表面贴装技术和设备:讨厌的外壳和智能布局

2019年5月16日

火星表面和太空视图

行星的表面透露了大量的信息。地球表面的山脉、海沟、构造板块和山脊显示了构造隆起、风化、侵蚀、沉积物运动、气候和人类活动的持续影响。

火星的图像则讲述了一个不同的故事。虽然发生了火山爆发，但没有板块构造使地表破裂保持开放。无边无际的干燥贫瘠的荒地显示了巨大沙尘暴的影响。没有雨水造成侵蚀，撞击坑保持原状。少量的探测车痕迹和探测器残骸在月球表面留下的人类影响微乎其微。

以同样的方式，我们也可以了解为什么PCB设计看起来和操作不同。在电路板上使用物理上较大的通孔组件可能指向具有不同热和功率要求的更高功率或电压应用。或者，由于物理压力，设计可能需要通孔组件。从生产的角度来看，更大的板尺寸、精确的钻孔和通过孔插入导线都会推高成本。

在电路板上使用表面贴装技术(SMT)改变了一切。将组件直接焊接到电路板表面可以减少重量和空间要求。因为表面安装也允许高元件密度和更短的路径，我们遇到更少的电阻和电感问题。组件放置和焊接的自动化流程、更小的PCB尺寸和减轻重量使生产成本保持在较低水平。

你能识别表面贴装技术吗?

在印刷电路板进入布局之前，您必须通过SPICE建模中的模拟来理解它。从您的设备考虑开始，正确使用SPICE工具将使您能够访问准确的SMT组件库，并为您的设计配备准确的公差和温度参数。这些选项将确保设计的安全性，然后再将其转移到布局中，并面临导航形状因素和制造规格等艰巨任务。

在进行PCB设计时，您的团队可能会发现用于无源组件、晶体管和二极管以及集成电路的不同类型的表面贴装器件(SMD)封装和ID代码。对于平片电阻和电容封装，常用的名称是指封装的尺寸。识别一个特定的设备需要了解包装样式，然后引用打印在设备上的ID代码。

然而，制造商有时会对无源组件使用唯一的代码，或者对不同的设备使用相同的代码。由于尺寸代码可能指英寸或毫米，并且ID代码因制造商而异，因此设计团队应咨询组件库以了解制造商的规格。

虽然你们的设计团队可能认识到被动式设备的标准名称，新的制造工艺技术为小型化组件引入了另一个级别的尺寸指定。例如，最小的表面安装钽电容器工作在关键的高频电路中，具有极低的等效串联电阻(ESR)，并提供稳定的温度和电压性能。

与标准的0402电容器封装(0.04“长，0.02”宽)相比，微型0201封装需要¼的物理空间。钽电容器的尺寸和极性要求转化为需要可靠的原理图和装配图。由于0201封装依赖于新的组装方法，设计团队应该审查处理和焊接的规格，以及较小电容的组件处理设备的可用性。

表面贴装技术和SMD在印刷电路板上

电路板上清晰的组件参数标识有助于制造商

电路板设计中的SMD选择

当我们从无源组件转向有源组件时，设计团队面临着大量且不断增加的SMD封装选择和指定。最常见的晶体管封装包括小轮廓晶体管(SOT23, SOT89, sot143和SOT-223小轮廓晶体管)。Mini-SOT包的大小大约是标准包的一半。

SMD组件仍然需要温度分析和对板公差的明智理解。尝试和实现的SMD包越多，就越有必要解决潜在的电路板漏洞，如过热或电流不平衡。

有了集成电路，选择几乎比生活更大。让我们快速看一下不同的包装类型和名称。为您的设计选择正确的组件可能包括保持较小的部件和包装种类，以减少设备设置时间。以下是需要了解的一些事情:

SMD IC包包括用于简单逻辑IC的小轮廓集成电路(SOIC)和超大规模集成电路(VLSI)包。
- 在SOIC类别中，有十多种不同类型的存在，其中一些有少量的引脚，而另一些有大量的引脚。
SOIC的名称因封装的轮廓和引线类型而异。
- 例如，SOM (Small Outline Medium)包的宽度比SO (Small Outline Medium)包大，但比SOL (Small Outline Large)包窄。SOJ和SOLJ封装使用j引线。

随着尺寸和功能要求的变化，制造商提供更高密度的小轮廓集成电路。薄小轮廓封装(TSOP)、薄收缩小轮廓封装(TSSOP)、四分之一尺寸小轮廓封装(QSOP)、收缩小轮廓封装(SSOP)和甚小轮廓封装(VSOP)在同一小轮廓封装内具有较高的引脚密度。tt1型TSOP、QSOP和VSOP集成电路有56个引脚和鸥翼引线。

晶体管和其他SMT元件在白色电路板上

在考虑印刷电路板时，把晶体管必需品放在手边

超大规模集成(VLSI)电路将数百万个器件组合在一块芯片上，可以采用塑料、陶瓷(CLCC)或金属芯片载体(MLCC)。VLSI封装包括四平面封装(QFP)、塑料铅芯片载体(PLCC)、无铅陶瓷芯片载体(LCCC)、球栅阵列(BGA)和微BGA。与使用简单逻辑集成电路的内联安装不同，VLSI器件具有正方形或矩形的占地面积。球栅阵列在封装下面有连接，建立牢固的机械和电气连接。