной стороны припаиваются.
Преимущества SMD компонентов и поверхностного монтажа
- Более мелкие компоненты SMD по сравнению с элементами, используемыми в сквозном монтаже;
- Значительно более высокая плотность размещения на плате;
- Более высокая плотность дорожек (соединений) на текстолите;
- Компоненты могут располагаться с обеих сторон платы;
- Небольшие погрешности при SMT монтаже (пайке) исправляются автоматически поверхностным натяжением расплавленного олова (свинца);
- Лучшая устойчивость к механическим поломкам вследствие вибрации;
- Более низкое сопротивление и индуктивность;
- Нет необходимости сверлить отверстия и в том числе, как следствие, более низкая начальная стоимость производства (экономический эффект);
- Более приспособлены к автоматизированной сборке. Некоторые автоматические линии способны размещать более 136000 компонентов в час;
- Многие SMD компоненты стоят меньше аналогов под сквозной монтаж;
- Подходят для устройств с очень низким профилем (высотой). Печатная плата может может быть использована в корпусе толщиной всего несколько миллиметров
Недостатки
- Более высокие требования к производственной базе и оборудованию;
- Низкая ремонтопригодность и более высокие требования к специалистам по ремонту;
- Не подходят для монтажа разъёмов и коннекторов, особенно при использовании в случае с частыми отключениями-подключениями;
- Не подходят для использования в оборудовании высокой мощности и испытывающих высокие нагрузки
Приветствую, друзья!
Мы уже рассказывали, как устроены некоторые «кирпичики», из которых сделаны компьютеры и периферийные устройства.
Любители копать поглубже читали здесь, как работают транзисторы и диоды.
Сейчас мы посмотрим, какие еще штуковины производители запихивают в электронную технику.
Для начала отметим — технический прогресс заключается и в уменьшении размеров электронных компонентов.
Обычные элементы и SMD компоненты
Помните, мы с вами ремонтировали компьютера и меняли конденсаторы и полевые транзисторы? Это достаточно крупные элементы, на которых можно невооружённым взглядом прочесть маркировку.
Конденсаторы в низковольтном стабилизаторе напряжения ядра процессора на материнской плате нельзя сделать очень маленькими. Для должной фильтрации пульсаций они должны обладать емкостью в несколько сотен микрофарад. Такую емкость не втиснешь в маленький объем.
Полевые транзисторы в этом стабилизаторе тоже нельзя сделать очень маленькими. Через них протекают токи в десятки ампер.
Используются полевые транзисторы с очень небольшим сопротивлением открытого канала — десятые и сотые доли Ома. Но при таких токах они могут рассеивать мощность в половину Ватта и больше. Протекание тока по открытому каналу вызывает нагрев транзистора.
Тепло при этом излучается в окружающее пространство через площадь корпуса транзистора. Если корпус будет очень маленьким, транзистор не сможет рассеять тепло и сгорит. Кстати, обратите внимание: полевые транзисторы припаяны корпусом к площадкам печатной платы. Медные площадки хорошо проводят тепло, поэтому теплоотвод получается более эффективным.
Но есть на той же материнской плате компоненты, по которым не протекают большие токи, и они не рассеивает большой мощности. Поэтому их можно сделать очень небольшими.
Если мы заглянем внутрь компьютерного блока питания, то увидим там очень небольшие по размерам конденсаторы и резисторы.
Они используют в цепях управления и обратной связи.
Такие элементы выглядят как цилиндрик или кирпичик с тонкими проволочными выводами.
Монтаж этих компонентов ведется традиционным способом: через отверстия в плате элемент припаивается выводами к контактным площадкам платы. Это технология была освоена десятки лет назад.
Ее недостаток в том, что в плате нужно сверлить десятки или сотни отверстий .
Это не самая простая технологическая операция. Чтобы избавиться от сверления (или уменьшить число отверстий) и уменьшить размеры готовых изделий, и придумали SMD компоненты.
Материнские платы компьютеров содержат как обычные элементы с проволочными выводами, так и SMD компонентов. Последних – больше.
Как выглядят SMD компоненты?
SMD (Surface Mounted Device) — это компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа.
SMD резисторы и конденсаторы выглядят как кирпичики.
Без проволочных выводов!
По краям и торцам кирпичика нанесен слой припоя.
Этими местами эти элементы припаивается к контактным площадкам.
Монтаж электронных плат ведется, естественно, автоматизированными системами.
SMD элементы сначала приклеивают, а затем припаивают.
Последние несколько лет используются, согласно директиве , бессвинцовые припои. Это вызвано заботой об окружающей среде.
Интересно отметить, что надежность пайки бессвинцового припоя ниже, чем припоев, содержащих свинец. Поэтому директива RoHS не распространяется, в частности, на военные изделия и активные имплантируемые медицинские устройства.
SMD диоды и стабилитроны выглядят как кирпичики с очень короткими выводами (0,5 мм и меньше), либо как цилиндрики с металлизированными торцами.
SMD транзисторы бывают в корпусах различных размеров и конфигураций.
Широко распространены, например, корпуса SOT23 и DPAK. Выводы могут располагаться с одной или двух сторон корпуса.
Микросхемы для поверхностного монтажа можно условно разделить на два больших класса.
У первого выводы располагаются по сторонам корпуса параллельно поверхности платы.
Такие корпуса называются планарными.
Выводы могут быть с двух длинных или со всех четырех сторон.
У микросхем другого класса выводы делаются в виде полушаров снизу корпуса.
Как правило, в таких корпусах делают большие микросхемы (чипсет) на материнских платах компьютеров или видеокартах.
Интересно отметить, что на традиционные элементы вначале наносилась цифровая маркировка.
На резисторах, например, наносили тип, номинальное значение сопротивления и отклонение. Затем стали использовать маркировку в виде цветных колец или точек. Это позволяло маркировать самые мелкие элементы.
В SMD элементах используются буквенно-цифровая (там, где позволяет типоразмер) и цветовая маркировка.
Что дает применение SMD компонентов?
При использовании SMD компонентов не нужно сверлить отверстия в платах, формировать и обрезать выводы перед монтажом. Сокращается число технологических операций, уменьшается стоимость изделий.
SMD компоненты меньше обычных, поэтому плата с такими элементами и устройство в целом будут более компактными.
Мобильный телефон без SMD элементов не был бы в полном смысле мобильным.
SMD компоненты можно монтировать с обеих сторон платы, что еще больше увеличивает плотность монтажа.
Есть, конечно, и минусы. Для монтажа SMD компонентов нужно специальное оборудование и технологии. С другой стороны, монтаж электронных плат давно осуществляется автоматизированными комплексами. Чего только не придумает человек!
При ремонтных работах во многих случаях можно монтировать и демонтировать SMD компоненты.
Однако и здесь не обойтись без вспомогательного оборудования. Припаять микросхему в BGA корпусе без паяльной станции невозможно! Да и планарную микросхему с сотней выводов утомительно паять вручную. Разве только из любви к процессу…
В заключение отметим, что предохранитель тоже могут иметь SMD исполнение.
Такие штуки используют на материнских платах для защиты USB или PS/2 портов.
Пользуясь случаем, напомним, что устройства с PS/2 разъемами (мыши и клавиатуры) нельзя переключать «на ходу» (в отличие от USB).
Но если случилась такая неприятность, что PS/2 устройство перестало работать после «горячей» коммутации, не спешите хвататься за голову.
Проверьте сначала SMD предохранитель вблизи соответствующего порта.
С вами был Виктор Геронда.
До встречи на блоге!
Прошли времена вводных радиодеталей, при помощи которых радиолюбитель ремонтировал ламповые телевизоры и старые радиоприемники. В нашу жизнь прочно вошли SMD-элементы, намного более компактные и высокотехнологичные. Что же представляет из себя этот SMD-компонент? Если говорить словами тех, кто начинал сборку и ремонт приборов во времена транзисторных приемников – это «мелкие темные штучки с надписями, которые совсем не понять». А если серьезно, то расшифровав термин «SMD-component» и переведя его на русский язык, мы получим «монтирующиеся на поверхности».
Что же это означает? Поверхностный монтаж (планарный монтаж) – это такой способ изготовления, при котором детали размещены на печатной плате с одной стороны с контактными дорожками. Для расположения радиодеталей не требуется высверливаний. Такой способ в наши дни наиболее распространен и считается самым оптимальным. В промышленных масштабах печатные платы на основе SMD-компонентов с большой скоростью «штампуются» роботами. Человеку остается лишь то, что машине пока не под силу. Необходимо разобраться, чем же так хороши SMD-компоненты и есть ли у них минусы.
Преимущества монтажа
Пример платы с SMD-компонентамиЕстественно, что при невероятно малых размерах, которые имеют SMD-элементы, готовые печатные платы очень компактны, из чего можно сделать вывод, что готовый прибор на основе такой платформы будет очень небольшого размера. При печати требуется меньшее количество стеклотекстолита и хлорного железа, что существенно повышает экономию. К тому же времени на изготовление требуется значительно меньше, т. к. не нужно высверливать отверстия под ножки различных элементов.
По этой же причине такие платы легче поддаются ремонту, замене радиодеталей. Возможно даже изготовление печатной платы при установке SMD-элементов с двух сторон, чего нельзя было даже представить раньше. И, естественно, намного более низка цена чип-компонентов.
Конечно, имеются кроме преимуществ и недостатки (куда уж без них). Платформы на SMD-компонентах не переносят перегибов и даже небольших механических воздействий (таких, как удары). От них, как и при перегреве в процессе пайки, могут образоваться микротрещины на резисторах и конденсаторах. Сразу такие проблемы не дают о себе знать, а проявляются уже в процессе работы.
Ну и, конечно, тем, кто в первый раз сталкивается с чипами, непонятно, как же можно их различить. Какой из них является резистором, а какой конденсатором или транзистором, или какие размеры могут быть у SMD-компонентов? Во всем этом предстоит разобраться.
Виды корпусов SMD-элементов
Все подобные элементы можно разделить по группам на основании количества выводов на корпусе. Их может быть два, три, четыре-пять, шесть-восемь. И последняя группа – более восьми. Но существуют чипы без видимых ножек-выводов. Тогда на корпусе будут либо контакты, либо припой в виде маленьких шишек. Еще различаться SMD-компоненты могут размерами (к примеру, высотой).
Виды SMD-элементов
Вообще маркировка проставляется только на более крупных чипах, да и то ее очень трудно разглядеть. В остальных же случаях без схемы разобраться, что за элемент перед глазами, невозможно. Размеры SMD-компонентов бывают разными. Все зависит от их производительности. Чаще всего, чем больше размер чипа, тем выше его номинал.
SMD-дроссели
Такие дроссели могут встретиться в разных видах корпуса, но типоразмеры их будут подобны. Делается это для облегчения автоматического монтажа. Да и простому радиолюбителю так проще разобраться. Любой дроссель или катушка индуктивности называется «моточным изделием». Возможно, для более старого оборудования такой элемент схемы можно было намотать и своими руками, но с SMD-компонентом такой номер не пройдет. Тем более что чипы оборудованы магнитным экранированием, они компактны и обладают большим диапазоном рабочей температуры.
Подобрать подобный чип можно по каталогу на основании необходимого типоразмера. Задан этот параметр при помощи 4 цифр (к примеру, 0805), где 08 – длина чипа, а 05 – его ширина в дюймах. Следовательно, размер SMD-катушки составит 0.08 × 0.05 дюймов.
SMD-диоды и SMD-транзисторы
SMD-диоды
SMD-диоды бывают либо в форме цилиндра, либо прямоугольными. Распределение типоразмеров такое же, как и у дросселей.
Мощность SMD-транзисторов бывает малая, средняя и большая, разница в корпусах зависит как раз от этого параметра. Из них выделяют две группы – это SOT и DPAK. Интересно, что в одном корпусе может быть несколько компонентов, к примеру – диодная сборка.
Вообще сами по себе SMD-детали представляют огромный интерес не только для профессиональных радиолюбителей, но и для начинающих. Ведь если разобраться, то пайка таких печатных плат – дело не из легких. Тем приятнее научиться разбираться во всех маркировках чипов и научиться, четко следуя схеме, заменять перегоревшие SMD-детали на новые или демонтированные с другой платформы. К тому же многократно повысится и уровень владения паяльником, ведь при работе с чипами необходимо учитывать множество нюансов и соблюдать предельную осторожность.
Нюансы при пайке чипов
Пайку SMD-компонентов оптимальнее осуществлять при помощи специальной станции, температура которой стабилизирована. Но в ее отсутствие остается, естественно, только паяльник. Его необходимо запитать через реостат, т. к. температура нагрева жала таких приборов от 350 до 400 градусов, что неприемлемо для чип-компонентов и может их повредить. Необходимый уровень – от 240 до 280 градусов.
Нельзя не только перегревать SMD-элементы, но и передерживать жало паяльника на контактах. Использовать лучше припои, не содержащие в своем составе свинца, т. к. они тугоплавки и при рекомендованной температуре работать ими проблематично.
Пайка печатной чип-платы
В местах пайки требуется обязательное лужение дорожек. SMD-элемент лучше придерживать при помощи пинцета, а длительность прикосновения жала паяльника к ножке чипа не должна превышать полторы-две секунды. С микросхемами нужно работать еще более аккуратно.
Для начала припаиваются крайние ножки (предварительно необходимо точно совместить все выводы с контактами), а после уже все остальные. В случае если припой попал на две ножки и выводы слиплись между собой, можно использовать заточенную спичку. Ее нужно проложить между контактами и прикоснуться паяльником к одному из них.
Частые ошибки при пайке
Зачастую при пайке SMD-компонентов допускается 3 основных ошибки. Но они не критичны и вполне подлежат исправлению.
- Прикосновение к контакту самым концом жала из опасения перегрева. При таком условии температура будет недостаточной, так что нужно стараться паять таким образом, чтобы была максимальная поверхность соприкосновения, только в этом случае получится качественно смонтированная плата.
- Использование слишком малого количества припоя, при этом пайка длится очень продолжительное время. В этом случае происходит испарение части флюса. На припое не образуется достаточного защитного слоя, а в результате происходит окисление. Идеальный вариант – одновременное соприкосновение с контактом и паяльника, и припоя.
- Очень раннее отведение паяльника от контакта. Хотя и следует действовать аккуратно и не перегревать чипы, все же время прогрева должно быть достаточным для качественной пайки.
Для тренировки имеет смысл взять любую ненужную печатную плату и поучиться пайке.
Пайка чип-платы
Итак, не прилагая чрезмерных усилий, можно начинать пайку печатных плат. Отверстия, которые присутствуют на ней, прекрасно выполняют работу по фиксированию элементов. Немного опыта, конечно, тут не повредит, ведь именно для этого производилась тренировка на ненужной платформе. Изначально к контактам подводится помимо жала еще и припой, и сделать это нужно так, чтобы был равномерный прогрев и вывода, и платформы (места контакта).
Убирать припой следует после того, как контактная точка полностью и равномерно им покрылась. Далее нужно отвести паяльник, а после ждать, пока олово остынет. И только после этого можно производить монтаж SMD-компонентов. После обязательно нужно проверить качество пропаянных контактов при помощи пинцета. Конечно, при первых попытках платформа не будет выглядеть как с завода, а даже наоборот, но со временем, набравшись опыта, появится возможность даже посоревноваться с роботами.
